JPWO2017149726A1 - ソレノイド - Google Patents

Abstract

本発明によれば、コイルが発生する磁束が磁石の磁束に対して大きい場合も、吸着部を通過する磁束量の増加を抑え、確実に吸引力を低下させることができる永久磁石内蔵型ソレノイドが提供される。本発明のソレノイド（１０）には、開口部（１２）を有する筒状のケース（１１）に永久磁石（１３）とコイル（１６）が共に内蔵され、永久磁石およびコイルは共に分離してケース内に配置され、永久磁石にはリング部材（１４）が隣接して配置され、コイル内には可動鉄心（１９）が内挿され、また可動鉄心とコイルとの間には金属製のコイルカバー（１７）がコイルを覆うように設けられる。ケースの内壁とリング部材との距離ｄを、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲とすることもできる。

Description

本発明は、永久磁石およびコイルを共に兼ね備えたソレノイドに関する。

従来、永久磁石およびコイルを共に兼ね備えたソレノイドは、コイルが非通電の時には永久磁石から発生する磁束が、可動鉄心と他の部品が互いに吸着する部分（吸着部）を通過することで吸引力が生まれる。また、コイルが通電されると、コイルから発生した磁束が磁石から発生した磁束と打ち消すように流れる。その結果、吸着部を通過する（磁石から発生した）磁束が減少するために、吸引力が低下して終には吸引力を解除することができる。

例えば、特許文献１には永久磁石とコイルを兼ね備えたソレノイドが開示されている。本文献のソレノイドは、永久磁石が可動鉄心と固定鉄心とで囲まれた空間に配置されている構造である。そのため、コイルを通電することで発生する磁界（磁路）が永久磁石に対して直接影響を及ぼすことはない。そして、ソレノイドの釈放動作においても永久磁石に対して減磁することはなく、ソレノイドの長寿命が確保できる点が説明されている。

特開２００２−２８９４３０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているソレノイドでは釈放動作において、コイルを通電し始めると、コイルに発生した磁束ＢＣは磁石から発生する磁束ＢＭと対抗する様に流れる（同文献の図５参照）。そして、吸着部（同図５に示す円盤状の鋼板６と突出部４とが接触する部分）を通過する永久磁石による磁束の量が減少して、可動鉄心の吸引力が低下する。

その後、永久磁石による磁束をちょうど打ち消しあうだけの量の磁束をコイルが発生すると、その吸着部を通過する磁束は無くなるため、最終的に可動鉄心の吸引力はほぼ皆無となる。ところが、コイルが通電することで発生する磁束が永久磁石による磁束に対して十分大きい場合、その吸着部を通過する磁束は、永久磁石による磁束からコイルが通電することによる磁束へ切り替わり、再度吸引力を発生し始めるという問題があった。つまり、コイルの通電によって発生する磁束の量により、ソレノイドの釈放動作が不完全になるという問題があった。

そこで、本発明は係る課題を解決するためになされたもので、コイルへの通電により発生する磁束が磁石による磁束に対して大きい場合でも、吸着部を通過する磁束量の増加を抑えて、可動鉄心の吸引力を低下させることで釈放動作を確実に行うことのできるソレノイドを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明では、開口部を有する筒状のケースに永久磁石とコイルが共に内蔵されたソレノイドにおいて、永久磁石にはリング部材が密着して配置されて、コイル内には可動鉄心が内挿されており、かつ、可動鉄心とコイルとの間には金属製のコイルカバーがコイル全体を覆うように設置されているソレノイドとした。また、ケースの内壁とリング部材との距離を０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲とすることもできる。

本発明のソレノイドでは、永久磁石とコイルを兼ね備えるタイプのソレノイドにおいてコイルを金属製のコイルカバーによりコイル全体を覆うようにケース内に配置した。その構成により、永久磁石から発生する磁束が通過する磁路と、コイルが通電することによる発生する磁束が通過する磁路とが別個独立して発生する。また、それらの磁路の途中に可動鉄心とリング部材とが互いに接触する部分（吸着部）が存在しない構造とした。そのため、コイルが発生する磁束が磁石による磁束に対して大きい場合でも、吸着部を通過する磁束量の増加を抑えることで可動鉄心の吸引力を確実に低下させて、ソレノイドの迅速な釈放動作を実現できる。

本発明の実施の形態の一例であるソレノイド１０の縦断面図（非通電時）である。 図１ＡのＡ部における拡大図である。 図１Ａに示すソレノイド１０の動作説明図（通電時）である。 図１Ａに示すソレノイド１０の非通電時における磁路２５の流れの説明図である。 図１Ａに示すソレノイド１０の通電時における磁路２６、２７の流れの説明図（リング部材１４と可動鉄心１９とが互いに吸着している場合）である。 図１Ａに示すソレノイド１０の通電時における磁路２６、２７の流れの説明図（リング部材１４と可動鉄心１９とが互いに分離されている場合）である。 図４に示すソレノイド１０の通電時における磁路の流れとは逆向きの磁路の流れの場合における別形態の説明図である。

以下、本発明に係るソレノイドについて具体的な実施の形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。図１Ａは本発明に係るソレノイド１０の縦断面図、図１Ｂは図１Ａに示すＡ部の拡大図である。

本発明に係るソレノイド１０は、図１Ａに示すように筒状のケース１１内に永久磁石１３およびコイル１６が配置されているタイプのものである。ケース１１の端面１１ａ（図１Ａで上方側）には円形の開口部１２が形成されている。また、ケース１１の端面１１ａの裏側（内側）に密着する形態で、穴１３ａを有する円筒形状の永久磁石１３がケース１１内に設けられている。さらに、その永久磁石１３の穴１３ａとケース１１の開口部１２とは、図１Ａに示すように互いに同心となるような位置関係にある。

なお、永久磁石１３とケース１１の内壁面との間には図１Ａに示すように隙間を設けてもよく、その隙間には樹脂などの非磁性体の物質を装填しても構わない。以下、本発明のソレノイドを構成する永久磁石やコイルなどの構成について詳細に説明する。

ケース１１に内蔵されている永久磁石１３には、その下面（図１Ａで下方側）にリング部材１４が密着して配置されている。そのリング部材１４の内径側は、図１Ａに示すように永久磁石１３の穴１３ａと同心となるように配置されている。

また、図１Ｂに示すようにリング部材１４の外径側はケース１１の内側（内壁）から一定の距離ｄが保たれた状態でケース１１内に設置されている。その距離ｄは、後述する磁路との関係上０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲とする。

ケース１１に内蔵されている円筒形状のコイル(電磁コイル)１６には、可動鉄心（プランジャ）１９が内部に装入されており、コイル１６が通電されることで発生する電磁力によって軸方向（図１Ａの上下方向）に移動することができる（図１Ａおよび図２参照）。また、可動鉄心１９の一端側（図１Ａの下方側）には軸方向に凹部２０が設けられており、その凹部２０内にはバネ２１が装着されている。バネ２１の一端側（図１Ａで上方側）は凹部２０にはまり込んでおり、他端側（図１Ａで下方側）はソレノイド１０の蓋材２４に形成された凸部にはまり込んで固定されている。

さらに、可動鉄心１９の他端側（図１Ａの上方側）、すなわち凹部２０とは逆側にはシャフト２２が設けられている。このシャフト２２は、可動鉄心が軸方向（図１Ａの上下方向）に移動した場合に、それに連動してケース１１の開口部１２、永久磁石１３の穴１３ａ、リング部材１４の内径側を貫く様に動くことができる。

また、コイル１６と可動鉄心１９との間には金属製のコイルカバー１７がコイル１６全体を覆うように設置されている。コイルカバー１７には一端側に鍔１７ａを有しており、その鍔１７ａがコイル１６の一端側（図１Ａの上方側）を覆いながら、ケース１１の内壁面にはまり込む形態でコイルカバー１７がケース１１に固定されている。また、鍔１７ａの上面（図１Ａの上方側）はリング部材１４の下面（図１Ａの下方側）に対して、ソレノイド１０の軸方向に一定距離の隙間１８が形成されている。コイル１６の他端側（図１Ａの下方側）は、リング部材２３を介して蓋材２４とケース１１とがカシメられることで固定されている。なお、その隙間１８には樹脂などの非磁性体の物質を装填しても構わない。

本発明の実施に係るソレノイド１０は、基本的には以上のように構成されるものである。次に、その動作ならびに作用効果について図面を用いて説明する。図１Ａに示すソレノイド１０内のコイル１６が非通電時においては、可動鉄心１９やシャフト２２などのソレノイド１０の各構成部品の配置形態は図３に示すようになる。

すなわち、可動鉄心１９は凹部２０に装着されたバネ２１の弾性力と永久磁石１３の磁力によって永久磁石１３側（図３の上方側）へ引き寄せられて、リング部材１４と接触した状態になる。このとき、永久磁石１３のＮ極をリング部材１４側（図３の下方側）、Ｓ極をケース１１の開口部１２側（図３の上方側）とした場合、ソレノイド１０内に発生している（永久磁石１３による）磁束の流れは図３に示す第１の磁路２５のように形成される。

図１Ａに示すソレノイド１０内のコイル１６を通電すると、ソレノイド１０内に発生する磁路は図４に示すようになる。すなわち、図４に示すようにコイル１６を通電すると（永久磁石１３の磁束と逆向きの磁束となるようにコイル１６を励磁すると）、図３に示す第１の磁路２５の途中にある第２の磁路２６にコイル１６の磁束が流れる。第２の磁路２６は第１の磁路２５の途中に位置するため、コイル１６の励磁によって第２の磁路２６にコイル１６の磁束が巡ると、第１の磁路２５が磁気飽和して、磁気抵抗が大きくなる。

そのため、永久磁石１３の磁束は磁気抵抗の高い第１の磁路２５からリング部材１４の外径側とケース１１の内側（内壁）との距離ｄを介した第３の磁路２７を通過し始める。これにより、リング部材１４と可動鉄心１９とが互いに吸着している箇所を通過する磁束が減少する。結果として、図５に示すように可動鉄心１９とリング部材１４とは互いに分離されて、可動鉄心１９はわずかな外力（図５内の矢印の向き）により下方位置に移動することができる。

なお、本発明のソレノイドは図４および図５に示すように永久磁石により発生する磁束の向きとコイルが通電することにより発生する磁束の向きが互いに対向する状態の場合に、本発明の効果が発現される。また、図６に示すように永久磁石により発生する磁束の向きおよびコイルが通電することにより発生する磁束の向きを、図４および図５に示す磁束の向きとは逆向きにした場合であっても本発明と同様の効果が発現される。

これに対して、図４ないし図６に示す向きとは逆向きになるように永久磁石が配置される場合やコイルに通電する向きやコイルに巻かれている銅線などの線材の巻き方向を逆向きにすることで磁束の向きのみが図４ないし図６に示す向きとは逆向きになるような場合には、本発明の効果は発現しないことは言うまでもない。

１０ ソレノイド
１１ ケース
１２ ケース１１の開口部
１３ 永久磁石
１４ リング部材
１６ コイル
１７ コイルカバー
１９ 可動鉄心
ｄ ケース１１の内壁とリング部材１４の外側との距離

Claims (2)

1. 開口部を有する筒状のケースに永久磁石とコイルが共に内蔵されたソレノイドにおいて、前記永久磁石および前記コイルは共に分離して前記コイル内に配置されており、前記永久磁石にはリング部材が隣接して配置され、前記コイル内には可動鉄心が内挿されており、かつ、前記可動鉄心と前記コイルとの間には金属製のコイルカバーが前記コイルを覆うように設けられていることを特徴とするソレノイド。
2. 前記ケースの内壁と前記リング部材との距離は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のソレノイド。