JPH02117109A - 高速応答電磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は種々の機械装置を作動させる為に用いられる
電磁石に関し、更に詳しくはコイルへの通電を始めてか
ら磁力による可動鉄心の吸引動作が完了するまでの応答
時間が短い高速応答電磁石に関する。

〔従来の技術〕

従来より、電磁石は通常、固定鉄心と、固定鉄心に向け
て進退するようにした可動鉄心と、固定鉄心及び可動鉄
心に対して、前者に向け後者を吸引する為の磁束を及ぼ
すようにしたコイルとを備えて構成されている。（例え
ば特開昭６０−１１５２０７号） 〔発明が解決しようとする課題〕 この従来の電磁石では可動鉄心が重い為にそれは動きに
＜＜、上記応答時間が遅い問題点がある。

そこで発明者は、応答時間を短かくする為に、上記可動
鉄心の長さを短かくしてそれを軽量化させることを試み
た。しかしそのようにすると、可動鉄心の初動は速くで
きるが、その吸引動作の行程の途中で可動鉄心に及ぶ磁
気的な吸引力が弱まって（例えば可動鉄心がヨークから
離れ両者間に磁気的ギャップができる。）可動鉄心の移
動速度が遅くなり、結局、応答時間が遅くなってしまう
問題点があった。

本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、可動鉄心の初動を速くできるは勿
論のこと、その吸引動作の行程の完了まで可動鉄心の移
動速度を高めることができて、上記応答時間を非常に短
かくすることができるようにした高速応答電磁石を提供
することである。

〔課題を解決する為の手段〕

上記目的を達成する為に、本願発明は前記請求の範囲記
載の通りの手段を講じたものであって、その作用は次の
通りである。

（作用〕 コイルに通電するとそれから発せられる磁束が固定鉄心
及び可動鉄心に及ぶ、この磁束により可動鉄心には固定
鉄心へ向けての磁気的な吸引力が及び、可動鉄心は移動
し始める。この場合、固定鉄心の太さに対する可動鉄心
の太さの比率が特定された大きさになっている為、上記
吸引力は比較的大きく、また可動鉄心が静止しようとす
る慣性力は比較的小さい、従って可動鉄心は素早く動き
始める。更にそのような初動後の行程においても、大き
い吸引力と小さい慣性力とによって、可動鉄心は大きく
加速され、短時間で行程を完了する。

〔実施例〕

以下本願の実施例を示す図面について説明する。

第１図において、電磁石は鉄心アセンブリｌとその周囲
に配設した励磁アセンブリ　（コイルアセンブリ）２と
から構成される。尚３は前者に対し後者を固定する為の
固定具である。

以下鉄心アセンブリ１について説明する。４は固定鉄心
で、電気抵抗の大きい電磁ステンレスでもって円柱状に
形成されている。この固定鉄心４は中心部にビン挿通孔
５を有し、端部には被駆動装置に対する連結用の座部６
を有する。尚７はビン挿通孔に備えた軸受で、耐久性、
摺動性のよいテフロン層を有するものが用いである。８
は被駆動装置に対する止具で、例えばビスが用いられる
。

９は座部６に打ち込んだ回り止め用のビンで、例えば市
販のスプリングビンが用いられる。次に１１はヨークで
、上記固定鉄心４と同様の材料で円筒状に形成されてい
る。このヨーク１１の内面には上記軸受７と同様の軸受
１２が備えである。１３は中空筒で、非磁性のステンレ
スパイプを用いて構成してあり、その一端及び他端は固
定鉄心４及びヨーク１１に溶接されて、固定鉄心４と該
中空筒１３とヨーク１１とが一体化されている。１４は
可動鉄心で、軸受１２により案内されて固定鉄心４に向
け進退作動するようにしである。この可動鉄心１４は上
記固定鉄心４と同様の材料で形成され、又進退方向の前
後に貫通する空気等の流体流通用の透孔１５を有してい
る。上記固定鉄心４の大さＤに対する該可動鉄心１４の
太さｄの比率（以下径比とも呼ぶ）は、磁束により可動
鉄心が固定鉄心に向け吸引されるときにおける可動鉄心
の磁気的な吸引力と、可動鉄心の重量による慣性力とが
、所要の応答時間を得るに充分な大きさとなる値に選定
しである。１６は可動鉄心１４に連結（例えば圧入、ま
たは接着）した作動ビンで、軸受７により進退動が案内
されている。１７はストッパーで、可動鉄心１４の動作
範囲を設定する為のものであり、反発弾性の低いゴムで
形成されている。

次に励磁アセンブリ２について説明する。２０はケース
で、磁気回路には関係のないものであり、生産性の良好
な成形樹脂で作られている。２１はケース内に備えさせ
たコイルで、周知の如く円筒状に形成され、コイルリー
ド２２が引き出されている。

尚コイルリード２２はブッシング２３を通して引き出さ
れ、その保護が図られている。ブッシング２３は例えば
ＮＢＲで作られ、その形状は図示の如くケース内部側の
先端をテーパー状にしてケース２０に設けた装着孔２０
ａに対する嵌め込みが容易となっており、更に又その嵌
め込み状態において自体に設けた溝２３ａに上記装着孔
２０ａの孔縁が嵌合して抜は止めがなされるようになっ
ている。２４はフレームで、上記コイル２１の外側に位
置して上記ヨーク１１と共に、固定鉄心４と可動鉄心１
４とを磁気的に繋ぐ（閉磁路を形成する）部材を構成す
るものである。該フレーム２４は第２図に明示される如
く珪素鋼板を積層して構成されており、前記鉄心アセン
ブリ１を挿通する為の透孔２５．２５が形成されている
、２６はケース２０とコイル２１及びフレーム２４との
間の空間に流し込んだ充填剤で、コイル２１やフレーム
２４の保持と耐湿性の向上を目的としたものであり、例
えばエポキシ系の液状樹脂を流し込んで固化させである
。２７はケース２０の開口部を閉ざす蓋で、例えば生産
性の良好な成形樹脂で形成されている。

次に上記固定具３は軽量なアルミニウムで形成され、ヨ
ーク１１の一部に設けたねじ部に螺合させである。２日
は該固定具３と励磁アセンブリ２のケース２０との間に
介在させたクツション用の０リングである。

次に３０は被駆動装置を示し、矢印方向への進退が自在
な可動部３１を有する。３２は戻しばねである。

このような被駆動装置３０としては例えば水や空気等の
流体の切り替えを行う弁装置がある。

次に上記電磁石の動作について説明する。コイル２１へ
の非通電状態においては、可動鉄心１４は第１図の左半
分に示されるような状態即ち固定鉄心４から離れた状態
にある。この状態においてコイルリード２２を通しコイ
ル２１に通電されると、それにより発生される磁束がフ
レーム２４やヨーク１１を通して固定鉄心４と可動鉄心
１４とに及ぶ。この磁束により可動鉄心１４には固定鉄
心４に向けての磁気的な吸引力が及ぶ、すると可動鉄心
１４は固定鉄心４に向けて移動し始める。この場合、固
定鉄心４に対する可動鉄心１４の径比が前述のような値
にしである為、可動鉄心１４には比較的大きい磁気的吸
引力が及ぶと共に、その可動鉄心１４が静止状態を保と
うとする慣性力は比較的小さい。その結果可動鉄心１４
は極めて速やかに動き始める。又引き続き可動鉄心１４
が固定鉄心４に向けて移動する行程においても、可動鉄
心１４に及ぶ吸引力は比較的大きく又慣性力は小さい為
、可動鉄心１４は速やかに加速され、可動鉄心１４は急
速に固定鉄心４の側に移動する。このような移動によっ
て可動鉄心１４はその行程を完了し、第１図の右半分に
示されるような位置に至る。可動鉄心１４のこのような
動きにより、作動ピン１６を介して被駆動装置３０の可
動部３１が作動される。

次に上記コイル２１への電流が断たれると可動鉄心１４
は磁気的な吸引力を失う為、戻しばね３２によって再び
第１図の左半分に示されるような初期の位置に復帰する
。

上記実施例における具体的な数値の一例を示せば、Ｄ＝
２０曽麟、ｄ−１２＋ｉｍ、径比翼０．６　　コイル電
流；１．８八である。

上記のようなコイル２１への通電による可動鉄心１４の
固定鉄心４側への移動と通電の停止による可動鉄心１４
の復帰とは、非常に高速例えば１秒当たり２０回で繰り
返し行われる。この繰り返し動作の場合、固定鉄心４、
ヨークＩｆ可動鉄心１４及びフレーム２４は夫々前述の
ように構成されている為、それらでの渦電流の発生は非
常に少なく、電気的なロスが少ない。

次に第３図は上記径比と可動鉄心１４に及ぶ吸引力との
関係及び上記径比と応答時間との関係を示すものである
。

前記実施例のように０．６の径比の場合、可動鉄心１４
の動作の応答時間は目標値である例えば８ミリ秒を達成
できており、又その時の可動鉄心１４に及ぶ吸引力は例
えば約４　ｋｇが得られている。

径比を上記の値より大きくすると、可動鉄心１４に及ぶ
吸引力は増大するが可動鉄心１４が静止しようとする慣
性力も大きくなる為、応答時間は図示のように長くなる
。一方径比を小さくしていくと、上記吸引力は減少する
が上記慣性力も減少する為、応答時間は上記目標値を満
足することができる。

しかし径比を更に小さくしていくと、上記慣性力は更に
減少するが、吸引力も更に減少してしまう為、応答時間
は図示のように次第に長くなってくる。そして径比が例
えば０．４以下になると応答時間は目標値を達成し得な
くなる。従って、目標値が図示のような値の場合上記径
比は０．４〜０．６の範囲から選ぶとよい。

次に第４図に示される実線Ａは上記可動鉄心１４のスト
ロークとその可動鉄心１４に及ぶ吸引力との関係を示す
グラフである。ストロークのＯｆｉは可動鉄心が固定鉄
心に最も接近した状態にある時（第１図における右側の
状ａ）、ストロークの３鰭は可動鉄心が固定鉄心から最
も離反した状態にある時（第１図における左半分の状態
）である。

次に第５図及び第６図は本願の異なる実施例を示すもの
であり、固定鉄心における可動鉄心側の端部の形状を異
ならしめた例を示すものである。

第５図の例においては、固定鉄心４ｅの端部に可動鉄心
１４８の入り込みを可能にする凹部３３を形成しである
。このような凹部３３を形成することにより、可動鉄心
１４ｅを吸引動作させる場合におけるそのストロークと
吸引力との関係は、前記第４図に破ｄＢで示されるよう
になる。又第６図の例では第５図と同様の凹部３３に加
えて、固定鉄心４ｅの端部３４を図示のようにテーパー
状に形成しである。このような形状に形成することによ
り上記ストロークと吸引力との関係は第４図に一点鎖！
１５ＩＣで示されるようになる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明にあっては、コイル２１への通電を
開始して可動鉄心１４を動かし始める場合、可動鉄心１
４には大きな磁気的吸引力が及ぶと共にそれが静止しよ
うとする慣性力は小さく、可動鉄心１４の初動を速（行
なわせることができる特長があり、 その上上記初動後の可動鉄心の移動の行程においても、
上記大きな吸引力と小さい慣性力とによって可動鉄心１
４を大きく加速できる特長がある。

これらのことは、コイル２１への通電の開始から可動鉄
心１４の前進の完了までの時間即ち応答時間を非常に短
かくできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図は縦断面図、
第２図はフレームの斜視図、第３図は径比と吸引力及び
応答時間との関係を示すグラフ、第４図はストロークと
吸引力との関係を示すグラフ、第５図及び第６図は夫々
異なる実施例を示す部分図。 ４・・・固定鉄心、１４・・・可動鉄心、２トコイル。 第１図 第３図 第２図 ・］ ス？Ｃｌ−７（面一）　−−→

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　固定鉄心と、固定鉄心に向けて進退するようにした可
   動鉄心と、固定鉄心及び可動鉄心に対して、前者に向け
   後者を吸引する為の磁束を及ぼすようにしたコイルとを
   備える電磁石において、上記固定鉄心の太さに対する上
   記可動鉄心の太さの比率を、上記磁束により可動鉄心が
   固定鉄心に向け吸引されるときにおける可動鉄心の磁気
   的な吸引力と、可動鉄心の重量による慣性力とが、所要
   の応答時間を得るに充分な大きさとなる値に選定した高
   速応答電磁石。