JP6484911B2 - 永久磁石内蔵型ソレノイド - Google Patents

Description

本発明はソレノイドに係り、さらに詳細には永久磁石を付設した永久磁石内蔵型ソレノイドに関する。

従来、この種のソレノイドは、コイルの非通電で永久磁石の吸着力で吸引力を発生し、磁束が吸着部を通過している。
コイルに通電するとコイルによって発生した磁束が、磁石の磁束と打ち消すように流れ、磁石の磁束は別部分の磁路を通るようになり、吸着部を通過する磁石の磁束が減少するため、吸引力が低下し、吸引力を解除することができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開昭６０−１８１４号公報

しかしながら、特許文献１ではコイルに通電し始めると、コイルによって発生した磁束は磁石の磁束と対抗する様に流れ、吸着部を通過する磁石の磁束量は減少し、吸引力が低下する。コイルが磁石の磁束をちょうど打ち消しあうだけの量の磁束を、発生した場合、吸着部を通過する磁束はなくなるため、吸引力はほぼ零となる。
ただし、コイルの発生する磁束が磁石の磁束に対して十分大きい場合、吸着部を通る磁束は磁石のものからコイルのものへ切り替わり、再度吸引力を発生し始めるという欠点がある。
本発明は係る課題を解決するためになされたもので、非通電時に磁石の磁束が通過するメインの第一の磁路と、コイルの磁束が通過する第二の磁路と、コイルが磁束を発生した時に磁石の磁束が切り替わる微小なエアギャップを持ったサブの第三の磁路の、三つの磁路を形成し、吸着部を第二及び第三の磁路から縁切りした箇所に設けることで、コイルが発生する磁束が磁石の磁束に対して大きい場合も、吸着部を通過する磁束量の増加を抑え、確実に吸引力を低下させることができる永久磁石内蔵型ソレノイドを得ることを目的とする。

前記課題を解決するための発明は、
電磁コイルと、前記電磁コイルの外側の略対称形の固定鉄心と、前記固定鉄心の内側に設けられた可動鉄心と、を備えるソレノイドにおいて、
前記固定鉄心はボディと、前記ボディの内側に装着して該ボディの内径に対して同軸に形成され、外周面が該ボディ内径に対して空隙を形成し、かつ側壁面が前記ボディの側面に係合するように設けられた永久磁石と、側面が前記永久磁石に密着し前記ボディの内径に対して同軸に形成され、外径が前記ボディの内径に対してエアギャップを形成するように設けられたストッパと、で形成し、
前記可動鉄心はガイド部材に摺動自在に嵌挿されたプランジャと、前記プランジャに装着されたピンと、で形成し、さらに、
前記ストッパに対して軸心方向に空隙を設けて前記ボディの内周面に配設された前記電磁コイルと、
鍔部が前記電磁コイルの端面に係合し外周面が該電磁コイルの内周面に嵌挿された前記ガイド部材と、
前記プランジャの凹部に遊挿され両端が該プランジャ及び前記ストッパ若しくはプレートに支持されたばね部材と、を有し、
前記鍔部と前記ストッパとの間には前記エアギャップの隙間より大きな間隔が形成され、
前記電磁コイルが非励磁で、かつ前記プランジャと前記ストッパが密着した状態にて流れる前記永久磁石の第一の磁路が形成され、
前記第一の磁路の軸心方向の磁束とは逆向きに前記電磁コイルに励磁を行い、前記電磁コイルの磁束が前記ガイド部材と前記鍔部と前記ボディとリングを通過する第二の磁路を形成した際に、前記第一の磁路が前記エアギャップを通過する第三の磁路に切り替わり、
前記ストッパと前記プランジャとの吸着部は、前記第二の磁路及び前記第三の磁路の磁束流れから縁切りした箇所に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、非通電時に磁石の磁束が通過するメインの第一の磁路と、メインの第一磁路の途中に存在するコイルの磁束が通過する第二の磁路と、コイルが磁束を発生した時に磁石の磁束が切り替わる微小なエアギャップを持ったサブの第三の磁路と、を形成し、吸着部を第二及び第三磁路から縁切りした箇所に設けることで、コイルが発生する磁束が磁石の磁束に対して大きい場合も、吸着部を通過する磁束量の増加を抑え、確実に吸引力を低下させることができる。

本発明の実施の形態に係る永久磁石内蔵型ソレノイドの概略構造を示す略縦断面図である。 図１の永久磁石内蔵型ソレノイドの動作説明図である。 図１におけるメインの磁路の流れの説明図である。 図１におけるコイルの磁路及びサブの磁路の流れの説明図である。 他の実施の形態に係る永久磁石内蔵型ソレノイドの概略構造を示す略縦断面である。

以下、本発明に係る永久磁石内蔵型ソレノイドについて好適な実施の形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は永久磁石内蔵型ソレノイド１０（以下、ソレノイド１０という。）の概略構造を示す略縦断面図である。図１において参照符号１１は円筒状のボディを示すもので、一端（図１で上端）に側壁面１１ａを形成し、該側壁面１１ａに略中央には円形の開口部１２が形成されている。
ボディ１１の内側には側壁面１１ａに密着する円筒形状の永久磁石１３が設けられており、該永久磁石１３はボディ１１の内径に対して同心となるように形成され、かつ外径はボディ１１の内径に対して空隙が形成されている。永久磁石１３には中心部に円形の開口部１３ａが形成されている。なお、ボディ１１の内径と永久磁石１３の外径との空隙に非磁性体の物質を埋めてよい。

永久磁石１３にはその下面に円筒状のストッパ１４が密着しており、該ストッパ１４の外径はボディ１１の内径に対してエアギャップ１５が形成されている。
エアギャップ１５は、ストッパ１４とプランジャ１９との吸着部１９ａの隙間やガイド１７とプランジャ１９との摺動方向の隙間よりも大きく設定されている。
ボディ１１の内径には円筒形状のコイルボビン(電磁コイル)１６が嵌挿されており、該コイルボビン１６の内径には鍔部１７ａを有する円筒形状のガイド１７が嵌挿されており、鍔部１７ａはコイルボビン１６の側壁面（図１で上面）に係合している。

鍔部１７ａの上面はストッパ１４の下面に対して軸心方向に間隔１８が形成されるように、ボディ１１の内径に形成された段付部１１ｂに着座している。コイルボビン１６はボディ１１の段付部１１ｂに着座させて、ストッパ１４の下面とコイルボビン１６の上面との間に間隔１８を保持するように形成したが、間隔１８に非磁性体の物質を設けてボディ１１の段付部１１ｂを廃止してもよい。

ガイド１７の内径にはプランジャ１９が摺動自在に嵌挿されており、コイルボビン１６の励磁の電磁力で変位するようになっている。プランジャ１９の上面には軸心方向に指向する凹部２０にばね部材２１が装着されており、該ばね部材２１の一端（図１で下端）は凹部２０に係合し、他端（図１で上端）はストッパ１４の下面に係合するようになっている。参照符号２２はプランジャ１９に固着されたピンを示すものでばね部材２１に遊挿されている。

コイルボビン１６の下端には円板のリング２３が取着されており、該リング２３の内径はガイド１７の外径に嵌挿されていて、リング２３及び該リング２３に係合するプレートと共にボディ１１に加締められている。これにより、コイルボビン１６、ガイド１７はボディ１１の段付部１１ｂに押し付けられ固定されている。

本発明の実施に係るソレノイド１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作ならびに作用効果について説明する。
図１はコイルボビン１６に永久磁石１３の軸心方向の磁束と同じ向きに励磁した電磁力又は外力によってプランジャ１９が前進（図１で上昇）し、ストッパ１４に接触し、永久磁石１３の磁力によって吸着状態を維持する。この状態では吸着維持に通電又は外力の付勢は必要としない。
このとき、ソレノイド１０に発生する磁石の磁束流れは図３に示す第一の磁路２５のように形成されている。

ストッパ１４とプランジャ１９との接触を解除するために、永久磁石１３の磁束と逆向きの磁束となるようにコイルボビン１６を励磁にすると、メインの第一の磁路２５の途中にある第二の磁路２６にコイルの磁束が流れる。第二の磁路２６は第一の磁路２５の途中に位置するため、コイルの励磁によって第二の磁路２６にコイルの磁束が巡ると、第一の磁路２５の磁気抵抗が大きくなる。
そうすると磁石の磁束は磁気抵抗の高い第一の磁路２５から微小なエアギャップを持った第三の磁路２７を通過し始める。これにより、吸着部１９ａを通過する磁束が減少し、吸引力が減少し、吸引力が減少するためばね部材２１の弾発力によってプランジャ１９は後退（図２で下降）し、図２の状態になる。

図２のプランジャ１９が後退した位置でコイルの励磁を止めても、プランジャ１９が後退したことによって生じたストッパ１４とプランジャ１９の間の空隙がメインの第一の磁路２５上にある。この空隙が、第三の磁路２７のエアギャップより大きいため、永久磁石１３の磁束は依然として第三の磁路２７を通過し、吸着力が弱いためばね部材２１の弾発力によりプランジャ１９は後退位置で保持される。

図５は他の実施の形態に係る永久磁石内蔵型ソレノイド３０の概略構造を示す略縦断面である。図５中、図１の構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図５において、プランジャ１９に形成される凹部３１は該プランジャ１９の下面に形成されている。よって、凹部３１に嵌挿されるばね部材２１の両端はプレート２４及び凹部３１の底面により支持されている。
このため、永久磁石内蔵型ソレノイド３０はコイルボビン１６の非励磁及び励磁状態においてばね部材２１が常にプランジャ１９をストッパ１４に密着させる方向に押しており、通常時は保持（磁石で固定）されている。通電時のみ磁石の力が打ち消され、可動状態に確保されている。

１０ 永久磁石内蔵型ソレノイド １１ ボディ
１２ 開口部 １３ 永久磁石
１４ ストッパ １５ エアギャップ
１６ コイルボビン １７ ガイド
１８ 間隔 １９ プランジャ
２０ 凹部 ２１ ばね部材
２２ ピン ２３ リング
２５、２６、２７ 磁路

Claims (1)

1. 電磁コイルと、前記電磁コイルの外側の略対称形の固定鉄心と、前記固定鉄心の内側に設けられた可動鉄心と、を備えるソレノイドにおいて、
   前記固定鉄心はボディと、前記ボディの内側に装着して該ボディの内径に対して同軸に形成され、外周面が該ボディ内径に対して空隙を形成し、かつ側壁面が前記ボディの側面に係合するように設けられた永久磁石と、側面が前記永久磁石に密着し前記ボディの内径に対して同軸に形成され、外径が前記ボディの内径に対してエアギャップを形成するように設けられたストッパと、で形成し、
   前記可動鉄心はガイド部材に摺動自在に嵌挿されたプランジャと、前記プランジャに装着されたピンと、で形成し、さらに、
   前記ストッパに対して軸心方向に空隙を設けて前記ボディの内周面に配設された前記電磁コイルと、
   鍔部が前記電磁コイルの端面に係合し外周面が該電磁コイルの内周面に嵌挿された前記ガイド部材と、
   前記プランジャの凹部に遊挿され両端が該プランジャ及び前記ストッパ若しくはプレートに支持されたばね部材と、を有し、
   前記鍔部と前記ストッパとの間には前記エアギャップの隙間より大きな間隔が形成され、
   前記電磁コイルが非励磁で、かつ前記プランジャと前記ストッパが密着した状態にて流れる前記永久磁石の第一の磁路が形成され、
   前記第一の磁路の軸心方向の磁束とは逆向きに前記電磁コイルに励磁を行い、前記電磁コイルの磁束が前記ガイド部材と前記鍔部と前記ボディとリングを通過する第二の磁路を形成した際に、前記第一の磁路が前記エアギャップを通過する第三の磁路に切り替わり、
   前記ストッパと前記プランジャとの吸着部は、前記第二の磁路及び前記第三の磁路の磁束流れから縁切りした箇所に設けられていることを特徴とする永久磁石内蔵型ソレノイド。
   
   

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