JPS6359523B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気エネルギを機械エネルギに変換す
る電磁装置に関する。可動アマチユア要素が電気
エネルギの付与に応答して２位置間に運動させら
れるソレノイド装置については長い間知られてい
る。しかし、一般に、このような装置の作用速度
はアマチユアの実質的な質量によつて制約されて
いる。このようなアマチユアは、磁束がアマチエ
アの運動方向と平行な方向にその内部を透過し、
アマチエア内部の磁束の実質的集中を、飽和を招
くことなく取扱うため実質的なアマチユアの断面
積を供することが必要であるため、このタイプの
諸装置において必要とされた。

1961年６月20日発行のBrenner等の米国特許第
2989666号に示される如き種々の両方向性のソレ
ノイドは、アマチユアを両方向に引張ろうとする
１対のステータ・コイルを使用している。
Brenner等は、アマチユアに与えられた反応方向
の作用力が均衡させられる位置をアマチユアが求
めるようにステータ・コイルに対する電流を配分
する回路の使用を開示する。1979年３月11日発行
の米国特許第3870931号は、１対のコイルが使用
サイクル方式で付勢されてアマチユアを指令信号
に従つて所要の方向に駆動する両方向性のソレノ
イドを開示している。他の従来技術では、1942年
３月３日発行のCoxの米国特許第2274775号およ
び1976年３月30日発行のCestrieres等の米国特許
第3946851号等の装置が、コイルの付勢に応答し
てアマチユアがその２つのの安定位置の１つに運
動させられる両方向性のソレノイド装置を開示し
ている。1970年３月24日発行の米国特許第
3503022号に示される如く、２つ以上のコイルを
用いて複数個の個々のアマチユア安定位置が１つ
以上のソレノイド・コイルの付勢によつて得られ
る装置が構成可能である。

両作用方向を有するソレノイドのアマチユアの
質量を実質的に軽減することによりソレノイドの
動作速度を増進させるため、本発明の譲受人に譲
渡された1978年６月27日発行のMyersの米国特許
第4097833号に示される如き両作用方向を有し磁
気抵抗原理に基いて作用するソレノイドが開発さ
れた。このMyersの特許に開示された実施態様の
いくつかは、反対方向に作用する１対のステータ
内に形成された環状の空隙を設け、環状のアマチ
ユア装置が前記空隙の両者に同時に延長するよう
配置される。各空隙は１対の同心状の円筒極面に
より形成され、環状のアマチユアはその位置に従
う面積により前記極面の各々と重合する。環状ア
マチユアを比較的薄くし空隙を挾めれば、内側の
極面における重合面積は実質的に外側の極面上の
重合面積と等しくなることが判る。しかし、空隙
を拡げると、内側の極面の重合面積は外側の極面
の重合面積よりも明らかに小さくなる。このこと
は、ソレノイドにより生じる作用力が主としてこ
の２つの重合面積の小さい方、即ち内側の極面の
重合部の変化に依存するため、実質的な電力レベ
ルで作用するソレノイドにおいては稍々望ましく
ないことである。

本発明の譲受人に譲渡された1975年８月19日発
行のHardwick等の米国特許第3900822号に示さ
れる如く、両作用方向を有するソレノイドはテー
パ状の極片の作用力変化特性の長所をもつ。しか
し、磁束がアマチユアの運動方向と平行にその内
部を通過するため、Hardwick等のソレノイドは
実質的な質量のアマチユアを必要とする。

従つて、環状のアマチユアがステータの環状の
空隙と協働するが、ステータおよびアマチユアの
内外の極面間の重合面積が実質的に等しく、従つ
てこの両方の重合面積の結果として作用力が生じ
る電磁気装置が必要とされる。

電磁気装置は、複数個の同心状の円筒極面と、
第１の外側の極面と第２の極面との間に画成され
る空隙口を有するコアを含む閉鎖磁束伝播路を有
するステータ装置を含み、前記第２の極面は第１
の極面の内側に配置されている。前記コアは、少
くとも、第２の極面の内側に配置されたもう１つ
の極面を有する。コイル装置は閉鎖磁束伝播路内
に磁束を生成するための装置を有し、前記空隙を
横切る磁束の流れの方向は一般に前記極面に対し
て略々直交する。アマチユア装置は複数の同心状
のアマチユア円筒面を形成する。このアマチユア
装置は前記極面と実質的に平行な方向に運動可能
に取付けられ、各アマチユア面はアマチユア装置
の位置に依存する面積により極面の内の対応する
極面と重合する。

この電磁装置は、第１の外側極面とその各アマ
チユア面との間の重合面積が第２の極面と更に別
の極面とそれ等の各アマチユア面間の重合面積の
和と実質的に等しくなるように構成することがで
きる。

この電磁装置は、複数の第１の同心状の円筒極
面と、この極面の最も外側部とその次の外側部と
の間に形成された第１の空隙口を有する第１のコ
アを含む第１の閉鎖磁束伝播路を有するステータ
装置を含み、前記コアは少くとも更に１つの極面
を有する。前記ステータ装置は更に、複数の第２
の同心状の円筒極面と、この円筒極面の最も外側
部とその次の外側部との間に形成された第２の空
隙口を有する第２のコアを含む第２の閉鎖磁束伝
播路を有し、前記第２のコアは少くとも更に１つ
の極面を有する。

前記コイル装置は第１と第２の閉鎖された磁束
伝播路内に磁束を生じ、第１と第２の空隙を横切
る磁束の方向は円筒磁極に対して実質的に半径方
向である。このアマチユア装置は複数の第１の同
心状の円筒状のアマチユア面と複数の第２の同心
状の円筒状のアマチユア面を形成する。このアマ
チユア装置は、前記極面と実質的に平行な方向に
運動可能に取付けられる。前記の複数の第１の同
心円筒状アマチユア面の各々は、アマチユア装置
の位置に依存する面積丈第１の同心円筒状極面の
対応する１つの極面と重合する。同様に、複数の
第２の同心円筒状アマチユア面の各々は、アマチ
ユア装置の位置に依存する面積丈第２の同心円筒
状極面の対応する１つの極面と重合する。

前記極面は、アマチユア装置の運動方向と平行
な方向に不均等な断面面積を有するステータ装置
のテーパ状リング部によつて形成することができ
る。更に、アマチユア面も又、アマチユア装置の
運動方向と平行な方向に不均等な断面面積を有す
るアマチユア装置のテーパ状リング部分によつて
形成することができる。

従つて、本発明の目的は、空隙の半径方向外側
よりもその内側により多くの極面数が配される複
数の同心円筒状極面を形成するステータを有し、
その結果前記空隙の内側の極面と対応するアマチ
ユア面との間の重合面積が空隙の外側の極面と対
応するアマチユア面との間の重合面積と実質的に
等しい電磁装置を提供し、アマチユア装置が２つ
の方向のいずれかに運動できるように共に複数の
極面およびアマチユア面が配列される電磁装置を
提供し、かつ前記アマチユア面と極面がアマチユ
ア装置とステータ装置のテーパ状部分により形成
される電磁装置を提供することにある。

本発明の他の目的および長所については、以下
の記述、添付図面および頭書の特許請求の範囲か
ら明らかになるであろう。

本発明は、両作用方向を有する電磁装置に関
し、特に可変磁気抵抗理論に基いて作用するかゝ
る装置に関する。本発明の電磁装置の一実施態様
を第１図乃至第３図に示す。本装置は、ケーシン
グ１２とエンド・キヤツプ１４を含む加圧ハウジ
ング１０内に収められる。第２図に示す如く、エ
ンド・キヤツプ１４はケーシング１２の端部に螺
合され、封止リング１６が密封ハウジングを確保
するため設けられる。作動アーム１８は開口２０
から延長し、機械的カプリングと係合するようね
じが形成される。作動アーム１８は、第１図に示
す如く、電磁装置の適当な励磁と同時に左方又は
右方へ運動させられるようにアマチユア装置２４
のシヤフト２２と接続されている。以下に説明す
るように、作動アーム１８は運動作用範囲内のど
の位置にも移動することができ、従つて弁の如き
装置の作用を正確に制御するようこの装置に結合
することができる。

作動装置は、コア部材２８と３０からなる第１
のコア２６内に第１の閉鎖磁束伝播路を有する。
この第１のコア２６は複数の第１の同心円筒状極
面３２，３４，３６を形成し、第１の空隙口３８
は極面３２の最外側部と極面３４の次の外側部と
の間に形成される。図示の如く、コア２６は少く
とも更に１つの極面３６を有する。ステータ装置
は更に、コア部材４１と４２からなる第２のコア
４０内に第２の閉鎖磁束伝播路を有する。第２の
コア４０は複数の第２の同心円筒状極面４３，４
４，４６を形成する。第２の空隙口４８は、複数
の第２の同心円筒状面４３の最外側部と複数の第
２の同心円筒状極面４４の２番目の外側部との間
に形成される。図示の如く、第２のコア４０は少
くとも更に１つの極面４６を有する。コア部材２
８，３０，４１，４２は軟鉄又は他の磁性材料か
ら形成される。

前記の第１と第２の閉鎖磁束伝播路内に磁束を
生成するコイル装置はコイル５０，５２，５４，
５６，５８，６０を含む。図示の如く、コイル５
０，５２，５４は環状のコイル支持部６２の周囲
を同心状に囲繞し、コイル５６，５８，６０は環
状コイル支持部の周囲を同心状に囲繞している。
各コイルは複数の絶縁された電線を巻回してな
り、これ等コイルの各々は別個の電力駆動回路に
電気的に接続される。コネクタ６６と６８が導線
６９を介してコイル５４〜６０に対し電気的接続
を行う。導線６９はコア部材３０と４２の端面に
おける比較的小さなスロツトを貫通している。コ
ネクタ６６と６８は、適当な電源回路に対するコ
イルの接続を行うプラグ・コネクタ７０に電気的
に接続される。ステータ・コア２６と４０は円筒
状のリテーナ７１とリテーナのエンド・キヤツプ
７２内部に含まれる。磁束の生成のための多数の
コイルを設けることにより、本発明の電磁装置の
信頼性は向上する。第２図に示す如く、電流がコ
イルを流れると磁束がコア２６と４０内に生じ、
この磁束は円筒状極面に対し略々半径方向に空隙
３８と４８を通る。

アマチユア装置２４は、複数の第１の同心円筒
状アマチユア面７３，７４，７６と、複数の第２
の同心円筒状アマチユア面７８，８０，８２を構
成する。面７３，７４，７６は磁性材料から形成
されたアマチユア部材８４により構成される。こ
のアマチユア部材８４は、アマチユア・シヤフト
８８に対しピン止めその他の方法で固定される半
径方向に延長するアマチユア・デイスク部材８６
の片側に取付けられている。デイスク８６は、そ
の存在が磁束流の経路に影響を及ぼさないように
アルミニユーム、ステンレス鋼その他の排磁性体
から形成されることが望ましい。同様に、アマチ
ユア面７８，８０，８２は、これも又磁性体から
形成され非磁性体のデイスク部材８６の反対側に
取付けられるアマチユア部材により形成される。
第２図および第３図に示される如く、シヤフト８
８はコア２６と４０の中心部に形成された開口９
２と９４内に延在する。アマチユア２４がステー
タ装置の極面と実質的に平行な方向に自由に運動
するように、シヤフト８８はスリーブ・ベアリン
グ９６と９８によつて開口９２と９４内に取付け
られる。あるいは又、このスリーブ・ベアリング
９６，９８の代りに板ベアリングを用いてもよ
い。スリーブ・ベアリング９６，９８の軸方向内
側でテフロン・ワツシヤ１００と１０２を開口９
２と９４内にそれぞれ配置する。

第２図に示す如く、複数の第１の同心円筒状ア
マチユア面７３，７４，７６の各々は、アマチユ
ア装置の位置に依存する面積丈対応する極面と重
合する。同様に、複数の第２の同心円筒状アマチ
ユア面７８，８０，８２の各々はアマチユア装置
２４の位置に依存する面積丈対応する極面と重合
する。

電流がステータ・コアと関連するコイルに与え
られると、コア内で極面により形成された空隙を
横切る磁束の流れはアマチユアを空隙に引きつけ
ようとする。例えば、アマチユア面７３と７４を
介してアマチユア部材８４に作用する極面３２と
極面３４間の磁束の流れは、アマチユアを第２図
における左方に運動させようとする。同様に、ア
マチユア部材９０に作用するコア４０内で空隙４
８を横切る磁束の流れはアマチユア２４を右方へ
運動させようとする。コイルに与えられる電流を
調節することによつて、２個のコアの各々を流れ
る磁束量が調整でき、その結果アマチユアに与え
られる対抗作用力がアマチユアを所望の位置にお
くように調整することができる。

各ステータ・コアによりアマチユア２４に与え
られる作用力は、アマチユア部分が空隙内に移動
する時のコア内の磁束経路の磁気抵抗の変化から
生じる。アマチユア装置の運動方向と平行な方向
に不均等な断面面積を有するステータ装置のテー
パ状部分によつて極面が形成されるようにコア部
材２８，３０，４１，４２を構成することによ
り、重合するアマチユア対および極面の各々の作
用力と位置の特性が調整することができる。例え
ば、第２図に示す如く、コア装置２６によりアマ
チユア装置２４に与えられる力は、アマチユアが
左方に移動させられるに従つて減少する。

各コアにおいて２つの極面しか使用されないな
らば、極面３２とその対応するアマチユア面７３
間の重合面積が極面３４とその対応するアマチユ
ア面７４との間の重合面積よりも実質的に大きく
なることが判るであろう。その結果、アマチユア
に生じる作用力は極面３４とアマチユア面７４間
の重合の変化のみの関数となる。実質的な作用力
が与えられる本発明の如きソレノイド装置におい
て実質的に更に大きな力を生成するためには、外
側の極面３２とそのアマチユア面７３との間の重
合面積が内側の極面とその対応するアマチユア面
の重合面積と実質的に等しいことが望ましい。し
かし、空隙３８が比較的大きく、２つの極面の半
径に実質的な差異がある場合には、これ等の極面
と関連する重合面積において実質的な差異が生じ
ることが判るであろう。その結果、ステータのど
ちらの側に対しても空隙の半径方向内方に配され
る少くとも２つの極面が設けられる。極面３４と
アマチユア面７４間および極面３６とアマチユア
面７６間の重合面積の和は、外側の極面３２とそ
の各々のアマチユア面７３との間の重合面積と実
質的に等しい。同様に、極面４４とアマチユア面
８０間および極面４６とアマチユア面８２間の重
合面積の和は、外側の極面４３とその各々のアマ
チユア面７８間の重合面積と実質的に等しい。

例示した実施態様におけるアマチユアの有効移
動作用範囲は、両方のアマチユア部材８４と９０
におけるアマチユア面間にある重合を維持しなが
らアマチユア装置２４が運動させられる位置範囲
迄延長するだけでよい。本実施例においては、作
用目的に対する全移動範囲は約4.78mm（0.188イ
ンチ）である。

添付図面には両作用方向を有するソレノイド構
造を示したが、本発明は一方向にのみ作動可能な
ソレノイドにおいても有効に適用することができ
ることは理解されよう。

本文において述べた装置の形態は本発明の望ま
しい実施態様を構成するものであるが、本発明は
この装置の正確な形態に限定されるものではな
く、又本発明の範囲から逸脱することなく変更が
可能であることを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電磁装置を示す側面図、第２
図は第１図の装置の軸心方向面に関する断面図、
および第３図は同装置のステータおよびアマチユ
ア部分を分解した状態を示す第２図と類似の断面
図である。 １０……ハウジング、１２……ケーシング、１
４……エンド・キヤツプ、１８……作動アーム、
２２……シヤフト、２４……アマチユア、２６…
…ステータ、３２，３４，３６，７３，７４，７
６……磁極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の同心円筒状極面を有するコアと、最外
   側の第１の極面と次の最外側の第２の極面との間
   に画成される空隙口と、を含む閉鎖磁束伝播路を
   構成するステータ装置であつて、前記第２の極面
   が前記第１の極面の内方に位置決めされ、前記コ
   アが前記第２の極面の内方に位置決めされた少な
   くとも１つの別の極面を有する前記ステータ装
   置、 前記閉鎖磁束伝播路に電磁束を発生させる装置
   を含むコイル装置であつて、前記空隙口を横切る
   磁束流の方向が前記極面にほぼ直交する前記記コ
   イル装置、 複数の同心円筒状アマチユア面を画成し、前記
   極面にほぼ平行な方向で移動可能に設けられたア
   マチユア装置であつて、前記アマチユア面の各々
   が前記アマチユア装置の位置に依存する面積だけ
   前記極面の対応する極面に重なる前記アマチユア
   装置、 を備えたことを特徴とする電磁装置。 ２ 前記最外側の第１の極面とその関連の前記ア
   マチユア面との間の重なり部の面積が、前記第２
   及び別の極面とそれらの関連のアマチユア面との
   間の重なり部の面積の合計にほぼ等しいことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電磁装
   置。 ３ 前記極面が、前記アマチユア装置の移動方向
   に平行な方向で不均等な断面面積を有する前記ス
   テータ装置のテーパ状リング部分により画成され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の電磁装置。 ４ 前記アマチユア面が、前記アマチユア装置の
   移動方向に平行な方向で不均等な断面面積を有す
   る前記アマチユア装置のテーパ状リング部により
   画成されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第３項に記載の電磁装置。 ５ 前記コイル装置が複数のコイルで構成される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   電磁装置。