JP6307421B2 - Bistable moving device - Google Patents
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Description
本発明は、回転子回転手段により回転子を電磁的に回転させることにより、可動子を2つの位置の間で移動させ、そのどちらかの位置に保持する双安定移動装置に関する。 The present invention relates to a bistable moving device that moves a mover between two positions by electromagnetically rotating the rotor by means of a rotor rotating means, and holds the mover at either position.
従来、この種の双安定移動装置として、遮断弁や電磁開閉器、電子ロックなどの様々な用途で、可動子が2つの位置の間を移動でき、そのどちらかの位置に保持する機構を備えた双安定ラッチ型のソレノイドが使用されている。 Conventionally, this type of bistable moving device has a mechanism that allows the mover to move between two positions and holds it in either position for various applications such as shut-off valves, electromagnetic switches, and electronic locks. Bistable latch type solenoids are used.
例えば、特許文献1には双安定型リニア電磁ソレノイドとして、特許文献2にはソレノイドアクチュエータとして、軸方向に移動可能な非磁性軸に固定されたプランジャ(可動子)が、プランジャを挟んで軸方向に対称に設置された固定コアを備えた1組の永久磁石(固定子)のどちらか一方にラッチされるように構成され、他端への移動はそれらを囲んで軸方向に対称に配置された1組の励磁コイルにより行う双安定移動装置が開示されている。
For example, as a bistable linear electromagnetic solenoid in
また、これら特許文献1や特許文献2では、可動子が鉄心で固定子に磁石を配置しているのに対して、例えば、特許文献3に示された双方向ラッチングソレノイドは、逆に可動子が磁石で、固定子が鉄心のみで構成されているが、いずれにしても、従来の双安定移動装置は可動子と固定子のどちらか一方が鉄心(磁性体)で、他方が磁石という構成とされている。
In
しかしながら、前述した従来の双安定ラッチ型ソレノイドでは、可動子と固定子のどちらか一方が鉄心(磁性体)で、他方が磁石という構成であるため、励磁電流OFFでどちらかの側にラッチされている状態のときに、他方向への衝撃や過大力が掛かり、他方向へ移動してしまった場合は、他方向でラッチしてしまい、重大な誤動作となってしまうという間題がある。 However, in the conventional bistable latch type solenoid described above, since either the mover or the stator is an iron core (magnetic material) and the other is a magnet, it is latched on either side by the excitation current OFF. If it is in a state where it has been moved in the other direction due to an impact or excessive force in the other direction, it will be latched in the other direction, resulting in a serious malfunction.
この課題に対して、本発明者は、可動子に他方向への衝撃や一時的な過大力が掛かり、可動子が他方向へ移動してしまった場合でも、可動子が他方向でラッチされることがなく、可動子が元の方向でのラッチに自動的に復帰する機能を備えた、安全性が高く、確実な動作を得ることが可能な双安定移動装置を提案した(特許文献4−5参照)。 In response to this problem, the inventor has applied the impact to the other direction or temporary excessive force on the mover, and even if the mover moves in the other direction, the mover is latched in the other direction. A bistable movement device that has a function of automatically returning the movable element to the latch in the original direction and capable of obtaining a reliable operation with high safety has been proposed (Patent Document 4). See -5).
このような双安定移動装置において、可動子として使用する永久磁石は、可動軸方向に直動しないよう、かつ、可動軸回りに回転しないように、2つの可動子を含む可動体に対して固定する必要がある。
この際、可動子となる永久磁石を固定する方法として、永久磁石の外周面を利用して固定する方法が考えられる。しかし、固定のために可動子となる永久磁石の外周面と回転子の永久磁石の内周面とのクリアランスを増大させる必要があり、これにより発生する磁力が低下するという問題点がある。これは、永久磁石間に発生する磁力は、両者の距難の2乗反比例するからである。また、永久磁石の体積当たりの磁力を大きくするために焼結磁石を使用することが好ましいが,焼結磁石は強度が低く,過大な力を加えることができないためネジ止めや圧入などの機械的固定が困難である。
In such a bistable moving device, a permanent magnet used as a mover is fixed to a movable body including two movers so as not to move linearly in the direction of the movable axis and to rotate around the movable axis. There is a need to.
At this time, as a method of fixing the permanent magnet serving as the mover, a method of fixing using the outer peripheral surface of the permanent magnet is conceivable. However, it is necessary to increase the clearance between the outer peripheral surface of the permanent magnet serving as the mover and the inner peripheral surface of the permanent magnet of the rotor for fixing, and this causes a problem that the generated magnetic force decreases. This is because the magnetic force generated between the permanent magnets is inversely proportional to the square of the distance between them. In addition, it is preferable to use a sintered magnet to increase the magnetic force per volume of the permanent magnet. However, since the sintered magnet has a low strength and cannot apply an excessive force, it is mechanical such as screwing or press fitting. It is difficult to fix.
したがって、従来の双安定移動装置では、可動子となる永久磁石を接着や樹脂モールドで固定する方法が一般的であった。しかしながら、永久磁石を接着で固定する方法の場合、接着剤の塗布状態を管理するのが難しく、また接着強度の検査も困難であり、さらに耐環境性や長期信頼性も懸念されるという問題点があった。また、永久磁石を樹脂モールドで固定する方法の場合、永久磁石が高熱にさらされることから、モールド後にそれぞれ個別に着磁する必要があり、工程が増大するという問題点があった。 Therefore, in a conventional bistable moving device, a method of fixing a permanent magnet serving as a mover by adhesion or resin molding has been common. However, in the case of the method of fixing the permanent magnet by bonding, it is difficult to control the application state of the adhesive, it is difficult to inspect the adhesive strength, and there are also concerns about environmental resistance and long-term reliability. was there. Also, in the case of the method of fixing the permanent magnet with a resin mold, the permanent magnet is exposed to high heat, so that there is a problem that it is necessary to individually magnetize the mold after molding, which increases the number of processes.
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、永久磁石から発生する磁力の低下を抑制しつつ、接着剤やモールドを使用せずに可動子となる永久磁石を固定できる構造を提供することを目的としている。 The present invention is for solving such problems, and provides a structure capable of fixing a permanent magnet as a mover without using an adhesive or a mold while suppressing a decrease in magnetic force generated from the permanent magnet. The purpose is to do.
このような目的を達成するために、本発明にかかる双安定移動装置は、可動軸の軸方向である可動軸方向に移動可能に保持され、前記可動軸と直交する方向に前記可動軸を挟むように1対の磁極を配置した、円筒状またはリング状をなす第1の永久磁石と、前記可動軸方向に移動可能に保持され、前記可動軸と直交する方向に前記可動軸を挟むように、かつ、前記第1の永久磁石の磁極に対して前記可動軸方向に異極同士が対向するように、1対の磁極を配置した、円筒状またはリング状をなす第2の永久磁石とを備える可動子と、前記可動軸を中心として回転可能で、かつ、前記可動軸方向の移動を阻止するように保持され、一方の磁極の位置を前記可動軸を中心とする第1の円周上とし、他方の磁極の位置を前記第1の円周よりも大径の前記可動軸を中心とする第2の円周上とする2つの磁極対を、前記可動軸と直交する方向に前記可動子を挟むように配置した永久磁石を備える回転子と、前記回転子を回転させて、前記回転子の第1の円周上の磁極の配置を、第1の配置と第2の配置との間で入れ替える回転子回転手段とを備え、前記回転子は、前記第1の円周上の磁極の配置が前記第1の配置である場合、前記可動子の第1の永久磁石を磁気吸引保持する一方、前記可動子の第2の永久磁石を磁気反発させ、前記第1の円周上の磁極の配置が前記第2の配置である場合、前記可動子の第2の永久磁石を磁気吸引保持する一方、前記可動子の第1の永久磁石を磁気反発させ、前記可動子は、前記第1の永久磁石と前記第2の永久磁石との間に配置されて、円筒状またはリング状をなす中間部材と、前記可動軸方向に移動可能に保持され、前記第1の永久磁石、前記第2の永久磁石、および前記中間部材に形成されている中央の穴を貫通することにより、これら第1の永久磁石、第2の永久磁石、および中間部材を支持する固定芯と、前記可動軸方向に沿って前記第1の永久磁石を挟んで前記中間部材と反対側に配置されて、回転阻止機構により前記可動軸を中心とした回転が阻止された状態で前記固定芯に固定されている第1の固定部材と、前記可動軸方向に沿って前記第2の永久磁石を挟んで前記中間部材と反対側に配置されて、前記固定芯に固定されている第2の固定部材とをさらに備え、前記第1の固定部材と前記第1の永久磁石との接触部分、前記第1の永久磁石と前記中間部材との接触部分、および前記中間部材と前記第2の永久磁石との接触部分には、前記第1の固定部材に前記第1の永久磁石が係合し、前記第1の永久磁石に前記中間部材が係合し、前記中間部材に前記第2の永久磁石が係合することにより、前記可動軸を中心とした前記第1の永久磁石および前記第2の永久磁石の回転を阻止するための凹凸係合手段が設けられている。 In order to achieve such an object, a bistable movement device according to the present invention is held so as to be movable in the direction of a movable shaft that is the axial direction of the movable shaft, and sandwiches the movable shaft in a direction orthogonal to the movable shaft. A cylindrical or ring-shaped first permanent magnet having a pair of magnetic poles arranged in this manner and held so as to be movable in the direction of the movable axis, and sandwiching the movable axis in a direction perpendicular to the movable axis And a cylindrical or ring-shaped second permanent magnet in which a pair of magnetic poles are arranged so that the different poles face each other in the direction of the movable axis with respect to the magnetic pole of the first permanent magnet. A movable element that is rotatable about the movable axis and is held so as to prevent movement in the direction of the movable axis, and the position of one of the magnetic poles is on the first circumference around the movable axis And the position of the other magnetic pole is larger in diameter than the first circumference. A rotor provided with a permanent magnet in which two magnetic pole pairs on the second circumference centered on the movable axis are arranged so as to sandwich the movable element in a direction perpendicular to the movable axis, and the rotor Rotor rotation means for rotating and replacing the arrangement of the magnetic poles on the first circumference of the rotor between the first arrangement and the second arrangement, wherein the rotor comprises the first When the arrangement of the magnetic poles on the circumference is the first arrangement, the first permanent magnet of the mover is magnetically attracted and held, while the second permanent magnet of the mover is magnetically repelled, When the arrangement of the magnetic poles on the circumference of 1 is the second arrangement, the second permanent magnet of the mover is magnetically attracted and held, while the first permanent magnet of the mover is magnetically repelled, The mover is disposed between the first permanent magnet and the second permanent magnet, and has a cylindrical shape or a ring. And an intermediate member formed so as to be movable in the direction of the movable axis, and penetrating through a central hole formed in the first permanent magnet, the second permanent magnet, and the intermediate member. A fixed core that supports the first permanent magnet, the second permanent magnet, and the intermediate member, and the first permanent magnet that is disposed on the opposite side of the intermediate member across the first permanent magnet along the movable axis direction and rotates. A first fixing member fixed to the fixed core in a state in which rotation about the movable shaft is blocked by a blocking mechanism, and the intermediate portion sandwiching the second permanent magnet along the movable shaft direction A second fixing member disposed on the opposite side of the member and fixed to the fixed core; a contact portion between the first fixing member and the first permanent magnet; the first permanent A contact portion between the magnet and the intermediate member, and the middle At the contact portion between the intermediate member and the second permanent magnet, the first permanent magnet is engaged with the first fixing member, the intermediate member is engaged with the first permanent magnet, Concave and convex engaging means for preventing the rotation of the first permanent magnet and the second permanent magnet around the movable shaft by engaging the second permanent magnet with the intermediate member is provided. ing.
また、本発明にかかる上記双安定移動装置の一構成例は、固定芯、第1の固定部材、第2の固定部材、および、中間部材が、非磁性体からなるものである。 In one configuration example of the bistable moving device according to the present invention, the fixed core, the first fixing member, the second fixing member, and the intermediate member are made of a non-magnetic material.
また、本発明にかかる上記双安定移動装置の一構成例は、第1の固定部材、第2の固定部材、および、中間部材が、中央部に固定芯が貫通する穴が形成された円筒状またはリング状をなすものである。 In addition, one configuration example of the bistable moving device according to the present invention is a cylindrical shape in which a first fixing member, a second fixing member, and an intermediate member are formed with a hole through which a fixed core passes in the center. Or it makes a ring shape.
また、本発明にかかる上記双安定移動装置の一構成例は、凹凸係合手段が、接触部分のうち、第1または第2の永久磁石に形成された凹部と、中間部材のうち当該凹部と対抗する位置に形成された凸部とからなるものである。 Also, in one configuration example of the bistable moving device according to the present invention, the concave and convex engaging means includes a concave portion formed in the first or second permanent magnet in the contact portion, and the concave portion in the intermediate member. It consists of the convex part formed in the position which opposes.
また、本発明にかかる上記双安定移動装置の一構成例は、凹部が、第1または第2の永久磁石の外周縁(または内周縁)の一部に接する位置に形成されており、凸部は、当該凹部と対向して中間部材の外周縁(または内周縁)の一部に接する位置に形成されているものである。 Further, in one configuration example of the bistable moving device according to the present invention, the concave portion is formed at a position in contact with a part of the outer peripheral edge (or inner peripheral edge) of the first or second permanent magnet. Is formed at a position facing the concave portion and in contact with a part of the outer peripheral edge (or inner peripheral edge) of the intermediate member.
また、本発明にかかる上記双安定移動装置の一構成例は、凹部が、接触部分のうち、第1または第2の永久磁石側の接触面に形成された径方向に延びる凹溝からなり、凸部は、当該凹溝と対抗して中間部材側の接触面に形成された径方向に延びる凸条からなるものである。 Further, in one configuration example of the bistable moving device according to the present invention, the concave portion is formed of a concave groove extending in the radial direction formed on the contact surface on the first or second permanent magnet side in the contact portion, A convex part consists of the protruding item | line extended in the radial direction formed in the contact surface by the side of an intermediate member facing the said ditch | groove.
また、本発明にかかる上記双安定移動装置の一構成例は、凹部が、第1または第2の永久磁石の外周縁の一部に形成されたDカット部からなり、凸部は、当該Dカット部と接触するよう中間部材の外周縁の一部に突出して形成されているものである。 Further, in one configuration example of the bistable moving device according to the present invention, the concave portion is formed of a D-cut portion formed in a part of the outer peripheral edge of the first or second permanent magnet, and the convex portion is the D It protrudes and forms in a part of outer periphery of an intermediate member so that a cut part may be contacted.
また、本発明にかかる上記双安定移動装置の一構成例は、Dカットの切断端面が、第1または第2の永久磁石の磁極配置方向と平行する方向に沿うよう形成されているものである。 Moreover, one structural example of the said bistable movement apparatus concerning this invention is formed so that the cut end surface of D cut may be along the direction parallel to the magnetic pole arrangement | positioning direction of a 1st or 2nd permanent magnet. .
また、本発明にかかる上記双安定移動装置の一構成例は、固定芯が、第1の固定部材、第2の固定部材、または中間部材と一体で成形されているものである。 Further, in one configuration example of the bistable moving device according to the present invention, the fixed core is formed integrally with the first fixed member, the second fixed member, or the intermediate member.
また、本発明にかかる上記双安定移動装置の一構成例は、前記回転阻止機構が、前記可動子の前記第1の固定部材または前記第1の固定部材と接続された接続部材に形成されて、固定端に設けられたガイド部と係合することにより、前記第1の固定部材の前記可動軸方向への移動を可能とするとともに、前記第1の固定部材の前記可動軸を中心とした回転を阻止するようにしたものである。 Also, in one configuration example of the bistable moving device according to the present invention, the rotation prevention mechanism is formed on the first fixing member of the movable element or a connection member connected to the first fixing member. The first fixed member can be moved in the direction of the movable shaft by engaging with a guide portion provided at the fixed end, and the movable shaft of the first fixed member is centered on the movable shaft. This is designed to prevent rotation.
本発明によれば、永久磁石の固定を目的として、可動子となる永久磁石の外周面と回転子の永久磁石の内周面とのクリアランスを増やす必要がないため、永久磁石から発生する磁力の低下を抑制できる。また、接着剤やモールドを使用せずに可動子となる永久磁石を固定することができるため、接着剤使用時のような、塗布状態の管理や接着強度の検査を行う必要がなくなり、さらに耐環境性や長期信頼性の懸念もない。また、樹脂モールド使用時のような、モールド後に1つ1つ着磁する工程も不要となる。 According to the present invention, for the purpose of fixing the permanent magnet, it is not necessary to increase the clearance between the outer peripheral surface of the permanent magnet serving as the mover and the inner peripheral surface of the permanent magnet of the rotor. Reduction can be suppressed. In addition, since the permanent magnet that becomes the mover can be fixed without using an adhesive or mold, there is no need to perform application state management and inspection of adhesive strength as in the case of using an adhesive. There are no environmental concerns or long-term reliability concerns. Moreover, the process of magnetizing one by one after molding, such as when using a resin mold, becomes unnecessary.
[本発明の原理について]
まず、本発明の原理について説明する。
前述したように、双安定移動装置において、可動子として使用する永久磁石は、可動軸方向に直動しないよう、かつ、可動軸回りに回転しないように、可動体に対して固定する必要がある。この際、可動子となる永久磁石の固定には、可動軸方向の直動を阻止すること、および可動軸回りの回転を阻止することという2つの目的がある。
本発明は、このような可動子となる永久磁石の固定目的が、異なる2つの目的からなることに着目し、これら目的をそれぞれ異なる構造により実現したものである。
[Principle of the present invention]
First, the principle of the present invention will be described.
As described above, in the bistable moving device, the permanent magnet used as the mover needs to be fixed to the movable body so as not to move linearly in the direction of the movable axis and to rotate around the movable axis. . At this time, fixing the permanent magnet serving as the mover has two purposes: preventing linear movement in the direction of the movable axis and preventing rotation about the movable axis.
The present invention pays attention to the fact that the purpose of fixing the permanent magnet as the mover has two different purposes, and realizes these purposes by different structures.
まず、可動軸方向の直動を阻止するという目的については、可動子の中心に棒状の固定芯を通し、この固定芯の両端に第1および第2の固定部材をそれぞれ圧入して固定し、固定可動子となる第1および第2の永久磁石を挟持することにより、永久磁石に過大な力を加えることなく可動軸方向の直動を阻止するようにしたものである。 First, for the purpose of preventing linear movement in the movable axis direction, a rod-shaped fixed core is passed through the center of the movable element, and the first and second fixing members are press-fitted and fixed to both ends of the fixed core, respectively. By sandwiching the first and second permanent magnets serving as fixed movers, linear movement in the movable axis direction is prevented without applying excessive force to the permanent magnet.
また、可動軸回りの回転を阻止するという目的については、可動軸回りの回転が阻止されるよう回転止め機構により第1の固定部材を保持し、この第1の固定部材と第1の永久磁石との接触部分、第1の永久磁石と中間部材との接触部分、および中間部材と第2の永久磁石との接触部分に、固定部材に第1の永久磁石が係合し、第1の永久磁石に中間部材が係合し、中間部材に第2の永久磁石が係合するように、凹凸(ノッチ形状)からなる係合手段を設けることにより、可動軸を中心とした第1の永久磁石および第2の永久磁石の回転を阻止するようにしたものである。 Further, for the purpose of preventing rotation around the movable shaft, the first fixing member and the first permanent magnet are held by a rotation stop mechanism so as to prevent rotation around the movable shaft. The first permanent magnet is engaged with the fixed member at the contact portion between the first permanent magnet and the intermediate member, and the contact portion between the intermediate member and the second permanent magnet. The first permanent magnet with the movable shaft as the center is provided by providing engaging means composed of irregularities (notch shape) so that the intermediate member engages with the magnet and the second permanent magnet engages with the intermediate member. In addition, the rotation of the second permanent magnet is prevented.
これにより、可動子の中心に配置した一本の固定芯を基準として、この固定芯に固定された固定部材または中間部材により、可動子となる永久磁石を含む各部品が一体として固定されるため、永久磁石に関する可動軸方向の直動が阻止されることになる。
また、永久磁石と固定部材または中間部材とが接触する接触部分に設けた係合手段により、固定部材または中間部材と永久磁石が係合するため、可動子となる永久磁石に関する可動軸回りの回転が阻止されることになる。
As a result, the parts including the permanent magnet as the mover are integrally fixed by the fixing member or the intermediate member fixed to the fixed core with reference to the single fixed core arranged at the center of the mover. Thus, the linear movement of the permanent magnet in the movable axis direction is prevented.
Further, since the fixed member or the intermediate member and the permanent magnet are engaged by the engaging means provided in the contact portion where the permanent magnet and the fixed member or the intermediate member are in contact with each other, the rotation about the movable axis with respect to the permanent magnet serving as the mover is performed. Will be blocked.
したがって、本発明によれば、永久磁石の固定を目的として、可動子となる永久磁石の外周面と回転子の永久磁石の内周面とのクリアランスを増やす必要がないため、永久磁石から発生する磁力の低下を抑制できる。また、接着剤やモールドを使用せずに可動子となる永久磁石を固定することができるため、接着剤使用時のような、塗布状態の管理や接着強度の検査を行う必要がなくなり、さらに耐環境性や長期信頼性の懸念もない。また、樹脂モールド使用時のような、モールド後にそれぞれ個別に着磁する工程も不要となる。 Therefore, according to the present invention, for the purpose of fixing the permanent magnet, it is not necessary to increase the clearance between the outer peripheral surface of the permanent magnet serving as the mover and the inner peripheral surface of the permanent magnet of the rotor. Decrease in magnetic force can be suppressed. In addition, since the permanent magnet that becomes the mover can be fixed without using an adhesive or mold, there is no need to perform application state management and inspection of adhesive strength as in the case of using an adhesive. There are no environmental concerns or long-term reliability concerns. Moreover, the process of individually magnetizing after molding, such as when using a resin mold, is not required.
[実施の形態について]
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、図1および図2を参照して、本発明の一実施の形態にかかる双安定移動装置100について説明する。図1は、本発明にかかる双安定移動装置の要部構成を示す正面図である。図2は、図1のA−A断面図である。
[About the embodiment]
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the
この双安定移動装置100は、遮断弁や電磁開閉器、電子ロックなどの様々な用途で用いられる装置であって、回転子回転手段4により、回転子2を回転させることにより、可動子1を第1の配置と第2との配置の間で移動させ、そのどちらかの位置に保持する機能を備えている。
This bistable moving
[可動子(可動体)について]
図1において、可動子1の中央には固定芯10が貫通されている。固定芯10は非磁性体とされている。以下では、固定芯10と、この固定芯10に支持される後述の永久磁石11,12、中間部材13、固定部材14,15とからなる一体物を可動体1Aという。
[About mover (movable body)]
In FIG. 1, a fixed
可動体1Aは、固定芯10の軸方向(Z軸方向)に移動可能に設けられている。すなわち、可動体1A(可動子1)は、Z軸方向を可動軸方向とし、この可動軸方向に移動可能に設けられている。この可動体1A(可動子1)は、Z軸を中心とした回転を阻止するように保持されている。このZ軸を中心とした可動体1A(可動子1)の回転を阻止する機構、すなわち回転止め機構については後述する。以下、可動体1Aの基軸となるZ軸を可動軸と呼ぶ。
1 A of movable bodies are provided so that the movement to the axial direction (Z-axis direction) of the fixed
可動子1は、円柱状の永久磁石(第1の永久磁石)11と永久磁石(第2の永久磁石)12とから構成され、永久磁石11および永久磁石12はそれぞれ径方向に着磁されている。なお、この例において、これら永久磁石11,12は、回転止め機構を除き、同一の形状、同一のサイズとされている。
The
また、この例において、永久磁石11は、可動軸Zと直交する方向に可動軸Zを挟むように2つの磁極を配置した構成とされ、可動軸Zを挟んで対向する一方の面側(図2の状態では上側)がS極、他方の面側(図2の状態では下側)がN極とされている。
Further, in this example, the
また、永久磁石12も、永久磁石11と同様に、可動軸Zと直交する方向に可動軸Zを挟むように2つの磁極を配置した構成とされ、可動軸Zを挟んで対向する一方の面側(図2の状態では上側)がN極、他方の面側(図2の状態では下側)がS極とされている。
Similarly to the
すなわち、この例において、永久磁石11と永久磁石12とは、可動軸方向に異極同士が対向するように、可動軸Zと直交する方向に可動軸Zを挟むように1対の磁極が配置された構成とされている。
なお、この例において、永久磁石11および12の磁極の方向は、図1に示されるように、可動軸Zと直交する垂直方向の線Lの方向を基準方向とした場合、この基準方向に対して角度δだけ傾けられている。
That is, in this example, the
In this example, as shown in FIG. 1, the direction of the magnetic poles of the
本実施の形態において、永久磁石11と永久磁石12の間には、永久磁石11と永久磁石12が一定距離だけ離間して配置されるよう中間部材13が配置されている。
永久磁石11を挟んで中間部材13の反対側には、固定芯10と一体で動くよう固定された固定部材(第1の固定部材)14が配置されており、永久磁石11は、この固定部材14と中間部材13とにより挟持される形で固定芯10に固定されている。
In the present embodiment,
A fixing member (first fixing member) 14 fixed so as to move integrally with the fixed
また、永久磁石12を挟んで中間部材13の反対側には、固定芯10と一体で動くよう固定された固定部材(第2の固定部材)15が配置されており、永久磁石12は、この固定部材15と中間部材13とにより挟持される形で固定芯10に固定されている。
In addition, a fixing member (second fixing member) 15 fixed so as to move integrally with the fixed
すなわち、永久磁石11は、中央部に穴を有する円筒状またはリング状をなし、この穴を貫通する固定芯10に支持されており、固定部材14にその一端面を接するとともに、中間部材13にその他端面を接して、これら固定部材14と中間部材13に挟持されている。
また、永久磁石12は、中央部に穴を有する円筒状またはリング状をなし、この穴を貫通する固定芯10に支持されており、固定部材15にその一端面を接するとともに、中間部材13にその他端面を接して、これら固定部材15と中間部材13に挟持されている。
That is, the
The
一方、固定部材14は、非磁性体とされており、中央部に貫通する穴を有する円筒状またはリング状をなし、この穴に固定芯10を圧入することにより、固定芯10と一体で動くよう固定されている。また、固定部材14は、回転阻止機構により可動軸を中心とした回転が阻止されている。
同じく、固定部材15は、非磁性体とされており、中央部に貫通する穴を有する円筒状またはリング状をなし、この穴に固定芯10を圧入することにより、固定芯10と一体で動くよう固定されている。この際、固定部材15として、EリングやCリングを用いてもよい。
On the other hand, the fixing
Similarly, the fixing
また、中間部材13は、非磁性体とされており、中央部に貫通する穴を有する円筒状またはリング状をなし、この穴に固定芯10を圧入することにより、固定芯10と一体で動くよう固定されている。
Further, the
したがって、永久磁石11と永久磁石12は、固定芯10を基準として、中間部材13を間に挟んで、両側から固定部材14と固定部材15により挟持されていることになる。これにより、永久磁石11,12に過大な力を加えることなく可動軸方向の直動が阻止されるとともに、永久磁石11,12の固定芯10からの脱落が阻止される。
Therefore, the
固定部材14,15や中間部材13に固定芯10を圧入する場合、固定部材14,15や中間部材13には樹脂を用いることが好ましい。なお、中間部材13を樹脂材料からなる固定芯10と一体で成形し、この中間部材13を挟むように永久磁石11,12を配置し、さらに中間部材13とは反対側から固定部材14,15で永久磁石11,12を挟持することにより、永久磁石11,12を固定してもよい。
When the fixing
また、本実施の形態において、永久磁石11と固定部材14との接触部分には、可動軸を中心とした永久磁石11の回転を、固定部材14を介して阻止するための凹凸係合手段31が設けられており、永久磁石11と中間部材13との接触部分には、可動軸を中心とした永久磁石11の回転を、中間部材13を介して阻止するための凹凸係合手段32が設けられている。
また、永久磁石12と中間部材13との接触部分には、可動軸を中心とした永久磁石12の回転を、中間部材13を介して阻止するための凹凸係合手段33が設けられている。
Further, in the present embodiment, the contact portion between the
The contact portion between the
したがって、回転阻止機構により可動軸を中心とした回転が阻止されている固定部材14に対して、凹凸係合手段31を介して永久磁石11が係合し、永久磁石11に凹凸係合手段32を介して中間部材13が係合し、中間部材13に凹凸係合手段33を介して永久磁石12が係合することになる。これにより、可動軸を中心とした永久磁石11および永久磁石12の回転が阻止される。
Accordingly, the
図3は、凹凸係合手段(半球状)の構成例であり、図3(a)は可動軸に沿った要部断面、図3(b)は固定部材14側の接触面形状、図3(c)は永久磁石11側の接触面形状を示している。
凹凸係合手段31は、永久磁石11と固定部材14との接触部分のうち、永久磁石11側の接触面上に形成された半球状の凹部31Aと、固定部材14側の接触面上であって凹部31Aと対抗する位置に形成された半球状の凸部31Bとから構成されている。この凹部31Aと凸部31Bとが係合することにより、可動軸を中心とした永久磁石11の回転が、固定芯10に固定されている固定部材14により阻止されるものとなる。
FIG. 3 is a configuration example of the concave and convex engaging means (hemispherical shape), FIG. 3A is a cross-sectional view of a main part along the movable shaft, FIG. 3B is a shape of a contact surface on the fixed
The concave / convex engaging
同じく、凹凸係合手段32は、永久磁石11と中間部材13との接触部分のうち、永久磁石11側の接触面上に形成された半球状の凹部32Aと、中間部材13側の接触面上であって凹部32Aと対抗する位置に形成された半球状の凸部32Bとから構成されている。この凹部32Aと凸部32Bとが係合することにより、可動軸を中心とした永久磁石11の回転が、固定芯10に固定されている中間部材13により阻止されるものとなる。
Similarly, the concave-convex
また、凹凸係合手段33は、永久磁石12と中間部材13との接触部分のうち、永久磁石12側の接触面上に形成された半球状の凹部33Aと、中間部材13側の接触面上であって凹部33Aと対抗する位置に形成された半球状の凸部33Bとから構成されている。この凹部32Aと凸部32Bとが係合することにより、可動軸を中心とした永久磁石12の回転が、固定芯10に固定されている中間部材13により阻止されるものとなる。
Further, among the contact portions between the
この際、凹部31Aは、永久磁石11の中心に設けられた穴から見て、永久磁石11の磁極配置方向と直交する角度位置に配置されている。これにより、永久磁石11の磁極配置と離れた位置に凹部31Aが形成されるため、凹部31Aが発生させる磁力の低下を抑えることができる。このことは、凹部32Aおよび凹部33Aについても同様である。
At this time, the
このように、回転阻止機構により可動軸を中心とした回転が阻止されている固定部材14を基準にして、凹凸係合手段31,32,33を介して、永久磁石11、中間部材13、永久磁石12の順に係合させるようにしたので、固定芯10に対して圧入されている固定部材14,15が物理的衝撃、温度変化、経年変化などの要因で弛んで、可動軸まわりにずれる可能性がある場合でも、永久磁石11,12の回転を確実に阻止することができる。
Thus, the
なお、固定芯10に対して固定部材14,15が確実に固定されており、可動軸を中心とした回転が阻止されている場合には、永久磁石11と固定部材14との間、および永久磁石12と固定部材15との間に凹凸係合手段を設けて、固定部材14に永久磁石11を係合させるとともに、固定部材15に永久磁石12を係合させてもよい。あるいは、図2とは逆順で、固定部材15を基準として、永久磁石12、中間部材13、永久磁石11の順に係合させてもよい。
When the fixed
また、固定芯10に対して中間部材13が確実に固定されており、可動軸を中心とした回転が阻止されている場合には、中間部材13と永久磁石11および永久磁石12との間に凹凸係合手段を設けて、中間部材13に永久磁石11および永久磁石12を係合させてもよい。
In addition, when the
[回転子について]
図1において、回転子2は、可動軸Zを中心として回転可能で、かつ、可動軸方向の移動を阻止するように保持されている。回転子2は、径方向に着磁されたリングまたは円筒状の永久磁石(この例では、リング状の永久磁石)とされており、このリング状の永久磁石の中空部2Aを通して可動軸方向に移動可能に可動体1A(可動子1)が設けられている。
[About rotors]
In FIG. 1, the
回転子2において、リング状の永久磁石の内周面は、可動軸Zを挟んで対向する一方の面側(図2の状態では上側)がS極、他方の面側(図2の状態では下側)がN極とされており、リング状の永久磁石の外周面は、可動軸Zを挟んで対向する一方の面側(図2の状態では上側)がN極、他方の面側(図2の状態では下側)がS極とされている。
In the
すなわち、回転子2には、可動軸Zを中心とする第1の円周(内周面)上をS極の位置とし、可動軸Zを中心とする第1の円周よりも大径の第2の円周(外周面)上をN極の位置とする第1の磁極(上側の磁極対)対と、可動軸Zを中心とする第1の円周(内周面)上をN極の位置とし、可動軸Zを中心とする第1の円周よりも大径の第2の円周(外周面)上をS極の位置とする第2の磁極対(下側の磁極対)との2つの磁極対が、可動軸Zと直交する方向に可動子1を挟むように配置されている。
That is, the
[回転子回転手段について]
図1において、回転子回転手段4は、可動軸Zとほぼ直交する方向から回転子2に正逆方向の磁界を与えて回転子2を回転(180゜回転)させて、回転子2の内周面上の磁極の配置を、第1の配置と第2の配置との間で入れ替える機能を有している。
[About rotor rotation means]
In FIG. 1, the
この回転子回転手段4は、電磁コイル41と、この電磁コイル41のコアの両端に接続または一体化されたヨーク42とから構成されている。ヨーク42は、回転子2の外周面(第2の円周の外周)を囲むように近接して位置する対向面を有している。なお、ヨーク42は、回転子2の外周面を囲むように一体形成されていなくてもよく、図1中破線で示したように、電磁コイル41から出力される磁束の一方側と他方側にそれぞれ接続された、例えばC字型(コ字型)の2つのヨークを、回転子2の外周面を囲むように配置してもよい。
The
[凹凸係合手段について]
図3では、凹凸係合手段31(32,33)が、半球状の凹部31A(32A,33A)および凸部31B(32B,33B)とから構成されている場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。以下では、凹凸係合手段31(32,33)の構成例についていくつか説明する。
[About uneven engagement means]
In FIG. 3, the concave / convex engaging means 31 (32, 33) has been described as an example in which the concave and
まず、図4を参照して、凹凸係合手段31が、永久磁石11と固定部材14との接触部分のうち、永久磁石11の外周縁の一部に接する位置に、凹部31Aおよび凸部31Bが形成されている場合について説明する。
図4は、凹凸係合手段(外周縁−斜め面取り形状)の構成例であり、図4(a)は可動軸に沿った要部断面、図4(b)は固定部材14側の接触面形状、図4(c)は永久磁石11側の接触面形状を示している。
First, referring to FIG. 4, concave and
4A and 4B are configuration examples of the concave-convex engaging means (outer peripheral edge-oblique chamfered shape). FIG. 4A is a cross-sectional view of the main part along the movable shaft, and FIG. 4B is a contact surface on the fixed
ここでは、凹凸係合手段31の具体例として、凹部31Aが、永久磁石11の外周縁の一部に形成された面取り形状をなしており、凸部31Bが、固定部材14の外周縁の一部に形成された、凹部31Aと係合する凸部から構成されている。この面取り形状は、永久磁石11の外周縁の角の一部を、例えば平坦な傾斜面で斜めに面取りした形状をなしている。
Here, as a specific example of the concavo-convex
この際、凹部31Aは、永久磁石11の磁極配置方向と平行する方向に沿って面取りされている。これにより、永久磁石11の磁極配置と離れた位置に凹部31Aが形成されるため、凹部31Aが発生させる磁力の低下を抑えることができる。
At this time, the
また、凹凸係合手段31の形状については、図4の面取り形状に限定されるものではなく、図5に示すような三角錐形状であってもよい。
図5は、凹凸係合手段(外周縁−三角錐形状)の構成例であり、図5(a)は可動軸に沿った要部断面、図5(b)は固定部材14側の接触面形状、図5(c)は永久磁石11側の接触面形状を示している。
Further, the shape of the concave / convex engaging
5A and 5B are configuration examples of the concave-convex engaging means (outer peripheral edge-triangular pyramid shape), FIG. 5A is a cross-sectional view of a main part along the movable shaft, and FIG. 5B is a contact surface on the fixed
ここでは、具体例として、凹部31Aが、永久磁石11の外周縁の一部に形成された三角錐形状をなしており、凸部31Bが、固定部材14の外周縁の一部に形成された、凹部31Aと係合する凸部から構成されている。この三角錐形状は、稜線が永久磁石11の中心から径方向外側に延びるV字状に形成され、かつ、径方向外側に向かうに応じて深くなる谷形状をなしている。
Here, as a specific example, the
この際、凹部31Aは、永久磁石11の中心に設けられた穴から見て、永久磁石11の磁極配置方向と直交する方向に形成されている。これにより、永久磁石11の磁極配置と離れた位置に凹部31Aが形成されるため、凹部31Aが発生させる磁力の低下を抑えることができる。
At this time, the
次に、図6を参照して、凹凸係合手段31が、永久磁石11と固定部材14との接触部分のうち、永久磁石11の内周縁の一部に接する位置に、凹部31Aおよび凸部31Bが形成されている場合について説明する。
図6は、凹凸係合手段(内周縁−面直方体形状)の構成例であり、図6(a)は可動軸に沿った要部断面、図6(b)は固定部材14側の接触面形状、図6(c)は永久磁石11側の接触面形状を示している。
Next, with reference to FIG. 6, the concave / convex engaging
6A and 6B are configuration examples of the concave-convex engaging means (inner peripheral edge-plane rectangular parallelepiped shape), FIG. 6A is a cross-sectional view of the main portion along the movable shaft, and FIG. 6B is a contact surface on the fixed
ここでは、具体例として、凹部31Aが、永久磁石11の内周縁の一部に形成された略直方体形状をなしており、凸部31Bが、固定部材14の内周縁の一部に形成された、凹部31Aと係合する凸部から構成されている。この直方体形状は、その一端面により永久磁石11の中央の穴と連通した形状をなしている。
Here, as a specific example, the
この際、凹部31Aは、永久磁石11の中心に設けられた穴から見て、永久磁石11の磁極配置方向と直交する角度位置に配置されている。これにより、永久磁石11の磁極配置と離れた位置に凹部31Aが形成されるため、凹部31Aが発生させる磁力の低下を抑えることができる。
At this time, the
次に、図7を参照して、凹凸係合手段31が、永久磁石11と固定部材14との接触部分のうち、永久磁石11の径方向に延びる形状で、凹部31Aおよび凸部31Bが形成されている場合について説明する。
図7は、凹凸係合手段(径方向−凹溝・凸条形状)の構成例であり、図7(a)は可動軸に沿った要部断面、図7(b)は固定部材14側の接触面形状、図7(c)は永久磁石11側の接触面形状を示している。
Next, referring to FIG. 7, the concave / convex engaging
FIG. 7 is a configuration example of the concave / convex engaging means (radial direction—concave groove / ridge shape), FIG. 7A is a cross-sectional view of the main part along the movable shaft, and FIG. FIG. 7C shows the contact surface shape on the
ここでは、具体例として、凹部31Aが、永久磁石11の径方向に延びる凹溝形状をなしており、凸部31Bが、固定部材14の外周縁の一部に形成された、凹部31Aと係合する凸条形状をなしている。この直方体形状は、その一端面により永久磁石11の内周縁、すなわち中央の穴と連通した形状をなしている。凹溝形状および凸条形状の断面形状としては、矩形、台形、三角、半円、半楕円など、各種形状を用いることが可能である。
Here, as a specific example, the
この際、凹部31Aは、永久磁石11の中心に設けられた穴から見て、永久磁石11の磁極配置方向と直交する角度方向に沿って形成されている。これにより、永久磁石11の磁極配置と離れた位置に凹部31Aが形成されるため、凹部31Aが発生させる磁力の低下を抑えることができる。
At this time, the
次に、図8を参照して、凹凸係合手段31の凹部31Aが、永久磁石11の外周縁の一部に形成されたDカット部からなる場合について説明する。
図8は、凹凸係合手段(外周縁−Dカット)の構成例であり、図8(a)は可動軸に沿った要部断面、図8(b)は固定部材14側の接触面形状、図8(c)は永久磁石11側の接触面形状を示している。
Next, with reference to FIG. 8, the case where the recessed
8A and 8B are configuration examples of the concave-convex engaging means (outer peripheral edge-D cut), FIG. 8A is a cross-sectional view of a main part along the movable shaft, and FIG. 8B is a contact surface shape on the fixed
ここでは、具体例として、凹部31Aが、永久磁石11の外周縁の一部に形成されたDカット部からなり、凸部31Bが、固定部材14の外周縁の一部に形成された、凹部31Aと係合する凸部から構成されている。このDカット部は、永久磁石11の外周縁の一部を、可動軸と平行する平坦面で面取りしたDカット形状をなしている。凸部33Bは、Dカット部と接触するよう固定部材14の外周縁の一部に突出して形成されている。
Here, as a specific example, the
この際、凹部31Aは、永久磁石11の磁極配置方向と平行する方向に沿って面取りされている。これにより、永久磁石11の磁極配置と離れた位置に凹部31Aが形成されるため、凹部31Aが発生させる磁力の低下を抑えることができる。
なお、以上の図4〜図8では、凹凸係合手段31の構成例について説明したが、凹凸係合手段32,33についても同様にして適用可能である。
At this time, the
In addition, although the structural example of the uneven | corrugated engagement means 31 was demonstrated in the above FIGS. 4-8, it is applicable similarly to the uneven | corrugated engagement means 32 and 33. FIG.
[固定芯と固定部材との一体化]
図2では、固定芯10と固定部材15とが別体である場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、固定芯10と固定部材15とを一体で成形してもよい。なお、こごでは、固定部材15を固定芯10と一体で成形する場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、固定部材14や中間部材13を固定芯10と一体で成形してもよい。
[Integration of fixed core and fixed member]
In FIG. 2, the case where the fixed
図9は、図1のA−A断面図(固定芯・固定部材の一体化)である。
図9において、固定部材15は、例えば1つの部材からの削り出しなどにより、固定芯10と連結されて一体に成形されている。これにより、永久磁石12は、この固定部材15と固定芯10とにより挟持される形で固定芯10に固定されている。
したがって、可動体1Aを構成する部品を1つ削減することができ、組み立て工数の削減に繋がる。
9 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 (integration of a fixed core and a fixing member).
In FIG. 9, the fixing
Therefore, one part constituting the
[遮断弁への適用例]
次に、図10を参照して、本発明にかかる双安定移動装置100を、遮断弁に適用した例について説明する。図10は、本発明にかかる双安定移動装置の遮断弁への適用例である。
遮断弁は、都市ガスやLPガスの供給管路やガスメータ内に設置されるガス緊急遮断装置など、電気的に管路の遮断/復帰(閉弁/開弁)を行う装置である。本発明にかかる双安定移動装置100は、接続された可動子を2つの位置の間で移動させ、そのどちらかの位置に保持することにより、可動子に接続された遮断弁の弁体を駆動する機構として用いられる。
[Example of application to shut-off valve]
Next, an example in which the bistable moving
The shutoff valve is a device that electrically shuts off / returns (closes / opens) the pipeline, such as a city gas or LP gas supply pipeline or a gas emergency shutoff device installed in a gas meter. The bistable moving
図10において、フランジ(非磁性部材)50の開口部50Aに、Oリング52を介してシール管(非磁性部材)51が嵌合されており、シール管51内に可動体1Aが配置されている。
可動体1Aの固定芯10は、フランジ50の開口部50Aを通してシール管51の外側に延びている。なお、シール管51は、フランジ50の開口部50Aと一端が連通するように、一体、または気密接続され、他端が閉じられている。また、フランジ50は、その鍔面が流路への取付部とされる。
In FIG. 10, a seal pipe (nonmagnetic member) 51 is fitted into an
The fixed
弁体53は、可動体1Aの可動軸方向の力を受けて、その表面と流路に形成された弁座(図示しない)との間の接触・離間により流路の開閉を行う弁体であり、この弁体53が固定部材(第1の固定部材)14として可動体1Aの固定芯10に圧入により固定されている。この際、可動体1Aは、シール管51の内側面と摺動するが、永久磁石11,12以外の部品がシール管51の内側面と摺動するよう、永久磁石11,12の直径を、中間部材13や固定部材14,15の直径より小さくすればよい。なお、図10の例では、弁体53が固定部材14と一体で形成されているが、固定部材14に弁体53を接続した構成であってもよい。
The
また、弁体53には、その裏面側にガイド用の孔からなる回転止め機構54が形成されており、この回転止め機構54の孔に対して、固定端であるフランジ50に設けられたガイド部50Bが差し込まれて係合している。弁体53は、このフランジ50に設けられたガイド部50Bをガイドとして回転止め機構54により、その可動軸方向への動きが案内されると共に、可動軸Zを中心とする回転が規制(阻止)される。
Further, the
[通常のラッチ動作について]
次に、図1−2を参照して、本発明の双安定移動装置100にかかる通常のラッチ動作について説明する。
図2の状態は、回転子回転手段4によって回転子2を回転させ、回転子2(リング状の永久磁石)の内周面上の磁極の配置を第1の配置(上側がS極、下側がN極)P1に切り替えた状態を示している。
この第1の配置P1において、回転子2の内周面の磁極は図2に示されているように、上側がS極、下側がN極となる。この状態において、回転子2は、可動子1の永久磁石12を磁気吸引している。
[Regular latch operation]
Next, with reference to FIGS. 1-2, the normal latch operation | movement concerning the
In the state of FIG. 2, the
In this first arrangement P1, the magnetic poles on the inner peripheral surface of the
すなわち、中空部2A内に可動子1の永久磁石12を引き込んで、ラッチ(吸引・保持)している。図2には、回転子2の磁極の極性(N極/S極)との関係が分かり易いように、可動体1Aに対して永久磁石11の磁極の極性(N極/S極)を示している。
なお、第1の配置P1の状態は、回転子回転手段4によって回転子2を回転させた後、すなわち電磁コイル41への通電を行った後、電磁コイル41への通電を遮断した状態(非励磁状態)を示している。
That is, the
Note that the state of the first arrangement P1 is a state in which the energization to the
この電磁コイル41の非励磁状態において、回転子2は、ヨーク42との間の磁気吸引力によって、可動軸Zと直交する垂直方向の線Lの方向(基準方向)に対して、その磁極の方向をほぼ角度θだけ傾けた状態でバランスして静止している。
In the non-excited state of the
第1の配置P1の状態から、回転子回転手段4によって回転子2を回転(180゜回転)させ、回転子2の内周面上の磁極の配置を第2の配置に切り替えたとする。すなわち、回転子2の内周面の磁極の位置を入れ替え、下側をS極、上側をN極にしたとする。すると、可動子1の永久磁石12と回転子2との間の磁気吸引力が消失し、永久磁石12と回転子2との間に磁気反発力が発生する。
Assume that the
これにより、永久磁石12が回転子2を離れるとともに、永久磁石11が回転子2に近づき、永久磁石11との間に生じる磁気吸引力との合力により、可動子1が可動軸方向に沿って第1の配置P1から第2の配置P2(図2の右側から左側)に移動し、可動子1の永久磁石12が回転子2によりラッチされる。
なお、第2の配置P2の状態は、回転子回転手段4によって回転子2を回転させた後、すなわち電磁コイル41への通電を行った後、電磁コイル41への通電を遮断した状態(非励磁状態)を示している。
As a result, the
The state of the second arrangement P2 is a state in which the energization to the
この電磁コイル41の非励磁状態において、回転子2は、ヨーク42との間の磁気吸引力によって、可動軸Zと直交する垂直方向の線Lの方向(基準方向)に対して、その磁極の方向をほぼ角度θだけ傾けた状態でバランスして静止する。
In the non-excited state of the
次に、第2の配置P2の状態から、回転子回転手段4によって回転子2を回転(180゜回転)させ、回転子2の内周面上の磁極の配置を第1の配置P1に切り替えたとする。すなわち、回転子2の内周面の磁極の位置を入れ替え、下側をN極、上側をS極にしたとする。すると、可動子1の永久磁石11と回転子2との間の磁気吸引力が消失し、永久磁石11と回転子2との間に磁気反発力が発生する。
Next, from the state of the second arrangement P2, the
これにより、永久磁石11が回転子2を離れるとともに、永久磁石12が回転子2に近づき、永久磁石12との間に生じる磁気吸引力との合力により、可動子1が可動軸方向に沿って第2の配置P2から第1の配置P1(図2の左側から右側)に移動し、可動子1の永久磁石12が回転子2によりラッチされる。
As a result, the
このようにして、回転子回転手段4によって回転子2を回転させることによって、可動子1が回転子2とは非接触で移動し、可動子1の第1の配置P1でのラッチ、第2の配置P2でのラッチが行われる。
Thus, by rotating the
この場合、回転子2の外周面の磁極を回転力発生用に使用し、回転子2の内周面の磁極を可動子1の磁気吸引保持と磁気反発用に使用することから、可動子1との間に発生する磁気吸引力に起因する内周側からの回転を妨げるトルクに対して、外周側からの弱い力で回転子2を回転させることができる。
In this case, the magnetic pole on the outer peripheral surface of the
また、回転子2は、電磁コイル41の非励磁状態において、その磁極の方向がほぼ角度θだけ傾けられて静止しているので、回転子回転手段4からの起磁力を受けて効率よく回転する。
具体的には、電磁コイル41の非励磁状態において、ヨーク42からの起磁力の方向、すなわち可動軸Zと直交する垂直方向の線Lの方向を基準方向とした場合、回転子2の磁極配置方向が、この基準方向に対して交差角θだけ傾けられている。これにより、電磁コイル41を励磁状態とした時に発生する起磁力が回転子2の回転に効率よく作用する。
In addition, the
Specifically, in the non-excited state of the
なお、上述の交差角θをつけていない場合は、つまり、θ=0の場合は、起磁力を受けても右回りと左回り(時計方向と反時計方向)の回転力がバランスしてしまうため回転しにくい。これに対して、交差角θをつけることにより、回転子2を回転させ易くなるばかりでなく、回転子2を一方向に回転させることができるようになる。
If the crossing angle θ is not applied, that is, if θ = 0, the clockwise and counterclockwise (clockwise and counterclockwise) rotational forces are balanced even when the magnetomotive force is applied. Therefore, it is difficult to rotate. On the other hand, by setting the crossing angle θ, not only the
[ラッチ状態で他方向への衝撃や一時的な過大力が掛かった場合]
今、回転子2の内周面上の磁極の配置が第1の配置P1とされ、可動子1の永久磁石11が回転子2に磁気吸引されている場合に(図2参照)、可動軸方向の第2の配置P2への衝撃や一時的な過大力が掛かり、可動子1が第2の配置P2へ移動してしまったとする。
[When impact in the other direction or temporary excessive force is applied in the latched state]
Now, when the arrangement of the magnetic poles on the inner peripheral surface of the
この場合、可動子1は、回転子2の内周面上の磁極の配置が第1の配置P1にある状態で、永久磁石12が回転子2にラッチされている状態から、可動軸方向の第2の配置P2へ移動する。これにより、可動子1の永久磁石11が回転子2に近づくと、永久磁石11と回転子2との間には磁気反発力が発生する。
In this case, the
これにより、永久磁石11が回転子2から離れるとともに、永久磁石12が回転子2に近づき、永久磁石12と回転子2との間に生じる磁気吸引力との合力により、可動子1が可動軸方向の第1の配置P1に戻される。
As a result, the
すなわち、可動軸方向の第2の配置P2への衝撃や一時的な過大力が掛かり、可動子1が可動軸方向の第2の配置P2へ移動しても、可動子1は可動軸方向の第2の配置P2に移動した位置ではラッチされずに、自動的に可動軸方向の第1の配置P1に移動した位置でのラッチ(元のラッチ状態)に復帰する。
That is, even if an impact or temporary excessive force is applied to the second arrangement P2 in the movable axis direction and the
今、回転子2の内周面上の磁極の配置が第2の配置P2とされ、可動子1の永久磁石12が回転子2に磁気吸引されている場合に(図2参照)、可動軸方向の第1の配置P1への衝撃や一時的な過大力が掛かり、可動子1が可動軸方向の第1の配置P1へ移動してしまったとする。
Now, when the arrangement of the magnetic poles on the inner peripheral surface of the
この場合、可動子1は、回転子2の内周面上の磁極の配置が第2の配置P2にある状態で、永久磁石11が回転子2にラッチされている状態から、可動軸方向の第1の配置P1へ移動する。これにより、可動子1の永久磁石12が回転子2に近づくと、永久磁石12と回転子2との間には磁気反発力が発生する。
In this case, the
これにより、永久磁石12が回転子2から離れるとともに、永久磁石11が回転子2に近づき、永久磁石11と回転子2との間に生じる磁気吸引力との合力により、可動子1が可動軸方向の第2の配置P2に戻される。
As a result, the
すなわち、可動軸方向の第1の配置P1への衝撃や一時的な過大力が掛かり、可動子1が可動軸方向の第1の配置P1へ移動しても、可動子1は可動軸方向の第1の配置P1に移動した位置ではラッチされずに、自動的に可動軸方向の第2の配置P2に移動した位置でのラッチ(元のラッチ状態)に復帰する。
That is, even if an impact or temporary excessive force is applied to the first arrangement P1 in the movable axis direction and the
このように、本実施の形態の双安定移動装置100では、回転子2を回転させて回転子2の内周面上の磁極の配置を入れ替えなければ、可動子1の第1の配置P1に移動した位置から第2の配置P2に移動した位置へのラッチの切り換え、第2の配置P2に移動した位置から第1の配置P1に移動した位置へのラッチの切り換えを行うことができない。また、回転子2の内周面上の磁極の配置を入れ替えない状態で、第1の配置P1に移動した位置にラッチされている可動子1の第2の配置P2への移動、第2の配置P2に移動した位置にラッチされている可動子1の第1の配置P1への移動が生じた場合、自動的に元のラッチ状態に復帰する。
As described above, in the bistable moving
本実施の形態の双安定移動装置100では、可動子1の可動軸方向の移動に、回転子2の回転というロック機構を付加しており、このロック機構を付加することによって、確実な動作を得ることが可能となり、安全性が高められる。
In the bistable moving
また、本実施の形態の双安定移動装置100では、可動子1と回転子2の両方に永久磁石を使用し、可動子1を可動軸方向へ移動させるための主動力は、回転子(永久磁石)2との間で働く、移動元側の可動子(永久磁石)1の磁気反発力と、移動先側の可動子(永久磁石)1の磁気吸引力の両方を同時に使用して行い、回転子2を回転させるための回転力は、パイロット動力として、回転子2の内周面上の磁極の配置を入れ替えるためにだけに使用される。これにより、回転子(永久磁石)2に近接した位置から瞬間的に磁界を与え、回転子2の内周面上の磁極の配置を入れ替えるために必要な回転トルクを発生させるようにするだけでよく、従来のソレノイドで可動軸方向への移動の主動力に使われる場合よりも、(原理的に)少ない電力で動作させることができる。
Further, in the bistable moving
[本実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、永久磁石11を中間部材13と固定芯10に固定された固定部材14とで挟持するとともに、永久磁石12を中間部材13と固定芯10に固定された固定部材15とで挟持し、固定部材14と永久磁石11との接触部分、永久磁石11と中間部材13との接触部分、および中間部材13と永久磁石12との接触部分に、凹凸係合手段31,32,33を設け、回転阻止機構により可動軸を中心とした回転が阻止されている固定部材14から、永久磁石11、中観部材13、および永久磁石12の順に係合させるようにしたものである。
[Effects of the present embodiment]
As described above, in this embodiment, the
これにより、可動子1の中心に配置した一本の固定芯10を基準として、この固定芯10に固定された固定部材14,15または中間部材13により、可動子1となる永久磁石11,12を含む各部品が一体として固定されるため、永久磁石11,12に関する可動軸方向の直動が阻止されることになる。
また、係合手段31,32,33により、回転阻止機構により可動軸を中心とした回転が阻止されている固定部材14から、永久磁石11、中観部材13、および永久磁石12の順に係合するため、可動子1となる永久磁石11,12に関する可動軸回りの回転が阻止されることになる。
Accordingly, the
Further, the engaging
したがって、本発明によれば、永久磁石の固定を目的として、可動子となる永久磁石の外周面と回転子の永久磁石の内周面とのクリアランスを増やす必要がないため、永久磁石から発生する磁力の低下を抑制できる。また、接着剤やモールドを使用せずに可動子となる永久磁石を固定することができるため、接着剤使用時のような、塗布状態の管理や接着強度の検査を行う必要がなくなり、さらに耐環境性や長期信頼性の懸念もない。また、樹脂モールド使用時のような、モールド後に1つ1つ着磁する工程も不要となる。 Therefore, according to the present invention, for the purpose of fixing the permanent magnet, it is not necessary to increase the clearance between the outer peripheral surface of the permanent magnet serving as the mover and the inner peripheral surface of the permanent magnet of the rotor. Decrease in magnetic force can be suppressed. In addition, since the permanent magnet that becomes the mover can be fixed without using an adhesive or mold, there is no need to perform application state management and inspection of adhesive strength as in the case of using an adhesive. There are no environmental concerns or long-term reliability concerns. Moreover, the process of magnetizing one by one after molding, such as when using a resin mold, becomes unnecessary.
[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
[Extended embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention. In addition, each embodiment can be implemented in any combination within a consistent range.
100…双安定移動装置、1…可動子、1A…可動体、10…固定芯、11…永久磁石(第1の永久磁石)、12…永久磁石(第2の永久磁石)、13…中間部材、14…固定部材(第1の固定部材)、15…固定部材(第2の固定部材)、2…回転子、2A…中空部、31,32,33…凹凸係合手段、31A,32A,33A…凹部、31B,32B,33B…凸部、4…回転子回転手段、41…電磁コイル、42…ヨーク、50…フランジ、50A…開口部、50B…ガイド部、51…シール管、52…Oリング、53…弁体、54…回転止め機構。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記可動軸を中心として回転可能で、かつ、前記可動軸方向の移動を阻止するように保持され、一方の磁極の位置を前記可動軸を中心とする第1の円周上とし、他方の磁極の位置を前記第1の円周よりも大径の前記可動軸を中心とする第2の円周上とする2つの磁極対を、前記可動軸と直交する方向に前記可動子を挟むように配置した永久磁石を備える回転子と、
前記回転子を回転させて、前記回転子の第1の円周上の磁極の配置を、第1の配置と第2の配置との間で入れ替える回転子回転手段とを備え、
前記回転子は、前記第1の円周上の磁極の配置が前記第1の配置である場合、前記可動子の第1の永久磁石を磁気吸引保持する一方、前記可動子の第2の永久磁石を磁気反発させ、前記第1の円周上の磁極の配置が前記第2の配置である場合、前記可動子の第2の永久磁石を磁気吸引保持する一方、前記可動子の第1の永久磁石を磁気反発させ、
前記可動子は、
前記第1の永久磁石と前記第2の永久磁石との間に配置されて、円筒状またはリング状をなす中間部材と、前記可動軸方向に移動可能に保持され、前記第1の永久磁石、前記第2の永久磁石、および前記中間部材に形成されている中央の穴を貫通することにより、これら第1の永久磁石、第2の永久磁石、および中間部材を支持する固定芯と、前記可動軸方向に沿って前記第1の永久磁石を挟んで前記中間部材と反対側に配置されて、回転阻止機構により前記可動軸を中心とした回転が阻止された状態で前記固定芯に固定されている第1の固定部材と、前記可動軸方向に沿って前記第2の永久磁石を挟んで前記中間部材と反対側に配置されて、前記固定芯に固定されている第2の固定部材とをさらに備え、
前記第1の固定部材と前記第1の永久磁石との接触部分、前記第1の永久磁石と前記中間部材との接触部分、および前記中間部材と前記第2の永久磁石との接触部分には、前記第1の固定部材に前記第1の永久磁石が係合し、前記第1の永久磁石に前記中間部材が係合し、前記中間部材に前記第2の永久磁石が係合することにより、前記可動軸を中心とした前記第1の永久磁石および前記第2の永久磁石の回転を阻止するための凹凸係合手段が設けられている
ことを特徴とする双安定移動装置。 A cylindrical or ring-shaped first holding a pair of magnetic poles so as to be movable in a movable axis direction that is an axial direction of the movable axis and sandwiching the movable axis in a direction orthogonal to the movable axis. A permanent magnet is held so as to be movable in the direction of the movable axis, and the movable axis is sandwiched in a direction perpendicular to the movable axis, and is different from the magnetic pole of the first permanent magnet in the direction of the movable axis. A mover including a cylindrical or ring-shaped second permanent magnet in which a pair of magnetic poles are arranged so that the poles face each other;
It is rotatable about the movable shaft and is held so as to prevent movement in the direction of the movable shaft, and the position of one magnetic pole is on the first circumference centered on the movable shaft, and the other magnetic pole Two magnetic pole pairs having a position on the second circumference centered on the movable shaft having a diameter larger than the first circumference are sandwiched between the movable element in a direction perpendicular to the movable shaft. A rotor with permanent magnets arranged;
Rotator rotating means for rotating the rotor to change the arrangement of magnetic poles on the first circumference of the rotor between the first arrangement and the second arrangement;
When the arrangement of the magnetic poles on the first circumference is the first arrangement, the rotor magnetically holds the first permanent magnet of the mover while the second permanent of the mover. When the magnet is magnetically repelled and the arrangement of the magnetic poles on the first circumference is the second arrangement, the second permanent magnet of the mover is magnetically attracted and held, while the first of the mover Repel the permanent magnet,
The mover is
An intermediate member that is disposed between the first permanent magnet and the second permanent magnet and has a cylindrical shape or a ring shape, and is held movably in the movable axis direction; the first permanent magnet; A fixed core that supports the first permanent magnet, the second permanent magnet, and the intermediate member by passing through the central hole formed in the second permanent magnet and the intermediate member, and the movable It is disposed on the opposite side of the intermediate member along the axial direction with the first permanent magnet interposed therebetween, and is fixed to the fixed core in a state in which rotation about the movable shaft is blocked by a rotation blocking mechanism. A first fixing member, and a second fixing member disposed on the opposite side of the intermediate member with the second permanent magnet sandwiched along the movable axis direction, and fixed to the fixed core. In addition,
The contact portion between the first fixed member and the first permanent magnet, the contact portion between the first permanent magnet and the intermediate member, and the contact portion between the intermediate member and the second permanent magnet The first permanent magnet is engaged with the first fixing member, the intermediate member is engaged with the first permanent magnet, and the second permanent magnet is engaged with the intermediate member. And a concavo-convex engaging means for preventing rotation of the first permanent magnet and the second permanent magnet around the movable shaft.
前記固定芯、前記第1の固定部材、前記第2の固定部材、および、前記中間部材は、非磁性体からなることを特徴とする双安定移動装置。 The bistable movement device according to claim 1,
The bistable movement device, wherein the fixed core, the first fixed member, the second fixed member, and the intermediate member are made of a non-magnetic material.
前記第1の固定部材、前記第2の固定部材、および、前記中間部材は、中央部に前記固定芯が貫通する穴が形成された円筒状またはリング状をなすことを特徴とする双安定移動装置。 In the bistable movement apparatus of Claim 1 or Claim 2,
The bistable movement characterized in that the first fixing member, the second fixing member, and the intermediate member have a cylindrical shape or a ring shape in which a hole through which the fixing core passes is formed in a central portion. apparatus.
前記凹凸係合手段は、前記接触部分のうち、前記第1または前記第2の永久磁石に形成された凹部と、前記中間部材のうち前記凹部と対抗する位置に形成された凸部とからなることを特徴とする双安定移動装置。 In the bistable movement apparatus as described in any one of Claims 1-3,
The concavo-convex engaging means includes a concave portion formed in the first or second permanent magnet in the contact portion and a convex portion formed in a position facing the concave portion in the intermediate member. A bistable moving device characterized by that.
前記凹部は、前記第1または前記第2の永久磁石の外周縁(または内周縁)の一部に接する位置に形成されており、前記凸部は、前記凹部と対向して前記中間部材の外周縁(または内周縁)の一部に接する位置に形成されていることを特徴とする双安定移動装置。 In the bistable movement apparatus of Claim 4,
The concave portion is formed at a position in contact with a part of the outer peripheral edge (or inner peripheral edge) of the first or second permanent magnet, and the convex portion faces the concave portion and is located outside the intermediate member. A bistable moving device formed at a position in contact with a part of a peripheral edge (or inner peripheral edge).
前記凹部は、前記接触部分のうち、前記第1または前記第2の永久磁石側の接触面に形成された径方向に延びる凹溝からなり、前記凸部は、前記凹溝と対抗して前記中間部材側の接触面に形成された径方向に延びる凸条からなることを特徴とする双安定移動装置。 In the bistable movement apparatus of Claim 4,
The concave portion is a concave groove extending in a radial direction formed on the contact surface on the first or second permanent magnet side of the contact portion, and the convex portion is opposed to the concave groove, and A bistable movement device comprising a radially extending protrusion formed on a contact surface on the intermediate member side.
前記凹部は、前記第1または前記第2の永久磁石の外周縁の一部に形成されたDカット部からなり、前記凸部は、前記Dカット部と接触するよう前記中間部材の外周縁の一部に突出して形成されていることを特徴とする双安定移動装置。 In the bistable movement apparatus of Claim 4,
The concave portion includes a D-cut portion formed at a part of the outer peripheral edge of the first or second permanent magnet, and the convex portion is formed on the outer peripheral edge of the intermediate member so as to contact the D-cut portion. A bistable moving device characterized in that it is formed to protrude in part.
前記Dカット部は、その切断端面が、前記第1または前記第2の永久磁石の磁極配置方向と平行する方向に沿うよう形成されていることを特徴とする双安定移動装置。 The bistable moving device according to claim 7,
The D-cut portion is formed so that a cut end surface thereof is along a direction parallel to a magnetic pole arrangement direction of the first or second permanent magnet.
前記固定芯は、前記第1の固定部材、前記第2の固定部材、または前記中間部材と一体で成形されていることを特徴とする双安定移動装置。 In the bistable movement apparatus as described in any one of Claims 1-8,
The bistable movement device, wherein the fixed core is formed integrally with the first fixed member, the second fixed member, or the intermediate member.
前記回転阻止機構は、前記可動子の前記第1の固定部材または前記第1の固定部材と接続された接続部材に形成されて、固定端に設けられたガイド部と係合することにより、前記第1の固定部材の前記可動軸方向への移動を可能とするとともに、前記第1の固定部材の前記可動軸を中心とした回転を阻止することを特徴とする双安定移動装置。 In the bistable movement apparatus as described in any one of Claims 1-9,
The rotation preventing mechanism is formed on the first fixed member of the movable element or a connection member connected to the first fixed member, and is engaged with a guide portion provided at a fixed end, A bistable movement device characterized by enabling movement of the first fixed member in the direction of the movable axis and preventing rotation of the first fixed member around the movable axis.
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