JPH04155904A - 電磁アクチュエータ - 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〕 本発明は電磁アクチユエータに係り、特に電磁弁や変圧
器等の電磁アクチュエータに関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕本発明
の基礎となった従来の電磁アクチユエータを図面を参照
して説明する。第２図及び第３図は電磁アクチユエータ
としての従来の電磁弁を示すものである。この電磁弁は
、固定鉄心１０、固定鉄心１０内に収納された可動鉄心
１２及び励磁コイル１４を備えている。固定鉄心１０は
、円筒状部（中空円柱状部）１８、円筒状部１８の一端
側に設けられた下底面部２０及び円筒状部１８の他端側
に設けられた上底面部２２によって形成されている。下
底面部２０の内側面中央部には円柱状の吸引部２４が形
成されている。また、上底面部２２の中央部には上底面
部２２を円筒状部１８の軸方向に貫通する貫通孔２６が
穿設されている。

可動鉄心１２は、中実円柱状に形成されている。

可動鉄心１２には、プランジャ１６の一端が底面の中央
部を貫通して固定されている。プランジャ１６の他端は
下底面部２０の吸引部２４を貫通して固定鉄心１０の外
側に突出し、固定鉄心ｌＯに対して摺動自在に取付けら
れている。プランジャ１６には弁体１７が固定されてい
る。可動鉄心１２と固定鉄心１０の吸引部２４との間に
は、可動鉄心１２を常時固定鉄心１０の上底面部２２方
向に付勢するリターンスプリング３２が介在されている
。プランジャ１６の一端は可動鉄心１０の中央部に固定
され、かつ固定鉄心１０の下底面部２０の中央部に形成
された吸引部２４を貫通してしるため、固定鉄心１０と
可動鉄心１２とは同心杉に配置されることになる。

励磁コイル１４は円筒状に巻回され一１巻回方向が固定
鉄心１０の周方向に沿うように固定鉄心１０と可動鉄心
１２との間に、固定鉄心１０と可動・鉄心１２と同心状
になるように固定配置されている。

この電磁弁において円筒状に巻回された励磁コイル１４
に電圧が印加されると、励磁コイル１４に流れる励磁電
流Ｉが増加し、これによって、固定鉄心１０からの電磁
力により可動鉄心１２が吸引部２４に吸引され、可動鉄
心１２及び可動鉄心１２に固定されたプランジャ１６は
プランジャ１６の軸方向に移動され、閉弁される。この
とき、励磁コイル１４に流れる励磁電流Ｉに誘導されて
この励磁電流Ｉと逆方向に循環するうず電流Ｉｓが、固
定鉄心１０の円筒状部１８の内周面と可動鉄心１２の外
周面とに流れる。これによってうず電流損が発生するた
め、従来の電磁弁は、うず電ゝ　　流の発生を抑えるた
めに固定鉄心１０及び可動鉄：　　心１２を電気抵抗の
高い鉄心材料で構成するかまたは固定鉄心１０及び可動
鉄心１２をうず電流の］　　流れる方向に多数の鉄板を
積層して積層構造にしている。これによって、うず電流
の発生を抑える□　　　ことができるが、電気抵抗の高
い鉄心材料を使用したり、鉄板の積層により鉄心を形成
する必要があるため、材料コストや製作コストが高くな
り電磁弁のコストが高くなる、という問題があった。

第４図及び第５図は電磁アクチユエータとしての従来の
変圧器を示すものである。この変圧器は円筒状部４４と
底面部４６とによって有底円筒状に形成された外側鉄心
４０、中実円柱状に形成されかつ外側鉄心４０の中央部
に外側鉄心４０と同心状になるように配置された内側鉄
心４２を備え・　　ている。外側鉄心４０と内側鉄心４
２との間には、円筒状に巻回された一次コイル５０及び
二次コイル５２がそれぞれ外側鉄心４０及び内側鉄心４
２と同心状になるように配置されている。−次コイル５
０及び二次コイル５２は、蓋部５４によって外側鉄心４
０と内側鉄心４２との間に密閉されている。この変圧器
において円筒状に巻回された一次コイル５０に電圧が印
加されると、−次コイル５０に流れる励磁電流Ｉが増加
し、この励磁電流Ｉにより二次コイル５２に誘導電流が
流れ、この誘導電流が出力電流として出力される。逆に
、−次コイル５０に流れる励磁電流Ｉを遮断した場合に
は二次コイル５２には上記と逆方向の誘導電流が発生す
る。−次コイル５０に電圧を印加した場合も励磁電流を
遮断した場合も外側鉄心４０及び内側鉄心４２にうず電
流Ｉｓが流れ、このうず電流Ｉｓは二次コイル５２に流
れる誘導電流の方向と同じ方向になるため、このうず電
流は全て損失となり、変圧器の出力は低下する。この出
力の低下を防止するために、従来では前述した電磁弁と
同様に電気抵抗の高い鉄心材料を使用したり、鉄心を積
層構造にしているが、材料コストや製造コストが高くな
り、変圧器のコストも上昇する、という問題があった。

本発明は上記問題点を解決するために成されたもので、
鉄心の形状を変更することにより、電磁アクチュエータ
の特性に影響するうず電流損を発生させることなく低コ
ストで製造することができる電磁アクチユエータを提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、柱状部を備えた鉄心と、柱状部の内側または
外側に巻回方向が柱状部の周方向に沿うように配置され
た励磁コイルと、を備えた電磁アクチユエータにおいて
、柱状部の径方向に貫通するスリットを柱状部に設ける
ことにより上記目的を達成したものである。

〔作用〕

本発明の電磁アクチュエータの励磁コイルは、鉄心の柱
状部の内側または外側に、巻回方向が柱状部の周方向に
沿うように配置されている。この柱状部は中空であって
も中実であってもよい。従って、励磁コイルに電圧を印
加したり、励磁コイルに流れている励磁電流を遮断した
りすると、柱状部には励磁電流の変化を妨げる方向にう
ず電流が流れようとする。本発明では柱状部に柱状部の
径方向に貫通するスリットが設けられているため、鉄心
に中空柱状部、すなわち筒状部を設けた場合には鉄心の
筒状部の外周面と内周面とがこのスリットにより連通さ
れることになり、うず電流が流れようとする通路の全長
は、筒状部の外周面、内周面及びスリット部を周方向に
加えた値となる。

このため、うず電流が流れようとする通路の全長は、従
来より長くなり、うず電流が流れようとする通路の電気
抵抗がみかけ上高くなる。また、鉄心に中実柱空部を設
けた場合にも通路の全長はスリットを形成する部分だけ
従来より長くなり、電気抵抗がみかけ上高くなる。この
ように、うず電流が流れようとする通路の電気抵抗がみ
かけ上高くなるため、うず電流が流れにくくなり、うず
電流の発生を抑制することができる。したがって、電気
抵抗が高くない安価な鉄心を用いてもうず電流の発生を
抑制することができる。また鉄心を積層構造にする必要
がなくなる。さらにうず電流の発生が少ないため、同じ
材料の鉄心を用いた場合の電磁アクチュエータと比較し
ても、アクチニエータ特性が向上し、このため小型化で
きるという利点も有する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、鉄心の柱状部にス
リットを設けることだけでうず電流の発生を抑制するこ
とができるため、低コストで電磁アクチュエータを構成
することができる、という効果が得られる。

〔その他の発明の説明〕

第２の発明は、柱状部を備えた鉄心と、柱状部の内側ま
たは外側に巻回方向が柱状部の周方向に沿うように配置
された励磁コイルと、を備えた電磁アクチユエータにお
いて、柱状部の径方向に貫通しかつ柱状部の軸方向に沿
って延びるスリットを柱状部に設けたことを特徴とする
。

本発明では、スリットが柱状部の軸方向に沿って延びる
ように設けられているため、スリットの方向は、うず電
流の流れる方向（柱状部の周方向）に直行する方向とな
り、うず電流が流れようとする通路の略合てを横切って
スリットが設けられることになる。これによって略合で
のうず電流に対してみかけ上の電気抵抗を大きくするこ
とができ、鉄心に流れる略合でのうず電流の発生を抑制
することができる。

第３の発明は、柱状部を備えた第１の鉄心と、中空柱状
部を備えかつ第１の鉄心の外側に配置された第２の鉄心
と、第１の鉄心と第２の鉄心との間に巻回方向が柱状部
の周方向に沿うように配置された励磁コイルと、を備え
た電磁アクチユエータにおいて、柱状部の径方向に貫通
しかつ柱状部の軸方向に延びるスリットを第１の鉄心の
柱状部及び第２の鉄心の中空柱状部の少なくとも一方に
設けたことを特徴とする。

第２の発明で説明したように、柱状部の径方向に貫通し
かつ柱状部の軸方向に沿って延びるスリットを設けるこ
とにより、スリットを設けた鉄心に流れる略合でのうず
電流の発生を抑制できるので、本発明においても、スリ
ットを設ける第１の鉄心及び第２の鉄心の少なくとも一
方の略合てのうず電流の発生を抑制することができる。

これによって、電磁アクチユエータの特性に大きく寄与
する鉄心の形状だけの変更を行なえば良くなるため、電
磁アクチユエータの必要な特性に応じて鉄心を選択して
スリットを設けることが可能になり、必要以上のスリッ
トを設ける必要がなくなる。従って、鉄心の形状変更が
更に簡単になる、という効果が得られる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図（Ａ）、（Ｂ）、第６図及び第７図は、本発明を
電磁アクチュエータとしての電磁弁に適用した第１、第
２、第３実施例を示すものである。なお、第１図（Ａ）
、（Ｂ）、第６図及び第７図において第２図、第３図と
対応する部分には同一符号を付して説明する。

第１実施例の電磁弁の可動鉄心１２は、中空円柱部（円
筒状部）２８と円筒状部２８の一端に設けられた底面部
３０とによって有底円筒状に形成れている。また、本実
施例では、第１図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、固定鉄
心１０の円筒状部１８には、円筒状部１８の径方向に貫
通しかつ円筒状部１８の軸方向に沿って延びる外側スリ
ット３４が穿設されるとともに、可動鉄心１２の円筒状
部２８には、円筒状８２８の径方向に貫通しかつ円筒状
８２８の軸方向に沿って延びる内側スリット３６が穿設
されている。図ではこの外側スリット３４と内側スリッ
ト３６とは一直線上に位置しているが、外側および内側
スリットの相対位置関係はこれに限定されるものではな
い。本実施例では、円筒状部１８の外周面と内周面とは
外側スリット３４を形成する面によって連通され、円筒
状部２８の外周面と内周面とは内側スリット３６を形成
する面によって連通されている。

本実施例によれば、第３図と同じ方向に励磁電流Ｉが流
れたときうず電流Ｉｓが流れる通路は、固定鉄心１０で
は円筒状部１８の内周面、外側スリット３４を形成する
面及び外周面になり、可動鉄心１２では円筒状部２８の
外周面、内側スリット３６を形成する面及び内周面にな
り、うず電流が流れようとする通路は第３図の場合より
長くなる。これによって、うず電流が流れようとする通
路のみかけ上の電気抵抗が高くなり、うず電流の発生を
抑制することができる。すなわち、従来の形状に対して
第１図に示す外側スリット３４及び内側スリット３６だ
けを設けることにより、うず電流の発生を抑制して電磁
弁の特性を向上させることができる。

高応答性が要求される電磁弁は、動作周波数が高くなる
ため鉄心に通る磁束が、表皮効果により表面だけになる
ので、特に可動鉄心の中心部分の鉄心は不要となる。従
って本実施例では、可動鉄心１２を円筒状部２８により
構成したので、可動鉄心の軽量化をはかることができる
ため、電磁弁特性、特に応答速度を向上することができ
る。また、この円筒状部２８の中空部分に、プランジャ
１６を固定するようにアルミ材などの比重の小さな材料
を嵌装すれば、可動鉄心の軽量化と高剛性との両立を図
ることができる。

第２実施例は、第６図に示すように、固定鉄心１０の円
筒状部１８だけに円筒状部１８の径方向に貫通しかつ円
筒状部１８の軸方向に沿って延びる外側スリット３４を
穿設したものである。本実施例のうず電流の通路は、固
定鉄心１００円筒状部１８では内周面、外側スリット３
４を形成する面及び外周面になるが、可動鉄心１２０円
筒状部１８では従来と同様に外周面だけになる。従って
、可動鉄心１２のうず電流の発生を抑制することはでき
ないが、固定鉄心１０のうず電流の発生を抑制すること
ができる。本実施例は、電磁弁の特性が固定鉄心１０に
流れるうず電流に大きく影響される場合に効果的であり
、固定鉄心１０にスリットを形成するだけで電磁弁の特
性を向上させることができる。なお、本実施例の縦断面
図は第１図（Ａ）と同様である。

第３実施例は第７図に示すように、可動鉄心１２の円筒
状部２８だけに円筒状部２８の径方向に貫通し、かつ円
筒状部２８の軸方向に沿って延びる内側スリット３６を
穿設したものである。本実施例ではうず電流が流れよう
とする通路は固定鉄心１００円筒状部１８では内周面だ
けであるが、可動鉄心１２の円筒状ａ２８では外周面、
内側スリット３６を形成する面及び内周面になる。従っ
て、固定鉄心１０のうず電流の発生を抑制することはで
きないが、可動鉄心１２のうず電流の発生を抑制するこ
とができる。本実施例は、電磁弁の特性が可動鉄心１２
に流れるうず電流に大きく影響される場合に効果的であ
り、可動鉄心１２の円筒状部２８に内側スリット３６を
形成するのみで電磁弁の特性を向上させることができる
。

第８図は、電磁弁に使用されている鉄心の電気抵抗に対
する動作時間を従来の電磁弁と第１実施例の２つのスリ
ットを設けた電磁弁とを比較して示す線図である。電気
抵抗がへの鉄心を使用した場合、電磁弁の応答特性から
通常の電磁弁では動作点はＢとなり、動作時間はＣとな
る。一方、本実施例のスリットを設けた電磁弁では、う
ず電流損がないため同じ電気抵抗の鉄心を用いても動作
点はＤ１動作時間はＥとなって応答性が向上する。

逆に従来の電磁弁の動作時間をＥにするためには、動作
点はＦである必要があり、そのためには電気抵抗がＡよ
り大きいＧの鉄心を用いる必要がある。

この傾向は第２．３実施例においても同様である。

すなわち従来の電磁弁では上記各実施例の電磁弁より電
気抵抗の高い高価な鉄心を用いないと応答性を同程度と
することができない。

次に本発明の第４実施例について第９図（Ａ＞、（Ｂ）
を参照して説明する。本実施例は電磁アクチュエータで
ある変圧器に本発明を適用したものである。なお、第９
図において第４図と対応する部分には同一符号を付して
説明する。本実施例の内側鉄心４２は中空円柱部（円筒
状部）４８で構成されている。外側鉄心４００円筒状部
４４には、円筒状部４４の径方向に貫通しかつ円筒状部
４４の軸方向に沿って延びる外側スリット３４が穿設さ
れている。また、内側鉄心４２の円筒状部４８には円筒
状部４８の径方向に貫通しかつ円筒状部４８の軸方向に
沿って延びる内側スリット３６が穿設されている。本実
施例においても、上記で説明したように円筒状部４４の
内周面、外側スリットを形成する面及び外周面、円筒状
部４８の外周面、内側スリットを形成する面及び内周面
がうず電流が流れる通路になるためこの通路の電気抵抗
をみかけ上高くすることができ、これによってうず電流
の発生を抑制することができる。

本実施例では、内側鉄心４２を中空円筒状部４８により
構成したので、変圧器として軽量化をはかることができ
る。

なお、変圧器にふいても電磁弁と同様に外側鉄心４０の
円筒状部４４だけまたは内側鉄心４２０円筒状部４８だ
けにスリットを穿設するようにしてもよい。

また、上記各実施例では軸方向に沿って延びるスリット
を用いる例について説明したが、このスリットは直線状
に延びるだけでなく、波状、軸を中心とする螺旋状等任
意の形状で延ばすことができる。さらに上記では円筒状
部に１つのスリットを穿設する例について説明したが、
２以上のスリットを間隔を隔てて、好ましくは等間隔に
穿設してもよい。本発明者らの実験によれば、見かけの
電気抵抗をきわめて大きくしても電磁アクチユエータの
特性が見かけの電気抵抗に応じて向上しないことが確認
されており、従って、見かけの電気抵抗に対応するスリ
ットの本数は電磁アクチユエータの特性との関係から実
験によって定めるのが好ましい。また更に、上記実施例
では可動鉄心、内側鉄心に円筒状部を設けた例について
説明したが、第１０図に示すように中実円柱状部を設け
、この中実円柱状部にスリットを穿設してもよい。

また、この中実円柱状部のスリットは、直径の長さにわ
たり設けることによって中実円柱状部を２分割してもよ
く、これにより、夫々を別々に製作できるので、さらに
製作コストを低くすることができる。

また、上記では円筒状部または中実円柱状部を備えた鉄
心について説明したが、鉄心は柱状部を備えてさえいれ
ばよく断面形状は円に限らず三角、四角等であってもよ
い。

上記各実施例によれば、うず電流損を低減することがで
きるため発熱を抑えエネルギ変換効率を高くして応答性
を向上することができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第１実施例の横断面図
、第２図は従来の電磁弁の縦断面図、第３図は第２図の
■−■線横線面断面図４図は従来の変圧器の縦断面図、
第５図は第４図のｖ−Ｖ線面断面図、第６図は本発明の
第２実施例の横断面図、第７図は本発明の第３実施例の
横断面図、第８図は鉄心の電気抵抗に対する操作時間を
従来例と実施例とを比較して示す線図、第９図（Ａ）、
（Ｂ）は本発明の第４実施例の横断面図、第１０図は本
発明の変形例を示す横断面図である。 １０・・・固定鉄心、 １２・・・可動鉄心、 １４・・・励磁コイノペ １８・・・円筒状部、 ２８・・・円筒状部、 ３４・・・外側スリット、 ３６・・・内側スリット、 ４０・・・外側鉄心、 ４２・・・内側鉄心、 ５０・・・−次コイル、 ５２−・・・二次コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）柱状部を備えた鉄心と、柱状部の内側または外側
   に巻回方向が柱状部の周方向に沿うように配置された励
   磁コイルと、を備えた電磁アクチュエータにおいて、柱
   状部の径方向に貫通するスリットを柱状部に設けたこと
   を特徴とする電磁アクチュエータ。