JPS6348806A - アクチユエ−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、小型で衝撃音の無い高トルクの７クチユエー
タに関するものである。

〔従来技術と問題点〕

従来継電器の吸引動作や、一般的な往復動の作動子の動
力源としてはプランジャー型のアクチュエータが多用さ
れているが、これらは動作完了時に最大吸引力が働くよ
うにするために作動子が電磁石の継鉄に衝撃的に吸引停
止してアクチュエータ自体が榎めて大きな衝撃音を発す
る欠点を有するな、のである。

また、他のアクチュエータとして回転型のいわゆるロー
タリソレノイドがあり、その種類によっては本体自体は
無音に近い動作をするものがあるが、この場合は動作完
了時に最大吸引力とすることが困難であり、また他の種
類のロータリンレノイドは完了時最大となるが衝撃音を
伴うようになる。つまり、無音であって動作完了時最大
吸引力であるという両方の条件を同時に達成することは
いずれも困難であった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した欠点を除去し、小型で衝撃音が無く、また動作
完了時に最大トルクとなるアクチュエータとするために
本発明においては以下に述べる手段が採用されている。

第一に、無音とするために外部に力を取り出す可動鉄心
は、固定側の磁極鉄心に対し、動作初期から動作完了ま
°で極小の空隙を保って非接触で動作するように構成さ
れている。

第二Ｋ、動作完了時に最大トルクとするために前記可動
鉄心と磁極鉄心の対向面積が動作に伴って所定の変化を
する形状となされている。

該所定の変化については実施例の説明中で詳述する。

〔実施例〕

第１図は、本発明によるアクチュエータの実施例を示す
もので、磁極鉄心ｌは、はぼコの字型であり図示しない
非磁性の基体に周知の方法で固定されている。該磁極鉄
心ｌの一対の平行部はそれぞれ励磁コイル巻回部／−Ｃ
，／−ｄとなつ℃おり、励磁コイルｊ−ａ、Ｊ−ｂが所
定ターン数だけ巻回されて装着されている。

該励磁コイルーーα、−一すは直列接続されており、端
子−／にはスイッチｑを介して直流電源３の正極が接続
され、端子ｎには該電源３の負極が接続されている。

前記励磁コイルコーａ、２−ｈＩ＜よる磁束の向きは前
記スイッチｑが閉成された時に鉄心中において同一方向
となるように直列接続されている。

前記励磁コイル巻回部１−ｅ、１−ｄの連結されていな
い開放端面ば円弧状とされ磁極ｌ〒ａ、１−ｈとなって
いる。磁極鉄心ノは上記のような構造となっているため
、ボビン（図示せず）に巻回された励磁コイル、２−ｔ
ｇ、２−ｂｉ）’ｈ励磁コイル巻回部／−ｒｇ、１−ｂ
に容易に貫装可能となっている。一方、可動鉄心５は、
基体に植立された主軸乙にボールベアリング７を介して
回動自在に取付けられ、該可動鉄心！が有する一つの突
極ｚ−ａ、３−−ｈの開角はαであり、それぞれ前記磁
極／−ａ、１−ｈと空隙を隔てて対向している。

前記開角αは、主軸乙の中心と前記磁極１−Ｉｓ、／−
ｂのそれぞれの中央とを結ぶ一つの線分の開角と等しく
なされている。

出力部３−ｅは負荷駆動用のもので、主軸６からみて突
極とは反対側に突出して設けられている。

負荷は本実施例においてはスイッチｇとなっており、バ
ネ性の接片１−／とｇ−一より成っている。

点線で示す可動鉄心５−ｌの位置は動作前の状態であり
、スプリングデによって矢印Ａ方向に弾撥されストッパ
ー１０に停止させられている。

この時前記接片ざ−２はバネの弾撥力で点線で示すざ−
／の位置にあり、スイッチざは開成されている。

ここで、前記スイッチケが投入され励磁コイルー−ａ、
ｊ−ｂが通電されると鉄心中に磁束が発生し、可動鉄心
を矢印Ａと反対方向に回転させる力が発生する。したが
つ℃、可動鉄心は実線で示す５の状態に回転しよって接
片もざ−１の状態となってスイッチｇを閉成して動作を
完了する。

上記したような動作であるので動作開始から終了まで可
動鉄心は励磁鉄心に非接触で回転するのでアクチュエー
タ自体の衝撃音は発生することがない。

次に、動作完了時に最大トルクとするための手段を第一
図以降によって説明する。ただし、第一図は上記効果を
呈さない例である。

第一図（４）に示すものは、可動鉄心５の斜視図であり
、突極Ｓ−αと、ｔ−ｂの励磁鉄心との対向面の形状は
それぞれ斜線を施した！−Ｉとよ−Ｊとなっている。

この対向面の形状の場合は、可動鉄心Ｓが第１図の！−
／の位置がら回動し始めると、空隙を介して励磁鉄心と
対向する部分の対向面積Ｓは第一図（ｂ）図示の直線Ｊ
のように回転角θ（横軸）に対して一次関数的に増加す
る。第１図のｊ−／の位置はθ。Ｋ相当。

上記した対向面積変化の場合のトルクＴの変化をみてみ
ると、横軸θ、縦軸Ｔで示す第一図（Ｃ）の曲線２１の
ように、回転初期に急増し、その後漸減する特性となる
。このような動作特性の場合は、負荷（スイッチｇ）を
押圧する時点がｆｒ、ｓ図＜６）中のθコであったとす
ると、トルクが最大である点θ７ではなくなっている。

したがって、θ−を図上のさらに右に設定すると負荷押
圧力は一層減じ、また左に寄った点に設定すると押圧力
は増すものの、ストローク（θ７とθ、の間隔）が減少
し微妙な動作となり用いて表わすと、任意の時点θにお
いてトルクＴは、 と表わされるが、起磁力Ｕはｌ／Ｓ　　Ｋ比例し、磁路
のパーミアンスＰは面積ＳＶｃ比例するので（１）式は
、 アーム　村す コ　Ｓ　ｄθ　　　　　（２ン と表わされる。ただし、Ｋは比例定数、ρは磁束。まず
、動作初期においては、トルクに寄与する部分の対向面
積が小さく、その部分では磁気的に飽和となっているた
め−が小さくトルクは殆んどない。しかしθ７に達する
とその時の面積中の−が充分大きくなりＴは最大になる
。

その後ａＫ変化はなく、θ２の近傍では、吸引力中の回
転方向成分が小さくなりＴは零に近ずく。したがって、
第２図（−）の曲線２／のようになる。

ｄｓ／ｄθを考慮しなかったのは第２図（勾の直線Ｊ（
−次間数）から、この値は動作中において一定となるか
らである。

第３図は上記の特性を改善した本発明による実施例であ
る。第３図（４）は、可動鉄心の斜視図であり、突極５
−１と＆−ｂの励磁鉄心との最小空隙を介する対向面の
形状はそれぞれ斜線を施したｊ−ＸとＳ−Ｙとなってい
る。この対向面の形状の場合は、可動鉄心５が第１図の
Ｓ−／の位置から回動し始めると、対向面積Ｓは、第３
図（ｂ）図示の曲線３０のように、回転角θ（横軸）Ｋ
対して２次関数的に増加するものである。

前述と同様に第１図の５−／の位置はθ０に相当。

このときのトルクＴの変化は、横軸θ、縦軸力で示す第
３図（Ｃ）の曲線３１のように、回転初期に緩かに増加
し、末期に最大値に達し再び減少する特性となる。

このような動作特性の場合は、スイッチざを押圧する時
点が第３図（ｃ）中のθ、　（はぼ動作末期）であった
とするとトルクがほぼ最大である箇所なので大きな力で
負荷を抑圧でき安定した動作となるものである。

上述した第３図のトルク特性も吸引力の式によって解析
すると、動作初期はやはり（Ｓが極小のため）飽和して
いて−が小さくトルクは殆んどない。

動作前半においては第コ図Ｃｂ）の直線Ｊよりは遅れて
対向面積が増加するのでθ、近傍では緩かなトルク増加
となっている。その後θコ　（動作末期）に近ずくとｄ
ｓ／ｄθ　の値の著しい増加によってＴは最大となる。

さらにその後はやはり吸引力中の回転方向成分が小さく
なりＴは零に近ずく。

したがって、第３図（ｃ）の曲線Ｊ／のようになる。

このように動作末期においてトルクを増加させるために
は、第３図（ｂ）の曲線、７ｏ以外にも５＝ｆ（θ）と
するとき動作範囲内においてＳがθのｌを越える（望ま
しくは一以上の）次数の関か 数≠、または、末期において急増するものであれば達成
できるものである。

それ故、前記した最小空隙を介する対向面の形状は、第
３図（りの三角状でなくとも上記した条件を満たすもの
であれば同様の効果を得られるものである。

第９図（Ｃ）　、　（ｄ）に上記効果を得られる対向面
形状の他の例（斜線部）をそのトルク特性と併せて記載
する。これらを前述した第一図（勾及び第３図（りの対
向面形状（及びトルク特性）と比較するために第弘図（
α）、（ｈ）にそれぞれの形状と特性を示すものである
。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば可動鉄心を磁極鉄心
に対し非接触で動作するように構成したためアクチュエ
ータ本体が衝撃音を発することなく、また同時に、可動
鉄心と磁極鉄心のトルク発生に寄与する対向面積が動作
に伴って前述した変化をするので動作完了時に最大トル
クとすることが可能であり冒頭に述べた目的が達せられ
その効果著しきものである。

【図面の簡単な説明】

第７図は本発明装置の実施例の構成図、第２図（１）〜
（ｅ）は７次関数で対向面積が変化する場合のそれぞれ
可動鉄心の斜視図、面積変化を示すグラフ、トルク特性
図、第３図（−）〜（Ｃ）は本発明による実施例のそれ
ぞれ可動鉄心の斜視図、面積変化を示すグラフ、トルク
特性図、第９図（ｃＬ）〜（ｄ）　ｋま種々の対向面積
形状によるトルク特性図をそれぞれ示す。 ／・・・磁極鉄心、　　　１−ａ、１−ｈ・・・磁極、
ノー１．−−ｈ・・・励磁コイル、　　３・・・直流電
源、　　　ｌ・・・スイッチ、　　５・・・可動鉄心、
Ｓ−α、！ｆ−ｈ・・・突極、　　６・・・主軸、７・
・・ボールベアリング、　　　ｇ・・・スイッチ、？・
・・スプリング。、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　一対の平行部の各一端が連結されて略コの字型を成し
   て基体に固定された磁極鉄心と、前記平行部の一方また
   は双方に巻回された励磁コイルと、前記基体に植立され
   た主軸に回動自在に取付けられるとともに出力部に掛け
   られた復帰スプリングによつて前記励磁コイルの励磁以
   前は所定位置に係止され、励磁後は該復帰スプリングの
   弾発力に抗して負荷駆動し、動作期間において前記磁極
   鉄心平行部の非連結端のそれぞれが有する円弧状の磁極
   と最小空隙を介して対向する対向面積Ｓを動作変位θの
   関数とした場合に前記動作期間の全域または末期におい
   てＳがθのｎ次関数（ｎは１を越える実数）で表わされ
   る関係となる対向面を有する突極を具備する可動鉄心と
   より構成されたことを特徴とするアクチュエータ。