JPH06215936A

JPH06215936A - 双安定型電磁石装置

Info

Publication number: JPH06215936A
Application number: JP5003412A
Authority: JP
Inventors: Fumio Isobe; 文夫礒部
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 1993-01-12
Filing date: 1993-01-12
Publication date: 1994-08-05

Abstract

(57)【要約】【目的】構成が簡潔で、動作機能のすぐれた双安定型
電磁石装置を提供すること。【構成】中央ヨーク部材１２と両側ヨーク部材１３，
１４とを所定間隔をあけて配設し、各ヨーク部材の間を
連結部１５で結合する。中央ヨーク部材１２にはコイル
１６を巻装したボビン１７を嵌挿する。また、２つの脚
部２０ａを連結部２０ｂで結合した可動鉄心枠２０を設
け、可動鉄心枠２０内に永久磁石２１を抱持し、上記脚
部２０ａの先端を上記中央ヨーク部材１２と両側ヨーク
部材１３，１４の間に進入させて可動吸着部材１９を構
成する。可動鉄心枠２０の連結部２０ｂには漏洩磁路と
しての間隙２２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は双安定型電磁石装置に係
り、特に可動部が電気信号により２つの位置を高速移動
する双安定型電磁石装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気信号を機械的な変位に変換して種々
の制御を行なう電磁石装置として双安定型ソレノイドが
知られている。この双安定型（２位置ラッチ型）ソレノ
イドは、永久磁石とソレノイドにより形成される各磁気
回路の中に磁性体からなる可動部材を入れ、ソレノイド
への通電状態を変えることにより、ソレノイドの磁気回
路を変え、それにより上記各磁気回路中の可動部材を可
動させ、かつ可動した一方の位置に磁力により自己保持
させるものである。

【０００３】この種の従来技術として、例えば特公平３
−７６７６７号，特公平３−７８７６５号等に開示のも
のがある。特公平３−７６７６７号のソレノイドは、コ
イルを巻装したボビンの中に下端部に支軸を有する可動
鉄心を揺動自在に配置し、コイルの上端対称位置に反対
の極を対向させた２つの永久磁石を配置して構成されて
いる。このソレノイドではコイルに通電されていないと
きは、可動鉄心の揺動先端部は一方の永久磁石に吸着さ
れている。また、コイルに所定パルス幅の電気信号を短
時間通電して可動鉄心の揺動先端と軸受部に従前と逆の
極性を生じさせることにより可動鉄心を反対側に揺動さ
せる構成とされている。

【０００４】特公平３−７８７６５号のソレノイドは、
特公平３−７６７６７号と同様にコイルを巻装したボビ
ンの内部に下方に支軸を有するレバーが揺動自在に配置
されており、コイルの一側上部に永久磁石が配置されて
いる。図８を参照して説明すると、外周にコイル１が巻
装された四角筒状のボビン２の内部にレバー３が揺動自
在に収容されている。レバー３の下部は支点ピン５で支
持されている。支点ピン５はボビン２の下端に一体に形
成された脚部（図では表れない）に開設したピン孔６に
挿入されている。ボビン２はヨーク７の内側に配設され
ており、ヨーク７の一側上部にはサイドヨーク７ａとサ
イドホルダ８を介して永久磁石９が配置されている。

【０００５】上記の構成では、コイル１に通電していな
い場合、永久磁石９による磁束の流れがサイドヨーク７
ａ，レバー３，右半分のヨーク７，永久磁石９という閉
ループに沿う。このため、レバー３は図８の右側に引寄
せられていて、サイドヨーク７ａの当り面に接してい
る。レバー３が右傾したこの状態は安定である。

【０００６】上記の状態からコイル７に通電し、図８の
レバー３の下から上に向かう方向に磁力線が生じるよう
に電流を流す。この起磁力によって永久磁石９による磁
力線が打消される。またこのとき、レバー３の上端にＮ
極が生じ、これがサイドヨーク７ａの当り面１０に現れ
ているＮ極と反発して、レバー３は図８の左方へ揺動
し、二点鎖線で示す位置に移る。この状態も安定であ
り、電流が流れ続ける限り、レバー３が左方へ倒れた状
態が維持される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特公平３−７６７６７
号および特公平３−７８７６５号のソレノイドはボビン
に巻装したコイルの上部両側または一側に永久磁石を固
定的に配設した構成である。そして、可動部材である可
動鉄心やレバーは、上記ボビン内に揺動自在に配設され
ている。このため、可動鉄心やレバーは、おのずから揺
動角が制限されるという問題がある。また、上記の構成
に伴なって、可動鉄心やレバー，ヨーク，コイル，永久
磁石の相互の構成が複雑であり、製作費がコストアップ
するという欠点がある。さらに、図８に示す構成ではレ
バーを永久磁石と反対側に自己保持させるには、コイル
に通電し続ける必要があり、消電電力が増えるという欠
点があった。

【０００８】本発明は上記の欠点を改良した双安定型電
磁石装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る双安定型電磁石装置は、略“Ｅ”字状
の側面形状を有するよう中央ヨーク部材およびその両側
に配された側部ヨーク部材とを含むヨークと、上記中央
ヨーク部材に巻装されたコイルと、永久磁石を抱持する
とともに、両側脚部の間を漏洩磁路を有する連結部で連
結した可動鉄心を具備していて、上記脚部の先端を上記
中央ヨーク部材と側部ヨーク部材との間に可動的に侵入
させてなる可動吸着部材とを具備してなることを特徴と
する。

【００１０】上記コイルは上記中央ヨーク部材に嵌合し
たボビンに巻装し、上記ボビンに所定の間隔をあけてガ
イド枠を起立設し、上記可動吸着部材を上記ガイド枠に
沿って摺動可能に構成するとよい。

【００１１】また、上記ヨークの下部に支軸を設け、こ
の支軸に揺動レバーを枢支、この揺動レバーに上記可能
吸着部材を取付けて構成するとよい。

【００１２】

【作用】上記の構成によると、コイルに所定パルスの電
流を通電することにより、中央ヨークの部材と側部ヨー
ク部材とにＳ極とＮ極が交互に発生し、各ヨーク部材と
左右位置に移動した可動吸着部材の可動鉄心を流れる磁
束が発生する。可動鉄心枠を流れる永久磁石の磁束と、
コイル印加による磁束の向きが同じとき、またはコイル
の磁束が発生していないときは、可動吸着部材は左また
は右に移動した位置に自己保持される。また、可動鉄心
を流れる永久磁石の磁束と、コイル印加による磁束の向
きが逆になったときは、コイルの磁束が永久磁石の磁束
に打勝って可動吸着部材を反対側に移動させる。このと
き、可動鉄心に形成された漏洩磁路により生じる磁束を
打消すことができ、したがって、電磁石装置は低電圧で
作動できる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の実施例を図を参照して説明す
る。

【００１４】図１〜図５は第１実施例に係る双安定型電
磁石装置を示す。各図において、ヨーク１１は正面から
みて略「Ｅ」字形状であって、中央ヨーク部材１２とそ
の両側に位置する側部ヨーク部材１３，１４とが所定の
間隔をおいて配置され、かつ上端が同じ高さにして設け
られており、これらの中央ヨーク部材１２と２つの側部
ヨーク部材１３，１４は、その一端が連結部１５により
結合されている。

【００１５】中央ヨーク部材１２にはコイル１６を巻装
するコイルボビン１７の筒状部１７ａが嵌挿される。コ
イルボビン１７は、図４に斜視図で示す構成であって、
筒状部１７ａは、中央ヨーク部材１２の外形に合わせて
長方形の角筒形状に構成されており、この筒状部１７ａ
の上下端部に鍔部１７ｂ，１７ｃが設けられている。上
部の鍔部１２ｂからは所定間隔をあけて２つのガイド片
１７ｄを一体に立上げている（図４参照）。このガイド
片１７ｄは、中央ヨーク部材１２と側部ヨーク部材１
３，１４とにより形成される間隔１８の両側を塞ぐよう
に配設されていて、カイド片１７ｄと中央ヨーク部材１
２と側部ヨーク部材１３，１４の上端は略同じ高さに揃
えて設けられている。

【００１６】また、図１，図４においてヨーク１１の上
端（開放端）側にはコイル１６を励磁したときに生じる
磁力により左右に移動する可動吸着部材１９が設けられ
る。可動吸着部材１９は２つの脚部２０ａと、左右の脚
部２０ａの間を結合する連結部２０ｂを有する可動鉄心
枠２０と、可動鉄心枠２０の内側に抱持される永久磁石
２１を有している。この可動鉄心枠２０は磁性金属板に
より形成され、かつ連結部２０ｂに漏洩磁路である間隙
２２が形成されている。本実施例では、この間隔２２を
形成するため可動鉄心枠２０は左右の部材に分離されて
おり、したがって、左右に分離された連結部２０ｂの間
はリン錆銅板からなる固定板２３を介して一体的に結合
されている。

【００１７】また、永久磁石２１は、Ｎ極とＳ極が、図
に示すように両側の脚部２０ａに近接するようにして可
動鉄心枠２０の底部に固定されている。

【００１８】可動吸着材１９は例えば図５に示す作成工
程で構成される。まず、可動鉄心枠２０は所定厚の磁性
鋼板２４をプレス金型によりコ字形に打抜いて構成され
る（分図ａ）。磁性鋼板２４は板厚の大きなものを一枚
使用してもよいし、図のように薄い板厚の鋼板を複数枚
積層し、一体に固着して構成してもよい。

【００１９】つぎに、コ字形の可動鉄心枠２０の左右の
脚２０ａを結合する連結部２０ｂの側面に固定板２３を
当てがいスポット溶接により固定する。つづいて、分図
ｂに示すように可動鉄心枠２０の連結部２０ｂにすり割
りを入れて所定幅の間隙２２を形成し、漏洩磁路を形成
する。上記の間隙２２を形成することにより、可動鉄心
枠２０は左右に分離されるが、この分離された左右の部
材は、固定板２３で固定されているから、左右がバラバ
ラにはならない。

【００２０】上記の構成からなる可動吸着部材１９は、
図１，図４に示されるように両側の脚２０ａを、ヨーク
１１の中央ヨーク部材１２と、側部ヨーク部材１３，１
４の間隔１８に可動的に挿入して配置される。そして、
両側の脚２０ａが、左右に移動して各ヨーク部材１２，
１３，１４の先端側面に接触するとき、ヨーク１１と可
動鉄心枠２０とによりそれぞれ磁束の向きが逆の閉ルー
プの磁路が形成される。この磁路を通る磁力で吸引され
て、可動吸着部材１９は中央ヨーク部材１２とその両側
の脚部ヨーク部材１３，１４との間を移動し、かつ左右
に移動した位置に自己保持される。また、その際、可動
吸着部材１９は図４に示すガイド片１７ｄの内側をガイ
ドされて移動し、移動方向と直角の方向にずれることが
ない。

【００２１】第１実施例の作用を説明する。

【００２２】この電磁石装置は双安定型であって、コイ
ル１６に通電されていないときは、可動吸着部材１９は
ヨーク１１に対して左移動しているか（図１ａ）、また
は右移動した位置で停止している（図１ｃ）。可動吸着
部材１９が図１（ａ，ｃ）の各位置で安定しているとき
は、各図に示す通り永久磁石２１による磁束のみが点線
矢印の通り形成されている。つまり、図ａでは可動鉄心
枠２０の脚２０ａと中央ヨーク部材１２と、左側ヨーク
部材１３とにより閉ループの磁束が形成されていて、可
動吸着部材１９はその位置に自己保持されている。図ｃ
では、可動鉄心枠１９の脚２０ｂと中央ヨーク部材１２
と、右側ヨーク部材１４とにより閉ループの磁路が形成
されて、可動吸着部材１９はその位置に自己保持され
る。

【００２３】さらに、図１と図２，図３を参照して説明
する。可動吸着部材１９が図２（ａ）の位置において、
コイル１６に図３に示すｔ₁〜ｔ₅のパルス幅の電気信
号を通電すると、時点ｔ₁のとき、図２ａに示す通り、
中央ヨーク部材１２と一側のヨーク部材１３と可動鉄心
枠２０の両側の脚２０ａには同極が現れ、互いに反発し
合って、コイル１６の磁力は、永久磁石２１の磁力に打
勝って可動吸着部材１９を図２ｂの位置に移動させる。
そして期間ｔ₂〜ｔ₃のときは、コイル１６は励磁され
ず、永久磁石２１の磁力で可動吸着部材１９は図２ｂの
位置に自己保持される。

【００２４】また、時点ｔ₃のとき、期間ｔ₁〜ｔ₂と
は逆方向の通電がされるので図２ｃに示す通り、中央ヨ
ーク部材１２と一側のヨーク部材１４と可動鉄心枠２０
の両側の脚２０ａには同極が現れ、互いに反発し合っ
て、コイル１６の磁力は、永久磁石２１の磁力に打勝っ
て可動吸着部材１９を図２ｄの位置に移動させる。そし
て、パルス電流がｔ₃〜ｔ₄のときは、コイル１６は励
磁されず、永久磁石２１の磁力で可動吸着部材１９は図
２ｄの位置に自己保持される。

【００２５】上記のように、コイル１６にｔ₁〜ｔ₅の
パルス電流が流れることにより、可動吸着部材１９は左
右に高速で移動し、振動することができる。また、コイ
ル１６への電流が停止されたときは、上述のように永久
磁石２１の磁力で、可動吸着部材１９は、図２（ｂ）ま
たは（ｄ）の位置に自己保持される。このため、自己保
持期間中は通電する必要がないので、消費電力が抑えら
れる。

【００２６】また、図１（ｂ）において、永久磁石２１
の磁束を打消す方向にコイル１６の磁束を形成すると
き、可動鉄心枠２０には間隙２２により漏洩磁路が形成
されているが、永久磁石による磁束は閉時路である吸着
側にほとんど流れ、吸着力への影響は少ない。しかし、
コイル１６により励磁された磁束はほとんどその漏洩磁
路部を通るため、永久磁石による磁束を小さい入力で打
ち消すことができる。つまり、保持力をほとんど弱める
ことなくコイル１６に通電する電圧が低電圧であって
も、可動吸着部材１９を動作させることができる。ま
た、コイル１６の磁束が永久磁石２１の矢印方向の磁束
よりも大であれば、可動吸着部材１９を移動させること
は十分にできる。上記理由から、間隙２２は余り小さい
と磁束漏洩の効果が強く、吸着力（保持力）は低下す
る。逆に間隔２２が大きすぎるとコイル１６による磁路
が切れるので永久磁石の磁束を打ち消すためのコイル入
力が多く必要となる。したがって、間隙２２の幅寸法は
これらを考慮して適切に設定するのがよい。

【００２７】図１の可動吸着部材１９には、図示を省略
するが、振動子等の従動部材が取付けられる。また、可
動吸着部材１９は図示しない支持部材に支持されて移動
すると共に、その際、図４に示されるように、ボビン１
７の上部両側に起立設されたガイド片１７ｄに沿って安
定して移動できる。

【００２８】次に、図６を参照して第２実施例を説明す
る。

【００２９】この実施例では、可動鉄心枠２０の一側面
に固定される固定板２５を断面略Ｌ字形状に構成し、そ
の直角折曲げ部２５ａに揺動レバー２６の上部折曲げ部
２６ａがリベット２７で固定されている。揺動レバー２
６はヨーク１１の側方に沿って垂直に配設されており、
その下端はヨーク１１の連結部１５の側部に突設した支
軸２８に支持されている。その他の構成は第１実施例と
同じである。

【００３０】この第２実施例によると、コイル１６に所
定パルスの電圧を印加することにより、可動吸着部材１
９を図６ａにおいて左右方向に移動させようとする磁力
が作用する。このとき可動吸着部材１９は、固定板２５
を介して揺動レバー２６に一体に取付けられていること
により、この可動吸着部材１９と揺動レバー２６とは支
軸２８を支点として高速で揺動することができる。この
ように、第２実施例によると可動吸着部材１９と揺動レ
バー２６に適宜の従動子を取付けて、これを例えばアン
クルとガンギ車を有する駆動機構（図示せず）等に適用
することができる。すなわち、上記従動子を上記アンク
ルに連動させてこれを高速で揺動させることにより、所
定の駆動機構を駆動させることができる。

【００３１】次に、図７を参照して第３実施例を説明す
る。

【００３２】第３実施例では、揺動レバー２６と可動吸
着部材１９との連結構造が第２実施例と相異している。
すなわち、第３実施例では、揺動レバー２６の上端部を
直角に折曲げて第１折曲げ部２６ｂを形成したうえ、第
１折曲げ部２６ｂの先端を再び上方に直角に折曲げて第
２折曲げ部２６ｃを形成している。そして、この第２折
曲げ部２６ｃを左右に分離された可動鉄心枠２０の側面
に当てがい固定しており、これにより左右側が一体的に
保持されている。

【００３３】この第３実施例によると、揺動レバー２６
の上端に一体的に曲げ形成した第２折曲げ部２６ｃが、
第２実施例における固定板２５の作用をなしている。し
たがって、第３実施例によると、第２実施例における別
部材としての固定板２５が不要となって構成が簡易とな
り、組立工数も少なくできる。

【００３４】なお、揺動レバー２６と可動吸着部材１９
の連結構造その他、各部の構成は実施例に限らず必要に
応じ変更して構わない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の双安定型
電磁石装置によると、ヨークと、ヨークに巻装するコイ
ルの励磁によって駆動される可動吸着部材の構成およ
び、これらヨークと可動吸着部材との組立て構成が従来
に比べて著しく簡単で、製作も容易であり、安価に製作
することができる。また、可動吸着部材には直線往復移
動または揺動を行なわせることができ、しかも可動吸着
部材は、他の構成部品によってその移動範囲が規制され
ないから、可動吸着部材の十分な動作角をとることがで
きる。

【００３６】さらに、永久磁石により形成される磁束
は、可動鉄心枠に形成した漏洩磁路によって、ほとんど
弱められることなく上記永久磁石の磁束と逆向きに生じ
るコイル印加による弱い磁束で可動吸着部材を移動させ
ることができる。よってコイルに通電する電圧は低電圧
でよく、したがって、低電圧駆動の双安定型電磁石装置
を構成できる。また、コイルボビンと一体に形成したガ
イド片によって可動吸着部材の移動をガイドしているの
で、簡単な構成で可動吸着部材を安定移動させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ａ，ｂ，ｃは第１実施例の正面説明図で、各分
図は可動吸着部材の異なる移動位置を示している。

【図２】ａ，ｂ，ｃ，ｄは、可動吸着部材の移動の順序
とコイルの励磁による磁極の関係を示す説明図である。

【図３】パルス電流の波形を示す図である。

【図４】実施例の分解斜視図である。

【図５】ａ，ｂは可動吸着部材の作成工程を示す斜視説
明図である。

【図６】ａは第２実施例の正面図，ｂは側面図，ｃは分
図ａのＶＩ−ＶＩ線の断面図である。

【図７】ａは第３実施例の正面図，ｂは側面図，ｃは分
図ａのＶＩＩ−ＶＩＩ線の断面図である。

【図８】従来例の断面図である。

【符号の説明】

１１…ヨーク、１２…中央ヨーク部材、１３…側部ヨー
ク部材、１４…側部ヨーク部材、１５…連続部、１６…
コイル、１７…ボビン、１７ｄ…ガイド片、１９…可動
吸着部材、２０…可動鉄心枠、２０ａ…脚部、２０ｂ…
連続部、２１…永久磁石、２２…間隙、２６…揺動レバ
ー、２８…支軸。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】略“Ｅ”字状の側面形状を有するよう中
央ヨーク部材およびその両側に配された側部ヨークとを
含むヨークと、前記中央ヨーク部材に巻装されたコイルと、永久磁石を抱持するとともに、両側脚部の間を漏洩磁路
を有する連結部で連結した可動鉄心を具備していて、前
記脚部の先端を前記中央ヨーク部材と側部ヨーク部材と
の間に可動的に侵入させてなる可動吸着部材とを具備し
てなることを特徴とする双安定型電磁石装置。
【請求項２】前記コイルを前記中央ヨーク部材に嵌合
したボビンに巻装し、前記ボビンに所定の間隔をあけて
ガイド枠を起立設し、前記可動吸着部材を前記ガイド枠
に沿って摺動可能に構成した請求項１記載の双安定型電
磁石装置。
【請求項３】前記ヨークの下部に支軸を設け、この支
軸に揺動レバーを枢支し、この揺動レバーに前記可動吸
着部材を取付けた構成を特徴とする請求項１記載の双安
定型電磁石装置。