JPH097829A

JPH097829A - 電磁力発生装置

Info

Publication number: JPH097829A
Application number: JP15282295A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Io; 伸一猪尾; Masahiro Kino; 政博城野
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1995-06-20
Filing date: 1995-06-20
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】エネルギー効率の向上を図りつつ部品点数の
大巾な削減と、構造の簡素化及び装置の小型化，軽量化
を図る。【構成】ヨーク１１のサイドコア部１３の内端面中央
に筒状の固定コア１５を設けると共に、筒状のアウター
コア部１４の内周面に筒状永久磁石１６を固定してあ
る。また、可動コア１２の突起部１８を、固定コア１５
の先端面１５ａに間隙Ｓを介して対峙させると共に、突
起部１８外周のボビン１９に永久磁石１６の磁界に配さ
れるコイル２０を巻回した。そして、前記永久磁石１６
の磁界とコイル２０の電流Ｉｃとの相互作用力Ｆｍと、
コイル電流による両コア１５，１２間の空隙磁束による
リラクタンス力とを合成して電磁力を得るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁継電器，電磁弁，
電磁ブレーキ，電磁クラッチ等の電気エネルギーを機械
力に変換する電磁力発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の電磁力発生装置として
は、例えば特開昭６３−１１０９４７号公報に開示され
ているものが知られている。

【０００３】図４に基づいて概略を説明すれば、発生力
の種類が電流力である直流リニアモータ２のアーマチュ
アと、発生力の種類が磁気力である直流ソレノイド３の
アーマチュアとを、縦列配置して一体化ムーブメント１
としたものである。

【０００４】即ち、前記直流ソレノイド３は、アルミ合
金材で成形された薄形円筒本体３ａの外周に、高抵抗率
磁性材（高抵抗率シリコン鋼材）で成形した薄形円筒状
の前記アーマチュア４が嵌着されていると共に、該アー
マチュア４の周囲にボビン５が摺動可能に装着されてい
る。

【０００５】一方、直流リニアモータ２は、耐熱硬質樹
脂材で成形されたコイルボビン６に正逆回路を有するム
ービングコイル７が巻回されていると共に、該ムービン
グコイル７がリング状マグネット８の磁界内に配設され
ている。

【０００６】そして、前記直流ソレノイド３の薄形円筒
本体３ａの上端部に、直流リニアモータ２のコイルボビ
ン６を接合して一体化ムーブメント１として構成したも
のである。

【０００７】これによって、直流リニアモータ２と直流
ソレノイド３の各コイル７，９に通電した場合は、リニ
アモータ２のムービングコイル７により一体化ムーブメ
ント１のアーマチュア１０が吸引され、該アーマチュア
１０と一体に構成された直流ソレノイド３のアーマチュ
ア３ａも同時に移動し、これに続く直流ソレノイド３の
吸引力により同ムーブメント１を所定位置に保持する。
また、直流リニアモータ２のムービングコイル７の逆向
回路のＯＮと、ソレノイドコイル９のＯＦＦとにより、
一体アーマチュア１０を前述とは逆の方向へ瞬時に移動
させることができる。この結果、リターンスプリングを
用いる必要がなくなり、ムーブメントの小型，軽量化が
図れると共に、慣性質量を小さくでき高速応答性が得ら
れるようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の装置にあっては、各コイル７，９への励磁により互
いのアーマチュアを機械的に結合して合成磁力を得るた
めに、直流リニアモータ２と直流ソレノイド３をと別個
に形成するようになっている。したがって、装置が大型
化するばかりか装置全体の構造が複雑になると共に、外
部の駆動スイッチも二系統必要になり、エネルギー効率
も悪化するといった問題を招いている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の問
題点に鑑みて案出されたもので、請求項１の発明は、内
部に一方側コアを有するヨークに設けられた永久磁石
と、前記一方側コアに対向して配置された他方側コアに
設けられ、前記永久磁石の磁界中に配置されたコイルと
を備えた電磁力発生装置であって、前記永久磁石の起磁
力による磁界と前記コイルに通電された電流との相互作
用力に、前記コイルの磁界による磁界中に存する前記両
コア間の空隙磁束によるリラクタンス力を合成したこと
を特徴としている。

【００１０】請求項２の発明は、内部軸方向に固定コア
を有する略円筒状のヨークの内周面に、永久磁石を固定
すると共に、前記固定コアに対向配置された可動コアの
内面に、固定コアの外周を被うボビンを一体に固定し、
該ボビンの外周に前記永久磁石の磁界中に置かれたコイ
ルを巻回してなる電磁力発生装置であって、前記永久磁
石の起磁力による磁界と前記コイルに通電された電流と
の相互作用力に、前記コイルの起磁力による磁界中に存
する前記固定コアと可動コアとの間の空隙磁束によるリ
ラクタンス力を合成したことを特徴としている。

【００１１】請求項３の発明は、前記永久磁石の電極と
前記コイルの電流方向の相対的な設定により、起磁力ベ
クトルが一致する磁場を構成し、永久磁石の起磁力とコ
イルの起磁力とによって得られる固定コアの合成起磁力
を増磁方向に設定したことを特徴としている。

【００１２】請求項４の発明は、前記永久磁石の電極と
コイルの電流方向の相対的な設定により、該両者の起磁
力ベクトルが互いに１８０度反転した磁場を構成し、前
記永久磁石の起磁力とコイルの起磁力とによって得られ
る固定コアの合成起磁力を減磁方向に設定したことを特
徴とすしている。

【００１３】請求項５の発明は、前記永久磁石とコイル
との間の空隙に集磁部材を設けたことを特徴としてい
る。

【００１４】

【作用】本発明によれば、ヨークに固定された永久磁石
のＮ極から出る磁束は、コイルを直交してヨークを通っ
てＳ極に帰還する磁束ループを形成する。一方、コイル
に通電すると前記磁束に直交するコイル電流に、該電流
Ｉｃと永久磁石の磁界Ｂｍとによって、Ｉｃ・Ｌ×Ｂｍ
＝Ｆｍつまり相互作用力が得られる（Ｌはコイル線の巻
き長さ）。同時に、コイルに起磁力が発生するが、この
起磁力が可動コアから固定コア及びヨークを通った電流
成分の磁束ループを形成する。これによって、可動コア
と固定コア間の空隙磁束Φによるリラクタンス力が発生
する。このため、前記相互作用力とリラクタンス力が合
成されて、可動コアに強力な吸引力が発生して瞬時に移
動させることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図面に基づいて詳
述する。

【００１６】図１は本発明の第１実施例を示し、図中１
１は有底円筒状のヨーク、１２はヨーク１１の一端開口
側に配置された可動コアであって、前記ヨーク１１は、
底壁側のサイドヨーク部１３と外周壁側のアウタヨーク
部１４とからなり、サイドヨーク部１３の底面中央位置
には、円柱状の固定コア１５が軸方向へ一体に突設され
ている。また、アウタヨーク部１４の内周面には、外周
側がＳ極，内周側がＮ極の筒状の永久磁石１６が固定さ
れている。

【００１７】一方、可動コア１２は、本体１７が略円板
状を呈し、該本体１７の内面中央に前端面１８ａが前記
固定コア１５の先端面１５ａと一定の隙間Ｓを介して対
峙する突起部１８が一体に設けられており、この突起部
１８には、円筒状のボビン１９の一端部１９ａが圧入固
定されている。このボビン１９は、先端部側が固定コア
１５の外周に一定の隙間をもって配置されていると共
に、前後端のフランジ１９ａ，１９ｂ間の外周にコイル
２０が巻回されている。このコイル２０は、永久磁石１
６の磁界Ｂｍ中に配されていると共に、図外の単一スイ
ッチを介してバッテリー電源から通電あるいは非通電さ
れるようになっている。更に、コイル２０の巻回された
筒状の軸方向長さＺと固定コア１５の外径寸法ｄは、Ｚ
≦２ｄの範囲に設定されている。

【００１８】したがって、この実施例によれば、永久磁
石１６のＮ極から出る磁束はコイル２０と直交して固定
コア１５，サイドヨーク部１３及びアウタヨーク部１４
を通ってＳ極に帰還する閉磁束ループＡを形成する。一
方、コイル２０に前記単一スイッチを介して電流を流す
と、磁束に直交するコイル電流Ｉｃにより次式に基づく
相互作用力Ｆｍが得られる。

【００１９】Ｆｍ＝Ｉｃ・Ｌ×Ｂｍここで、Ｌはコイル２０の巻回長さを示す。

【００２０】同時に、コイル電流Ｉｃによる起磁力によ
り発生する磁束は、可動コア１２，突起部１８，間隙
Ｓ，固定コア１５，サイドヨーク部１３，アウタヨーク
部１４，本体１７を通る閉磁束ループＢを形成する。

【００２１】したがって、コイル電流Ｉｃによる起磁力
の閉磁束ループＢ中に配置された可動コア１２の突起部
１８と固定コア１５との間隙Ｓに夫々空隙磁束Φによる
リラクタンス力Ｆ_Rが次式に基づき発生する。

【００２２】Ｆ_R＝−（Φ²／２）×ｄＲ(Ｘ)／ｄＸここで、Ｒは抵抗、Ｘは変位である。

【００２３】そして、前記相互作用力Ｆｍとリラクタン
ス力Ｆ_Rが合成されて、大きな電磁力が得られる。この
結果、可動コア１２が速やかにヨーク１１方向へ吸引さ
れる。

【００２４】しかも、従来のように２つの別個の機構で
構成するのではなく、単一の機構で構成できるので、部
品点数の大巾な削減が図れると共に、装置の小径化と構
造の簡素化が図れる。

【００２５】尚、前記永久磁石１６のＳ，Ｎ極配置及び
コイル２０への通電電流方向を夫々逆に設定した場合も
同様な作用が得られる。

【００２６】図２は本発明の第２実施例を示し、永久磁
石２０による閉磁束ループＡとコイル２０の電流起磁力
による閉磁束ループＢの磁気方向を互いに反転させたも
のである。具体的には、円筒状ヨーク１１のサイドヨー
ク部１３の内面略中央に低位な固定コア１５が一体に設
けられている。また、アウタヨーク部１４の内周面に
は、円筒状の永久磁石１６が固定されており、この永久
磁石１６は外周側がＮ極，内周側がＳ極に設定されてい
る。

【００２７】一方、可動コア１２は、円板状本体１３が
ヨーク１１の一端開口内に配置されていると共に、該本
体１３の内端面中央に軸方向へ延出した円柱状の突起部
１８を一体に有している。この突起部１８は、前端面１
８ａが前記コア１５の先端面１５ａに一定の隙間Ｓをも
って対峙していると共に、外周に円筒状のボビン１９が
圧入固定されている。このボビン１９は、前後端に保持
用のフランジが一体に設けられていると共に、外周にコ
イル２０が巻回されている。このコイル２０は、第１実
施例と同様方向に配置され、永久磁石１６の磁界Ｂｍ中
に配されていると共に、図外の単一スイッチを介してバ
ッテリー電源から通電あるいは非通電されるようになっ
ている。

【００２８】したがって、この実施例では、永久磁石１
６のＮ極から出る磁束はコイル２０と直交して、アウタ
ヨーク部１４，サイドヨーク部１３，可動コア本体１
７，突起部１８を通ってＳ極に帰還する閉磁束ループＡ
を形成する。

【００２９】ここで、コイル２０に電流を流すと、前記
ループＡ中の磁界と該コイル電流Ｉｃとの相互作用力Ｆ
ｍが得られる。

【００３０】一方、コイル電流Ｉｃの起磁力により発生
した磁束Φは、本体１７，アウタヨーク部１４，サイド
ヨーク部１３，固定コア１５から間隙Ｓを通って突起部
１８に入還する閉磁束ループＢが形成される。これによ
り、磁束ループＢ中に置かれた可動コア１２にはリタク
タンス力が働く。

【００３１】したがって、前記相互作用力Ｆｍとリラク
タンス力Ｆ_Rとの合成電磁力が得られる。

【００３２】また、前記永久磁石１６とコイル２０の各
磁束ループＡ，Ｂは、互いに１８０°反転した減磁作用
のループ磁路を構成し、この起磁力交差域のヨーク磁束
密度が低下する。したがって、ヨーク１１の断面積を小
さくでき、これによって小型，軽量化をさらに促進でき
る。

【００３３】図３は本発明の第３実施例を示し、第１実
施例を基本構成として、ヨーク１１及び可動コア１２の
軸方向長さを短尺化して、装置全体を薄型に形成すると
共に、固定コア１５の先端面１５ａを凹状に形成する一
方、可動コア１２の突起部１８の前端面１８ａを先端面
１５ａに対応して凸状に形成し、対向面に傾斜をもたせ
た。また、ヨーク１１に合わせて軸長が短い永久磁石１
６は、Ｎ極側内周面に集磁部材２１が圧入固定されてい
る。この集磁部材２１は、ボビン１９に巻回されたコイ
ル２０の外周面に対向する先端面２１ａが狭巾状に形成
されている。更に、コイル２０の巻回筒状長さＺは固定
コア１５の直径ｄとＺ≦ｄとなるように設定されてい
る。

【００３４】したがって、この実施例によれば、特に集
磁部材２１によってコイル電流Ｉｃに交差する磁束密度
が高くなり、この高密度な磁束に直交するコイル電流Ｉ
ｃ間に働く相互作用力が一層向上する。しかも、斯かる
相互作用力の向上によって、装置を前述のように可及的
に薄型に設定できるため、小型，軽量化がさらに助長さ
れる。また、両面１５ａ，１８ａの対向間に傾斜をもた
せたことにより可動コア１２が働いた時、前端面１８ａ
と先端面との路離の変化率が小さいので、磁気抵抗の急
激な変化をおさえることができ、リラクタンス力のリニ
アリティが高くなる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、永久磁石の磁界とコイル電流との相互作用力
と、コイル電流によって生じる磁束によるリラクタンス
力とを合成した大きな電磁力が得られるため、エネルギ
ー効率が高くなって、可動コアの作動応答性が向上す
る。しかも、従来のような２つの別個の機構によって構
成するのではなく、単一の機構のよって形成できるた
め、部品点数の大巾な削減と構造の簡素化が図れると共
に、装置の小型化，軽量化が図れる。この結果、製造作
業能率の向上とコストの低廉化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す縦断面図。

【図２】本発明の第２実施例を示す縦断面図。

【図３】本発明の第３実施例を示す縦断面図。

【図４】従来の電磁力発生装置を示す縦断面図。

【符号の説明】

１１…ヨーク１２…可動コア１３…サイドコア部１４…アウターコア部１５…固定コア１６…永久磁石１７…本体１８…突起部１９…ボビン２０…コイル２１…集磁部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に一方側コアを有するヨークに設け
られた永久磁石と、前記一方側コアに対向して配置され
た他方側コアに設けられ、前記永久磁石の磁界中に配置
されたコイルとを備えた電磁力発生装置であって、前記永久磁石の起磁力による磁界と前記コイルに通電さ
れた電流との相互作用力に、前記コイルの起磁力による
磁界中に存する前記両コア間の空隙磁束によるリラクタ
ンス力を合成したことを特徴とする電磁力発生装置。
【請求項２】内部軸方向に固定コアを有する略円筒状
のヨークの内周面に、永久磁石を固定すると共に、前記
固定コアに対向配置された可動コアの内面に、固定コア
の外周を被うボビンを一体に固定し、該ボビンの外周に
前記永久磁石の磁界中に置かれたコイルを巻回してなる
電磁力発生装置であって、前記永久磁石の起磁力による磁界と前記コイルに通電さ
れた電流との相互作用力に、前記コイルの起磁力による
磁界中に存する前記固定コアと可動コアとの間の空隙磁
束によるリラクタンス力を合成したことを特徴とする電
磁力発生装置。
【請求項３】前記永久磁石の電極と前記コイルの電流
方向の相対的な設定により、起磁力ベクトルが一致する
磁場を構成し、永久磁石の起磁力とコイルの起磁力とに
よって得られる固定コアの合成起磁力を増磁方向に設定
したことを特徴とする請求項１又は２記載の電磁力発生
装置。
【請求項４】前記永久磁石の電極とコイルの電流方向
の相対的な設定により、該両者の起磁力ベクトルが互い
に１８０度反転した磁場を構成し、前記永久磁石の起磁
力とコイルの起磁力とによって得られる固定コアの合成
起磁力を減磁方向に設定したことを特徴とする請求項１
又は２記載の電磁力発生装置。
【請求項５】前記永久磁石とコイルとの間の空隙に集
磁部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の
電磁力発生装置。