JPH0727821B2 - 電磁アクチユエ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ガス遮断装置やガス機器のガス遮断弁などに
用いられる電磁アクチユエータに関するものである。

従来の技術 ガス機器の安全装置として従来より電磁アクチユエータ
が広く用いられている。また近年、ガス異常使用時およ
びガス漏れ時等を検出しガスを遮断するマイコンガス遮
断装置のガス遮断弁として、電磁アクチユエータの需要
が高まっている。特に、ガス遮断装置等、電池電源を用
いるシステムにおいては、永久磁石を用いた省電力の自
己保持型電磁アクチユエータの有用性が高まってきてい
る。

一般に電磁アクチユエータは第９図の従来例に示す様な
構造になっている。永久磁石１、磁性材料製の固定鉄芯
３、可動鉄芯２、第１ヨーク4a、第２ヨーク4b、を配置
して環状の永久磁石による磁気回路Ａを形成し、この磁
気回路Ａにより可動鉄芯２にとりつけられたバネ受け８
と第２ヨーク4bとの間に圧縮されて配置された圧縮バネ
７の反撥力fspに抗して可動鉄芯２を吸着面９におい
て、固定鉄芯３に吸着保持している。可動鉄芯２をとり
かこんで第１ヨーク4aの内側に電磁コイル６が配置さ
れ、電流を印加することにより電磁コイル６の内側に磁
界を発生させ、永久磁石１による磁気回路Ａの反対方向
に電磁コイルによる磁気回路Ｂを形成する。

その作動原理は電磁コイル６の両端に信号電圧が印加さ
れた時、電磁コイルによる磁気回路Ｂによる磁束Φｂ
が、永久磁石による磁気回路Ａによる磁束Φａと逆方向
に吸着面９に発生するため吸着面９における総磁束Φが
減少し、吸着面９における可動鉄芯２と固定鉄芯３との
間の吸着力Ｆ′は印加された電圧値Ｖにともなって減少
し、吸着力Ｆ′が圧縮バネの反撥力fsp以下に低下した
時、可動鉄芯２は吸着面９における吸着保持状態を維持
できなくなり吸着面９を離脱した電磁アクチユエータが
作動する。この時の作動電圧値Vactは電磁アクチユエー
タの作動特性をあらわす最も重要な特性値である。

以上の印加電圧値Ｖと磁束Φa,Φｂ′，Φの関係、およ
び印加電圧Ｖと吸着力Ｆと圧縮バネの反撥力fspの関係
をそれぞれ第４図、第５図に示した。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら従来の構成では、電磁コイル６による磁気
回路Ｂの磁気抵抗が永久磁石１の部分で特に大きくな
り、このため電磁コイル６に印加された電流により発生
した磁界が有効に磁気回路Ｂによる磁束Φｂに変換され
ず、電磁コイル６に印加された電圧値Ｖの変化に対する
吸着力Ｆの変化が少なかった。例えば、ある一定の作動
電圧値Vactを得るためには、圧縮バネの反撥力fspを高
めに設定しなければならず、外部からの震動に対して電
磁アクチユエータが誤作動する危険性が高かった。逆
に、耐震性を高めようとして圧縮バネの反撥力fspを低
く設定すると作動電圧Vactが高くなるため、省エネルギ
ー機器特にマイクロコンピュータを使用したガス遮断装
置の様に電源として電池を用い、かつ長期間のメインテ
ナンスフリーを確保しようとする機器のアクチユエータ
として用いる場合、電池等の電源に大きな負担を与える
ため、機器全体としての作動信頼性を損っていた。

上記の様に作動電圧Vactを決定することは機器と電磁ア
クチユエータとのマッチングを決める重要なことであ
る。しかしながら、永久磁石６や可動鉄芯２、固定鉄芯
３、第１ヨーク4a、第２ヨーク4b等の磁気特性のバラツ
キや、各部品の寸法、表面状態のバラツキなどにより、
永久磁石１による磁気回路Ａと電磁コイル６による磁気
回路Ｂの磁気抵抗がばらつくため、電磁アクチユエータ
の組み立て前に作動電圧Vactを推定するのは困難であ
る。このため組み立て製造工程においては、反撥力の異
なる圧縮バネ７を数種類用意し、作動電圧Vactの測定値
がもし規格値をはずれた場合は圧縮バネ７を他の反撥力
を持つ圧縮バネ７と交換することによって作動電圧Vact
を管理していた。しかし、前記の工法を用いると、圧縮
バネ７の保管場所が広くなり、圧縮バネ７の交換工数が
多くなるなどのため製造コストが大きくなり高価になる
といった問題点があった。

また同時に、組み立て後の作動電圧Vactの微調整が不可
能なため、機器とのマッチングを図ることが困難であっ
た。

以上に示した様に従来の構成では次の問題点があった。

イ．印加電圧Ｖの変換効率が悪く、省エネルギー性と耐
震性をあわせもつことが困難であった。

ロ．作動電圧Vact′の調整を圧縮バネ７の交換で行うた
め、製造コストが高かった。

ハ．製造後の作動電圧Vactの調整ができないため、機器
とのマッチングが困難であった。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、作動電圧
の変更可能をはかり、かつ微調整も可能にした電磁アク
チユエータを提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明は、永久磁石、磁
性材料製の固定鉄芯、可動鉄芯、ヨークとで形成した前
記永久磁石による磁気回路Ａと、前記可動鉄芯にとり付
けられ前記ヨークとの間で圧縮された圧縮バネと、前記
可動鉄芯をとりかこんで配置され電流印加により前記可
動鉄芯を励磁する電磁コイルと、前記固定鉄芯と前記ヨ
ークの間に配置され、前記固定鉄芯、前記可動鉄芯、前
記ヨークとで形成する前記電磁コイルによる磁気回路Ｂ
と、前記永久磁石、前記固定鉄芯、前記ヨークとで形成
した調整磁気回路と、前記固定鉄芯を中心に回転するこ
とにより前記調整磁気回路の磁束を変えることの可能な
磁性材料製の調整ヨークを備えた電磁アクチユエータを
構成するものである。

作用 本発明の構成によると、電磁コイルによる磁気回路Ｂが
ヨークから磁気抵抗の高い永久磁石を避けて磁気抵抗の
高い空気中を通るよりも、むしろ磁気抵抗の低い磁性材
料製の調整ヨークを通り固定鉄芯へ向うため、前記電磁
コイルによる磁気回路の磁気抵抗が小さく、電磁コイル
に印加された電流により発生した磁界が有効に電磁コイ
ルによる磁気回路による磁束に変換される。このため電
磁コイルに印加された電圧値の変化に対して、前記固定
鉄芯と前記可動鉄芯との間の吸着力の変化が大きく、圧
縮バネの反撥力が弱くても低い作動電圧が得られること
により、省エネルギー性と耐震性をあわせもつことが容
易である。

また本発明の構成によると、前記永久磁石による磁束が
前記固定鉄芯から前記可動鉄芯をとおる永久磁石による
磁気回路と前記調整ヨークをとおる調整磁気回路に分配
され、また前記調整ヨークは前記固定鉄芯を中心に回転
することにより前記調整磁気回路の磁気抵抗を変化さ
せ、前記永久磁石による磁気回路をとおる磁束と前記調
整磁気回路をとおる磁束との割合いを変え、前記固定鉄
芯と前記可動鉄芯との吸着面を通る磁束を変化させるた
め、吸着力を変化させることが可能である。このため圧
縮バネの反撥力を変えることなく作動電圧を変化させる
ことが可能となり、また電磁アクチユエータ組み立て後
も作動電圧の微調整が可能となる。

実施例 以下、本発明の一実施例の電磁アクチユエータを図面を
参照して説明する。

本発明の一実施例の電磁アクチユエータは第１図に示す
様な構造になっている。永久磁石１、磁性材料製の固定
鉄芯３、可動鉄芯２、第１ヨーク4a、第２ヨーク4bを配
置して永久磁石１による環状の磁気回路Ａを形成し、こ
の永久磁石による磁気回路Ａにより可動鉄芯２にとりつ
けられたバネ受け８と第２ヨーク4bとの間に圧縮されて
配置された圧縮バネ７の反撥力fspに抗して可動鉄芯２
を吸着面９において固定鉄芯３に吸着力Ｆで吸着保持し
ている。可動鉄芯２をとりかこんで第１ヨーク4aの内側
に電磁コイル６が配置され、電流を印加することにより
電磁コイル６の内側に磁界を発生させ、可動鉄芯２、固
定鉄芯３、固定鉄芯をとりかこんで配置され固定鉄芯３
を中心に回転可能な磁性材料製の調製ヨーク５、第１ヨ
ーク4a、第２ヨーク4bを通る電磁コイル６による環状の
磁気回路Ｂを形成する。この電磁コイルによる磁気回路
Ｂは、吸着面９において永久磁石１による磁気回路Ａと
反対方向である。また同時に調整ヨーク５は、永久磁石
１により、固定鉄芯３、調整ヨーク５、第１ヨーク4aを
通る調整磁気回路Ｃを形成している。調整ヨーク５の形
状の一例を第２図、第３図に示したその作動現理は、電
磁コイル６の両端に信号電圧が印加された時、電磁コイ
ルによる磁気回路Ｂによる磁束Φｂが、永久磁石１によ
る磁気回路Ａによる磁束Φａと逆方向に吸着面９に発生
するため、吸着面９における総磁束Φが減少し、吸着力
Ｆは印加された電圧値Ｖにともなって減少し、吸着力Ｆ
が圧縮バネ７の反撥力fsp以下に低下した時、可動鉄芯
２は吸着面９における吸着保持状態を維持できなくなり
吸着面９を離脱し電磁アクチユエータが作動する。この
時の印加電圧Ｖを作動電圧Vactとする。

以上の印加電圧値Ｖと磁束Φa,Φｂの関係、および印加
電圧Ｖと吸着力Ｆと圧縮バネの反撥力fspの関係をそれ
ぞれ第４図、第５図に示した。

第４図によると、本発明において調整ヨーク５を用いて
電磁コイルによる磁気回路Ｂの永久磁石１の近傍の磁気
抵抗を低下させたため、印加電圧Ｖの変化に対する電磁
コイルによる磁気回路Ｂによる磁束Φｂの変化が大きく
なっており、電気力学エネルギー変換効率が高いことが
わかる。

また第５図によると、本発明に調整ヨーク５を用いたた
め、印加電圧Ｖの変化に対する吸着力Ｆの変化が大きく
なっており、例えば従来例と同じ反撥力fspを持つ圧縮
バネ７を用いた場合作動電圧Vactは従来例Vact″より大
幅に小さくすることができ、省エネルギーに有利な特性
であり、また例えば従来例と同じ作動電圧に設定した場
合圧縮バネの反撥力は従来例より小さくすることが可能
で、耐震性が向上することがわかる。

一方、調整ヨーク５によって、永久磁石による磁束ΦMg
が、固定鉄芯３から可動鉄芯２をとおる永久磁石による
磁気回路Ａによる磁束Φａと調整ヨーク５をとおる調整
磁気回路Ｃによる磁束Φｃに分配され、また調整ヨーク
５は固定鉄芯３を中心に回転することにより調整磁気回
路Ｃの磁気抵抗を変化させ、ΦａとΦｃとの割合いを変
え、吸着面９を通る磁束Φａを変化させるため、吸着力
Ｆを変化させることが可能である。

このため圧縮バネ７の反撥力fspを変えることなく作動
電圧Vactを変化させることが可能である。

例えば第２図に示した調整ヨーク５あるいは他の例であ
る調整ヨーク5aを用いた場合について、第１ヨーク4aに
対する調整ヨーク５の角度θと磁束Φa,Φc,ΦMgの関
係、調整ヨーク５の角度θと吸着力Ｆとの関係、および
角度θと作動電圧Vactの関係をそれぞれ第６図、第７
図、第８図に示した。ただし角度θは90゜の範囲で示し
た。

第８図より、調整ヨーク５を回転させることによって、
圧縮バネ７の反撥力fspを変えることなく作動電圧Vact
を変化させることが可能であり、また調整ヨーク５は電
磁アクチユエータ組み立て後も回転可能であるため作動
電圧の微調整が容易に可能となることがわかる。

上記実施例においては、電磁コイル６の内側が可動鉄芯
２の離脱運動の際のガイドとして用いられる場合につい
て述べたが、電磁コイル６と、可動鉄芯２と固定鉄芯３
との間に難磁性金属材料製のガイドパイプを設け可動鉄
芯２のガイドとすることも可能である。その場合、ガイ
ドパイプは固定鉄芯３と調整ヨーク５との間に位置する
ことも、また固定鉄芯３と調整ヨーク５が直接接触する
ことも可能である。

発明の効果 以上のように本発明により以下に示す効果が期待でき
る。

イ．印加電圧の変換効率が高く、省エネルギー性と耐震
性をあわせもつことが容易である。

ロ．作動電圧の調整を調整ヨークの回転で行えるため、
圧縮バネの交換にともなう製造コストのアップをともな
っていた従来例に比し、そのコストを低減できる。

ハ．製造後の作動電圧の調整が可能なため、機器とのマ
ッチングが容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電磁アクチユエータの
全体断面図、第２図は本発明の一実施例による調整ヨー
クの分解斜視図、第３図は本発明の他の実施例による調
整ヨークの分解斜視図、第４図は本発明の一実施例およ
び従来例による印加電圧と磁束の関係を示す図、第５図
は本発明の一実施例および従来例による印加電圧と吸着
力の関係を示す図、第６図は本発明の一実施例による調
整ヨークの角度と磁束の関係を示す図、第７図は本発明
の一実施例による調整ヨークの角度と吸着力の関係を示
す図、第８図は本発明の一実施例による調整ヨークの角
度と作動電圧の関係を示す図、第９図は従来の電磁アク
チユエータの全体断面図を示したものである。 １……永久磁石、２……可動鉄芯、３……固定鉄芯、４
……ヨーク（4a……第１ヨーク、4b……第２ヨーク）、
５……調整ヨーク、６……電磁コイル、７……圧縮バ
ネ、Ａ……永久磁石による磁気回路、Ｂ……電磁コイル
による磁気回路、Ｃ……調整磁気回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】永久磁石、磁性材料製の固定鉄芯、可動鉄
   芯、ヨークとで形成した前記永久磁石による磁気回路Ａ
   と、前記可動鉄芯にとり付けられ、前記ヨークとの間で
   圧縮された圧縮バネと、前記可動鉄芯をとりかこんで配
   置され電流印加により前記可動鉄芯を励磁する電磁コイ
   ルと、前記固定鉄芯と前記ヨークの間に配置され前記固
   定鉄芯、前記可動鉄芯、前記ヨークとで形成し、前記電
   磁コイルによる磁気回路Ｂと、前記永久磁石、前記固定
   鉄芯、前記ヨークとで形成した調整磁気回路と、前記固
   定鉄芯を中心に回転することにより前記調整磁気回路の
   磁束を変えることの可能な磁性材料製の調整ヨークとを
   備えた電磁アクチユエータ。