JPH082968Y2 - 双安定形ソレノイド - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、パルス波形の電気信号により、可動鉄心を
一方を開放端とした円筒部の中空部内を軸方向の２安定
位置に直接変換できると共に、小型で、組み立ての容易
な双安定形ソレノイドに関する。

（従来の技術） 電気信号を機械的を変位に変換して種々の制御を行う
電磁装置が知られている。

例えば、第１図のような従来の双安定形ソレノイドで
は、２分割された励磁コイル1a,1b、前記励磁コイルを
囲繞する両端面に開放端を有するヨーク２、前記励磁コ
イルのボビン3a,3bの中空部に配置された固定鉄心4a,4b
と可動鉄心５、前記２分割されたボビンに挟持され、前
記可動鉄心に対向する面が同極になるように分極磁化さ
れた永久磁石、前記ヨークの両開放端の蓋7a,7bを配置
した構造のものがある。

この構造によれば、可動鉄心の一端または両端を出力
軸とすることにより、電気信号を容易に機械的な直線変
位に変換することができる。

（考案が解決しようとする課題） このような双安定形ソレノイドでは、電磁駆動による
自動水栓等に使用する場合、水中にて給水制御バルブを
可動鉄心にて開閉する動作は、水蜜構造とする必要性か
ら構造的に不可能であった。

また、乾電池等により駆動する場合には省電力構造と
するために、磁気回路の有効利用により駆動アンペアタ
ーンを極力低減することが必要であった。

さらに、このようなソレノイドは小形化が要請される
ので、励磁コイルと永久磁石と可動鉄心との構造上の位
置関係が、従来の構造のものでは具体的な実現には問題
点があった。

そこで、本考案の目的は、可動鉄心を水中で安定に動
作することができ、かつ小形化構造で、組立が容易であ
って、可動鉄心が２つの安定位置をもち、パルス波形の
電気信号により、しかも高速で動作し、可動鉄心を電気
信号により機械的な直線変位に直接変換できる双安定形
ソレノイドを提供することにある。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するために、本考案による双安定形ソ
レノイドを実施例と対比させて示すと次のとおりであ
る。

すなわち、本考案による双安定形ソレノイドは、励磁
コイル１_c,2_cを巻装した２個の長さ方向の異なる寸法の
筒状ボビン1,2と、励磁コイル１_c,2_cを巻装した２個の
長さ方向の異なる寸法の筒状ボビン1,2間に挟持された
永久磁石５と、 前記ボビン１、２の中空部１_a,2_aに挿入された一方開
放端を有するホルダー10の円筒部分と、 前記円筒部分の内部の中空部10_aを、長手方向に運動
する長さ方向の寸法の異なる任意の寸法比率で構成し、
非磁性類材料９_bと磁性材料９_aとにより機械的に結合さ
れた可動鉄心９と、 前記２個の励磁コイル１_c,2_cと、そのコイル間に挟持
された永久磁石５を囲み、一方開放端を有する立上り部
３_a,3_b,3_c,3_dを持つ複合Ｕ字形ヨーク３と、 前記ヨーク３の立上り部３_a,3_b,3_c,3_dの開放端には、
前記ホルダー10の円筒部分と接する突起部分を有する固
定鉄心８と、 前記固定鉄心８を嵌合固定した固定板７と、前記ヨー
ク３とを一体化し、 前記固定板７と対向する前記ヨーク３の底面に前記ホ
ルダー10の円筒部分の外面に接するスリーブ４を圧入固
定して可動鉄心９が２つの安定位置を保持し、 機械的な直線的変位を得るのに、軸受構造を必要とし
ない構成にした双安定形ソレノイド。

（作用） 本考案によれば、水中において可動鉄心が２つの安定
位置を保持し、組み込まれる給水制御バルブの開閉動作
を水蜜構造にて実現することができる。

（実施例） 以下第２図ないし第４図において本考案実施例の詳細
を説明する。

第２図は本考案による双安定形ソレノイドの全体の構
成を示したものである。

第２図（ａ）は本実施例の一例を示す正面図、第２図
（ｂ）は正面断面図、第２図（ｃ）は左側面図、第２図
（ｄ）は右側面図、第２図（ｅ）は第２図（ｂ）のＡ−
Ａ′面から見た矢視図である。

第３図は本考案にめよる双安定形ソレノイドの動作を
説明する図である。

第４図は本考案を自動給水弁に応用した説明図であ
る。

ボビン１およびボビン２は長さの異なる寸法のもの
で、円筒状をしており、中心にそれぞれ中空部1a、2aが
形成されている。ヨーク３は四方向よりの立上り部3a、
3b、3c、3dを有する磁性金属板による複合Ｕ字形構造と
なっている。

ヨーク３の底面にはスリーブ４が圧入固定されてい
る。前記ボビン１およびボビン２に挟持されている永久
磁石５は長方体であり、その一面がヨーク３の立上り部
３_a,3_b,3_c,3_dに接しており、反対面は積層された極板６
の一面に接着されている。極板６の反対面は円弧状を形
成しており、ホルダー10と接する構造となっている。

また、極板６の傾斜面はそれぞれ隣の極板と接するよ
うに形成され、組み立て後は略長方形に近い形状となる
ようになっている。

固定板７には先端部分に突起8aを有する固定鉄心８が
圧入固定されて一体化となっている。

固定板７には切欠部7a、7b、7c、7dを有しており、そ
れぞれヨーク３の突起部３′ａ、３′ｂ、３′ｃ、３′
ｄとが噛み合うように形成されている。．ホルダー10は
一方向開口部を有する樹脂成形品であって、その中空部
には可動鉄心９が挿入されており、その可動鉄心９は磁
性体金属部9aと非磁性体金属部9bとより形成されてい
る。また、非磁性体金属部9bの先端には柔軟性のあるゴ
ム等の物質が接着等により圧入形成されている。ヨーク
３にはその底面に四箇所の取付部11が設けられており、
それぞれに取付孔12を有している。

つぎに、本考案による双安定ソレノイドの組立手順を
説明する。

第２図は本考案による双安定ソレノイドの実施例の組
立状態を示した図である。

まず、ボビン１およびボビン２の筒状部1a、1bには、
巻線機等によりコイル巻線1c、2cが施される。ヨーク３
にスリーブ４を圧入固定し一体化とする。一体化された
ヨーク３に巻線されたボビン２を挿入し、つぎに永久磁
石５と極板６を接着したもの４組をヨーク３の立上り部
3a、3b、3c、3dに永久磁石５の一面を接するようにして
それぞれを挿入し、極板６の円弧部が略円形になるよう
位置決めを行う。つぎに、巻線されたボヒン１を挿入す
る。固定板７には予め固定鉄心８を圧入固定して一体化
されたものを、ヨーク３の突起部３′ａ、３′ｂ、３′
ｃ、３′ｄと固定板７の切欠部7a、7b、7c、7dとを対向
させて噛み合わせるようにして圧入し、固定板７がヨー
ク３の突起部底面に完全に密着するようにして突起部
３′ａ、３′ｂ、３′ｃ、３′ｄを楔状の刃物等でかし
め固定する。

以上の組立手順でヨーク３、ボビン１および２、スリ
ーブ４、永久磁石５、極板６、固定板７、固定鉄心８は
一体となりユニット品となる。

つぎに、ホルダー10をヨーク３の底面の開口3eに挿入
し、ホルダー10の円筒部分の中空部10aに磁性体金属部9
aと非磁性体金属部9bとより構成された可動鉄心９を挿
入する。なほ、ボビン１および２の巻線1c、および2cは
お互いの磁束が打ち消さないように直列に接続される。

つぎに、本考案による双安定形ソレノイドの動作を説
明する。

永久磁石５は第３図（ａ）に示すような極性に配置さ
れており、第３図（ａ）はコイル巻線1c、2cに通電され
ていないときに可動鉄心９が、ホルダー10の中空部10a
に一杯に入り込んだ状態を示す。この時は永久磁石５に
より磁束Φ₁が永久磁石のＮ極を出てヨーク３の立上り
部3a、3b、3c、3d、固定板７、固定鉄心８およびその突
起部8aを通り、可動鉄心９の磁性体金属部9aを経て、極
板６を通り、永久磁石のＳ極に至り、可動鉄心は安定状
態を保持している。

つぎに、コイル巻線1c、2cに磁束Φ₁を打ち消す方向
に通電すると、コイル巻線1c、2cによる磁束Φ₂が生
じ、可動鉄心９の磁性体金属部9aに図示するようなＮ
極、Ｓ極が発生し、固定鉄心８と可動鉄心９の磁性体金
属部9aの一端との間に反発力が発生すると同時に、コイ
ル巻線1c、2cにより磁束Φ₃が発生するので、極板６と
可動鉄心９の磁性体金属部9aの他端との間に発生する反
発力も加担されて、スリーブ４により可動鉄心９は吸引
され、第３図（ｂ）の位置にて安定状態となり、通電を
切ると、永久磁石５により発生する磁束Φ₄により、そ
のままの状態を保持して安定状態に入り、動作は完了す
る。

つぎに、コイル巻線1c、2cに磁束Φ₄を打ち消す方向
に通電すると、コイル巻線1c、2cによる磁束Φ₅が発生
し、可動鉄心９の磁性体金属部9aに図示するような極性
（Ｎ）極、（Ｓ）極が発生し、スリーブ４と可動鉄心９
の磁性体金属部9aき一端との間に反発力が発生すると同
時にコイル巻線1c、2cにより磁束Φ₆が発生するその
で、極板６と可動鉄心９の磁性体金属部9aの他端との間
に発生する反発力も加担されて、可動鉄心９は固定鉄心
８およびその突起部8aにより吸引され、第３図（ａ）の
状態に復帰し、通電を切ると永久磁石５により発生する
磁束Φ₁により、安定状態に入り、可動鉄心９は保持さ
れ動作は完了する。

固定鉄心８の突起部8aの長さ方向の寸法と、スリーブ
４の長さ方向の寸法を任意に設定することにより以上の
説明による動作条件を適当に設定し動作させることが可
能である。

このように、本考案によれば、コイル巻線による通電
極性と永久磁石の極性とによる反発、吸引の両方の作用
を同時に利用するので、応答速度（約5ms位）が極めて
速くなるととともに、パルス幅の短い電気信号で駆動で
きるようになったので省電力動作が可能となった。

第４図は本考案を自動給水弁の開閉に応用した組立構
成図である。

可動鉄心９の非磁性体金属部9bの先端に設けられたゴ
ム部9cが給水弁13の開口部13aを開閉することにより、
給水の開閉制御を行うようにしたものである。ここで14
は給水孔であり、15は出水孔である。

本考案による双安定ソレノイドは、バネ等の復帰機構
を必要とすることなく、双安定動作により二者択一の選
択機構に使用することができ、特に水中にて給水制御バ
ルブを可動鉄心の双安定動作による開閉させる水蜜構造
の機構には最適のものであり、電池駆動による省電力動
作をも実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の双安定形ソレノイドの正面断面図であ
る。 第２図は本考案による双安定形ソレノイドの全体の構成
を示した図である。 第２図（ａ）は本実施例の一例を示す正面図、第２図
（ｂ）は正面断面図、第２図（ｃ）は左側面図、第２図
（ｄ）は右側面図、第２図（ｅ）は第２図（ｂ）のＡ−
Ａ′面から見た矢視図である。 第３図は本考案による双安定形ソレノイドの動作を説明
する図である。 第４図は本考案を自動給水弁に応用した説明図である。 １……ボビン（１）、８……固定鉄心 ２……ボビン（２）、９……可動鉄心 ３……ヨーク、10……ホルダー ４……スリーブ、11……取付部 ５……永久磁石、12……取付孔 ６……極板、13……給水弁 ７……固定板

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】励磁コイルを巻装した２個の長さ方向の異
   なる寸法の筒状ボビンと、 前記励磁コイルを巻装した２個の長さ方向の異なる寸法
   の筒状ボビン間に挟持された永久磁石と、 前記ボビンの中空部に挿入された一方開放端を有するホ
   ルダーの円筒部分と、 前記円筒部分の内部の中空部を、長手方向に運動する長
   さ方向の寸法の異なる任意の寸法比率で構成し、非磁性
   類材料と磁性材料とにより機械的に結合された可動鉄心
   と、 前記２個の励磁コイルと、そのコイル間に挟持された永
   久磁石を囲み、一方開放端を有する立上り部を持つ複合
   Ｕ字形ヨークと、 前記ヨークの立上り部の開放端には、前記ホルダーの円
   筒部分と接する突起部分を有する固定鉄心と、 前記固定鉄心を嵌合固定した固定板と、前記ヨークとを
   一体化し、 前記固定板と対向する前記ヨークの底面に前記ホルダー
   の円筒部分の外面に接するスリーブを圧入固定して可動
   鉄心が２つの安定位置を保持し、 機械的な直線的変位を得るのに、軸受構造を必要としな
   い構成にした双安定形ソレノイド。