JP5884777B2 - リニアソレノイド - Google Patents

Description

本発明は、励磁コイルの通電によりムービングコアが磁気吸引コアに向かって磁気吸引されるリニアソレノイド（電磁アクチュエータ）に関し、特にムービングコアの移動速度の制御技術に関する。

〔従来技術〕
従来技術におけるリニアソレノイドの一例として、電磁弁に用いられるリニアソレノイドが知られている（例えば、特許文献１参照）。
従来技術のリニアソレノイドは、
・軸方向へ摺動自在に支持されるムービングコアと、
・このムービングコアの周囲において筒状に巻回される励磁コイルと、
・この励磁コイルの発生磁力によりムービングコアを磁気吸引する磁気吸引コアと、
を用いて構成されている。

〔問題点〕
上記リニアソレノイドの作動を説明する。
励磁コイルが通電されると、磁気吸引コアがムービングコアを磁気吸引する。
すると、可動部材（ムービングコアや、ムービングコアにより駆動されるバルブ等）が固定部材（ストッパや、バルブシート等）に衝突した際に衝突音（「カチッ」などの作動音）が発生する。
この衝突音が「気になる人」や「不快に感じる人」が存在する。このため、リニアソレノイドの作動に伴う衝突音を低減させる要求がある。

特開２０１３−０４７５５４号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、励磁コイルの通電に伴う衝突音を低減可能なリニアソレノイドの提供にある。

本発明のリニアソレノイドは、ムービングコア（１）の移動に伴い「励磁コイル（２）の周囲に巻回したダミーコイル（５）」に生じる「逆起電力（α、β）の発生範囲や発生量」によってムービングコア（１）の移動速度を遅らせてムービングコア（１）の移動速度を制御するものである。
このように、逆起電力（α、β）を任意に操作することで、ムービングコア（１）の移動速度を制御することができ、リニアソレノイドの作動に伴う衝突音を抑えることが可能になる。

本発明が適用されたリニアソレノイドの説明図である。 ダミーコイルが無い場合におけるムービングコアの動きの説明図である。 ダミーコイルの配置位置に応じたムービングコアの動きの説明図である。 ダミーコイルの巻数に応じたムービングコアの動きの説明図である。 抵抗体の抵抗値に応じたムービングコアの動きの説明図である。 励磁コイルの巻数に応じたムービングコアの動きの説明図である。 励磁コイルの巻き方に応じたムービングコアの動きの説明図である。

発明を実施するための形態を、以下の実施例にて説明する。

本発明が適用された実施例を、図面を参照して説明する。
なお、以下の実施例は、具体的な一例を示すものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

リニアソレノイドの駆動対象物は限定するものではないが、具体的な一例としてリニアソレノイドがバルブと組み合わされて電磁弁を構成する。
電磁弁の用途も限定するものではないが、具体的な一例として自動車に搭載される蒸発燃料処理装置または蒸発燃料蒸散防止装置に用いられる「通路の開閉または切替え」を実施するものである。
なお、以下では、図１（ａ）の左側を「左」、図１（ａ）の右側を「右」と称して説明するが、この左右方向は実施例説明のための方向であり、実際の搭載方向を限定するものではない。

リニアソレノイドは、
・軸方向へ摺動自在に支持されるムービングコア１と、
・このムービングコア１の周囲に筒状に巻回される励磁コイル（メインコイル）２と、
・この励磁コイル２の発生磁力によりムービングコア１を磁気吸引する磁気吸引コア３を有するステータコア４と、
・励磁コイル２の外側で磁路を形成するヨーク５と、
・ムービングコア１と軸方向に交差する位置に配置されるダミーコイル６と、
を備えて構成される。

ムービングコア１は、外周が円筒面を呈する磁性体製（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、ステータコア４の内側において軸方向（左右方向）へ摺動自在に支持され、励磁コイル２の発生する磁力によって軸方向（左方）へ駆動される。

このムービングコア１は、ステータコア４との間に介在されたリターンスプリング７の付勢力により右方へ付勢される。このため、励磁コイル２の通電が停止された状態では、リターンスプリング７の付勢力により、ムービングコア１が右側へ移動し、図示しないバルブ（弁体）も右側へ移動するものである。

励磁コイル２は、通電されると磁力を発生するものであり、樹脂性のボビン８の周囲に、絶縁被覆が施された導線（エナメル線等）を多数巻回したものである。
具体的に励磁コイル２が巻回されたボビン８は、ステータコア４に外嵌されるものであり、励磁コイル２が通電されてムービングコア１が停止位置から左方へ移動することで、励磁コイル２に対するムービングコア１の侵入量が増加する。

ステータコア４は、ヨーク５と磁気的に結合する磁性体製（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、磁気吸引コア３の他に、磁気遮断部９、磁気受渡コア１０を有する。

磁気吸引コア３は、励磁コイル２の発生する磁力によってムービングコア１を左方へ磁気吸引するものであり、磁気吸引コア３とムービングコア１との軸方向間に磁気吸引部（メインギャップ）が形成される。なお、この実施例の磁気吸引コア３は、ボビン８の内側に挿入される筒状部と、ムービングコア１と軸方向に対向する対向部とを別体に設けているが、限定するものではない。

磁気遮断部９は、磁気吸引コア３と磁気受渡コア１０との間で直接磁束が流れるのを阻害する磁気飽和部であり、磁気抵抗の大きい薄肉部により形成される。

磁気受渡コア１０は、ムービングコア１と径方向の磁束の受け渡しを行うものであり、磁気受渡コア１０とムービングコア１との径方向間に磁気受渡し部（サイド磁気ギャップ）が形成される。
なお、磁気受渡コア１０には、外径方向に広がるフランジが設けられおり、このフランジがヨーク５と磁気的に結合される。

ヨーク５は、励磁コイル２の外側に磁路を形成するコ字形やカップ形状等を呈する磁性体製（例えば、鉄などの強磁性材料）であり、内部にリニアソレノイドの構成部品を組み込んだ後、例えば樹脂にモールドされる。

ダミーコイル６は、励磁コイル２とは別に設けられるものであり、ムービングコア１が磁気吸引コア３に向かって移動する際に、ムービングコア１と軸方向にオーバーラップする位置（ムービングコア１と軸方向に交差可能な位置）に配置される。
具体的な一例として、ダミーコイル６は、絶縁被覆が施された導線（エナメル線等）を励磁コイル２の周囲に局部的に所定回数巻回したものであり、ダミーコイル６の両端は抵抗体１１を介してショートされている。即ち、ダミーコイル６の抵抗値は、抵抗体１１を用いて設定されている。

＜ダミーコイル６を用いない場合の作動例＞
図２を参照して、ダミーコイル６を用いない場合におけるムービングコア１の動きを説明図する。なお、図中、ダミーコイル６を用いない場合におけるムービングコア１のストローク量を実線Ａ０、励磁コイル２の電流値を実線Ｂ０に示す。

（１）基点０において励磁コイル２が通電されると、先ず図２（ａ）に示すように励磁コイル２を流れる電流が急激に立ち上がり、ムービングコア１が素早く左方へ移動を開始する。
（２）ムービングコア１が素早く移動することで、図２（ｂ）に示すように励磁コイル２に逆起電力αが発生する。すると、ムービングコア１の移動を妨げる方向に励磁コイル２が磁力（反発磁界）を発生する。その結果、ムービングコア１の移動速度が遅くなる。
（３）ムービングコア１の移動速度が低下したことで、図２（ｃ）に示すように励磁コイル２に生じていた逆起電力αが減少し、ムービングコア１の移動速度が再び上昇する。

このように、ムービングコア１の移動速度が再び上昇した状態で、ムービングコア１がストッパ１２に衝突することで衝突音が発生する。

＜ダミーコイル６を用いる場合の作動例＞
次に、図１を参照して、ダミーコイル６を追加した場合におけるムービングコア１の動きを説明する。なお、図中、励磁コイル２の軸方向の略中央部にダミーコイル６を配置した場合におけるムービングコア１のストローク量を破線Ａ１、ダミーコイル６の電流値を破線Ｃ１に示す。

（１’）基点０において励磁コイル２が通電されると、上記（１）と同様、励磁コイル２を流れる電流が急激に立ち上がり、ムービングコア１が素早く左方へ移動する。
（２’）ムービングコア１が素早く移動することで、上記（２）と同様、励磁コイル２に逆起電力αが発生し、励磁コイル２が反発磁界を発生して、ムービングコア１の移動速度が遅くなる。
（３’）ムービングコア１の移動速度が低下したことで、励磁コイル２に生じていた逆起電力αが減少するが、続いてダミーコイル６に逆起電力βが発生する。すると、ムービングコア１の移動を妨げる方向にダミーコイル６が磁力（反発磁界）を発生し、ムービングコア１の移動速度を遅くする。

このように、励磁コイル２に生じていた逆起電力αが減少した後に、ダミーコイル６に逆起電力βが発生することで、ムービングコア１の移動速度の上昇を抑えることができる。このため、ムービングコア１がストッパ１２に衝突する際の速度を遅くすることができ、リニアソレノイドの作動に伴い発生する衝突音を抑えることができる。

＜ダミーコイル６の配置位置の違いによる作動例＞
続いて、ダミーコイル６の軸方向の配置位置によってムービングコア１の移動速度を制御する例を、図３を参照して説明する。
（ｉ）ダミーコイル６を励磁コイル２の略中央に配置した場合におけるムービングコア１のストローク量を破線Ａ１、ダミーコイル６の電流値を破線Ｃ１に示し、
（ｉｉ）ダミーコイル６を励磁コイル２の左側に配置した場合におけるムービングコア１のストローク量を一点鎖線Ａ２、ダミーコイル６の電流値を一点鎖線Ｃ２に示し、
（ｉｉｉ）ダミーコイル６を励磁コイル２の右側に配置した場合におけるムービングコア１のストローク量を二点鎖線Ａ３、ダミーコイル６の電流値を二点鎖線Ｃ３に示す。

（中央配置例）
励磁コイル２の略中央部にダミーコイル６を配置する場合は、上記「ダミーコイル６を用いる場合の作動例」と同じである。

（左配置例）
励磁コイル２の左側にダミーコイル６を配置する場合は、上記「ダミーコイル６を用いる場合の作動例（中央配置例）」よりもムービングコア１がストッパ１２に近づいてからダミーコイル６に逆起電力βが発生する。このため、ムービングコア１がストッパ１２に近づいてからムービングコア１の移動速度を遅くすることができる。

（右配置例）
励磁コイル２の右側にダミーコイル６を配置する場合は、上記「ダミーコイル６を用いる場合の作動例（中央配置例）」よりもムービングコア１の移動開始初期においてダミーコイル６に逆起電力βが発生する。このため、ムービングコア１の移動開始初期におけるムービングコア１の移動速度を遅くすることができる。

このように、ダミーコイル６を配置する位置を変えることで、ムービングコア１の減速範囲を任意に制御することができる。

＜ダミーコイル６の巻数の違いによる作動例＞
次に、ダミーコイル６の巻数の違いによってムービングコア１の移動速度を制御する例を、図４を参照して説明する。
ダミーコイル６の巻数を増やすほど、ダミーコイル６に生じる逆起電力βが大きくなる。このため、図４（ａ）の実線Ｘ１に示すように、ダミーコイル６の巻数を増やすほど、ダミーコイル６が発生する反発磁界の強度を大きくすることができ、図４（ｂ）の実線Ｙ１に示すように、ダミーコイル６の巻数を増やすほど、ムービングコア１がストッパ１２に衝突する際の衝突音を小さくすることができる。

このように、ダミーコイル６の巻数を変えることで、ムービングコア１の減速量を任意に制御することができる。

＜抵抗体１１の抵抗値の違いによる作動例＞
次に、抵抗体１１の抵抗値の違いによってムービングコア１の移動速度を制御する例を、図５を参照して説明する。
抵抗値を大きくするほど、ダミーコイル６に生じる逆起電力βが抑えられる。このため、図５（ａ）の実線Ｘ２に示すように、抵抗体１１の抵抗値を小さくするほど、ダミーコイル６が発生する反発磁界の強度を大きくすることができ、図５（ｂ）の実線Ｙ２に示すように、抵抗体１１の抵抗値を小さくするほど、ムービングコア１がストッパ１２に衝突する際の衝突音を小さくすることができる。

このように、抵抗体１１の抵抗値を変えることで、ムービングコア１の減速量を任意に制御することができる。

＜励磁コイル２の巻数の違いによる作動例＞
次に、励磁コイル２の巻数の違いによって励磁コイル２に生じる逆起電力αの発生量を制御する例を、図６を参照して説明する。
励磁コイル２の巻数によって励磁コイル２に発生する逆起電力αを制御することで、ムービングコア１の移動速度を制御する。

具体的に、励磁コイル２の巻数を減らすに従い、図６の破線Ｂ１に示すように、励磁コイル２に生じる逆起電力αを小さくできる。
このように、励磁コイル２の巻数を変えることで、励磁コイル２の生じる逆起電力αの発生量を任意に制御することができ、結果的にムービングコア１の移動速度を制御することができる。

＜励磁コイル２の巻き方の違いによる作動例＞
次に、励磁コイル２の巻き方の違いによって励磁コイル２に生じる逆起電力αの発生量を制御する例を、図７を参照して説明する。
励磁コイル２の巻回量を軸方向で変化させることで、ムービングコア１の移動速度を制御する。

具体的に、図７（ａ）に示すように、励磁コイル２の左側の巻数を増やし、励磁コイル２の右側の巻数を減らした場合、図７（ｃ）の破線Ａ４に示すように、ムービングコア１の立ち上がりスピードが抑えられるとともに、ムービングコア１がストッパ１２に近づいてから励磁コイル２に逆起電力αが生じてムービングコア１の速度が抑えられる。

逆に、図７（ｂ）に示すように、励磁コイル２の右側の巻数を増やし、励磁コイル２の左側の巻数を減らした場合、図７（ｃ）破線Ａ５に示すように、ムービングコア１がストッパ１２に近づくに従いムービングコア１の移動速度が抑えられるとともに、ムービングコア１の立ち上がり初期において励磁コイル２に逆起電力αが生じてムービングコア１の速度が抑えられる。

このように、励磁コイル２の巻回量を軸方向で変えることで、励磁コイル２の生じる逆起電力αの発生箇所を任意に制御することができ、結果的にムービングコア１の移動速度を制御することができる。

上記実施例では、蒸発燃料処理装置または蒸発燃料蒸散防止装置の電磁弁のリニアソレノイドに本発明を適用する例を示したが、用途を限定するものではなく、他の用途に用いられる電磁弁のリニアソレノイドに本発明を適用しても良い。

上記実施例では、電磁弁に用いられるリニアソレノイドに本発明を適用する例を示したが、リニアソレノイドの駆動対象はバルブに限定するものでなく、バルブとは異なる駆動対象物を駆動するリニアソレノイドに本発明を適用しても良い。

１ ムービングコア
２ 励磁コイル
３ 磁気吸引コア
６ ダミーコイル

Claims (6)

1. 軸方向へ摺動自在に支持されるムービングコア（１）と、
   このムービングコア（１）の周囲において筒状に巻回される励磁コイル（２）と、
   この励磁コイル（２）の発生磁力により前記ムービングコア（１）を磁気吸引する磁気吸引コア（３）と、
   前記励磁コイル（２）とは別に設けられ、前記ムービングコア（１）が前記磁気吸引コア（３）に向かって移動する際に前記ムービングコア（１）と軸方向に交差するダミーコイル（６）とを備え、
   前記ダミーコイル（６）は、前記励磁コイル（２）の周囲に巻回されていることを特徴とするリニアソレノイド。
   
2. 請求項１に記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記ダミーコイル（６）の軸方向の配置位置によって前記ムービングコア（１）の移動速度を制御することを特徴とするリニアソレノイド。
3. 請求項１または請求項２に記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記ダミーコイル（６）の巻数によって前記ムービングコア（１）の移動速度を制御することを特徴とするリニアソレノイド。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記ダミーコイル（６）の両端は抵抗体（１１）を介して接続され、
   前記抵抗体（１１）の抵抗値によって前記ムービングコア（１）の移動速度を制御することを特徴とするリニアソレノイド。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記励磁コイル（２）の巻数によって前記励磁コイル（２）に発生する逆起電力（α）を制御することで、前記ムービングコア（１）の移動速度を制御することを特徴とするリニアソレノイド。
   
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載のリニアソレノイドにおいて、
   前記励磁コイル（２）の巻回量を軸方向で変化させることによって、前記励磁コイル（２）に発生する逆起電力（α）を制御し、前記ムービングコア（１）の移動速度を制御することを特徴とするリニアソレノイド。

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