JPH07153622A

JPH07153622A - プランジャー型ソレノイド

Info

Publication number: JPH07153622A
Application number: JP5908692A
Authority: JP
Inventors: Fumio Isobe; 文夫礒部
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 1992-02-12
Filing date: 1992-02-12
Publication date: 1995-06-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】可動プランジャーコア８を中空構造とし、その
肉厚は、誘起された磁束密度が磁束の表皮効果により減
衰する性質から磁気効率の有効な範囲を考慮して、磁束
密度で１／２乃至１／４に減衰する範囲、または、磁束
密度の肉厚に関する全積分面積の１／２乃至２／３にな
る範囲に設定する。【効果】可動プランジャーコアの質量の軽減、空気流動
性の向上、磁束の表皮効果による磁気効率の向上、と３
点すべてが同時に満足されることにより、通電後の遅延
時間の短縮、可動範囲到達時間の短縮となり、立ち上が
り特性が改善され、高速応答性が格段に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁変換器として用い
られるプランジャー型ソレノイドに関する。より詳細に
は、変換器として高速応答となるよう、可動プランジャ
ーコアの通電後から移動開始までの応答時間の短縮、お
よび、ボビン内移動速度の高速化を可能にしたプランジ
ャー型ソレノイドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の実施例を示すプランジャ
ー型ソレノイドの断面図である。中空のボビン１にコイ
ル２が巻回され、ボビン１の周囲には断面コ字状の第１
ヨーク３が外設され、第１ヨーク３の開放端側には第２
ヨーク４が配設されている。ボビン２の中空部の一端側
には固定プランジャーコア５が配設され、第１ヨーク３
に固定保持されている。ボビン２の中空部の他端側部を
変位する丸棒可動プランジャーコア６が配設されてい
る。ボビン１の中空部の内周面にはパイプ７が内接して
配設されている。なお、周知のため図示していないが、
丸棒プランジャーコア６は固定プランジャーコア５から
離反するようにスプリングにより付勢されているが、適
宜の部材により図の位置に停止されている。このような
従来例において、中空のボビン１に巻回されたコイル２
に電流を流すと、ソレノイド部に励磁された起磁力によ
って、ボビン１の一端側に位置する丸棒可動プランジャ
ーコア６に磁束が生じ、ソレノイド部の起磁力による磁
化力と相互に作用しあって吸引力が発生する。丸棒可動
プランジャーコア６はこの吸引力に追従してボビン１内
方向に移動し、固定プランジャーコア５に突き当たった
時点で停止する。

【０００３】ソレノイドの吸引力Ｆを求めるにあたって
は、従来より、可動プランジャーの対向断面積をＳ、可
動プランジャーコアとパイプとの空隙（非磁路）の誘磁
率をμ₀、磁束密度をＢとすると、Ｆ＝（Ｂ²／２
μ₀）×Ｓとなる原理式が採用されている。鉄芯の飽和
が充分である場合には、可動プランジャーコアとパイプ
との空隙（非磁路）の誘磁率μ₀および磁束密度Ｂを含
む項は定数項とみなすことができるため、この比例定数
をｋとすると、Ｆ＝ｋＳとなり、吸引力Ｆは可動プラン
ジャーコアの対向断面積Ｓに比例することになる。従っ
て、図２のような従来の構造においては、強い吸引力を
得るために、プランジャーのコアは、磁束を多く通せる
ように対向断面積を大きくするために太くすることが一
般的であった。

【０００４】また、前述の式Ｆ＝（Ｂ²／２μ₀）×Ｓ
は、前提条件として、誘起磁化されるのに十分長い時間
が必要であるが、従来の大・中型で比較的低速応答の機
器においては充分なマージンをとることができたので、
これより短い時間を考慮する必要がなかった。つまり、
計算式において時間の項は含まれていなかった。そのた
め、高速応答化に対しては、（力）＝（質量）×（加速
度）のため、力が強い程加速度が大きくなり、従って、
速度も増すと考えられがちであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、可動プランジ
ャーコアを太くすると、通常、材質は鉄系のため可動プ
ランジャーコアの質量が非常に大きくなり慣性が増す。
このことは、可動プランジャーコアを変位移動させるあ
たって変位開始までに要する時間が増大することを意味
し、応答時間が増大することになり、２０ｍｓｅｃ以下
程度の高速応答には、適用できないという欠点があっ
た。また、可動プランジャーコアを太くするとコイルへ
の起電力も増す必要が生じるが、小型精密機器などにお
いては小型電池などを使用しているため大きな起電力発
生には制限があり、従来の大・中型で比較的低速応答の
機器とは違って、時間的にも起電力的にも充分なマージ
ンをとる余裕がなく、さらに、省電力の点からも問題で
あった。

【０００６】また、可動プランジャーコアとパイプとの
空隙を一定とすると、可動プランジャーコアの対向断面
積に対する断面空隙面積の比は可動プランジャーコアの
半径の増大とともに減少するので、可動プランジャーコ
アを太くした場合、相対的に空隙部が小さくなるため、
可動プランジャーコアが変位移動するときの空気抵抗が
より増すことになる。このことは、時間に対する応答特
性の悪化につながり、可動プランジャーコアを太くする
ことは高速応答性の点で問題であった。空隙を可動プラ
ンジャーコアの太さに伴って増大させることは、磁化力
の誘起性の利得の点から負要因となり、よい改善策とな
らなかった。この問題に対して、可動プランジャーコア
の外周面に空気の通路用として溝や螺旋溝を形成したり
しているものがあるが、実質的に空隙を増大させること
になるので、磁気効率の点において欠点があった。

【０００７】さらに、最近において、可動プランジャー
コアが磁化されるにあたって、実際は、磁束の表皮効果
があるため、極めて短い時間には深層まで磁化されない
ことがわかってきた。従って、高周波トランス等に用い
られる鉄芯は磁束の表皮効果のために内部に磁束が通り
にくくなり、見かけ上の透磁率が減少する。図３は、材
料中のヒステリシスループの表皮効果を示すグラフであ
り、材質として、鉄の場合となっている。グラフの横軸
は材料の表面からの距離を表す。縦軸は誘起された磁束
密度を表す。このグラフは、材料中のヒステリシスルー
プが表皮効果のために内部に行く程小さくなることを表
している。従って、可動プランジャーコアを太くして
も、２０ｍｓｅｃ以下程度の高周波パルス波による励起
では、内部まで磁化されないため、太くしたことの効果
が小さいという欠点があった。

【０００８】本発明は、このような問題点に鑑みなされ
たものであり、２０ｍｓｅｃ以下程度の高速応答を可能
とするプランジャー型ソレノイドを提供することを目的
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、ボビンと、ボビンに巻回されたコイル
と、ボビン内にて軸線方向に変位可能に配設された可動
プランジャーコアと、可動プランジャーコアのボビン内
における変位移動終端位置において可動プランジャーコ
アの先端面部と空隙を有して配設された固定プランジャ
ーコアと、ボビンに外設されたヨークと、を備え、可動
プランジャーコアは変位方向における両端面が開放であ
る中空構造とし、その肉厚は、磁束の表皮効果により内
周面における誘起磁束密度が外周面における誘起磁束密
度の１／２乃至１／４に減衰する範囲に設定されている
か、または、誘起された磁束密度の肉厚に関する積分面
積を加算し、その積分面積が、可動プランジャーコアが
丸棒である場合の磁束密度の肉厚に関する全積分面積の
１／２乃至２／３の範囲に設定されるようにしたもので
あり、特に、材質が鉄系である場合の肉厚は０．６乃至
１．２ｍｍであるようにしたものである。

【００１０】

【作用】可動プランジャーコアの質量が減り軽量化され
可動に必要な駆動力の軽減につながり、質量に比例する
応答時間も、質量の減少により応答時間の短縮となる。
また、上記の中空構造としたことにより空気の流動性を
増加させるので、可動プランジャーコアがボビン内にて
変位する際の空気抵抗を小さくすることができるため、
可動プランジャーコアとボビン間の空隙を小さくするこ
とを可能とし、磁気効率をさらに向上させ高速応答とな
る。さらに、磁束の表皮効果により、上記の中空構造と
したことにより磁気特性において損失なくきわめて有効
に吸引力に寄与している。このように、上記の構成によ
り、質量の軽減、空気流動性の向上と空気流動性の向上
による磁気効率の向上、表皮効果による磁気効率の向上
のすべてにおいて、高速応答性に寄与し作用する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図示する実施例により具体的
に説明する。図１は本発明の一実施例に係わるプランジ
ャー型ソレノイドを示す断面図である。中空のボビン１
にコイル２が巻回され、周囲には断面コ字状の第１ヨー
ク３が外設され、第１ヨーク３の開放端側には第２ヨー
ク４が配設されている。ボビン２の中空部の一端側には
固定プランジャーコア５が配設され、第１ヨーク３に固
定保持されている。ボビン２の中空部の他端側部を変位
する中空構造の可動プランジャーコア８が配設されてい
る。ボビン１の中空部の内周面にはパイプ７が内接して
配設されている。中空構造の可動プランジャーコア８
は、円筒形状となっている。また、中空可動プランジャ
ーコア８の外周面とパイプ７の内周面との間にはわずか
な空隙を有している。

【００１２】中空可動プランジャーコア８の肉厚は、磁
束の表皮効果により内周面における誘起磁束密度が外周
面における誘起磁束密度の１／２乃至１／４に減衰する
範囲に設定されるか、または、中空可動プランジャーコ
ア８の肉厚は、誘起された磁束密度の肉厚に関する積分
面積を加算し、その積分面積が、可動プランジャーコア
が丸棒である場合の磁束密度の肉厚に関する全積分面積
の１／２乃至２／３の範囲に設定されるようにしたもの
であり、特に、材質が鉄系である場合には肉厚を０．６
乃至１．２ｍｍとしたときに最適な範囲となる。

【００１３】

【発明の効果】以上のように、本発明によるプランジャ
ー型ソレノイドにおいては、可動プランジャーコアの肉
厚は、可動プランジャーコアは変位方向における両端面
が開放である中空構造とし、その肉厚は、磁束の表皮効
果により内周面における誘起磁束密度が外周面における
誘起磁束密度の１／２乃至１／４に減衰する範囲に設定
されているか、または、誘起された磁束密度の肉厚に関
する積分面積を加算し、その積分面積が、可動プランジ
ャーコアが丸棒である場合の磁束密度の肉厚に関する全
積分面積の１／２乃至２／３の範囲に設定されるように
したものであり、特に、材質が鉄系である場合の肉厚は
０．６乃至１．２ｍｍであるようにしたものであるか
ら、可動プランジャーコアの質量が減り軽量化され可動
に必要な駆動力の軽減につながり、また、質量に比例す
る応答時間も短縮される。また、上記の中空構造とした
ことにより空気の流動性を増加させ、可動プランジャー
コアがボビン内にて変位する際の空気抵抗を小さくする
ことができるため、可動プランジャーコアとボビン間の
空隙を小さくすることを可能とし、磁気効率をさらに向
上させ高速応答が可能となる。さらに、上記の中空構造
としたことにより磁束の表皮効果が有効に得られ磁気特
性において損失なくきわめて効率的な吸引力を得ること
ができる。このように、上記の構成とすることによって
始めて、質量の軽減、空気流動性の向上、表皮効果によ
る磁気効率の向上のすべてにおいて同時に満足されるこ
とにより、通電後の遅延時間の短縮、可動範囲到達時間
の短縮となり、立ち上がり特性が改善され、高速応答性
が格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるプランジャー型ソレ
ノイドの断面図である。

【図２】従来のプランジャー型ソレノイドの断面図であ
る。

【図３】材料中のヒステリシスループの表皮効果を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ボビン２コイル３第１ヨーク４第２ヨーク５固定プランジャーコア６丸棒可動プランジャーコア７パイプ８中空可動プランジャーコア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボビンと、該ボビンに巻回されたコイル
と、前記ボビン内にて軸線方向に変位可能に配設された
可動プランジャーコアと、前記可動プランジャーコアの
前記ボビン内における変位移動終端位置において前記可
動プランジャーコアの先端面部と空隙を有して配設され
た固定プランジャーコアと、前記ボビンに外設されたヨ
ークと、を備え、前記可動プランジャーコアは変位方向
における両端面が開放である中空構造とし、その肉厚
は、磁束の表皮効果により内周面における誘起磁束密度
が外周面における誘起磁束密度の１／２乃至１／４に減
衰する範囲に設定されていることを特徴とするプランジ
ャー型ソレノイド。
【請求項２】可動プランジャーコアの肉厚は、誘起さ
れた磁束密度の肉厚に関する積分面積を加算し、その積
分面積が、可動プランジャーコアが丸棒である場合の磁
束密度の肉厚に関する全積分面積の１／２乃至２／３の
範囲に設定された請求項１記載のプランジャー型ソレノ
イド。
【請求項３】可動プランジャーコアの材質が鉄系であ
り、その肉厚を０．６乃至１．２ｍｍとした請求項１ま
たは２記載のプランジャー型ソレノイド。