JPH073602Y2 - 電磁石式アクチュエータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、電磁石式のアクチュエータに関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来の電磁石式のアクチュエータは、第８図に示すよう
に、ソレノイドコイル１と、ヨーク２と、ソレノイドコ
イル１の内側の孔に沿って移動自在に設けられていてソ
レノイドコイルが励磁されたときに該ソレノイドコイル
内に吸引される鉄製のプランジャ３と、ソレノイドコイ
ル１による吸引力に抗する方向にプランジャ３を付勢す
るコイルバネ４とを備えている。ヨーク２は鉄等の磁性
材料からなっていて、円筒状や角筒状等に形成されてい
る。

この電磁石式アクチュエータを駆動する場合には、例え
ば第９図に示したように、ソレノイドコイル１をスイッ
チ５を通してバッテリ等の電源６に接続する。第９図に
おいてスイッチ５を閉じると、ソレノイドコイル１が励
磁される。これによりプランジャ３に吸引力が作用し、
該プランジャがバネ４の付勢力に抗してコイル１内に吸
引される。プランジャ３は、ソレノイドコイル１による
吸引力とコイルバネ４による付勢力とが釣り合った位置
で停止する。スイッチ５を開くと、ソレノイドコイル１
が消勢されるため、コイルバネ４の付勢力によりプラン
ジャ３が元の位置に復帰する。

第８図に示した従来の電磁石式アクチュエータにおい
て、ソレノイドコイルの励磁電流Ｉをパラメータとし
て、プランジャ３の変位量Ｌとソレノイドコイルによる
吸引力Ｆとの関係を求めると、第12図の曲線a1ないしa4
のようになる。曲線a1ないしa4はそれぞれ、励磁電流Ｉ
を1.0［Ａ］,1.5［Ａ］,2.0［Ａ］及び2.5［Ａ］とした
場合である。またプランジャのストロークＬとバネの付
勢力Ｆとの関係は例えば第12図の直線ｓの通りである。
この場合、各励磁電流を流したときのプランジャの停止
位置は曲線a1〜a4と直線ｓとの交点である。第12図から
プランジャの変位量Ｌの励磁電流Ｉに対する特性を求め
ると第13図の曲線ａのようになる。

この種のアクチュエータを例えば内燃機関のバルブ（例
えばスロットバルブ）の制御等の用途に用いる場合、励
磁電流に対しプランジャを直線的に変位させることが望
ましい。ところが第８図に示した構造のアクチュエータ
では、プランジャの変位量Ｌと励磁電流Ｉとの間に直線
的な関係が成立する範囲が比較的狭いため、プランジャ
のストローク（最大変位量）を大きくとることができな
いという問題があった。

第８図に示したアクチュエータにおいて直線的な特性が
得られる範囲が狭くなる理由は、第12図の曲線a1〜a4に
おいて変位量Ｌがある大きさを超えると吸引力Ｆが低下
することにある。

そこで第10図に示したように、ソレノイドコイル１の外
周面を取り囲む周壁部2aとコイル１の軸線方向の一端の
端面に対向する端部壁2bとを有するヨークを用いること
により、プランジャの変位量が大きい領域で吸引力を増
大させるようにしたものがある。第10図に示すように構
成した場合には、ヨークの端部壁2bが磁化されて磁石と
なるため、該端部壁2bとプランジャ３との間に引力が働
く。この磁化された端部壁2bによる吸引力は、プランジ
ャの変位量Ｌが大きくなるにしたがって大きくなってい
くため、第10図のアクチュエータの吸引力Ｆのストロー
クＬに対する特性は第12図の曲線b1ないしb4のようにな
る。これらの特性から第10図のアクチュエータの変位量
対励磁電流特性を求めると第13図の曲線ｂのようにな
り、直線的な特性が得られる範囲が拡大される。

［考案が解決しようとする課題］ 第10図に示したように、ヨーク２に端部壁2bを設ける
と、第８図に示したアクチュエータを用いる場合に比べ
て、プランジャの変位量Ｌと励磁電流Ｉとの間に直線的
な関係が成立する範囲を広くすることができるが、この
第10図に示したアクチュエータでは、プランジャの変位
量が大きい領域で励磁電流に対する変位量の増加割合が
急激に大きくなるため、変位量が大きい領域で、変位量
と励磁電流との間の関係が非線形になる。したがってこ
の場合も、励磁電流に対してプランジャを直線的に動作
させようとすると、使用できる範囲が制限され、プラン
ジャのストロークをそれ程大きくとることができない。

本考案の目的は、プランジャのストロークを励磁電流の
変化に対してリニアに変化させることができる範囲を従
来よりも広くすることができるようにした電磁石式アク
チュエータを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本考案は、ソレノイドコイルと、ソレノイドコイルの外
周を囲む周壁部と該ソレノイドコイルの軸線方向の一端
面に対向する端部壁とを有するヨークと、ソレノイドコ
イルの内側の孔内を移動自在に配置されてソレノイドコ
イルが励磁されたときに該ソレノイドコイルにより吸引
されて該ソレノイドコイルの軸線方向の他端側から一端
側に移動されるプランジャと、プランジャをソレノイド
コイルの吸引力に抗する方向に付勢するバネとを備えた
電磁石式アクチュエータに係わるものである。

本発明においては、ヨークの一部に空隙部を形成して該
空隙部を形成した部分でヨークの磁気抵抗を増大させる
ようにした。

［作用］ 上記のようにヨークの一部に空隙部を設けてヨークの磁
気抵抗を増大させると、空隙部を設ける位置や空隙部の
大きさを調節することにより、プランジャがヨークの端
部壁に近付く領域で、ヨークの端部壁による吸引力が過
大にならないように調整することができる。したがって
プランジャがヨークの端部壁に近付く領域でも、プラン
ジャを励磁電流に対して直線的に変位させることがで
き、プランジャを励磁電流に対してリニアは変化させる
ことができる範囲を従来よりも広くすることができる。

［実施例］ 以下添付図面を参照して本考案の実施例を説明する。

第１図ないし第３図は本考案の実施例を示したもので、
この実施例の基本構成は第10図に示した従来のアクチュ
エータと同様であり、ヨーク２は、ソレノイドコイル１
の外周を同心的に囲む周壁部2aと、ソレノイドコイル１
の一端側の端面に対応する端部壁2bとを一体に有してい
る。プランジャ３はソレノイドコイル１の内側の孔1a内
を移動自在に設けられ、コイルバネ４は、プランジャ３
の端部に固定されたバネ受け板3aとソレノイドコイル１
の他端側に設けられた図示しないバネ受け板との間に配
設されている。

本実施例では、ヨーク２が円筒状に形成され、その周壁
部2aには、端部壁2b付近に位置させて、多数の空隙部５
が形成されている。この実施例ではヨークの周壁部2aを
打ち抜いて窓部を形成することにより各空隙部５が形成
されている。多数の空隙部5,5,…はヨーク２の周方向に
等間隔をあけた状態で設けられ、これらの空隙部により
ヨークの端部壁付近の磁路の磁気抵抗の増大が図られて
いる。

このようにヨークの端部壁付近の磁路の磁気抵抗を増大
させると、プランジャ３がヨークの端部壁2bに近付いた
ときにヨークの端部壁2bからプランジャ３に流れる磁束
の量を制限して、端部壁2bとプランジャ３との間に働く
引力が過大になるのを防ぐことができる。したがって、
空隙５の数や配設位置、各空隙の大きさ、或いは各空隙
の形状等を調整することにより、プランジャがヨークの
端部壁に近付いた領域でも、励磁電流とプランジャの変
位量との関係を直線的にすることができ、使用可能なア
クチュエータのストロークを従来よりも大きくとること
ができる。

第11図は第１図ないし第３図に示した本考案の実施例に
ついて、プランジャ３に作用する吸引力Ｆとプランジャ
の変位量Ｌとの関係の実測値を励磁電流Ｉをパラメータ
として示したもので、曲線c1ないしc4はそれぞれ励磁電
流Ｉを1.0［Ａ］,1.5［Ａ］、2.0［Ａ］及び2.5［Ａ］
とした場合である。またｓはコイルバネ４の特性であ
る。

これらの特性から励磁電流Ｉに対する変位量の特性を求
めると、第13図の曲線ｃが得られる。

第10図のアクチュエータでは、第13図の曲線ｂに見られ
るように、ソレノイドコイルの他端（第10図においてコ
イルの右端）からの変位量Ｌが約80mmの位置から40mmの
位置までの間で直線的な特性が得られる。この場合直線
的な特性が得られるストロークは約32mmである。これに
対し本実施例によれば、ソレノイドコイル１の他端（第
１図においてコイルの右端）からの変位量Ｌが約7mmの
位置から50mmの位置までプランジャを励磁電流に対して
直線的に変化させることができ、約43mmのストロークを
得ることができる。すなわち、上記の実施例によれば、
直線的な特性が得られるストロークを従来より約11mm増
大させることができた。

上記の実施例では、空隙部５をヨーク２の周壁部2aのみ
に設けたが、第４図及び第５図に示したように、ヨーク
２の周壁部2aと端部壁2bとの双方に跨がるように設けて
もよい。

また第６図に示すようにヨークの端部壁2bのみに空隙部
５を設けてもよい。この実施例ではまた、ヨークの端部
壁2bの中央部にソレノイドコイル１の内側の孔1aと整合
する孔６が形成されている。

空隙部５の形状は任意である。第６図に示す例では、空
隙部５が円形に形成されているが、同図の空隙部を矩形
等の他の形状に形成することもできる。

また第５図において、ヨークの端部壁2bの中央にソレノ
イドコイルの内側の孔1aに整合する孔（第６図の孔６と
同様の孔）を設けて、この孔内に各空隙部５の端部を連
続させるようにしてもよい。

更に、ヨーク２の断面形状は任意であり、例えば第７図
に示すようにヨークを角筒状に形成する場合にも本考案
を適用できる。第７図の例では、空隙部５をヨーク２の
周壁部2aの端部と端部壁2bとに跨って形成している。ま
た端部壁2bの中央にソレノイドコイル内の孔1aと整合す
る孔６を設けている。

本考案において、空隙部５の位置、大きさ、形状等は最
終的には実験により決定する必要があるが、空隙部５を
ヨーク２の端部壁2bから離れた位置に設けるよりは、端
部壁2b、または周壁部2aの端部壁2b寄りの部分に空隙部
５を設けた方が空隙部の効果が顕著に現れることが明ら
かになっている。

［考案の効果］ 以上のように、本考案によれば、ヨークの一部に空隙部
を設けてヨークの磁気抵抗を増大させることにより、プ
ランジャがヨークの端部壁に近付く領域で、ヨークの端
部壁による吸引力が過大になるのを防ぐことができるの
で、プランジャがヨークの端部壁に近付く領域でもプラ
ンジャ励磁電流に対して直線的に変化させることがで
き、プランジャを励磁電流に対してリニアに変化させる
ことができる範囲を従来よりも広くすることができる利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を一部断面して示した正面図、
第２図は同実施例の縦断面図、第３図は同実施例で用い
るヨークの斜視図、第４図及び第５図は本考案の他の実
施例で用いるヨークの縦断面図及び側面図、第６図及び
第７図はそれぞれ本考案で用いることができるヨークの
他の異なる例を示した側面図、第８図は従来のアクチュ
エータを示した縦断面図、第９図は第８図のアクチュエ
ータの電気的構成を示した説明図、第10図は従来の他の
アクチュエータを示す縦断面図、第11図は本考案の実施
例においてプランジャに作用する吸引力とプランジャの
変位量との関係を示した線図、第12図は従来のアクチュ
エータにおいてプランジャに作用する吸引力とプランジ
ャの変位量との関係を示した線図、第13図は従来のアク
チュエータ及び本考案の実施例のアクチュエータの変位
量と励磁電流との関係を比較して示した線図である。 １……ソレノイドコイル、２……ヨーク、2a……周壁
部、2b……端部壁、３……プランジャ、４……コイルバ
ネ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ソレノイドコイルと、前記ソレノイドコイ
   ルの外周を囲む周壁部と該ソレノイドコイルの軸線方向
   の一端の端面に対向する端部壁とを有するヨークと、前
   記ソレノイドコイルの内側の孔内を移動自在に配置され
   て前記ソレノイドコイルが励磁されたときに該ソレノイ
   ドコイルにより吸引されて該ソレノイドコイルの軸線方
   向の他端側から前記一端側に移動させられるプランジャ
   と、前記プランジャを前記ソレノイドコイルの吸引力に
   抗する方向に付勢するバネとを備えた電磁石式アクチュ
   エータにおいて、 前記ヨークの一部に空隙部を形成して該空隙部を形成し
   た部分でヨークの磁気抵抗を増大させたことを特徴とす
   る電磁石式アクチュエータ。