JPH0154592B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は永久磁石の吸引力によつて自己保持状
態を維持し、外部から電磁コイルへ瞬時通電する
ことによつて永久磁石の吸引力を低減させ自己保
持状態を解除する自己保持型ソレノイドに関する
もので、各種の駆動機構や安全装置に用い得るも
のであるが、特に、電池を電源とした弁駆動用で
ガスや石油などの燃料供給路の遮断目的に供する
に好適である。

従来例の構成とその問題点 自己保持型ソレノイドは所定状態を維持するた
めの電力が不要であるから、正常時には無通電で
所定状態を維持し異常時に一瞬の通電で解除する
という安全装置の駆動源として使用されることが
多い。第１図は従来例を示すもので、第１図ａは
自己保持状態、同図ｂは解除状態である。ここ
で、円筒状又はコ字型の固定ヨーク１０１の底面
中央に永久磁石１０２が設けられ、更に永久磁石
１０２の他面には固定磁極１０３が設けられてお
り、固定ヨーク１０１の端面と固定磁極１０３の
端面は同一平面上で平担に仕上げられている。１
０４は固定磁極に巻回されている電磁コイルで、
永久磁石１０２とは逆極性の磁束を発生するよう
に通電される。一方、１０５は平板状の可動鉄心
であつて軸１０６によつて固定磁極１０３から離
れる方向に附勢された力を受けている。同図ａで
は永久磁石１０２の磁束は固定磁極１０３、可動
鉄心１０５、固定ヨーク１０１の経路で流れ、外
部からの力に打勝つて自己保持している。ここ
で、電磁コイル１０４に通電すると吸着面に作用
していた永久磁石の磁束が低減させられるので吸
着保持力は激減し、外部の力によつて可動鉄心１
０５が離されて第１図ｂの様になる。従つて、軸
１０６の他端に弁を設けなければ異常時に遮断す
る安全弁が得られることになる。

さて、良く知られているように、永久磁石１０
２には温度特性があつて一般に低温の方が磁石と
して強力になる。吸着保持力は磁束の２乗にほぼ
比例するので自己保持力は磁石磁束量の温度特性
の割合以上に温度特性を持つことになる。一方、
外部からの離反力は通常はスプリングで与えられ
るので温度特性を持たない。この結果、自己保持
状態を解除するための電磁コイル起磁力は低温に
なるほど多く必要となる。電源として商用電源で
なく電池を用いることが安全装置ではしばしば行
われるが、一般に電池は低温にならるに従つてそ
の能力を発揮しにくくなることが知られている。
従つて、低温で確実に作動させるためには必要な
電磁コイル起磁力を与えるに十分な電池を準備す
る必要がある。これは設備が高価になる原因であ
る。

さて、永久磁石の磁束を利用する駆動源で温度
特性を改善する一例が第２図である。円筒状のヨ
ーク２０１の底部に設けた永久磁石２０２と中央
部の中空丸柱状の磁極２０３を有し、ヨーク２０
１と磁極２０３の間の円環状空隙にコイルボビン
２０４を巻回したコイル２０５があつて、永久磁
石２０２による磁束とコイル２０５の電流との間
に生じる電磁力によつてコイルボビン２０４が動
くムービングコイルを構成している。コイルボビ
ンの動きは軸受２０６で支持された軸２０７によ
つて外部へ伝達される。尚、２０８は電磁力に応
じた軸位置を決めるためのスプリングであり、２
０９はこれら全体を収納する非磁性のハウジング
である。この従来例は電流値によつて軸位置をほ
ぼ比例的に変化させるものであるが、コイルの温
度上昇や雰囲気温度によつて電磁力が変化して比
例関係が失われる傾向があるため、ヨーク２０１
と磁極２０３との間に温度によつて透磁率が変化
する整磁部材２１０を設けている。これによつ
て、永久磁石２０２の磁束をコイル２０５に作用
する成分Φ₁と作用しない成分Φ₂に分割し、高温
にになるに従つてΦ₂成分の磁気抵抗が増加して
Φ₂を減少することによりコイルに作用する成分
Φ₁の減少を防止している。

第２図ａ，ｂの従来例では温度による軸位置の
変化を防止するものであるが、ムービングコイル
型であるから自己保持能力を有しないことは当然
である。又、力を発生する要因の中で磁束量を補
償したものであるから、温度変化に対して同じ力
を得るには同じ電流を必要とする。従つて、低温
になるに従つて電源としての能力が低下する電池
を利用する場合には、やはり、能力低下に見合う
だけの電池を準備する必要があつた。

発明の技術的課題 本発明は、以上に述べた従来例の問題点を考慮
し、温度が低温になるに従つて少ないコイル起磁
力で離反することが出来る自己保持型ソレノイド
を得ることによつて電池の能力と適合させて、過
大な電池の準備を不要とし、安価な安全装置の実
現を図るものである。

発明の技術的手段 本発明は、上記課題を達成するため、可動鉄心
と、可動鉄心を吸着する吸着面を有する固定鉄心
と、吸着面に磁束を供給する永久磁石及び電磁コ
イルと、永久磁石の磁束に対しては吸着面と並列
であり電磁コイルの磁束に対しては吸着面と直列
となる補助鉄心とを有し、この補助鉄心を温度に
よつて透磁率が変化する整磁材料で構成したもの
である。

技術的手段の作用 本発明は以上の構成としたので温度が低下して
永久磁石の磁力が増加しても補助鉄心の方へ漏洩
する磁束が増加するのみで吸着面磁束の増加を防
ぐと共に、電磁コイルへ通電時には補助鉄心の磁
路を通つて吸着面磁束の減少を容易となすもので
ある。すなわち、温度低下によつて、不必要な吸
着保持力の増加を無くすると共に、電磁コイルの
磁気回路抵抗を少なくすることにより少ない起磁
力で自己保持状態の解除を可能としたものであ
る。

実施例の構成 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳しく
説明する。第３図は本発明最も単純な構成で実現
した一実施例を示す断面図である。ここで、１は
吸着端面２を両端に形成した略Ｕ字型の可動鉄心
であり、各々の吸着端面２と対応した位置に固定
鉄心３の吸着面４が設けられており、固定鉄心３
の間に設けた永久磁石５によつて励磁されてい
る。又、各々の固定鉄心３には電磁コイル６が巻
回されると共に、吸着面４と反対側には固定鉄心
間を結ぶ位置に補助鉄心７が配置されている。そ
して、この補助鉄心７は温度上昇と共に透磁率が
低下するという磁気抵抗が温度特性を有する整磁
材料を用いて構成されている。

この様な構成であるから、永久磁石５の磁束は
固定鉄心３から吸着面４、可動鉄心１、他の吸着
面４と固定鉄心３を通る吸着保持力に有効な磁束
Φ_Aと、前記のΦ_Aの回路と並列に流れ補助鉄心７
を通るバイパス磁束Φ_Bに分流している。この状
態で電磁コイル６に通電すると、その発生磁束は
前述のΦ_Aとは逆方向でありバイパス磁束Φ_Bと同
方向に流れる。即ち、吸着保持力に有効な磁束を
減少させるように作用する。

第４図は電磁コイル６の励磁アンペアターンと
吸着力の関係を示すものである。こで、励磁AT
がゼロの状態が永久磁石５にぐる磁束Φ_Aで得ら
れている吸着力であり、励磁ATが増加すると前
述のようにΦ_Aが打消されるようになるので次第
に吸着力が低下することになる。そして、図示し
ていない外部に設けられて離反方向に付勢されて
いた力がf₀とすれば、この力f₀以下に吸着力が低
下した時、可動鉄心１は固定鉄心３から離れるこ
とになる。すなわち、吸着力を外力f₀のレベルま
で減少させるための励磁ATが自己保持型ソレノ
イドの動作に必要な励磁ATを意味することにな
る。今、常温に於てf₁という吸着力を有するイ特
性にあるものは、AT₁という励磁ATで動作す
る。ところが、本発明の補助鉄心７が無い時は、
永久磁石５の温度特性のために、低温ではf₂とい
う吸着力を有するロ特性となり励磁ATはAT₂必
要となり、高温ではf₃という吸着力を有するハ特
性となつてAT₃の励磁ATで作動する。すなわ
ち、電池出力が下る低温になるほど高い励磁AT
を必要とするものであつつた。本発明では補助鉄
心７が温度特性を有する磁気抵抗を示し、永久磁
石磁束には並列であり電磁コイル磁束に対しては
直列に位置している。従つて、低温になると永久
磁石５の磁束量は増加するが、補助鉄心７の磁気
抵抗を減少するのでΦ_Bの増加を生じるものの有
効磁束Φ_Aの増加は抑制されている。この結果、
吸着保持力は常温とほぼ等しいf₁の値となり不必
要な吸着力増加は無い。高温時には全く逆となつ
て補助鉄心７の磁気抵抗増加が永久磁石５の磁束
低下を補うことになるのでやはり常温とほぼ等し
いf₁の吸着力を確保できる。次に、補助鉄心７の
回路は電磁コイル６にとつては吸着面４と直列の
磁気抵抗である。従つて、電磁コイル６から見た
全磁気抵抗は低温になるに従つて低下し、高温で
は高くなるという温度特性を有している。このこ
とは、同じ励磁ATでも吸着力に貢献する永久磁
石５の有効磁束Φ_Aを低減させる効果が温度によ
つて変化することを意味している。それで、常温
に於てイ特性を示していたものが、低温になれば
勾配が急なニ特性となる高温ではホ特性を示すよ
うになる。すなち、低温では電磁コイル６にとつ
ての磁気抵抗が低いので励磁ATに対して急速に
吸着力が低下することになり、高温ではこの逆で
ある。従つて、必要な励磁ATは各々AT₄，AT₅
となつて、特に低温ではAT₂からAT₄まで少な
くすることが出来る。もちろん、高温側では
AT₃からAT₅まで増加したが、これは電池にと
つて電源能力が高い環境下であるから、この増加
のために電池能力を高く設定して準備しなければ
ならないというものでは無い。むしろ、低温環境
下で電池出力が減少する時に必要励磁ATが減少
することにより電池容量を少なく設定することが
可能となるものである。

第３図は、磁気回路としては最も単純である
が、吸着面４の高さを合わせたり、永久磁石５と
固定鉄心３の接着など実用上は難しい点がある。
このため、実用的な実施例として次に示す。

第５図に於てＡは上面図、Ｂは縦断面図、Ｃは
Ｂ図のＥ−E′線断面図、ＤはＢ図のＦ−F′線断面
図である。ここで、固定鉄心３は底面８中央に磁
極９を固着し、両側が折り曲げられた脚部１０を
有している。可動鉄心１は上部が断面長方形で下
部が円形となつており、下端は吸着端面２とな
り、前記磁極９の上端の吸着面４に吸着される。
脚部１０の内側には、上方に同極が向かい合つた
一対の板状の永久磁石５があり、下方には電磁コ
イル６が設けられ、各々の中央を貫通して可動鉄
心１が上下方向に移動自在な如く案内される。１
１は永久磁石５の位置を決めているホルダーであ
り、１２は両脚部１０の開放端を閉じて永久磁石
５や電磁コイル６の移動を防止する固定板であ
る。又、永久磁石５と電磁コイル６の中間には、
外側は脚部１０と接触し、内側が空隙を介して可
動鉄心１と対応した補助鉄心７が設けられ、これ
は温度上昇と共に磁気抵抗が増加する整磁材料で
造られている。

以上の構成を有しているので、永久磁石５の磁
束は可動鉄心１から吸着面４を通つて固定鉄心３
に至る吸着に対して有効な磁束成分と、可動鉄心
１から補助鉄心７を通つて固定鉄心３に至るバイ
パス磁束成分に分かれることになる。又、電磁コ
イル６の磁束は、前記の有効な磁束成分を減少さ
せる方向に流れるもので、固定鉄心３から吸着面
４と可動鉄心１、補助鉄心７を通ることになる。
この時、補助鉄心７は永久磁石５によるバイパス
磁束成分と電磁コイル６による磁束はその方向が
同じである。

以上の様な磁束の流れと補助鉄心７の位置であ
るから第３図の実施例で説明したのと同様に、温
度に対する必要励磁ATは電池の温度特性に見合
つた特性を示すことになる。

次に、他の実施例を第６図に示した。同図Ａは
断面図であつて、そのＤ−D′線断面とＥ−E′線断
面を各々同図のＢ，Ｃに示している。ここで、第
４図の実施例と同一部材には同一番号を付与した
ので詳細説明は省略する。尚、ホルダー１１は永
久磁石５を保持すると同時に電磁コイル６の巻枠
をも兼ねており、補助鉄心７が脚部１０の開放端
に固着されていて、中央の長方形穴が可動鉄心と
対応している。

以上の様な構成であるから、永久磁石５の磁束
は吸着面４を通る有効成分と、補助鉄心７を通る
バイパス成分とに分割される。又、電磁コイル６
の磁束は固定鉄心３から吸着面４、可動鉄心１、
補助鉄心７と流れることになる。従つて、第３図
の実施例で説明したのと同様の温度補償効果を有
するものであり、更に、構造上必要となる脚部１
０開放端でのホルダー押えの役割を補助鉄心７が
兼ねるので部品点数削減の効果もある。

第７図は補助鉄心の設け方に関する他の実施例
である。同図Ａは上面図、Ｂは縦断面図、Ｃは右
側面図である。ここでも第５図の実施例と同じ部
材には同一番号を付与している。固定鉄心３は底
面側の脚部対辺距離が開放端側よりも広くなつて
いて電磁コイル６の収納スペースを大きくし、同
じ必要励磁ATの条件下でも電源電圧の低下を可
能とする配慮をしている。このため、第５図や第
６図の実施例のように電磁コイル６を脚部１０の
開放端から挿入することが出来ないので、永久磁
石５を支持するホルダ１１と電磁コイル６を巻回
したコイルボビン１２を分割し、コイルボビン１
２は第７図Ｃの右側から挿入するようになつてい
る。又、ホルダ１１は上端の鍔を脚部１０端面の
爪で固定されている。さて、補助鉄心７は、脚部
１０外側を囲む形状をし、脚部１０ては折り曲げ
端１３の部分で溶接されている。そして、第７図
Ａに示したように向かい合つた２ケの永久磁石５
の中間側部でホルダ１１を介して可動鉄心１の長
方形部分と対応する突出部１４を持ち、取付穴１
５によつてソレノイド全体を他のハウジングに固
定できるようになつている。

以上の構成であるから、永久磁石５の磁束は永
久磁石５、可動鉄心１、吸着面４、固定鉄心３、
脚部１０を通つて永久磁石５に戻る有効磁束と、
永久磁石５、可動鉄心１、補助鉄心７の突出部１
４、補助鉄心７の折り曲げ端１３、脚部１０を通
つて永久磁石５に戻る第７図Ａに示したバイパス
磁束φ_Bに分かれている。又、電磁コイル６の磁
気回路は、固定鉄心３、吸着面４、可動鉄心１、
補助鉄心７の突出部１４、補助鉄心７の折り曲げ
部１３、脚部１０を通つて固定鉄心３に戻る回路
である。補助鉄心７での磁束は永久磁石５による
方向と電磁コイル６による方向は一致している。
従つて、第３図、第５図、第６図で述べたと同様
の効果を有するものである。又、この実施例によ
れば、ソレノイド本体を取付けるための部品を別
途設ける必要も無い。

次に、第８図は第７図の自己保持ソレノイドを
ガス回路の遮断弁として応用した実施例の縦断面
図である。ここで、弁ハウジング１６はガス入口
１７と弁座１８とガス出口１９からなるガス通路
を有し、弁座１８と垂直方向に自己保持型ソレノ
イド体を補助鉄心７を兼ねる取付板の穴１５を用
いて固定されている。２０は自己保持型ソレノイ
ドを包み、ガス路を密封しているケースである。
可動鉄心の上端には、径方向に密着した弁ゴム２
１を有する弁軸２２が固定されており、スプリン
グ２３で常に可動鉄心を引離す方向に付勢してあ
る。弁ゴム２１は弁軸２２に対して径方向密着部
を中心として首振り自在な構成であり、弁座１８
に対する可動鉄心１の移動方向の垂直度が良くな
い場合でも密封性が確保できるようになつてい
る。又、２４は開弁カムであつて、反時計方向へ
回転させ第８図の破線の位置までくれば可動鉄心
１は吸着保持される。

この例で示した遮断弁は、ガスが異常に流れた
り、生ガス放出状態になつたり、不完全燃焼状態
になつた場合に、各々のセンサの信号につて電池
出力を一瞬与えることにより閉塞するという安全
装置に用いられるものである。この装置の自己保
持ソレノイドは第７図で示した構成と同様である
から、使用環境温度の変化に対し過大な電池を準
備する必要が無く装置の小型化、低価格化が可能
となるものである。又、従来の自己保持型ソレノ
イドを用いる場合と同じ電池を用いるならば、よ
り低電圧まで使用可能となるので、それだけ動作
信頼性が高い安全装置を得ることになる。

実施例の効果 以上の実施例によれば自己保持型ソレノイドが
温度により特性変化してしまうのを未然に防止す
ることができ、しかも補助鉄心を付加するのみ簡
単な構成でよいものである。よつて電池の容量が
十分ではなくても電磁石は低温時に作動すること
ができる。また脚部開放端でのホルダー押えの役
割を補助鉄心が兼ねれば部品点数を削減すること
ができる。

発明の効果 以上、各種の実施例で述べたように、本発明
は、吸着面に対し永久磁石の磁路には並列となり
電磁コイルの磁路には直列となる補助鉄心を設
け、この補助鉄心を温度によつて透磁率が変わる
整磁材料で構成したものであるから、低温に於て
動作させるに必要な励磁ATすなわち電池出力の
低減化を可能とする効果を有している。また高温
中に於て従来のように吸着保持している力が低下
しないので外力f₀に対する余裕が増加するので、
外部からの振動や衝撃で自然離脱する危険性が少
なくなる。

このように、不必要な時には外部からの衝撃に
対しても容易には動作せず、必要な時には少ない
電池出力で動作するもので、装置としての動作信
頼性を高めるに顕著な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の自己保持型ソレノイドを示す
吸着状態の断面図、同図ｂは離反状態の断面図、
第２図ａは従来のムービングコイル型アクチユエ
ータの全体断面図、同図ｂは部分拡大断面図、第
３図は本発明の一実施例を示す自己保持型ソレノ
イドの断面図、第４図は同特性図、第５図Ａは他
の実施例の上面図、同図Ｂは縦断面図、同図Ｃは
Ｅ−E′線断面図、同図ＤはＦ−F′線断面図、第６
図Ａはさらに他の実施例の縦断面図、同図ＢはＤ
−D′線断面図、同図ＣはＥ−E′線断面図、第７図
Ａはさらに他の実施例の上面図、同図Ｂは縦断面
図、同図Ｃは右側面図、第８図は第７図の実施例
に基づく自己保持型ソレノイドをガス遮断弁に応
用した例を示す縦断面図である。 １……可動鉄心、２……吸着端面、３……固定
鉄心、４……吸着面、５……永久磁石、６……電
磁コイル、７……補助鉄心、８……底面、１０…
…脚部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸着端面を有する可動鉄心と、可動鉄心を吸
   着保持する吸着面を有する固定鉄心と、前記吸着
   面に磁束を供給する永久磁石及び電磁コイルと、
   永久磁石の磁束に対しては吸着面と並列で電磁コ
   イルの磁束に対しては吸着面と直列となる補助鉄
   心とを有し、前記補助鉄心が温度によつて透磁率
   が変化する整磁材料で構成された自己保持型ソレ
   ノイド。