JPS61167367A - 電磁アクチユエイタ− - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電磁粛電器、電磁開閉器、電磁弁、電磁施錠
器具、電磁ブレーキ、電磁クラッチ、電磁振動機等の機
械力を電気的に制御する電磁アクチュエイターに関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、産業、民生の各分野に広範に活用されている電磁
アクチュエイターは、電磁石の吸引力とスプリングの抗
力を組合せたものが一般的で、一部に電磁石とスプリン
グおよび保持用永久磁石を組合せた自己保持（ラッチン
グ）特性のものがある。

第５図（ａ）（ｂ）は、従来、最も一般的に知られてい
るプランジャー型電磁アクチュエイターの動作原理を説
明するための構造模式図で、固定鉄心１に巻回した電気
巻線４より成る固定子と、固定鉄心１に対し、接離自在
に変移可能とした柱状可動鉄心２と、電気巻線４の無通
電時に固定鉄心１と可動鉄心２との間に、間隙１ａを保
持させる機械力を作用させるためのスプリング３とで構
成される。

第５図（ａ）は電気巻線４の無通電時の状態を示してお
り、柱状の可動鉄心２は固定鉄心ｌに対し、スプリング
３の矢印３ａ方向に作用する抗力によって、間隙１ａを
維持する機械的安定状態にある。

上記状態において、電気巻線４に、第５図（ｂ）図示の
通電を実施すれば、磁束１７が誘起されてスプリング３
の矢印３ａ方向に作用する抗力に打勝つ磁気吸引力が発
生、固定鉄心ｌに対して柱状可動鉄心２は、矢印３ａ方
自と反対方向に移動吸着し図示されていない電気接点、
弁棒等に機械的操作力を作用させる。

上記の操作力は、電気巻線４の通電中は当然その作用を
持続し、通電停止によってスプリング３の矢印３ａ方向
の抗力で第５図（ａ）図示の機械的安定状態に復旧する
。

次に、第６図（ａ）（ｂ）は保持用永久磁石を付加した
自己保持（ラッチング）特性をもつ従来の他の電磁アク
チュエイターの動作原理を説明するための構造模式図で
、第５図（ａ）（ｂ）のプランジャー型電磁アクチュエ
イターの固定鉄心ｌと柱状ｔ＋７動鉄心２で形成される
磁気回路に、永久磁石５の起磁力を直列に挿入するよう
に構成される。

第６図（ａ）において、電気巻線４に通電が無い場合は
、永久磁石５の起磁力による磁束１６の作用とスプリン
グ３の矢印３ａ方向に作用する抗力は平衡し、固定鉄心
１と可動鉄心２は間隙ｌａを介し離隔した第１の機械的
安定状態を維持する。

次に、電気巻線４に第６図（ａ）図示極性のパルス状通
電を実施し磁束１７を誘起させれば、磁束１６との重畳
によりスプリング３の矢印３ａ力向に作用する抗力に打
勝つ磁気吸引力が発生して、可動鉄心２は固定鉄心ｌに
吸着され、第６図（ｂ）図示の第２の機械的安定状態に
変移し図示されていない電気接点、弁棒等に機械的操作
力を作用させる。

さらに、第６図（ｂ）図示の第２の機械的安定状態で、
電気巻線４に第６図（ａ）図示のパルス状通電を実施す
れば、磁束６を相殺する磁束１７を誘起して磁気吸引力
を減殺し、可動鉄心２はスプリング３の矢印３ａ方向に
作用する抗力で第６図（ａ）図示の第１の機械的安定状
態に復旧し、その状態を保持する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述の従来の第５図（ａ）（ｂ）のプランジャ
ー型アクチュエイターは、次記の問題点があった。

（ａ）所要吸引力、所要ストロークに必要なアンペアタ
ーンが大きい。

（ｂ）操作力を作用させる間、通電を持続させる必要の
ため、電力消費が大きい。

（ｃ）電力消費に伴なう電気巻線の温度上昇の制約のた
め電磁アクチュエイターの形状が大型化する。

また、上述の第６図（ａ）（ｂ）の従来の他の電磁アク
チュエイターは、瞬間的なパルス状通電で機械的な双安
定状態の相互間の変移操作を可能とし、微少な電力消費
で制御できる長所を有する反面、電気巻線４で励磁する
磁気回路に大きなレラクタンスをもつ永久磁石５を直列
に挿入している構造から、上述の第５図（ａ）（ｂ）の
プランジャー型電磁アクチュエイターに比し、数倍以上
の励磁アンペアターンを必要とするので、励磁電源容量
の増大、あるいは電気巻線の大型化が避けられず、また
、投入、開放の所要アンペアタ−ンの値に大きな差異が
あるという問題点があった。

本発明は、上述の問題点を解決するために提案されたも
ので、微少電源容量で制御できる高感度、省電力の小型
、単純で頑丈な電磁アクチュエイターを提供することを
Ｕ的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

ここで、本発明の前提知見を、第２図（ａ）（ｂ）を蕃
照して説明する。

第２図（ａ）は本発明の動作原理模式図、第２図（ｂ）
は従来のプランジャー型電磁アクチュエイターの動作原
理模式図である。

まず、第２図（ａ）の本発明を構成する永久磁石５によ
る磁束の磁極片６における左右方向への分流をそれぞれ
φｂ、φｄ、電機巻線４の通電をそれぞれ誘起される磁
束をφｉとする。

次に、　第２図（ｂ）の従来のプランジャー型電磁アク
チュエイターを構成する電磁巻線４の通電によって誘起
される磁束をφｉａとし、スプリング３の矢印３ａ方向
の抗力をＦｓ、比例定数には両者間−と仮定し、さらに
漏洩磁束を無視すれば、本発明および従来の電磁アクチ
ュエイターの通電時の吸引力Ｆａ、Ｆｂはそれぞれ次式
で示される。

Ｆａ＝Ｋ（φａ　＋φ１）２−Ｆｓ　　　　・−・　（
１）Ｆｂ＝Ｋ　　（φ１ａ）２−　Ｆ　ｓ　　　　　　
　　・−・（２）ここで式の単純化のためＦｓを無視し
、φａ＝α・φｉ　　　　　　　　　・・・（３）φｉ
＝φ１０　　　　　　　　　　　　・・・（４）と仮定
し、その条件を（１）（２）式に代入しＦａとＦｂとの
比を求めれば、 Ｆａ／Ｆｂ王（φａ＋φｉ）２／（φ１ｏ）２：（α＋
１）２　　　　　　・・・（５）が求められる。

このため、第３図に示すようにαの数値に対応して１本
発明は従来装置に比較して同一励磁アンとが明らかであ
る。

次に（１）（２）（３）式において、 Ｆａ＝Ｆｂ　　　　　　　　　　　　　・・・（６）と
すれば、 φｉ／φ１ｏ＝（１／（α＋１））１７２・・・（７）
の関係式が求められ、第４図に示すようにαの数値の変
化に対応して１本発明は従来装置に比較して数分の１の
アンペアターンで容易に同一吸引力を発生し得ることが
明らかである。

ただし、以上の計算では本発明における分流磁路の磁気
抵抗の磁束φｉに対する起磁力増加を考慮していないが
、実用上その影響は最小限に止め得る。

本発明は、上述の前提知見に基づき成立するもので、第
１の本発明は、永久磁石と、該永久磁石の第１の磁極面
に第１の磁極面が接着する磁極片と、該磁極片の第２の
磁極面に対して端面が接離自在に変移するように配設さ
れる可動鉄心と、該可動鉄心の端面に直交する側面に対
して微小間隙を介して対面中る＠ｌの磁極面を看１７．
Ｌλりｍ石の第２の磁極面に第２の磁極面で接着する固
定鉄心と、該磁極片の第３の磁極面と該固定鉄心の第３
の磁極面との間に配設され、所要磁気抵抗を有する分流
磁路と、該固定鉄心、該「ｒ動鉄心、該磁極片および該
分流磁路とから成る磁気回路を励磁する電気巻線と、該
可動鉄心の変移に対し機械的抗力を作用させるように該
可動鉄心と該磁極片または該固定鉄心との間に配設され
るスプリングとから成り、 第２の本発明は、永久磁石と、該永久磁石の第１の磁極
面に第１の磁極面が接着する磁極片と、該磁極片の一対
の第２の磁極面に対して両内側端面が接離自在に変移す
るように配設され、相〃に非磁性体連結棒で連結された
一対の口Ｔ動鉄心と、該一対の可動鉄心の該両内側端面
に直交する側面に対して微小間隙を介して対面する第１
の磁極面を有し、該永久磁石の第２の磁極面に第２の磁
極面で接着する固定鉄心と、該一対の可動鉄心と該固定
鉄心の一対の第３の磁極面との間に配設され、所要磁気
抵抗を有する一対の分流磁路と、該固定鉄心、該可動鉄
心、該磁極片および該分流磁路とから成る磁気回路を励
磁する電気巻線とから成り、 第３の本発明は、永久磁石と、該永久磁石の第１の磁極
面に第１の磁極面が接着し、凹状または貫通状に設けら
れた孔部内面に第２の磁極面を有する磁極片と、該磁極
片の孔部に対して第１の端部が挿入自在に変移するよう
に配設される可動鉄心と、該可動鉄心の第１の端部に対
して微小間隙を介して対面する第１の磁極面を有し、該
永久磁石の第２の磁極面に第２の磁極面で接着する固定
鉄心と、該磁極片の第３の磁極面と該固定鉄心の第３の
磁極面との間に配設され、所要磁気抵抗を有する分流磁
路と、該固定鉄心、該可動鉄心。

該磁極片および該分流磁路とから成る磁気回路を励磁す
る電気巻線と、該可動鉄心の変移に対し機械的抗力を作
用させるように該可動鉄心と該磁極片または該固定鉄心
との間に配設されるスプリングとから成る電磁アクチュ
エイターである。

〔実施例〕

以ｔ゛、本発明を図面を参照してその実施例に基づいて
説明する。

第１図（ａ）（ｂ）は第１の本発明の−・実施例の説明
図で、永久磁石５のＮ極性の第１の磁極面が磁極片６の
第１の磁極面に接着する。

次に、磁極片６の第２の磁極面６ａに対して端面２ａが
接離自在に変移するように可動鉄心２が配設される。

また、固定鉄心ｌは、可動鉄心２の端面２ａに直交する
側面２ｂに対して微小間隙を介して対面する第１の磁極
面を有し、永久磁石５のＳ極性の第２の磁極面に第２の
磁極面で接着する。

電気巻線４は固定鉄心ｌを励磁する。

スプリング３は可動鉄心２の変移に対し機械的抗力を作
用させるように可動鉄心２と磁極片６との間に配設され
る。

また、スプリング３は可動鉄心２と固定鉄心１との間に
配設してもよい。

所要磁気抵抗を有する分流磁路７は磁極片６の第３の磁
極面６ｂと固定鉄心ｌの第３の磁極面の間に配設される
。

次に、本実施例の動作について説明する。

まず、第１図（ａ）の状態で電機巻線４に通電していな
いとものとする。

ここで、可動鉄心２は固定鉄心１に対し、永久磁石５の
起磁力による磁束φａによる吸引力とスプリング３の矢
印３ａ方向に作用する抗力とのモ衡によって磁極面２ａ
と磁極面６ａとの間に所要の間隙を保持する第１の機械
的安定状態にある。

この状態で、電気巻線４に第１図（ａ）図示極性のパル
ス状通電を実施すれば、矢印３ａ方向の磁束φｌを誘起
、矢印３ａ方向の磁束φａと重畳し、スプリング３の矢
印３ａ方向に作用する抗力に打勝つ磁気吸引力が可動鉄
心２に作用する。

これにより、第１図（ｂ）図示の磁極片６との吸着状態
、すなわち第２の機械的安定状態に変移し、その状態を
保持する。

次に、この第２の機械的安定状態において、電気巻線４
に第１図（ｂ）図示極性のパルス状通電を実施すれば、
矢印３ａ方向と反対方向の磁束φ１か誘起される。

このため、矢印３ａ方向の磁束φａと相殺し磁気吸引力
が減少し、磁極片６とｕｆ動鉄心２の吸着は、スプリン
グ３の抗力によって慣性され第１図（ａ）図示の第１の
機械的安定状態に変移、復旧してその状態を維持する。

以北、双安定動作の第１の本発明の一実施例について説
明したが、第１図（ａ）（ｂ）の第１の本実施例と同一
の構成および通電操作で、磁束φａ、φ１およびスプリ
ング３の抗力の作用イｌｊの組合せ、設定調整で、電気
巻線４の無通電時には、第１図（ａ）または（ｂ）図示
の前記第１または第２の機械的安定状態の何れか一方の
みの安定状態を保持し、通電時のみ磁極片６に対する可
動鉄心２の状態を、第１図（ａ）または（ｂ）図示位置
に変移させ、図示されていない電気接点、弁棒等に機械
力を作用させる単安定機能で作用させることもできる。

次に、第２の本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図（Ｃ）は第２の本発明の一実施例の説明図で、基
本的には上述の第１の本発明の一実施例と主要部の構成
は回−であるが、磁極片６の−・対の第２の磁極面に対
して両内側端面が接離自在に変移するように配設され、
相互に非磁性体連結棒６で連結された一対の可動鉄心２
と、可動鉄心２の該両内側端面に直交する側面に対して
微小間隙を介して対面する第１の磁極面を有し、該永久
磁石５の第２の磁極面に第２の磁極面で接着する固定鉄
心ｌと、該一対の０■動鉄心２と該固定鉄心１の一対の
第３の磁極面との間に配設され、所要磁気抵抗を°有す
る一対の分流磁路７を有する点が異なる。

これにより、左右の可動鉄心２と分流磁路７を交互に作
用させる。

このため、可動鉄心２に抗力を作用させる上述の第１の
本発明の一実施例におけるスプリング３が不必要となる
。

本実施例の動作説明については上述の実施例と同様であ
る。

次に、第３の本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図（ｄ）（ｅ）は第３の本発明の一実施例の説明図
で、基本的には１：述の第１の本発明の一実施例と主要
部の構成は同一であるが、永久磁石５の第１の磁極面に
第１の磁極面が接着し、凹状に設けられた孔部内面に第
２の磁極面を有する磁極片６と、磁極片６の孔部に対し
て第１の端部が挿入自在に変移するように配設される可
動鉄心２と、可動鉄心２の第２の端部の側面２ｂに対し
て微小間隙を介して対面する第１の磁極面を有し、“　
永久磁石５の第２の磁極面に第２の磁極面で接着する固
定鉄心ｌとが異なる。

磁極片６の孔部は貫通状に設けてもよい。

本実施例の動作説明については上述の実施例と同様であ
る。

〔発明の効果〕

第１．第２および第３の本発明は、以上説明したように
Ｆ記の優れた効果を奏する。

（１）同一の電気巻線のアンペアターンで数倍の吸引力
を発生し得る。

（２）数分の１の電気巻線のアンペアターンで同一・の
吸引力を発生し得る。

（３）同一の構造で単安定、双安定の機能を発揮できる
。

（４）上記の特性から次の具体的特徴がある。

（ａ）操作電源容量が小さくてよい。

（ｂ）高感度、省電力である。

（Ｃ）小型、軽量である。

（ｄ）構造単純で耐水、耐圧、防塵等の構造が容易であ
る。

このため、第１、第２および第３の本発明は、太陽電池
、乾電池等の微少な電源を利用して、高感度の小型、軽
量の省電力特性をもつ電磁ｌＢ電器、電磁弁、電気施錠
装置、電磁篩等の各種産業、民生分野に利用できるとい
う効果を奏する。

第２の本発明は、さらにその構成において可動鉄心に抗
力を作用させるスプリングを不必要とするため構成が簡
略化する。

第３の本発明は、さらに吸引ストロークの初期に最大吸
引力を発揮する構成とすることにより小型軽に化され、
吸着時の衝撃音が緩和されるという吸引特性を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は第１の本発明の一実施例の説明図
、第１図（Ｃ）は第２の本発明の一実施例の説明図、第
１図（ｄ）（ｅ）は第３の本発明の−・実施例の説明図
、第２図（ａ）は本発明の原理佼弐図、第２図（ｂ）は
従来の電磁アクチュエイターの原理模式図、第３図およ
び第４図は第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の実
施例の特性図、第５図（ａ）（ｂ）は従来の電磁アクチ
ュエイターの説明図、第６図（ａ）（ｂ）は従来の他の
電磁アクチュエイターの説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　永久磁石と、該永久磁石の第１の磁極面に第１の磁
   極面が接着する磁極片と、該磁極片の第２の磁極面に対
   して端面が接離自在に変移するように配設される可動鉄
   心と、該可動鉄心の端面に直交する側面に対して微小間
   隙を介して対面する第１の磁極面を有し、該永久磁石の
   第２の磁極面に第２の磁極面で接着する固定鉄心と、該
   磁極片の第３の磁極面と該固定鉄心の第３の磁極面との
   間に配設さ れ、所要磁気抵抗を有する分流磁路と、該固定鉄心、該
   可動鉄心、該磁極片および該分流磁路とから成る磁気回
   路を励磁する電気巻線と、該可動鉄心の変移に対し機械
   的抗力を作用させるように該可動鉄心と該磁極片または
   該固定鉄心との間に配設されるスプリングとから成るこ
   とを特徴とする電磁アクチュエイター。 ２　永久磁石と、該永久磁石の第１の磁極面に第１の磁
   極面が接着する磁極片と、該磁極片の一対の第２の磁極
   面に対して両内側端面が接離自在に変移するように配設
   され、相互に非磁性体連結棒で連結された一対の可動鉄
   心と、該一対の可動鉄心の該両内側端面に直交する側面
   に対して微小間隙を介して対面する第１の磁極面を有し
   、該永久磁石の第２の磁極面に第２の磁極面で接着する
   固定鉄心と、該一対の可動鉄心と該固定鉄心の一対の 第３の磁極面との間に配設され、所要磁気抵抗を有する
   一対の分流磁路と、該固定鉄心、該可動鉄心、該磁極片
   および該分流磁路とから成る磁気回路を励磁する電気巻
   線とから成ることを特徴とする電磁アクチュエイター。 ３　永久磁石と、該永久磁石の第１の磁極面に第１の磁
   極面が接着し、凹状または貫通状に設けられた孔部内面
   に第２の磁極面を有する磁極片と、該磁極片の孔部に対
   して第１の端部が挿入自在に変移するように配設される
   可動鉄心と、該可動鉄心の第１の端部に対して微小間隙
   を介して対面する第１の磁極面を有し、該永久磁石の第
   ２の磁極面に第２の磁極面で接着する固定鉄心と、該磁
   極片の第３の磁極面と該固定鉄心の第３の磁極面との間
   に配設され、所要磁気抵抗を有する分流磁路 と、該固定鉄心、該可動鉄心、該磁極片および該分流磁
   路とから成る磁気回路を励磁する電気巻線と、該可動鉄
   心の変移に対し機械的抗力を作用させるように該可動鉄
   心と該磁極片または該固定鉄心との間に配設されるスプ
   リングとから成ることを特徴とする電磁アクチュエイタ
   ー。