JPH08264317A - ソレノイド装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ストローク終端位置での可動部材の保持力の
向上を図ると共に、装置の小型化を図る。 【構成】 固定部材と、該固定部材と同軸的に対向して
設けられ固定部材から離れた始端位置より固定部材に吸
着保持される終端位置までの距離を移動可能に設けられ
た可動部材と、固定部材と可動部材の間に磁気吸引力を
発生させて前記始端位置にある可動部材を終端位置まで
ストロークさせるコイル部とを備え、前記コイル部は、
前記可動部材のストローク中に必要な起磁力を発生させ
る作動用コイル４１と、可動部材をストローク終端にお
いて固定部材に吸着保持するために必要な起磁力を発生
させる保持用コイル４２とから成るソレノイド装置にお
いて、前記可動部材をストローク後終端位置に保持する
時、前記作動用コイル４１と前記保持用コイル４２を直
列に接続して成ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば動力伝達装置の
ギヤの切換に使用するようなソレノイド装置に関し、特
に長ストロークであって、小電流で可動部材をストロー
ク終端位置に保持する構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のソレノイド装置として
は、一般に、固定部材と、この固定部材と同軸的に対向
して設けられ固定部材から所定距離だけ離れた始端位置
から固定部材に吸着保持される終端位置までの所定距離
を移動可能に設けられた可動部材と、固定部材と可動部
材の間に磁気吸引力を発生させて前記始端位置にある可
動部材を終端位置までストロークさせるコイル部とを備
えた構成となっている。

【０００３】上記コイル部は、前記可動部材のストロー
ク中に必要な起磁力を発生させる作動用コイルと、可動
部材をストローク終端において固定部材に吸着保持する
ために必要な起磁力を発生させる保持用コイルとから成
っている。

【０００４】そして、上記構成のソレノイド装置にあっ
ては、ストローク中は作動用コイルに大電流を流して大
きな起磁力を発生させて可動部材を吸引し、ストローク
が終了して可動部材が固定部材に吸着された時点で、作
動用コイルへの通電を切って、保持用コイルのみで可動
部材を吸引保持するようになっている。

【０００５】即ち、作動用コイルにはストローク中しか
通電しないことから、大電流を流すことができ、大きな
起磁力が得られる。またストローク終端位置では、固定
部材と可動部材の間隔は接触状態あるいは近接状態にあ
ることから、小電流でも大きな保持力が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
にあっては、コイル部を作動用コイルと保持用コイルと
に分けて制御することによって、小型でありながら、ス
トローク中は大きな起磁力が得られると共に、ストロー
ク終端位置にて大きな保持力が得られる。

【０００７】しかしながら、よりソレノイド装置の小型
化及びストローク終端位置での大きな保持力が要求され
ている。

【０００８】本発明は、上記した従来技術の課題を解決
するためになされたもので、その目的とするところは、
ストローク終端位置での可動部材の保持力の向上を図る
と共に、装置の小型化を図り得るソレノイド装置及びそ
の制御方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、固定部材と、該固定部材と同軸
的に対向して設けられ固定部材から離れた始端位置より
固定部材に吸着保持される終端位置までの所定距離を移
動可能に設けられた可動部材と、固定部材と可動部材の
間に磁気吸引力を発生させて前記始端位置にある可動部
材を終端位置までストロークさせるコイル部とを備え、
前記コイル部は、前記可動部材のストローク中に必要な
起磁力を発生させる作動用コイルと、可動部材をストロ
ーク終端において固定部材に吸着保持するために必要な
起磁力を発生させる保持用コイルとから成るソレノイド
装置において、前記可動部材をストローク後終端位置に
保持する時、前記作動用コイルと前記保持用コイルを直
列に接続して成ることを特徴とする。

【００１０】上記ソレノイド装置において、作動用コイ
ル及び保持用コイルのうち少なくとも作動用コイルに通
電し、磁気吸引力によって始端位置から可動部材をスト
ロークさせ、ストローク終了した時に作動用コイルと保
持用コイルを直列に接続して通電することによって終端
位置にて可動部材を保持することを特徴とする。

【００１１】

【作用】上記構成のソレノイド装置にあっては、可動部
材をストローク終端位置に保持する場合に、作動用コイ
ルと保持用コイルを直列に接続して通電するため、従来
技術で示した小電流の保持用コイル１個に通電するより
も、大きな起磁力を得、保持力が大きくなる。これによ
り、ストローク終端位置での保持力が向上する。

【００１２】このように、可動部材のストローク終端位
置保持時に作動用コイルと保持用コイルを直列に接続し
て通電する制御とすれば、保持用コイルの巻数を作動用
コイル分の巻数を減らしても大きな保持力を得ることが
できるため、その分装置全体の大きさを小型とすること
ができる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。本発明の一実施例に係るソレノイド装置を示す図
１において、１はソレノイド装置全体を示しており、こ
のソレノイド装置１は、コイル部に電流を印加した場合
に、可動部材が吸引されて、駆動対象物を引っぱり込ん
で動かす、プルタイプの構成となっている。

【００１４】ソレノイド装置１の概略構成は、固定部材
としての固定鉄心２と、固定鉄心２と同軸上に対向して
設けられてその軸上を移動可能な可動部材としてのプラ
ンジャ３と、固定鉄心２とプランジャ３を取り囲むよう
にして配置されているコイル部４と、コイル部４を取り
囲みコイル部４の励磁時に固定鉄心２とプランジャ３と
を通して磁路を形成するためのケース５とから成ってい
る。

【００１５】固定鉄心２は、円柱状部２１と、この円柱
状部２１の後端に固定され半径方向に張り出す円板状の
アッパープレート２２とから構成され、円柱状部２１の
前端即ちプランジャ３と対向する側の端部には円錐台形
状の突出部２３が形成されている。

【００１６】プランジャ３は、固定鉄心２と同軸上に対
向して設けられ、固定鉄心２から所定距離だけ離れた始
端位置Ａから固定鉄心２に吸着保持される終端位置Ｂま
での所定ストロークＳを移動可能に設けられている。固
定鉄心２の円柱状部２１に対向するプランジャ３の後端
には、上記円柱状部２１の円錐台状の突出部２３がはま
り込むような円錐台状の凹部３１が形成されている。ま
た、プランジャ３には、同軸上の前方に伸びて図示しな
い駆動対象物に連結される作動ロッド３２が一体的に設
けられている。

【００１７】図示されていないが、通常は駆動対象物に
はそれ自体の重量、戻し用のばねの力等が働いていて、
ソレノイド装置が作動していない時には、プランジャ３
と作動ロッド３２とは固定鉄心２から離れた始端位置Ａ
に復帰している。

【００１８】コイル部４は、プランジャ３のストローク
中に必要な起磁力を発生させる作動用コイルとしてのプ
ルコイル４１と、プランジャ３をストローク終端Ｂにお
いて固定鉄心２に吸着保持するために必要な起磁力を発
生させる保持用コイルとしてのホールドコイル４２とを
有している。

【００１９】プルコイル４１は大きな電流を流し大きな
起磁力を発生させるものであり、ホールドコイル４２は
小さい電流を流し小さい起磁力を発生させるものであ
る。このプルコイル４１、ホールドコイル４２は軸方向
に並べて配置され、１つのボビン４３に巻かれており、
その外周を樹脂モールド４４により被覆されている。

【００２０】プルコイル４１、ホールドコイル４２は互
いに独立していて、図示しないが独立してリード線が延
び、ターミナル４５を介して、それぞれの配線４６が外
部に伸びている。

【００２１】ケース５は樹脂モールド４４等を収容する
筒状の中空部材で、その後ろ側開口端部５１に固定鉄心
２のアッパープレート２２が固定されており、前側開口
端部５２には取付用ブラケット５３が固定されている。

【００２２】取付用ブラケット５３の中心に孔が設けら
れ、その孔に円筒状をなすプランジャガイド５４が固定
されており、そのプランジャガイド５４の孔にブッシュ
５５を介してプランジャ３が摺動可能に保持されてい
る。

【００２３】次に、本発明の一実施例に係るソレノイド
装置の制御方法を図２乃至図５に示す電気回路図６に基
づいて説明する。

【００２４】図示された電気回路図６上の電気部品は、
４つのブロックになる。

【００２５】点線で囲われた６０の部分は、上記のソレ
ノイド装置１の部分であり、プルコイル４１、ホルード
コイル４２を有して、ここに流された駆動用電流（パワ
ー電流）を起磁力に変換して、外部の駆動対象物に作用
して機械的運動をさせるアクチュエータとなる部分であ
る。

【００２６】点線で囲われた６１の部分は、上記ソレノ
イド装置１の作動を制御する電磁アクチュエータ制御装
置の部分であり、制御電流を流すことにより作動する。
主要な電気部品としては、第１に、ソレノイド装置１の
プルコイル４１、ホールドコイル４２に通じるパワー電
流回路を開閉するためのパワートランジスタＱ１，Ｑ
２，Ｑ３、それらのパワートランジスタＱ１，Ｑ２を開
閉操作するためのトランジスタＱ４，Ｑ５がある。

【００２７】第２に、タイマー６２であって、ソレノイ
ド装置１の作動の途中においてプルコイル４１、ホール
ドコイル４２から発する起磁力の大きさを変えるため
に、パワー電流回路を組み換える働きをする。

【００２８】第３に、プルコイル４１、ホールドコイル
４２の焼損を防ぐための安全回路を構成するものとし
て、増幅器であるアイソレートアンプ６３、電圧変動補
正器６４、コンパレータ６５、コンパレータ６５に基準
電圧を与える直流電源６６、プルコイル４１とホールド
コイル４２の温度上昇による電圧変動を取り出すための
抵抗６７、電圧変動補正用の電圧を取り出すための抵抗
６８，６９、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の電圧を取
り出すための抵抗７０がある。

【００２９】３つ目のブロックとして、パワー電流と制
御電流との共通の直流電源７１がある。４つ目のブロッ
クとしてスタートスイッチ７２があって、直流電源７１
から電磁アクチュエータ制御装置６１へ制御電流を流し
て、ソレノイド装置を作動させるためのものであり、操
作しやすい所に取り付けられる。

【００３０】上記のように構成したソレノイド装置の作
動について説明する。

【００３１】ソレノイド装置が作動していない状態は、
回路図では図２に示すものであり、ソレノイド装置１の
状態は図１に示すものである。プランジャ３、作動ロッ
ド３２は固定鉄心２の円柱状部２１から離れて始端位置
Ａにある。

【００３２】スタートスイッチ７２を閉じてソレノイド
装置１を作動させると、タイマ６２が作動するまでの間
は、回路をパワー電流と制御電流が流れる状態は図３に
示すものとなる。

【００３３】スタートスイッチ７２を通った制御電流
は、点線矢印で示すように、パワートランジスタＱ１，
Ｑ２のベースに流れる。このために、パワートランジス
タＱ１，Ｑ２は、ベースに電圧が印加されるから、コレ
クタ電流がエミッタに導通可能となる。この時はまだ、
タイマー６２が作動していないから、パワートランジス
タＱ３は、ベースに電圧の印加がなく、コレクタとエミ
ッタの間は遮断された状態である。この結果として、パ
ワー電流は、実線矢印で示すように、直流電源５４を出
てから２つに分かれて、１つはプルコイル４１、パワー
トランジスタＱ１を通ってアースに流れる。他の１つは
パワートランジスタＱ２、ホールドコイル４２、パワー
トランジスタＱ１を通ってアースに流れる。

【００３４】プルコイル４１とホールドコイル４２とは
平行に接続されて、共に直流電源７１の電圧が印加され
た状態となる。厳密には、小さいものではあるが抵抗６
７で消費される電圧分Ｖｇを引いた電圧が印加される。
このために、プルコイル４１とホールドコイル４２の起
磁力発生の能力を最大に引き出すことができて、プラン
ジャ３とそれにつながる駆動対象物との始端位置Ａから
終端位置Ｂまでのストロークに必要な大きい起磁力を賄
うことができる。

【００３５】しかし、プランジャ３と駆動対象物との終
端位置Ｂまでのストロークが終わって終端位置Ｂに吸引
保持される状態では、上記の大きな起磁力は不必要とな
り、逆にコイル焼損の心配がある。そこで、タイマー６
２の作動が必要となる。タイマー６２の時間設定は、プ
ランジャ３と駆動対象物との終端位置Ｂまでのストロー
クが終わった後で作動するように設定されている。

【００３６】スタートスイッチ７２を閉じてソレノイド
装置を作動させ、さらにタイマー６２が作動した後の、
パワー電流（実線矢印参照）と制御電流（点線矢印参
照）が流れる状態は図４に示すものとなる。

【００３７】作動したタイマー６２から出る制御電流
は、パワートランジスタＱ３、トランジスタＱ５のベー
スに流れて、これに電圧を印加する。このために、先
ず、パワートランジスタＱ３のコレクタとエミッタの間
が導通可能となる。さらに、トランジスタＱ５のコレク
タとエミッタの間が導通可能となるから、タイマー６２
の作動前にスタートスイッチ７２からパワートランジス
タＱ１、Ｑ２のベースに流れていた制御電流は、トラン
ジスタＱ５を通ってアースに流れてしまう。このため
に、パワートランジスタＱ１、Ｑ２のベースへの電圧印
加がなくなるから、パワートランジスタＱ１、Ｑ２のコ
レクタとエミッタとの間は不通となる。この結果とし
て、パワー電流の流れは、直流電源７１、プルコイル４
１、ホールドコイル４２、パワートランジスタＱ３を通
ってアースに流れる。

【００３８】即ち、プランジャ３と駆動対象物とが終端
位置Ｂに吸引保持される状態では、プルコイル４１とホ
ールドコイル４２を直列に接続して通電していることに
なる。これが本発明の主眼である。従来の制御方法、即
ち、可動部材と駆動対象物との吸引保持時に、２つのコ
イルのうちの小電流を流す保持用コイル（ホールドコイ
ル）のみに電流を流す場合よりも効率的である。

【００３９】次に計算例を示す。

【００４０】．現在検討中のソレノイド装置のコイル
部の仕様は次に示す表１の通り（尚、電源電圧２４
Ｖ）。

【００４１】

【表１】 上記表１中、流れる電流とは、コイルを流れる電流であ
って、（電源電圧２４Ｖ）÷（コイルの抵抗）から求ま
る。

【００４２】．プルコイルとホールドコイルを直列に
接続した場合を計算すると、下記の数式１乃至数式４の
通りとなる。

【００４３】

【数１】 コイルの総巻数＝６００＋１８００＝２４００巻

【００４４】

【数２】抵抗合計＝２. ９＋３５＝３７. ９Ω

【００４５】

【数３】流れる電流＝２４÷３７. ９＝０. ６３Ａ

【００４６】

【数４】起磁力＝２４００×０. ６３＝１５１２ＡＴ ．上記計算結果から、プランジャ３と駆動対象物とが
終端位置Ｂに吸引保持される状態で、従来技術で示した
ホールドコイル単体に電流を流す制御方法と、本発明に
係るプルコイルとホールドコイルを直列にして電流を流
す制御方法とでは、本発明の方が起磁力が大きくなるか
ら、吸引保持時における起磁力による保持能力の向上が
図れる。即ち、効率がよい。

【００４７】又、逆に考えると、吸引保持能力を高める
必要がないならば、ホールドコイルの巻数（プルコイル
の巻数分：上記仕様では６００巻）を減らすことがで
き、ソレノイド装置全体の大きさを小型にすることがで
きる。

【００４８】次に、ソレノイド装置を作動させてからタ
イマー６２が作動するまでの間に、コイル部の過熱を防
止する安全回路が作動した場合の電流の流れを図５に点
線矢印にて示す。

【００４９】この安全回路の原理は次の通りである。図
３の場合において、プルコイル４１やホールドコイル４
２の温度が上昇してくるとそれらコイル部４の電気抵抗
が増してくる。全体の電圧は直流電源７１の電圧で決ま
っているから、コイル部４の抵抗が増した分、それらの
コイル部４に直列に接続されている抵抗６７に消費され
る電圧Ｖｇが減少する。この抵抗６７の電圧Ｖｇの電圧
を検出して、それを基準電圧と比較して、基準電圧より
も小さくなった場合に、パワー電流回路を遮断しようと
するものである。

【００５０】図において、抵抗７０の電圧はアイソレー
トアンプ６３によって増幅され、電圧変動補正器６４を
介して補正されて、基準電圧との比較手段としてのコン
パレータ６５に接続される。電圧変動補正器６４の補正
用の電源は、直流電源７１の電源電圧を抵抗６８、６９
で分圧することによって得られる。コンパレータ６５に
与えられる基準電圧は直流電源６６によって与えられ
る。

【００５１】コンパレータ６５は、電圧変動補正器６４
からの電圧と直流電源６６からの基準電圧とを比較し
て、前者が低い即ち抵抗６８での電圧降下が規定量を越
えたと判断した時に、図５に示すように、トランジスタ
Ｑ４のベースに制御電流を出す。トランジスタＱ４は、
ベースに電圧を印加されるから、そのコレクタとエミッ
タの回路がつながる。このため、これまでパワートラン
ジスタＱ１、Ｑ２のベースに向かっていた制御電流が、
トランジスタＱ４を通ってアースに流れるから、パワー
トランジスタＱ１、Ｑ２は、そのベースに電圧の印加が
なくなり、コレクタとエミッタの回路を遮断してしま
う。コイル部４へのパワー電流の流れが止まる。これに
より、コイル部４の過熱が阻止される。

【００５２】この状態で、タイマー６２が作動すれば、
タイマー６２は、トランジスタＱ５のベースに電流を送
り、そのコレクタ・エミッタ回路を導通させるから、コ
ンパレータ６５からの制御電流は、トランジスタＱ５を
経てアースに流れ、トランジスタＱ５のコレクタとエミ
ッタの回路を遮断してしまう。結果として、図４の状態
になる。このプルコイル４１とホールドコイル４２の直
列接続の状態は、図３のプルコイル４１とホールドコイ
ル４２の並列接続の状態よりもはるかにパワー電流の量
が少ないから、やはり、コイル部４の過熱が阻止され
る。

【００５３】尚、上記実施例ではコイル部の過熱を防止
する安全回路を備えた電気回路を例にとって説明した
が、保持用コイルの電流値を長時間可動部材を保持して
も焼損しない様な設定として安全回路の無いものとして
も良い。

【００５４】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、可
動部材をストローク終端位置に保持する場合に、作動用
コイルと保持用コイルを直列に接続して通電するように
しているので、従来技術で示した小電流の保持用コイル
１個に通電するよりも、大きな起磁力を得、保持力が大
きくなる。これにより、ストローク終端位置での保持力
の向上を図ることができる。

【００５５】このように、可動部材のストローク終端位
置保持時に作動用コイルと保持用コイルを直列に接続し
て通電する制御とすれば、保持用コイルの巻数を作動用
コイル分の巻数を減らしても大きな保持力を得ることが
できるので、その分装置全体の大きさを小型とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に係るソレノイド装置
の縦断面図である。

【図２】図２（ａ）は本発明の一実施例に係るソレノイ
ド装置の制御方法を説明する電気回路図で、スタートス
イッチが開いている非作動状態を示しており、同図
（ｂ）は各パワートランジスタのプル及びホールドモー
ドの状態を示す表である。

【図３】図３は図２（ａ）の電気回路図において、始動
後でタイマーの作動前の状態を示している。

【図４】図４は図２（ａ）の電気回路図において、始動
後でさらにタイマーの作動後の状態を示している。

【図５】図５は図２（ａ）の電気回路図において、始動
後でタイマーの作動前に、過熱防止の安全回路が作動し
ている状態を示している。

【符号の説明】 １ ソレノイド装置 ２ 固定鉄心（固定部材） ２１ 円柱状部 ２２ アッパープレート ２３ 突出部 ３ プランジャ（可動部材） ３１ 凹部 ３２ 作動ロッド ４ コイル部 ４１ プルコイル（作動用コイル） ４２ ホールドコイル（保持用コイル） ４３ ボビン ４４ 樹脂モールド ４５ ターミナル ４６ 配線 ５ ケース ５１ 後ろ側開口端部 ５２ 前側開口端部 ５３ 取付用ブラケット ５４ プランジャガイド ５５ ブッシュ ６ 電気回路 ６０ アクチュエータ ６１ 電磁アクチュエータ制御装置 ６２ タイマー ６３ アイソレートアンプ ６４ 電圧変動補正器 ６５ コンパレータ ６６，７１ 直流電源 ６７，６８，６９，７０ 抵抗 ７２ スタートスイッチ Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３ パワートランジスタ Ｑ４，Ｑ５ トランジスタ Ａ プランジャの始端位置 Ｂ プランジャの終端位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部材と、該固定部材と同軸的に対向
   して設けられ固定部材から離れた始端位置より固定部材
   に吸着保持される終端位置までの距離を移動可能に設け
   られた可動部材と、固定部材と可動部材の間に磁気吸引
   力を発生させて前記始端位置にある可動部材を終端位置
   までストロークさせるコイル部とを備え、 前記コイル部は、前記可動部材のストローク中に必要な
   起磁力を発生させる作動用コイルと、可動部材をストロ
   ーク終端において固定部材に吸着保持するために必要な
   起磁力を発生させる保持用コイルとから成るソレノイド
   装置において、 前記可動部材をストローク後終端位置に保持する時、前
   記作動用コイルと前記保持用コイルを直列に接続して成
   ることを特徴とするソレノイド装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のソレノイド装置におい
   て、作動用コイル及び保持用コイルのうち少なくとも作
   動用コイルに通電し、磁気吸引力によって始端位置から
   可動部材をストロークさせ、ストローク終了した時に作
   動用コイルと保持用コイルを直列に接続して通電するこ
   とによって終端位置にて可動部材を保持することを特徴
   とするソレノイド装置の制御方法。