JPS59193006A - 電磁操作機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、正または負の電流パルスを通電する駆動用ソ
レノイドコイルを巻回した磁性体と磁石との吸引力と反
発力とを同時に利用することによって、機械力の作用す
る物体、例えば弁棒、ピストン、開閉器可動部、扉施錠
などの２値的変位を微電流パルスによって電磁的に操作
することのできる機構に関するものである。

従来、機械力の作用する物体を２値的に電磁操作によっ
て変位させる機構としては、電磁石とスプリングとの組
み合わせ機構が最も−・般的で、その他に自己保持型電
磁石、有極継電器などが特殊例として知られている。

電磁石とスプリングとの組み合わせ機構においては、電
磁石の無通電時にスプリングの抗力のみが作用する磁性
体接極子の位置と、電磁石の通電時に吸着力が作用する
吸着位置との２値的変位を電磁的に操作するもので、こ
の機構は、周知の通り次のような欠点がある。

１）電磁石の吸引力とスプリングの抗力は常に反対方向
に作用するため、吸引時には前記スプリングの抗力を打
消すだめの電磁吸引力を余分に必要とし、励磁゛電流の
増大、機構の大型化、複雑化を招く。

２）磁性体材質の如何によっては残留磁気の影響をさけ
る必要」−スプリングの抗力をさらに強化する必要があ
り、前項の傾向は増大する。

３）電磁石の吸引力は磁束、すなわち励磁電流の２乗に
比例し、磁性体接極子吸着による磁気回路短絡時が最大
となり、ストローク（磁極面と接極子面との間隙）の増
加とともに指数関数的に急激に減少するので、所要スト
ロークで所要吸引力を得るには比較的大きな励磁電流を
必要とし、特に吸引開始の起動時に大きな励磁電流を要
する。

４）吸着後も吸着力維持のため励磁電流の通電を必要と
し、エネルギー損失を発生し、励磁用ソレノイドコイル
の温度上昇の制約」二、機構の大型化を招く。

次に、自己保持型電磁石は主として継電器分野等で用い
られ、例えば第１図に原理図を示すように、保磁力の大
きい磁性体例えば永久磁石２を連結した鉄心１ａ、ｌｂ
にンレノイ゛トコイル３ａ。

３ｂを巻回し、このソレノイドコイルに操作電流を流す
ことにより、接極子４を第１図（ａ）または（ｂ）のい
ずれかの状態に可逆的に保持するもので、例えば（ａ）
図の状態でソレノイドコイル３ａに操作電流を流すこと
により、接極子４を反発させ（ｂ）図に示すように他方
の保磁力の大きい磁性体（永久磁石２を連結した鉄心１
ｂ）に吸着させる。（ｂ）図の状態でソレノイドコイル
３ｂに通電すれば接極子４は反発され（ａ）図の状態に
復帰する。この自己保持型電磁石は操作電流の通電で接
極子の保持位置を変更することができ、また自己保持性
を有するが、反発力のみによって磁石２の磁力に打勝っ
て接極子４を作動させるので、木質的には前述の電磁石
とスプリングとの組み合わせ機構と差異はなくスプリン
グの代りに保磁力の大きい磁性体を用いたもので、その
分だけ強い反発力を発生させることを要する。

有極継電器は第２図に原理図を示すように磁石６の２組
の磁場の中に移動コイル７を支点８によって中立の状態
に保持しておき、このコイル７に流れる止または負の微
少電流によってコイル７を巻回した磁性体を磁石６のい
ずれかの磁極例えば（６ａと６ｄ）または（６ｂと６ｃ
）に吸引させるように保持した構成を有し、前記ソレノ
イドコイル７に流れる微電流の有無とその極性を検知す
る電信用継電器として使用されるものである。

強力な磁石６を使用することによって数ｍＡ程度の微少
電流を検出することができる継電器であるが、接点圧、
作動ストロークの調整で精度上問題があり、近年このよ
うな継電器はトランジスター回路に代替された。

本発明は、に記の電磁石とスプリングとの組み合わせ機
構の欠点を除去し、より微少な電気工ネルキーによって
作用し、単純、小型、かつ頑丈な構造を有し、物体に作
用する機械力と物体の２値的変位を電磁操作する新規な
電磁操作機構を提供するものである。

本発明は、固定片と可動片とを組み合わせた磁気回路構
成材から成り、固定片または可動片の一方を磁石、他方
を駆動用ソレノイドコイルを巻回した磁性体とし、前記
可動片を固定片と０１動片相互間の安定吸着状態である
磁気短絡回路を形成する２位置のいづれか１位１置に可
逆移動自在に保持し、前記ソレノイドコイルに正または
負の電流パルス供給源を接続したことを特徴とする電磁
操作機構を要旨とする。

本発明において駆動用ソレノイドコイルとは、固定片ま
たは可動片のいずれかに巻回されたソレノイドコイルで
、微電流パルスを通電することにより可動片を移動させ
るものを指称する。

以下、図面を参照し本発明の実施例を具体的に詳細に説
明する。

第３図は本発明の実施例を原理的に示したもので、２個
の磁石１１．１２をその一方の異極性磁極面１１ｂ、１
２ｂが磁場１５を形成するよう間隙を介して対向させ他
方の異極性磁極面ｌｉｅ。

１２ｃを継鉄１７で結合して固定片とし、可動片として
駆動用ソレノイドコイル１３ａを巻回した磁性体接極子
１３とを組み合わせてなるものである。この磁性体接極
子１３は、一方の端子１３ｂを磁石１１．１２の磁極１
１ｂ、１２ｂの対向する間隙内に位置させ、他方の端部
１３ｃをピン１４を介して前記磁石１１．１２の両磁極
を結合する継鉄１７に連結し、磁石１１．１２のいずれ
かの磁極１１ｂまたは１２ｂに磁性体接極子１３の両端
を安定的に吸着接触させて磁気短絡回路を構成するよう
に保持されている。前記駆動用ソレノイドコイル１３ａ
には図示しない電流パルス供給源が接続され、該電流パ
ルスの正または負の特性に対応して、前記接極子１３の
一方の端部１３ｂがピン１４を中心として前記磁極１１
ｂまたはＬ２ｂのいずれか一方の吸着状態、すなわち磁
石１１または１２が接極子１３によって磁気短絡回路を
形成する位置に、スナップ的に回動転換可能に構成され
ている。

磁石１１．１２は励磁用ソレノイドコイル１１ａ、１２
ａによって励磁され、仮に磁石１１の一方の磁極１１ｂ
がＮ極性、磁石１２の磁極１２ｂがＳ極性となっており
、磁性体接極子１３の一端が磁石１１の一方の磁極１１
ｂに吸着されているとして、今、磁性体接極子１３に巻
回した駆動用ソレノイドコイル１３ａに正方向の電流パ
ルスを通電して該接極子の磁極１１ｂに吸着した方の端
部にＮ極性、ピン結合した他方の端部にＳ極性の磁極を
誘起させたとすれば、前記磁石１１による磁性体接極子
１３の吸着力は瞬間的に反発力に変化し、同時に磁石１
２のＳ極性端部１２ｂと磁性体接極子１３との間に吸引
力が作用し、磁性体接極子１３は磁石１２のＳ極性の端
部１２ｂとの吸着状態にスナンブ的に転換する。

次いで前記駆動用ソレノイドコイル１３ａに逆方向の電
流パルスを通電すれば、磁性体接極子１３は再度磁石１
１のＮ極性磁極１１ｂとの吸着状態にスナップ的に転換
させられる。

すなわち前記駆動用ソレノイドコイル１３ａに通電する
電流パルスの極性に対応して、前記磁性体接極子１３が
磁極１１ｂまたは１？ｂ（こよって吸着される状態を、
相互に２値的変位として転換させることができる。磁石
１１．１２の磁束力く充分大きければ、前記磁性体接極
子１３＋こ作用する磁石１１．１２の吸着力は充分強力
な機械力の作用を期待することができる。さらに前記駆
動用ソレノイドコイル１３ａの通電によって前記磁性体
接極子１３に作用する転換駆動力は、前記磁石１１．１
２の磁束と前記駆動用ツレ／イトコイルの通電電流値の
積の合計に比例するので、磁束を充分大きくしさえすれ
ば、微少かつ短時限の電流パルスで転換駆動が可能であ
るという特性をもっている。

なお、上記した固定片の磁石１１．１２は励磁用ソレノ
イドコイルｌｌａ、１２ａを巻回した電磁石を示したが
、永久磁石でもよく、永久磁石とすれば、全くエネルギ
ーを要せずに接極子を吸着保持する優れた省エネルギー
特性をもつ電磁操作機構を得ることができ、また電磁石
とした場合番こは、磁石励磁用ソレノイドコイルの励磁
電流を制御する装置を付加することによって、吸着力の
大きさを調節制御することが容易にできる。

次に第４図の実施例について説明すると、２（１！］の
磁石（固定片）１１．１２を、その異極性磁極面１１ｂ
、１２ｂ；ｌｌｃ、１２ｃが２個の磁場１５．１６を形
成するように間隙を介して対向させ、両磁場に駆動用ン
レノイドコイル１３ａを巻回した磁性体接極子１３（可
動片）の両端１３ｂ、１３ｃをそれぞれ位置させ、前記
駆動用ソレノイドコイル１３ａに電流パルス供給源を接
続し、該電流パルスの極性に対応して前記接極子１３が
前記磁石１１．１２のいずれか一方にスナップ的に転換
吸着して磁気短絡回路を形成するように構成したもので
ある。

磁石１１および１２はそれぞれ励磁用ソレノイドコイル
ｌｌａおよび１２ａによって励磁され、仮に磁石１１の
一方の磁極１１ｂがＮ極性、これに対向する磁石１２の
磁極１２ｂがＳ極性、磁石１１の他方の磁極１１ｃがＳ
極性、これに対向する磁石１２の磁極１２ｃがＮ極性と
なっており、磁性体接極子１３が磁石１１の両磁極に吸
着されているとして、今、磁性体接極子１３に巻回した
駆動用ソレノイドコイル１３ａに正方向の電流パルスを
通電して該接極子の磁極１１ｂに吸着した方の端部１３
ｂにＮ極性、磁極ｌｉｅに吸着した他方の端部１３ｃに
Ｓ極性の磁極を誘起させたとすれば、前記磁石１１によ
る磁性体接極子１３の吸着力は瞬間的に反発力に変化し
同時に磁石１２と磁性体接極子１３に吸引力が作用し、
磁石１２による吸着状態にスナップ的に転換する。

次いで前記駆動用ソレノイドコイル１３ａに逆方向の電
流パルスを通電すれば、磁性体接極子１３は再度磁石１
１の吸着状態にスナップ的に転換させられる。すなわち
前記駆動用ソレノイドコイル１３ａに通電する電流パル
スの極性に対応して、前記磁性体接極子１３の磁石１１
、または磁石１２による吸着状態を、相互に２値的変位
として転換させることができ、磁石１１および１２によ
る磁束が充分大きければ、前記磁性体接極子１３に作用
する磁石１１または１２の吸着力は充分強力な機械力の
作用が期待できる。さらに前記駆動用ソレノイドコイル
の通電によって前記磁性体接極子１３に作用する転換駆
動力は、前記磁石１１および１２による磁束と前記駆動
用ソレノイドコイルの通電電流値の積に比例するので、
磁束が充分大きいという条件で微少かつ短時限の電流パ
ルスで転換駆動が可能である。

ｌ−記の磁石１１．１２は励磁用ソレノイドコイルｌｌ
ａ、１２ａを巻回した電磁石を示したが、永久磁石でも
よく、また磁石励磁用ソレノイドコイルの励磁電流を制
御する装置を付加してもよい。

第３図、第４図の実施例において可動片１３を永久磁石
とし固定片１１．１２を微電流パルスを通電する駆動用
ソレノイドコイルを巻回した磁性体とすることももちろ
ん可能である。そうすれば吸着位置転換操作時以外は通
電を要せず極めて省エネルギー的特性をもつ電磁機構を
得ることとなる。

第５図は別の一実施例を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ
）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。

中空円筒状の磁性体２１．２２が軸長方向に同軸に連接
されて固定片を形成し、円筒軸に平行な内側面に円筒状
に駆動用ソレノイドコイル２１ａ、２２ａを巻回してお
り、中央連接部２１Ｃ９２２ｂを共通にし両端２１ｂ、
２２ｃに同極性の磁極面を発生する。

２３は可動片の円筒磁石で中央を円筒状の継鉄２５によ
って結合され、中空円筒状磁性体２１．２２内に同心に
収納され、継鉄２５は、その外周面を磁性体２１．２２
（７）接合部２１ｃ、２２ｂに軸方向に摺動自在に支承
されている。

円筒磁石２３は磁性体２１．２２の両端（２１ｂと２１
ｃ）、（２２ｂと２２０）が形成する間隙内に両磁極端
部を位置し、隙間２４を介して磁性体端部に対向してお
り、駆動用ソレノイドコイル２１　ａ　、　２２ａに通
電された微電流パルスの極性に対応して前記永久磁石２
３の端面が前記磁極面２１ｂまたは２２ｃの何れかに吸
着する位置にスナップ的に可逆移動し、安定的にその位
置を保持する。

第５図の実施例はソレノイド型電磁石特性をもち、第３
図、第４図の実施例がクラッパ−型電磁特性を有するの
に対し、比較的長ストロークで吸引力の弱い場合に経済
的に適用することができる特性をもっており、磁気回路
の漏洩が少ないなどの優れた性能をもつものである。

本発明の電磁操作機構は、以上のように反発力と吸引力
とを同時に利用することができるので、充分強力な磁石
を配置することにより、次の通り極めて優れた性能を発
揮できる。

（１）機械力の２値的変位が、微小パルス電流によって
可能となる。

（２）磁石励磁電流を制御して、吸着力の増減制御かで
きる。

（３）永久磁石を採用することにより変位駆動時の微小
電流パルス以外エネルキー供給を要しない。

（４）操作パルス電流に対する逆起電力の影響を検知し
て作動確認信号を得ることができる。

（５）構造が単純頑丈で大量生産に適し、安価となる。

（６）微電流パルスで操作できるため、長距離遠方操作
装置として適している。

また操作線の共通帰線利用、操作線の短時限の操作時以
外の多重利用等、遠方操作設備費の低減が可能である。

（７）工場、鉱山における木質安全防爆装置として使用
できる。

以上説明の通り、本発明は極めて優れた特性をもつ電磁
操作機構を提供することができるので、電磁操作弁、電
磁操作ピストン、電磁往復動装置、電磁把握装置、電磁
施錠、開閉器、異常用外しの安全装置、表示装置、その
他の各種産業分野、民生分野に極めて有用な効果を期待
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は自己保持型電磁石の説明図、第２図は有極継電
器の説明図、第３図、第４図は本発明の実施例を示す模
式的側面図、第５図は別の実施例の（ａ）縦断面図およ
び（ｂ）そのＡ−Ａ矢視図である。 １（ｌａ、ｌｂ）・・・直流電磁石、２・・・永久磁石
、３（３ａ、３ｂ）・・・ソレノイドコイル、４・・・
接極子、６・・・磁石、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ・・・
磁極面、７・・・移動コイル、８・・・支点、１１゜１
２・・・磁石、ｌｌａ、１２ａ・・・励磁用巻線、１１
ｂ、ｌｌｃ；１２ｂ、１２ｃ・・・磁極面、１３・・・
接極子、１３ａ・・・ソレノイドコイル、１３ｂ、１３
ｃ・・・接極子の両端部、１４・・・ピン、１５．１６
・・・磁場、１７・・・継鉄、２１゜２２・・・中空円
筒状磁性体、２１ａ、２２ａ・・・ツレ／イドコイル、
２１ｂ、２１ｃ、２２ｂ。 ２２ｃ・・・磁極面、２３・・・円筒磁石、２５・・・
継鉄 出願人　　　三菱鉱業セメント株式会社代理入　　　弁
理士　　　小杉佳男 第２図 第３図 ］２ 第４図 第５図（ａ） ２５゜ Ａ＝ｌ （ｂ） 手続補正書（自発） １、事件の表示 昭和５８年　特許願　第０６６６６６号２、発明の名称 電　　磁　　操　　作　　機　　構 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 東京都千代田区丸の内−丁目５番１号 三菱鉱業セメント株式会社 ４、代理人〒１０６廿０３　（５８３）　２５８８１、 二ｉ ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、図面の簡単な説明の欄
および図面 ６、補正の内容 （１）　　明細書第５頁第５行ｒソレノイドコイルＪを
１ソレノイドコイル３ａ、３ｂｊ　と補正する。 （２）同上第５頁第１７行「磁石２Ｊを「永久磁石２ｊ
と補正する。 （３）同上第６頁第３行「移動コイル７」を「移動する
ソレノイドコイル７Ａと補正する。 （４）同上第６頁第４行ロ゛コイル７ｊを「ソレノイド
コイル７ｊと補正する。 （５）同上第６頁第５行「コイル７Ｊを１ソレノイドコ
イル７」と補正する。 （６）同上第７頁第１８〜１９行「異極性磁極面」を「
異極性磁極Ｊと補正する。 （７）同上第７頁第２０行「異極性磁極面Ｊをｒ異極性
磁極ｊと補正する。 （８）Ｍ上第８頁第４行ｒ端子１３ｂ’ｊを「端部１３
ｂｊ　と補正する。 （９）同Ｊ−第９頁第１１行ｉ′Ｓ極性端部ｊをｉ’ｓ
極性の磁極Ｊと補正する。 （１０）同上第９頁第１３行［ｒＳ極性の端部」を「Ｓ
極性の磁極Ｊと補正する。 （１１）　同Ｊ［１０頁第９行１ソレノイドコイル」を
「ソレノイドコイル１３ａ」と補正する。 （１２）同一１−第１］頁第４〜５行ｒ異極性磁極而」
を１異極性磁極」と補正する。 （１３）同上第１１頁第８行ｒ両端ｊを「両端部」　と
補ｊＥする。 （１４）同上第１３頁第１２行「駆動用ソレノイドコイ
ル」を１駆動用ソレノイドコイル１３ａｊと補正する。 （１５）同上第１３頁第５行「トコイルの通電電流値の
積」を「トコイル１３ａの通電電流値の積の合計町と補
正する。 （１６）同」二鎖１３頁第１３行Ｆ可動片１３」を「可
動片である接極子１３ｊと補正する。 （１７）同上第１３頁第１４行「固定片１１，１２１を
１固定片である磁石１１．１２ｊ　と補正する。 （１８）同」−第１４頁第５行「中央連接部上をＷ中央
の接合部ｊと補正する。 （１９）同上第１４頁第６〜７行「両端２１ｂ。 ２２ｃに同極性の磁極面を発生する。」を「磁極２１ｂ
、２２ｃが同極性となる。ｊと補正する。 （２０）同」二鎖１４頁第８行１′２３は可動片の円筒
磁石でＪを「可動片の円筒磁石２３は」と補正する。 （２１）同上第１４頁第１８〜１９行「前記磁極面よを
「前記磁極」と補正する。 （２２）同上第１５頁第１０〜１１行ｉ１’充分強力な
磁石・・・極めて優れた性能を発揮できる。封を「充分
強力な磁石を配置すれば、前述の実施例の駆動用の両部
動用ンレノイトコイル、すなわち第３図におけるｌｌａ
、１２ａ、第４図におけるｌＬａ、１２ａ、第５図（ａ
）　　（ｂ）　（７）２１　ａ　。 ２２ａを直列、または並列に接続して駆動用電気パルス
を印加すれば、無誘導抵抗負荷特性を示すように構成で
きるので、次のとおり極めて優れた性能を発揮できる。 膚と補圧する。 （２３）同上第１６頁第２〜３行目「（５）構造が単純
頑丈で大量生産に適し、安価となる。ｊをｆ（５）構造
が単純頑丈で大量生産に適し、かつ本操作機構を制御す
るスイッチも、前述の無誘導抵抗負荷の通電開閉によっ
て操作できるので、制御の確実、単純化を図れるし構造
も単純化できる。Ｊと補正する。 （２４）同上第１７頁第４行ｒｌ（ｌａ、ｌｂ）・・・
直流電磁石Ａをｉ′１・・・直流電磁石、ｌａ、ｌｂ・
・・鉄心ｊと補正する。 （２５）同上第１７頁第５行ｒ３（３ａ、３ｂ）・・・
ソレノイドコイル」をｆ３ａ、３ｂ・・・ソレノイドコ
イル」と補正する。 （２６）同上第１７頁第７行ト・・磁極面ｊをｒ・・・
磁極ｊと補正する。 （２７）同上第１７頁第７行「移動コイルｊをｒソレノ
イドコイルｊと補正する。 （２８）同上第１７頁第８行「励磁用巻線」を「ソレノ
イドコイルＡと補正する。 （２９）同」二鎖１７頁第９行「磁極面ｊを「磁極」と
補正する。 （３０）同上第１７頁第１４〜１５行１’２１ｂ。 ２１　ｃ　、２２ｂ　、２２ｃ・・・磁極面ＪをＩ’２
　ｌ　ｂ　。 ２２ｃ・・・磁極、２１ｃ、２２ｂ・・・接合部」と補
正する。 （３１）第３図を別添の図面のように補正する。 第３図 昭和５９年１月２６日 特許庁長官　若杉和夫殿 １　事件の表示 昭和５８年　特許願　第０６６６６６号２、発明の名称 電　　磁　　操　　作　　機　　構 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 東京都千代田区丸の内−丁目５番１号 三菱鉱業セメント株式会社 ４、代理人〒１０６賞０３　（５８３）　２５６８５、
補正の対象 昭和５９年１月１７日付提出の手続補正書６、補正の内
容 （１）手続補正書簡３頁第１２行ｒ同上第１３頁第１２
行Ｊを１同上第１３頁第１５行ｊと補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　固定片と可動片とを組み合わせた磁気回路構成材か
   ら成り、固定片または可動片の一方を磁石、他方を駆動
   用ソレノイドコイルを巻回した磁性体とし、前記可動片
   を固定片と可動片相互間の安定吸着状態である磁気短絡
   回路を形成する２位置のいづれか１位置に可逆移動自在
   に保持し、前記ソレノイドコイルに正または負の電流パ
   ルス供給源を接続したことを特徴とする電磁操作機構。 ２２個の磁石の一対の異極性磁極面を間隙を介して対向
   させ磁場を形成させ、他の一対の異極性磁極面を継鉄で
   連結して固定片とし、駆動用ソレノイドコイルを巻回し
   た磁性体接極子を可動片とし、該接極子の一方の端部を
   前記間隙向磁場に位置させ、他方の端部を前記継鉄にピ
   ンを介して連結した特許請求の範囲第１項に記載の電磁
   操作機構。 ３　駆動用ソレノイドコイルを巻回し両端面を間隙を介
   して対向させた磁性体を固定片とし、永久磁石を可動片
   として、該永久磁石の一方の磁極端部を前記間隙内に位
   置させ他方の磁極端部を前記磁性体の中間部にピンを介
   して連結した特許請求の範囲第１項に記載の電磁操作機
   構。 ４　異極性磁極面を間隙を介して対向させ２個の磁場を
   形成するように配置した２個の磁石を固定片とし、駆動
   用ソレノイドコイルを巻回した磁性体接極子を可動片と
   し、該接極子の両端部をそれぞれ前記２個の間隙向磁場
   に位置させた特許請求の範囲第１項に記載の電磁操作機
   構。 ５２個の磁性体に駆動用ソレノイドコイルを巻回し各磁
   性体の異極性の両端面を２個の間隙を介してそれぞれ対
   向させた２個の磁性体を固定片とし、永久磁石を可動片
   として、該永久磁石の両磁極端部をそれぞれ前記２個の
   間隙向磁場に偉力させた特許請求の範囲第１項に記載の
   電磁操作機構。