JPH0917628A - リニアソレノイド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可動子における渦電流の発生を抑制し、高速
応答性の優れたリニアソレノイドを実現し、構成が単純
で組立が容易なリニアソレノイドを提供する。 【構成】 電磁コイル２と、電磁コイルに流れる励磁電
流により磁化制御される継鉄３及び固定鉄心４と、固定
鉄心に対向する対向部５ｂを略円錐状とし、磁化制御さ
れる固定鉄心４より磁気的引力を受けてその同軸上を移
動し得るよう配設される磁性材料製の可動子５と、前記
固定鉄心４と可動子５との間の磁気的引力に対抗するス
プリング７を具備するリニアソレノイド１において、前
記可動子５の少なくとも一部を、磁性体素片５ｃ、５ｄ
による積層構造により形成した。また、前記において、
可動子５を全体にわたって積層構造とした。また前記に
おいて、可動子５の対向部５ｂを、磁性材料による一体
成形とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リニアソレノイドに関
するものであり、特に高速応答性の優れたリニアソレノ
イドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン装置等における、排
気ガスに含まれる窒素酸化物等の有害ガスの排出を抑制
する効果的な方策として、有害ガスの濃度を常時センサ
により監視し、その濃度変化に応じて燃料の吸気制御を
行う排気ガス再循環装置が一般的に用いられている。排
気ガス再循環装置は、排気ガスの有害ガスの濃度に応
じ、エンジンへの燃料供給における空気の供給を排気ガ
ス再循環バルブにより調節して、有害ガスの排出を抑制
するもので、排気ガス再循環バルブの開口面積の調節
は、一般にステッピングモータが用いられ、重量と高コ
ストが問題とされていた。この代替として、リニアソレ
ノイドを採用し、排気ガス再循環バルブの開口面積の調
節をリニアソレノイドに設けた電磁コイルに流す電流に
より行い、軽量化と低コスト化を同時に実現することが
試みられている。

【０００３】排気ガス再循環装置は、有害ガスの濃度が
正常、すなわち一定の値以下の場合は、排気ガス再循環
バルブの開口面積は標準状態とする。有害ガスの濃度が
高い場合は、有害ガスの発生を抑えるため、排気ガス再
循環バルブの開口面積を標準状態より大きくし、燃料噴
射において排気ガスの含まれる割合を多くして、新鮮空
気の含まれる量を少なくする。従って、排気ガス再循環
装置にリニアソレノイドを用いる場合は、有害ガスの排
出をより確実に抑えるために、排気ガスの状態の変化に
素早く対応する必要があり、電磁コイルの励磁電流の変
化に高速に応答することが要求される。

【０００４】リニアソレノイドは、電磁コイルと、電磁
コイルに流れる励磁電流により磁化制御される継鉄及び
固定鉄心と、固定鉄心に対向する対向部を略円錐状と
し、磁化制御される固定鉄心より磁気的引力を受けてそ
の同軸上を移動し得るよう配設される磁性材料製の可動
子と、前記固定鉄心と可動子との間の磁気的引力に対抗
するスプリングを具備する構成のものが一般的である。

【０００５】このリニアソレノイドは、電磁コイルの励
磁電流が零の場合、スプリングの反力により、可動子は
固定鉄心から最も離れた位置にあり、電磁コイルに励磁
電流が流れると、可動子に対して、固定鉄心に向かう方
向の磁気的引力が働く。これにより、可動子はスプリン
グの反力との平衡する位置に変位して前述した排気ガス
再循環バルブの開口面積の調節を行う。

【０００６】リニアソレノイドは、操作するバルブの開
口面積の調節を容易に行うため、電磁コイルに流れる電
流の大きさと、開口面積の調節用部材と連結された可動
子の位置変位との関係を線形関係とする。スプリング
は、一般にコイルスプリングが用いられ、可動子の位置
変位に伴ってたわみ量が変化する位置に配設され、たわ
み量とスプリングの反力とは線形関係となる。リニアソ
レノイドは、可動子の位置と磁気的引力の関係を、線形
関係に近づけるため、可動子の固定鉄心との対向部を、
固定鉄心に向けて略円錐状としている。

【０００７】可動子の高速駆動のためには、電磁コイル
の励磁電流の変化により発生する磁束変化の応答性を早
くする必要がある。磁束変化の応答時間の短縮は、継
鉄、固定鉄心、可動子等磁路を形成する部材の肉厚を厚
くして、磁気抵抗を小さくすることが効果的であるとい
うことが知られている。また、これらの部材は、電磁軟
鉄を切削加工などにより一体成形したものが多く用いら
れているが、この成形体の肉厚を厚くした場合、特に可
動子において、励磁電流変化の過渡期に発生する渦電流
が、極めて大きいものとなる。この渦電流は、電磁コイ
ルに励磁電流が流れることにより可動子に発生させる磁
束と反対方向の磁束を発生させる。すなわち、肉厚が厚
くなるにつれて、渦電流の影響がより増大し、励磁電流
変化の過渡期における磁束変化の応答時間の短縮効果が
低下し、磁気的引力の変化の速度はさほど早くならな
い。結局、可動子の肉厚を厚くするのみでは、高速応答
は実現されず、この渦電流の影響に打ち勝つため、例え
ば、電磁コイルの巻線の量も、より多くしなければなら
ず、リニアソレノイド全体が大型化することとなった。
そのため、排気ガス再循環装置にリニアソレノイドを採
用する際、その高速応答性と小型軽量化の実現のために
は、可動子の渦電流の発生は大きな障害となる。

【０００８】この対処手段として、図４に示す、特開平
３−４２８０５において、可動子を強磁性の薄板を複数
回巻回して構成することにより、渦電流を減少させうる
ソレノイドが示唆されている。このソレノイド２０は、
可動子２１が、表面が絶縁物で被覆されてなる強磁性の
薄板を、電磁コイル２４により発生する磁路に沿った方
向に、複数回巻回して形成されている。また、固定鉄心
２２も、同様に薄板を複数回巻回して形成されている。
また、継鉄２３は、表面が絶縁物で被覆されてなる薄板
を、電磁コイル２４の巻方向と直交する方向に矩形状に
且つ複数回巻回されており、さらにその両端部に貫通穴
を形成し、磁路を形成するため可動子２１及び固定鉄心
２２を挿通させている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成によれば、
可動子２１は、継鉄２３と対向する部分が強磁性の薄板
による平面により形成されているので、渦電流は磁路に
直交する方向、すなわち可動子２１を構成する薄板の平
面に沿った方向に発生する。従って、渦電流はかなり減
少させられるものの、より減少させるためには、この薄
板の板厚を出来るだけ薄く設定する必要がある。その結
果、リニアソレノイドの高速応答の実現のために、可動
子を形成する薄板の板厚を薄くし、積層する回数を多く
する必要があり、可動子の組立に手間がかかり、加工コ
ストも高いものとなるという問題点があった。

【００１０】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、可動子における渦電流の
発生を抑制し、高速応答性の優れたリニアソレノイドを
実現することにあり、さらに構成が単純で組立が容易な
リニアソレノイドを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載のリニアソレノイドにおいては、電磁
コイルと、電磁コイルに流れる励磁電流により磁化制御
される継鉄及び固定鉄心と、固定鉄心に対向する対向部
を略円錐状とし、磁化制御される固定鉄心より磁気的引
力を受けてその同軸上を移動し得るよう配設される磁性
材料製の可動子と、前記固定鉄心と可動子との間の磁気
的引力に対抗するスプリングを具備するリニアソレノイ
ドにおいて、前記可動子の少なくとも一部を、磁性体素
片による積層構造により形成した構成としている。

【００１２】また、請求項２記載のリニアソレノイドに
あっては、前記可動子を全体にわたって積層構造とした
ことを特徴とするものである。

【００１３】また、請求項３記載のリニアソレノイドに
あっては、前記可動子の対向部を、磁性材料による一体
成形としたことを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】請求項１記載の構成によれば、可動子の渦電流
に対する電気抵抗が増大し、電磁コイルの励磁の過渡期
において、可動子に発生する渦電流の発生が抑制され
る。

【００１５】また、請求項２記載の構成によれば、請求
項１記載の作用に加え、全体にわたって積層構造とする
ことにより、渦電流に対する電気抵抗はより増大する。

【００１６】また、請求項３記載の構成によれば、請求
項１記載の作用に加え、可動子の対向部を、磁性材料の
一体成形とすることにより、多くの異なる形状の磁性体
素片を要することなく、可動子が構成できる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１及び図２に
基づいて説明する。このリニアソレノイド１は、電磁コ
イル２と、継鉄３及び固定鉄心４と、可動子５と、スプ
リング７を主要構成部材とする。電磁コイル２は、合成
樹脂にて形成された円筒状の巻胴部２ａと、その両端に
連設した鍔部２ｂよりなるボビン２ｃの巻胴部２ａの外
周に、表面を絶縁層にて被覆された軟銅線を複数回巻回
して形成する。ボビン２ｃは、後述する継鉄３及び固定
鉄心４を、巻胴部２ａの内側において一定距離を隔てて
同軸的に対向配設させる位置決め機能も有する。

【００１８】継鉄３は、磁性金属材料により、ボビン２
ｃの巻胴部２ａの内径に略等しい外径の円筒部３ａと、
ボビン２ｃの鍔部２ｂの外径と略等しい外径の鍔部３ｂ
を切削加工等により一体に形成する。円筒部３ａは、ボ
ビン２ｃの巻胴部２ａの略半分の長さを有し、その内方
には後述する可動子５を同軸上に遊嵌する。この継鉄３
は、円筒部３ａをボビン２ｃの巻胴部２ａの一端側より
挿入し、鍔部３ｂにて位置決めされて配設される。

【００１９】固定鉄心４は、磁性金属材料により、ボビ
ン２ｃの巻胴部２ａの内径に略等しい外径の円筒部４ａ
と、ボビン２ｃの鍔部２ｂの外径と略等しい外径の鍔部
４ｂを切削加工等により一体に形成する。円筒部４ａ
は、後述する可動子５の端部に対向する対向部４ｃと、
後述する軸６及びスプリング７を挿通する軸穴が形成さ
れた円筒状の突起部４ｄとを有する。この固定鉄心４
は、円筒部４ａをボビン２ｃの巻胴部２ａの継鉄３を配
設した他端側より挿入し、鍔部４ｂにて位置決めされて
継鉄３の円筒部３ａと一定距離を隔てて対向配設され
る。

【００２０】可動子５は、継鉄３の円筒部３ａの内径よ
り小さい外径を有する円柱部５ａと、固定鉄心４の対向
部と対向する対向部５ｂにより形成する。可動子５は、
図２に示すように、その外径が前述した継鉄３の円筒部
３ａの内径より小さい寸法とし、中心に適宜肉逃がしの
穴を設けた磁性体素片５ｃと、中心に軸６を固着する穴
を設けた磁性体素片５ｄと、スプリング７の外径と略同
一の穴を設けた磁性体素片５ｅとで形成した円柱部５ａ
と、中心に固定鉄心４の突起部４ｄに対応する肉逃がし
穴を設け、複数にて略円錐状を形成する、外径寸法のみ
僅かに異なる磁性体素片群５ｆにて対向部５ｂを構成し
て形成する。各磁性体素片は、板厚を略０．５ｍｍとし
た円盤状とする。また、その組立は、磁性体素片５ｃ，
５ｄ、５ｅ及び対向部を構成する磁性体素片群５ｆを、
相互に樹脂系接着剤にて積層固着した後、後述する軸６
を磁性体素片５ｄの中心に貫通して固着し、後述する第
１軸受け８及び第２軸受け９にて軸６の両端を往復動自
在に支持されて、継鉄３の円筒部３ａの内側の同軸上に
配設される。

【００２１】軸６は、黄銅等非磁性金属にて形成され、
可動子５の所定の位置に固着して一体化され、可動子５
と連動する。なお、リニアソレノイド１から突出する一
端には、図では示されていないが、前述の排気ガス再循
環バルブの開口面積の調節部材と連結固定され、矢印６
ａに示す直線方向に駆動されることにより、排気ガス再
循環バルブの開口面積の調節を行う。

【００２２】スプリング７は、ステンレス等により形成
されたコイルスプリングで、一端を可動子５、他端を後
述する第１軸受け８にそれぞれ当接させて軸６に遊嵌さ
れ、前述の固定鉄心４の円筒部４ｄに形成された軸穴に
遊挿される。

【００２３】８は第１軸受けで、合成樹脂により型造さ
れるもので、固定鉄心４の鍔部４ｂと略同一の外径寸法
を有する円盤形状をなし、中心部に軸６を往復動自在に
支持する軸穴を有する。

【００２４】９は第２軸受けで、合成樹脂により型造さ
れるもので、継鉄３の円筒部３ａの内径より僅かに大き
い外径寸法を有する円盤形状をなし、中心部に軸６を往
復動自在に支持する軸穴を有する。この第２軸受け９
は、外径寸法を継鉄３の円筒部３ａの内側に圧入固着で
きる程度に設定し、平面９ａが継鉄３の鍔部３ｂの表面
と略同一平面となるよう圧入固着され、内方側端面に
て、スプリング７により押圧された可動子５の位置決め
を行う。

【００２５】１０はポジションセンサで、軸６の一端に
接し、軸６の直線方向の位置変位に対応して電気信号を
出力し、図示されない外部回路により、軸６の位置をフ
ィードバック制御するのに供される。ポジションセンサ
１０は、例えば摺動型の抵抗素子により、電気抵抗の変
化を検出するものが用いられ、リニアソレノイド１に固
着される鍔部を有したセンサ取付台１０ａに取着され
る。

【００２６】１１はケーシングで、磁性材料により、継
鉄３の鍔部３ｂ及び固定鉄心４の鍔部４ｂの外径より僅
かに大きい内径の中空円筒部１１ａと、一端側に第１軸
受け８の周縁部を載置する円環部１１ｂを有して形成さ
れる。中空円筒部１１ａはその長さを、第１軸受け８、
固定鉄心４、電磁コイル２、継鉄３及びポジションセン
サ１０のセンサ取付台１０ａを積層した寸法よりやや大
きい寸法とし、全体を内包固着するための固着部１１ｃ
となる。また、ケーシング１１は、電磁コイル２に励磁
電流が流れることにより、継鉄３と、可動子５と、固定
鉄心４とともに磁路を形成する。

【００２７】リニアソレノイド１は、以上の部材で構成
され、その組み立てはケーシング１１に、まず、第１軸
受け８、固定鉄心４、電磁コイル２、継鉄３の順に挿入
し、次いで、スプリング７と、軸６を所定の位置に固着
した可動子５を挿入し、次いで、第２軸受け９を圧入固
着した後、ポジションセンサ１０を挿入し、そして、ポ
ジションセンサ１０の取付台１０ａの端部から突出して
いるケーシング１１の縁端部を、所定の押圧力で、取付
台１０ａの端部外方を押圧するよう、縁端部を加圧変形
する。

【００２８】上記のように構成されるリニアソレノイド
１において、電磁コイル２の励磁電流が零の場合、可動
子５は、軸６に遊嵌されたスプリング７の反力により、
図１に示す第１位置（固定鉄心４より最も離れた位置）
にある。電磁コイル２に励磁電流が流れることにより、
継鉄３と、可動子５と、ギャップＬを設けて配設された
固定鉄心４にて、ケーシング１１を介して磁路が形成さ
れ、ギャップＬにおいて、可動子５に対して、固定鉄心
４の側に向かって磁気的引力が働く。可動子５は、この
磁気的引力と、スプリング７の反力との釣り合いによ
り、矢印６ａに示す直線方向の固定鉄心４に向かって作
動する。電磁コイル２を流れる、励磁電流の変化によ
り、可動子５は作動し、可動子５の所定の位置に固着さ
れた軸６は、矢印６ａの方向に応動する 電磁コイル２
を流れる励磁電流の大きさに応じて、可動子５には、磁
路に直交する方向に渦電流が発生する。この渦電流は、
可動子５を形成する各磁性体素片５ｃ，５ｄの当接する
面に介在する接着層にて絶縁され、分断されて小さな渦
しか描き得ない。すなわち、渦電流に対する見掛け上の
電気抵抗値は、一体成形の場合あるいは薄板を複数回巻
回した場合と比較して、大幅に増大する。

【００２９】次に、本発明の第２実施例を図３に基づい
て説明する。このものは、第１実施例の可動子の構成の
みが異なるものである。この可動子５は、その外径が前
述した継鉄３の円筒部３ａの内径より小さい寸法とし、
中心に適宜肉逃がしの穴を設けた磁性体素片５ｃと、中
心に軸６を固着する穴を設けた磁性体素片５ｄとで形成
した円柱部５ａと、電磁軟鉄等の磁性材料の削りだしに
より、略円錐状を形成した成形体５ｇとで対向部５ｂを
構成して形成する。成形体５ｇは、可動子５と対向する
固定鉄心４に形成された、円筒状の突起４ｂに対応する
肉逃がし穴を設ける。また、その組立は、各磁性体素片
５ｃ，５ｄと成形体５ｇを相互に樹脂系接着剤にて固着
し、次いで磁性体素片５ｄの中心穴に、前述した軸６を
所定の位置にして固着する。上記のように形成された可
動子５の構成する磁路において、固定鉄心４との対向部
はギャップ寸法が大きく、渦電流の発生も、継鉄３との
対向部と比べて小さい。従って、固定鉄心４との対向部
５ｂを一体成形とすることで、渦電流の発生の抑制効果
はわずかに低下するが、高速駆動の実現には大きくは問
題とならず、構成する磁性体素片の種類は５ｃ及び５ｄ
のみで良く、磁性体素片の形成に際して打ち抜き金型装
置は多数必要としない。

【００３０】なお、図１に示す実施例１では、電磁コイ
ル２にによる、磁路の形成を、ケーシング１１を介して
行う構成を示したが、これは継鉄３及び固定鉄心４の一
方あるいは両方の鍔部から、電磁コイル２を被包する円
筒形状を、一体で形成して端部を連結してもよい。

【００３１】また、可動子５は、軸６を別部材とし、可
動子５に固着して一体化する構成を示したが、これは可
動子５を構成する部材の一部を突出させ、軸受け部材に
支持させてもよい。

【００３２】

【発明の効果】請求項１記載のソレノイドは、可動子の
渦電流に対する電気抵抗が増大し、電磁コイルの励磁の
過渡期において、可動子に発生する渦電流の発生が抑制
されるので、可動子の高速駆動が達成され、リニアソレ
ノイドの高速応答性が実現される。

【００３３】また、請求項２記載のソレノイドは、請求
項１記載の効果に加え、全体にわたって積層構造とする
ことにより、渦電流の発生はより抑制されるので、小型
化が図れる。

【００３４】また、請求項３記載のソレノイドは、請求
項１記載の効果に加え、可動子の固定鉄心の対向部を、
磁性材料の一体成形とすることにより、多くの異なる形
状の磁性体素片を要することなく、可動子が構成できる
ので、低コストにより可動子の提供ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す正面断面図である。

【図２】その可動子の縦断面図である。

【図３】本発明の別の実施例の要部である可動子の縦断
面図である。

【図４】従来例を示す正面断面図である。

【符号の説明】

２ 電磁コイル ３ 継鉄 ４ 固定鉄心 ４ｃ 対向部 ５ 可動子 ５ａ 円筒部 ５ｂ 対向部 ６ 軸 ７ スプリング １０ ポジションセンサ １１ ケーシング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁コイルと、電磁コイルに流れる励磁
   電流により磁化制御される継鉄及び固定鉄心と、固定鉄
   心に対向する対向部を略円錐状とし、磁化制御される固
   定鉄心より磁気的引力を受けてその同軸上を移動し得る
   よう配設される磁性材料製の可動子と、前記固定鉄心と
   可動子との間の磁気的引力に対抗するスプリングを具備
   するリニアソレノイドにおいて、 前記可動子の少なくとも一部を、磁性体素片による積層
   構造により形成したことを特徴とするリニアソレノイ
   ド。
2. 【請求項２】 前記可動子を全体にわたって積層構造と
   した請求項１記載のリニアソレノイド。
3. 【請求項３】 前記可動子の対向部を、磁性材料による
   一体成形とした請求項１記載のリニアソレノイド。