KR20240068691A - 솔레노이드 및 개폐기 - Google Patents

Abstract

돌출부의 솔레노이드 코일측의 단부에 단차를 마련하는 것에 의해 가동 철심의 직동을 효율적으로 행할 수 있는 솔레노이드를 얻는다. 솔레노이드는 솔레노이드 코일(1), 가동 철심(2), 고정 철심(3)을 구비한다. 가동 철심(2)은 일단이 솔레노이드 코일(1)의 중공부 내를 직동하고, 타단측에 직동 방향과 수직인 방향으로 좌우 대칭으로 마련된 솔레노이드 코일(1)측의 단부가 단차로 된 돌출부(2a)를 가진다. 고정 철심(3)은 솔레노이드 코일(1)을 에워싸고, 돌출부(2a)가 끼워지는 오목부(3a)를 구비한다.

Description

솔레노이드 및 개폐기

본 개시는 솔레노이드 및 솔레노이드를 이용한 개폐기에 관한 것이다.

솔레노이드란, 고정 철심, 가동 철심 및 전류가 흐르는 것에 의해 자속을 발생하는 솔레노이드 코일로 구성되는 액추에이터 중 하나이다. 가동 철심의 상부에는 스토퍼라고 불리는 동작 방향에 수직인 돌출부가 마련되어 있다.

솔레노이드 코일에 전류를 흘리면 자속이 발생하고, 고정 철심과 가동 철심의 공간 갭에 자속이 흐르는 것에 의해 전자력이 작용한다. 이 전자력이 가동 철심을 고정 철심측으로 직동(直動, 직선 이동)시키는 힘(이후, 흡인력이라고 칭함)으로서 작용하는 것에 의해 가동하고, 스토퍼와 고정 철심이 접촉하는 것에 의해 정지한다.

종래에는 가동 철심의 하부에 볼록부를 마련하는 것에 의해 공간 갭을 줄인 솔레노이드가 개시되어 있다. (예를 들면, 특허문헌 1 참조)

일본 특허공개 제2005-116554호 공보

상기 솔레노이드는 가동 철심의 하부에 마련한 볼록부가 자기 저항을 저감시키는 것에 의해 흡인력을 향상시키고 있다. 그러나 가동 철심이 고정 철심 방향으로 직동함에 따라, 자속이 직동 방향과는 수직인 방향으로 흐르게 되어, 직동 방향으로 흐르는 자속의 비율이 감소한다.

본 개시는 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 가동 철심이 직동함에 따라 생기는 직동 방향과는 수직인 방향으로 흐르는 자속을 저감시키고, 직동 방향의 자속을 증가시키는 것에 의해 흡인력을 향상시키는 솔레노이드를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.

본 개시에 따른 솔레노이드는, 통전에 의한 여자(勵磁)에 의해 자속을 생성하고, 중공부 내의 축 방향으로 흡인력이 작용하는 전자력을 발생시키는 솔레노이드 코일과, 전자력에 의해 일단이 중공부 내를 직동하고, 타단측에 직동 방향과 수직인 방향으로 좌우 대칭으로 마련된 솔레노이드 코일측의 단부가 단차로 된 돌출부를 가지는 가동 철심과, 솔레노이드 코일을 에워싸고, 돌출부가 끼워지는 오목부를 구비한 고정 철심을 구비한 것이다.

본 개시의 솔레노이드에 의하면, 가동 철심의 돌출부의 단부에 단차를 마련하는 것에 의해 가동 철심의 직동을 효율적으로 행할 수 있다고 하는 효과를 가진다.

도 1은 본 개시의 실시 형태 1에 따른 솔레노이드의 사시도이다.
도 2는 본 개시의 실시 형태 1에 따른 초기 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 실시 형태 1에 따른 도중 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 실시 형태 1에 따른 흡착 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시 형태 1에 따른 도 4의 E 부분에 대응하는 확대도이다.
도 6은 본 개시의 실시 형태 2에 따른 솔레노이드의 사시도이다.
도 7은 본 개시의 실시 형태 2에 따른 길이의 관계를 정의한 도면이다.
도 8은 본 개시의 실시 형태 2에 따른 초기 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 개시의 실시 형태 2에 따른 공간 갭을 흐르는 자속과 흡인력의 관계를 나타내는 도 8의 P 부분에 대응하는 확대도이다.
도 10은 본 개시의 실시 형태 2에 따른 도중 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 개시의 실시 형태 2에 따른 도중 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 개시의 실시 형태 2에 따른 흡착 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 개시의 비교 형태 및 실시 형태 2에 따른 솔레노이드의 흡인력을 비교한 도면이다.
도 14는 본 개시의 실시 형태 3에 따른 초기 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 개시의 실시 형태 3에 따른 도중 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 개시의 실시 형태 2 및 실시 형태 3에 따른 솔레노이드의 흡인력을 비교한 도면이다.
도 17은 본 개시의 실시 형태 4에 따른 초기 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 개시의 실시 형태 4에 따른 요크가 자기 포화된 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 개시의 실시 형태 5에 따른 솔레노이드의 사시도이다.
도 20은 본 개시의 실시 형태 5에 따른 초기 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 개시의 실시 형태 5에 따른 요크가 자기 포화된 1단계째의 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 개시의 실시 형태 5에 따른 요크가 자기 포화된 2단계째의 솔레노이드를 나타내는 도면이다.
도 23은 본 개시에 따른 솔레노이드의 개폐기에 대한 응용예를 나타내는 도면이다.

이하에, 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시 형태는 예시이다. 또한, 각 실시 형태는, 적절히 조합하여 실행할 수 있다.

실시 형태 1.

도 1은 본 개시의 실시 형태 1에 따른 솔레노이드의 사시도이다. 도 2는 본 개시의 실시 형태 1에 따른 초기 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 개시의 실시 형태 1에 따른 도중 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 도 4는 본 개시의 실시 형태 1에 따른 흡착 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 도 5는 본 개시의 실시 형태 1에 따른 도 4의 E 부분에 대응하는 확대도이다.

도 1 및 도 2에 나타내는 솔레노이드는, 통전에 의한 여자에 의해 전자력을 발생시키는 솔레노이드 코일(1)과, 일단이 솔레노이드 코일(1)의 중공부 내를 직동하고, 타단측에 직동 방향과 수직인 방향으로 좌우 대칭으로 마련된 솔레노이드 코일(1)측의 단부가 단차로 된 돌출부(2a)를 가지는 가동 철심(2)과, 볼록부가 끼워지는 제1 오목부(3b)와 돌출부(2a)가 끼워지는 제2 오목부(3a)를 가지는 고정 철심(3)을 구비하고 있다.

도 1에 나타내는 X축은 가동 철심(2)의 직동 방향이고, Y축은 가동 철심(2)의 직동 방향과는 수직인 돌출부(2a)가 마련되어 있는 방향이며, Z축은 본 실시 형태에 따른 솔레노이드의 깊이 방향이다. 이후의 도면에서도 각 축을 도시하고 있지만, 마찬가지이기 때문에 설명은 생략한다.

솔레노이드 코일(1)은 고정 철심(3)에 에워싸이고, 공심(空芯)에 해당하는 중공부 내를 가동 철심(2)이 직동하도록 마련되어 있다. 통전에 의한 여자에 의해 자속을 생성하여 전자력을 발생시킨다. 중공부 내에는, 축 방향으로 가동 철심(2)을 직동시키는 흡인력(Fx)이 작용한다.

가동 철심(2)은 솔레노이드 코일(1)측의 일단에 볼록부(2b)가 마련되고, 타단측에는 직동 방향과 수직인 방향으로 좌우 대칭으로 마련된 돌출부(2a)를 구비한다. 가동 철심(2)은 흡인력(Fx)에 의해 솔레노이드 코일(1)의 중공부 내를 직동하고, 돌출부(2a)가 고정 철심(3)의 제2 오목부(3a)에 끼워지면 정지하도록 마련되어 있다. 또한 가동 철심(2)의 솔레노이드 코일(1)측의 일단에 마련된 볼록부(2b)는, 고정 철심(3)에 마련된 제1 오목부(3b)에 끼워져 가동 철심이 정지한다.

돌출부(2a)는 솔레노이드 코일(1)측의 단부가 단차로 된, 스텝이 하나 이상 마련된 계단 형상을 가지고 있다. 도 1에서는 돌출부(2a)의 스텝이 하나인 예를 나타냈지만, 스텝을 복수 마련해도 된다. 스텝을 복수 마련한 예는, 이후의 실시 형태에서 설명을 한다.

고정 철심(3)은 솔레노이드 코일(1)을 에워싸고, 상면에는 가동 철심(2)의 직동 정지시에 돌출부(2a)가 끼워지는 제2 오목부(3a)를 가지고 있다. 고정 철심(3)의 내측의 저부에는 가동 철심(2)의 직동 정지시에, 가동 철심(2)의 일단에 마련된 볼록부(2b)가 끼워지는 제1 오목부(3b)가 마련되어 있다.

본 개시에서는 일단에 볼록부(2b)가 마련된 가동 철심(2)을 도시하여 설명을 하고 있지만, 이 형상으로 한정되지 않고 볼록부(2b)가 없는 가동 철심(2)에서도 본 개시에 기재된 효과가 얻어진다. 또한 마찬가지로, 고정 철심(3)에 마련된 제1 오목부(3b)를 도시하여 설명을 하고 있지만, 이 형상으로 한정되지 않고 제1 오목부(3b)가 없는 고정 철심(3)에서도 본 개시에 기재된 효과가 얻어진다.

다음으로 도 2 내지 도 4를 이용하여 동작을 설명한다. 도면 내의 화살표는 자속, 흰색 화살표는 흡인력(Fx)을 나타내고, 화살표의 굵기는 대소를 나타내는 것으로 한다. 또한, 이후의 실시 형태에서도 자속 및 흡인력(Fx)을 마찬가지로 도시하고, 설명은 생략한다.

도 2는 초기 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 솔레노이드 코일(1)을 통전하면 솔레노이드 코일(1)에 전류가 흘러, 자속이 발생하여 자로(磁路)를 형성한다. 가동 철심(2)과 고정 철심(3)의 사이의 공간 갭에 자속이 흐르는 것에 의해 흡인력(Fx)이 발생하고, 흡인력(Fx)에 의해 가동 철심(2)이 직동 방향 즉 X축 방향으로 직동한다.

도 3은 도중 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 흡인력(Fx)에 의해 가동 철심(2)이 X축 방향으로 직동하고, 돌출부(2a)의 최하면이 고정 철심(3)에 마련된 제2 오목부(3a)에 끼워지기 시작하는 타이밍 즉 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(3)의 상면과의 높이가 일치했을 때에, 고정 철심(3)으로부터 돌출부(2a)로 흐르는 자속(경사 자속)이 증대된다.

이 경사 자속의 X축 방향의 성분은, X축 방향으로 가동 철심(2)을 직동시키는 흡인력(Fx)의 일부가 된다. 이와 같이 솔레노이드 코일(1)로부터 얻은 자속을 흡인력(Fx)으로 효율적으로 변환하는 것이 가능하다.

도 4는 흡착 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 흡착이란 가동 철심(2)의 직동이 정지한 상태를 말한다. 가동 철심(2)은 흡인력(Fx)에 의해 직동하고, 볼록부(2b)가 제1 오목부(3b), 돌출부(2a)가 제2 오목부(3a)에 각각 끼워져 맞닿는 것에 의해 정지한다.

이상으로부터 실시 형태 1에 따른 솔레노이드는, 일단에 볼록부(2b), 타단측에 직동 방향과 수직인 방향으로 좌우 대칭으로 마련된 솔레노이드 코일(1)측의 단부가 단차로 된 계단 형상의 돌출부(2a)를 가지는 가동 철심(2)을 구비하는 것에 의해, 고정 철심(3)으로부터 돌출부(2a)로 흐르는 경사 자속을 발생시킨다. 이것에 의해, 경사 자속의 직동 방향의 성분을 흡인력(Fx)으로 할 수 있어, 가동 철심(2)을 효율적으로 직동시킬 수 있다고 하는 효과를 얻는다.

또한 본 실시 형태에서는 도 1 내지 도 4에 나타내는 고정 철심(3)을 나타냈지만, 형상이 다른 고정 철심(3)에 있어서도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 구체적인 고정 철심(3)의 형상에 대해서 도 5를 이용하여 설명을 한다. 도 5는 도 4의 E 부분에 대응하는 확대도이다. 또 다른 해칭이 된 돌기부(3c)를 가진 고정 철심(3)을 예로 들어 설명을 했지만, 돌기부(3c)가 없는 고정 철심(3)이어도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 이후의 실시 형태에서는, 돌기부(3c)가 없는 고정 철심(31)을 도시하여 설명을 한다.

실시 형태 2.

실시 형태 1에서는, 일단에 볼록부(2b), 타단측에 직동 방향과 수직인 방향으로 좌우 대칭으로 마련된 솔레노이드 코일(1)측의 단부가 단차로 된 계단 형상의 돌출부(2a)를 가지는 가동 철심(2)을 구비한 솔레노이드를 나타냈다. 실시 형태 2에서는, 고정 철심(3)의 돌기부(3c)를 갖지 않는 고정 철심(31)을 구성하고, 고정 철심(31)의 상면의 단부에 새롭게 요크(4)를 마련한다. 구체적인 설명은 도 6을 이용하여 후술한다. 그 이외의 구성은 실시 형태 1과 마찬가지이며, 실시 형태 1과 동일한 구성에는 동일한 번호를 부여하고, 설명은 생략한다.

본 실시 형태는 도 6 내지 도 14를 이용하여 설명을 한다. 도 6은 본 실시 형태에 따른 솔레노이드의 사시도이다. 도 7은 본 실시 형태에 따른 길이의 관계를 정의한 도면이다. 도 8은 본 실시 형태에 따른 초기 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 도 9는 본 실시 형태에 따른 공간 갭을 흐르는 자속과 흡인력의 관계를 나타내는 도 8의 P 부분에 대응하는 확대도이다. 도 10은 본 실시 형태에 따른 도중 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 도 11은 본 실시 형태에 따른 도중 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 도 12는 본 실시 형태에 따른 흡착 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 도 13은 비교 형태 및 본 실시 형태에 따른 솔레노이드의 흡인력을 비교한 도면이다.

도 6에 나타내는 바와 같이 본 실시 형태에 따른 솔레노이드는, 고정 철심(3)의 돌기부(3c)를 갖지 않는 고정 철심(31)을 구성하고, 고정 철심(31)의 상면의 단부에 새롭게 요크(4)를 마련한다. 요크(4)는 고정 철심(31)의 상면의 단부에 솔레노이드 코일(1)과는 반대 방향으로 신장(伸長)하여 마련되어 있다. 또한 요크(4)는 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이가 일치했을 때에 요크(4)가 자기 포화되도록 단면적(S)을 설정한다. 요크(4)를 원하는 타이밍에서 자기 포화시키려면, 도 6에 나타내는 요크(4)의 단면적(S)을 요크(4)의 두께나 폭을 조정하는 것에 의해 설정하면 된다.

도 7은 길이의 관계를 정의한 도면이다. 도 7에서는 요크(4)의 높이를 L1, 고정 철심(31)의 저부에 마련된 제1 오목부(3b)의 깊이를 L2, 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이를 L3로 정의하고 있다. 본 실시 형태는 요크(4)의 높이를 고정 철심(31)의 저부에 마련된 제1 오목부(3b)의 깊이보다도 높게 설정한다. 즉 본 실시 형태에서는 L1≥L2가 되도록 요크(4)의 높이를 설정하고, L3=0일 때에 요크(4)가 자기 포화되도록 요크(4)의 단면적(S)을 결정한다.

다음으로 도 8 내지 도 12를 이용하여 동작의 설명을 한다. 도 8은 초기 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 본 실시 형태에서 초기 위치는, 돌출부(2a)의 최하면이 고정 철심(31)의 상면보다도 높은 상태로 한다. 도 8에 나타내는 초기 위치에서 솔레노이드 코일(1)에 전류를 흘리면, 요크(4), 돌출부(2a), 가동 철심(2), 볼록부(2b) 및 고정 철심(31)에 의해서 자로가 형성된다. 가동 철심(2)과 고정 철심(31)과의 사이의 공간 갭을 자속이 흐르는 것에 의해 가동 철심(2)을 X축 방향으로 직동시키는 흡인력(Fx)이 발생한다. 구체적으로 도 9를 이용하여 설명을 한다.

도 9는 도 8의 P 부분에 대응하는 확대도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 요크(4)와 돌출부(2a)와의 사이의 공간 갭을 흐르는 자속 중 X축 방향으로 흐르는 자속(Φx)에 의해서 흡인력(Fx)이 생겨, X축 방향으로 가동 철심(2)이 흡인된다. 또한 가동 철심(2)의 직동에 의해서 가동 철심(2)과 고정 철심(31)과의 사이의 공간 갭이 감소하는 것에 의해, 자기 저항이 저하되기 때문에 솔레노이드 코일(1)로부터 얻어지는 자속이 증가한다.

도 10은 위치 A에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 위치 A란 본 실시 형태에 따른 솔레노이드의 돌출부(2a)의 상면과 요크(4)의 상면과의 높이가 일치했을 때를 가리킨다. 위치 A에서 도 10에 나타내는 바와 같이, 공간 갭을 흐르는 자속은 Y축 방향으로 흐르는 비율이 증가하고, X축 방향으로 흐르는 비율이 감소한다. 그 때문에 X축 방향으로 흐르는 자속이 감소하는 것에 의해 흡인력(Fx)이 저하된다.

도 11은 위치 B에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 위치 B란 본 실시 형태에 따른 솔레노이드의 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이가 일치했을 때를 가리킨다. 자기 포화된 요크(4)는 가동 철심(2) 및 고정 철심(31)과 다른 해칭을 하여 나타내고 있다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이가 일치하는 때 즉 L3=0일 때에, 요크(4)가 자기 포화되도록 요크(4)의 단면적(S)을 설정한다. 이것에 의해, 고정 철심(31)으로부터 요크(4)로 흐르는 자속이 일정량 이상이 되는 것을 억제하고, 자기 저항이 작은 고정 철심(31)과 돌출부(2a)와의 사이를 흐르는 자속을 증대시킨다. 즉 공간 갭을 X축 방향으로 흐르는 비율을 증대시키는 것에 의해, 솔레노이드 코일(1)로부터 얻은 자속을 보다 효율적으로 가동 철심(2)을 직동시키는 흡인력(Fx)으로 할 수 있다.

도 12는 흡착 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 가동 철심(2)은 흡인력(Fx)에 의해 직동하여, 볼록부(2b)가 제1 오목부(3b), 돌출부(2a)가 제2 오목부(3a)에 각각 끼워져 맞닿는 것에 의해 정지한다.

본 실시 형태는 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이가 일치하는 때 즉 L3=0일 때에, 요크(4)가 자기 포화되도록 요크(4)의 단면적(S)을 설계하여 높이를 설정했다. 여기서 도 13을 이용하여 본 실시 형태와 비교 형태의 흡인력(Fx)의 비교를 행한다. 비교 형태는 위치 B에서 요크(4)가 자기 포화되지 않는 본 실시 형태에 따른 솔레노이드로 한다. 도 13은 본 실시 형태에 따른 솔레노이드와 비교 형태에 따른 솔레노이드와의 흡인력(Fx)을 비교한 도면이다.

도 13에 나타내는 바와 같이 본 실시 형태에 따른 솔레노이드는, 위치 B에서 요크(4)가 자기 포화되는 것에 의해 고정 철심(31)으로부터 돌출부(2a)로 흐르는 자속을 비교 형태에 따른 솔레노이드에 비해 증가시켜, 흡인력(Fx)을 향상시키고 있는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 본 실시 형태에 따른 솔레노이드는, 솔레노이드 코일(1)로부터 얻은 자속을 효율적으로 가동 철심(2)의 직동 동작에 기여하는 흡인력(Fx)으로 할 수 있다고 할 수 있다.

이상으로부터 본 실시 형태에 따른 솔레노이드는, 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이가 일치하는 때 즉 L3=0일 때에 요크(4)가 자기 포화되도록 형성되어 있는 것에 의해, 요크(4)로부터 돌출부(2a)로 흐르는 흡인력(Fx)에 기여하지 않는 Y축 방향의 자속을 억제할 수 있다. 또한 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이가 일치하는 때 즉 L3=0일 때에, 요크(4)가 자기 포화되도록 요크(4)의 단면적(S)을 설정하는 것에 의해, 고정 철심(31)으로부터 돌출부(2a)로 흐르는 자속을 증대시킬 수 있다. 이와 같이 흡인력(Fx)에 기여하는 자속을 증대시키고, 흡인력(Fx)에 기여하지 않는 자속을 억제하는 것에 의해 효율적으로 가동 철심(2)을 직동시킬 수 있는 솔레노이드를 얻는다.

또한 본 실시 형태에서는, 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이가 일치하는 때 즉 L3=0일 때에 요크(4)가 자기 포화되는 솔레노이드를 나타냈지만, 자기 포화되는 타이밍은 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이가 일치하는 때 즉 L3=0일 때로 한정되지 않는다. 예를 들어 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이가 일치하는 전후의 타이밍(L3≒0)에서 요크(4)를 자기 포화시키도록 해도 상기 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는, 돌기부(3c)를 가지고 있지 않은 고정 철심(31)을 도시하여 설명을 했지만, 실시 형태 1에서 도시한 돌기부(3c)를 가지는 고정 철심(3)을 이용해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

실시 형태 3.

본 실시 형태에서는 요크(4)의 높이를 제1 오목부(3b)의 깊이보다 낮게(L1＜L2) 설정한다. 또한 돌출부(2a)의 상면과 요크(4)의 상면과의 높이가 일치하는 때에 요크(4)가 자기 포화되도록 요크(4)의 단면적(S)을 결정하여, 고정 철심(31)의 상면의 단부에 마련한다. 그 이외의 구성은 실시 형태 2와 마찬가지이며, 실시 형태 2와 동일한 구성에는 동일한 번호를 부여하고, 설명은 생략한다.

본 실시 형태는, 도 14 내지 도 16을 이용하여 설명을 한다. 도 14는 본 실시 형태에 따른 초기 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 도 15는 본 실시 형태에 따른 도중 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 도 16은 실시 형태 2 및 실시 형태 3에 따른 솔레노이드의 흡인력을 비교한 도면이다.

도 14에 나타내는 바와 같이 본 실시 형태에 따른 솔레노이드는, 요크(4)의 높이가 제1 오목부(3b)의 깊이보다도 낮게 되도록 요크(4)가 마련되어 있다. 가동 철심(2)의 돌출부(2a)가 요크(4)의 상면보다도 높은 상태를 초기 위치로 한다. 초기 위치에서 솔레노이드 코일(1)에 전류를 흘리면, 요크(4), 돌출부(2a), 가동 철심(2), 볼록부(2b) 및 고정 철심(31)에 의해서 자로가 형성된다. 그리고 가동 철심(2)과 고정 철심(31)의 공간 갭을 흐르는 자속에 의해서 흡인력(Fx)이 발생하여, 가동 철심(2)이 X축 방향으로 직동한다.

도 15는 요크(4)가 자기 포화되는 타이밍에서의 솔레노이드를 도시하고 있다. 도 15에 나타내는 돌출부(2a)의 상면과 요크(4)의 상면과의 높이가 일치했을 때의 본 실시 형태에 따른 솔레노이드의 상태를 위치 C로 한다. 또한 도 15에서는 자기 포화된 요크(4)를 가동 철심(2) 및 고정 철심(31)과 다른 해칭을 하여 나타내고 있다. 돌출부(2a)의 상면과 요크(4)의 높이가 일치했을 때에 요크(4)를 자기 포화시키는 것에 의해, 고정 철심(31)으로부터 요크(4)로 흐르는 자속이 일정량 이상이 되는 것을 억제한다. 또한, 자기 저항이 작은 고정 철심(31)으로부터 돌출부(2a)로 흐르는 자속이 증대된다. 즉 흡인력(Fx)에 기여하지 않는 자속을 억제하고, 흡인력(Fx)에 기여하는 자속을 증대시키는 것에 의해, 솔레노이드 코일(1)로부터 얻은 자속을 효율적으로 가동 철심(2)을 직동시키는 흡인력(Fx)으로 할 수 있다.

여기서 도 16을 이용하여 실시 형태 2와 본 실시 형태의 흡인력(Fx)의 비교를 행한다. 도 16은 실시 형태 2에 따른 솔레노이드와 본 실시 형태에 따른 솔레노이드와의 흡인력(Fx)을 비교한 도면이다.

실시 형태 2와 본 실시 형태에서는 요크(4)의 높이와 제1 오목부(3b)의 깊이의 대소 관계가 다르다. 도 16으로부터 본 실시 형태에 따른 솔레노이드는, 실시 형태 2에 따른 솔레노이드와 비교하여 위치 C에서 흡인력(Fx)이 향상되는 것을 알 수 있다. 즉, 가동 철심(2)과 고정 철심(31)과의 사이의 공간 갭이 감소하여, 가동 철심(2)과 고정 철심(31)과의 거리가 가까운 경우에서도 흡인력(Fx)을 향상시킬 수 있다고 할 수 있다.

이상과 같이 본 실시 형태에 따른 솔레노이드는, 요크(4)의 높이를 제1 오목부(3b)의 깊이보다도 낮게 되도록 요크(4)의 단면적(S)을 설정했다. 이것에 의해 가동 철심(2)과 고정 철심(31)의 거리가 가까운 위치에서 흡인력(Fx)을 향상시킬 수 있어, 솔레노이드에 요구되는 출력 특성으로 설정한 경우에서도 원하는 타이밍에서 흡인력(Fx)을 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는, 돌출부(2a)의 상면과 요크(4)의 상면의 높이가 일치했을 때에 요크(4)가 자기 포화되는 솔레노이드를 나타냈지만, 예를 들어 돌출부(2a)의 상면과 요크(4)의 상면의 높이가 일치하는 전후의 타이밍으로 요크(4)를 자기 포화시키도록 해도 상기 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는, 돌기부(3c)를 가지고 있지 않은 고정 철심(31)을 도시하여 설명을 했지만, 실시 형태 1에서 도시한 돌기부(3c)를 가지는 고정 철심(3)을 이용해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

실시 형태 2, 3에서는, 요크(4)를 자기 포화시키는 솔레노이드의 일례에 대해 설명했지만, 자기 포화시키는 시점은, 실시 형태 2, 3의 시점으로 한정되지 않고, 가동 철심(2)의 이동시, 즉 가동 철심(2)이 초기 위치로부터 흡착 위치까지 직동할 때까지의 동안에 요크(4)가 자기 포화되도록 설정해도 된다. 이와 같이, 가동 철심(2)의 이동 도중에 있어서 요크(4)가 자기 포화되도록 설정하는 것에 의해, 돌출부(2a)를 거쳐 요크(4)로 흐르는 자속을 억제할 수 있어, 흡인력(Fx)의 조정을 행할 수 있다.

또한 고정 철심(3)과 돌출부(2a)와의 사이에 생기는 자속(경사 자속)의 Y축 방향의 성분이, 요크(4)와 돌출부(2a)의 선단 부위와의 사이에 생기는 자속의 X축 방향의 성분보다 커졌을 때 이후에 요크(4)가 자기 포화되도록 설정하는 것에 의해, X축 방향의 자속을 크게 할 수 있어, 흡인력(Fx)의 향상을 도모할 수 있다.

실시 형태 4.

이전 실시 형태에서는 고정 철심(31)의 상면의 단부에 요크(4)를 마련한 솔레노이드를 나타냈지만, 본 실시 형태에서는 돌출부(2a)의 단부에 요크(41)를 마련한 솔레노이드를 나타낸다. 구체적으로는 고정 철심(31)의 상면과 돌출부(2a)의 최하면과의 높이가 일치하는 때에, 돌출부(2a)의 단부에 마련한 솔레노이드 코일(1)측으로 신장한 요크(41)가 자기 포화되도록 요크(41)의 단면적(S)을 설정한다. 그 이외의 구성은 실시 형태 3과 마찬가지이며, 실시 형태 3과 동일한 구성에는 동일한 번호를 부여하고, 설명은 생략한다.

본 실시 형태는 도 17 및 도 18을 이용하여 설명을 한다. 도 17은 본 실시 형태에 따른 초기 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 도 18은 본 실시 형태에 따른 요크가 자기 포화된 솔레노이드를 나타내는 도면이다.

도 17에 나타내는 바와 같이 본 실시 형태에 따른 솔레노이드는, 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이가 일치하는 때에 솔레노이드 코일(1)측으로 신장한 요크(41)가 자기 포화되도록 요크(41)의 단면적(S)을 설정하고 있다. 돌출부(2a)의 최하면이 고정 철심(31)의 상면보다도 높은 위치에 있는 상태를 초기 위치로 한다. 초기 위치에서 솔레노이드 코일(1)에 전류를 흘리면, 요크(41), 돌출부(2a), 가동 철심(2), 볼록부(2b) 및 고정 철심(31)에 의해서 자로가 형성된다. 그리고 가동 철심(2)과 고정 철심(31)의 공간 갭을 흐르는 자속에 의해서 흡인력(Fx)이 발생하여, 가동 철심(2)이 X축 방향으로 직동한다.

도 18은 요크(41)가 자기 포화되는 타이밍 즉 고정 철심(31)의 상면과 돌출부(2a)의 최하면과의 높이가 일치하는 타이밍에서의 솔레노이드를 도시하고 있다. 또한 도 18에서는 자기 포화된 요크(41)를 가동 철심(2) 및 고정 철심(31)과 다른 해칭을 하여 나타내고 있다. 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이가 일치하는 때에 요크(41)를 자기 포화시키는 것에 의해, 고정 철심(31)으로부터 요크(4)로 흐르는 자속이 일정량 이상이 되는 것을 억제한다. 또한, 자기 저항이 작은 고정 철심(31)으로부터 돌출부(2a)로 흐르는 자속이 증대된다. 즉 흡인력(Fx)에 기여하지 않는 자속을 억제하고, 흡인력(Fx)에 기여하는 자속을 증대시키는 것에 의해, 솔레노이드 코일(1)로부터 얻은 자속을 효율적으로 가동 철심(2)을 직동시키는 흡인력(Fx)으로 할 수 있다.

이상과 같이 본 실시 형태에서는, 돌출부(2a)의 솔레노이드 코일(1)측으로 신장한 요크(41)를 고정 철심(31)의 상면과 돌출부(2a)의 최하면과의 높이가 일치하는 때에, 자기 포화되도록 요크(41)의 단면적(S)을 설정한 솔레노이드를 나타냈다. 이것에 의해 요크(41)를 장착하는 위치를 변경한 경우에 있어서도, 흡인력(Fx)을 향상시켜 효율적으로 가동 철심(2)을 직동시킬 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는, 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이가 일치하는 때에 요크(41)를 자기 포화시키는 솔레노이드를 나타냈지만, 예를 들어 돌출부(2a)의 최하면과 고정 철심(31)의 상면과의 높이가 일치하는 전후의 타이밍으로 요크(41)를 자기 포화시키도록 해도 상기 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는, 돌기부(3c)를 가지고 있지 않은 고정 철심(31)을 도시하여 설명을 했지만, 실시 형태 1에서 도시한 돌기부(3c)를 가지는 고정 철심(3)을 이용해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

실시 형태 5.

여기까지의 실시 형태에서는 솔레노이드 코일(1)측의 단부가 단차로 된 계단 형상의 돌출부(2a)를 구비한 솔레노이드를 나타냈다. 본 실시 형태에서는 스텝을 복수 가지는 돌출부(2a)를 구비한 솔레노이드를 나타낸다. 또한 돌출부(2a)의 스텝 수에 따라 요크가 자기 포화되도록 단면적을 설정한, 단면적이 다른 요크를 복수 마련한다. 그 이외의 구성은 실시 형태 2와 마찬가지이며, 실시 형태 2와 동일한 구성에는 동일한 번호를 부여하고, 설명은 생략한다.

본 실시 형태는, 도 19 내지 도 22를 이용하여 설명을 한다. 도 19는 본 실시 형태에 따른 솔레노이드의 사시도이다. 도 20은 본 실시 형태에 따른 초기 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 도 21은 본 실시 형태에 따른 요크(4a)가 자기 포화된 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 도 22는 본 실시 형태에 따른 요크(4b)가 자기 포화된 솔레노이드를 나타내는 도면이다.

도 19에 나타내는 바와 같이 가동 철심(2)의 돌출부(2a)는 단부에 단차를 복수 가진 계단 형상을 하고 있다. 고정 철심(31)의 상면의 단부에 마련한 상방으로 신장한 요크는, 돌출부(2a)에 맞추어 단계적으로 요크가 자기 포화되도록 단면적이 설정되어 있다. 도 19에서는 요크(4a) 및 요크(4b)의 단면적을 각각 S, Sc(Sc＞S)로 설정하고, 고정 철심(31)의 상면으로부터 순서대로 요크(4b), 요크(4a)를 마련하고 있다. 또한 도 19에서는 예로써 스텝이 2개(좌우 합하여 4개) 있는 돌출부(2a)를 도시했지만, 스텝이 3개 이상이어도 되고, 그것에 맞추어 단면적이 다른 요크를 복수 마련해도 된다.

다음으로 동작을 설명한다. 도 20은 초기 위치에서의 솔레노이드를 나타내는 도면이다. 돌출부(2a)의 최하면이 고정 철심(31)의 상면보다도 높은 위치에 있는 상태를 초기 위치로 한다. 초기 위치에서 솔레노이드 코일(1)에 전류를 흘리면, 요크(4b), 요크(4a), 돌출부(2a), 가동 철심(2), 볼록부 및 고정 철심(31)에 의해서 자로가 형성된다. 그리고 가동 철심(2)과 고정 철심(31)의 공간 갭을 흐르는 자속에 의해서 흡인력(Fx)이 발생하여, 가동 철심(2)이 X축 방향으로 직동한다.

그리고 도 21에 나타내는 바와 같이, 요크(4b)의 상면과 2번째로 고정 철심(31)에 가까운 돌출부(2a)의 하면과의 높이가 일치했을 때에 요크(4a)가 자기 포화된다. 또한 도 21에서는 자기 포화된 요크(4a)를 가동 철심(2), 고정 철심(31) 및 요크(4b)와 다른 해칭을 하여 나타내고 있다. 요크(4a)를 자기 포화시키는 것에 의해 요크(4b)로부터 요크(4a)로 흐르는 자속이 일정량 이상이 되는 것을 억제한다. 또한, 자기 저항이 작은 요크(4b)로부터 돌출부(2a)로 흐르는 자속이 증대된다. 즉 흡인력(Fx)에 기여하지 않는 자속을 억제하고, 흡인력(Fx)에 기여하는 자속을 증대시키는 것에 의해, 솔레노이드 코일(1)로부터 얻은 자속을 효율적으로 가동 철심(2)을 직동시키는 흡인력(Fx)으로 할 수 있다.

또한 도 22에 나타내는 바와 같이, 고정 철심(31)의 상면과 돌출부(2a)의 최하면과의 높이가 일치했을 때에 요크(4b)가 자기 포화된다. 또한 도 22에서는 자기 포화된 요크(4a) 및 요크(4b)를 가동 철심(2) 및 고정 철심(31)과 다른 해칭을 하여 나타내고 있다. 요크(4b)를 자기 포화시키는 것에 의해 고정 철심(31)으로부터 요크(4b)로 흐르는 자속이 일정량 이상이 되는 것을 억제한다. 또한, 자기 저항이 작은 고정 철심(31)으로부터 돌출부(2a)로 흐르는 자속이 증대된다. 이것에 의해 X축 방향으로 흐르는 자속의 비율을 증대시켜, 솔레노이드 코일(1)로부터 얻은 자속을 효율적으로 가동 철심(2)을 직동시키는 흡인력(Fx)으로 할 수 있다.

이상으로부터 본 실시 형태는 스텝을 복수 가지며, 솔레노이드 코일(1)측의 단부가 단차로 된 계단 형상의 돌출부(2a)를 가지는 솔레노이드를 나타냈다. 또한, 돌출부(2a)의 스텝 수에 따라 요크(4a) 및 요크(4b)가 자기 포화되는 타이밍을 복수 단계 마련하도록 요크(4a) 및 요크(4b)의 단면적(S 및 Sc)을 설정했다. 이것에 의해 흡인력(Fx)을 복수 단계에 있어서 향상시킬 수 있어, 가동 철심(2)을 효율적으로 직동시키는 솔레노이드를 얻는다.

또한 본 실시 형태에서는, 요크(4b)의 상면과 2번째로 고정 철심(31)에 가까운 돌출부(2a)의 하면과의 높이가 일치했을 때 및 고정 철심(31)의 상면과 돌출부(2a)의 최하면과의 높이가 일치했을 때에 요크(4a) 및 요크(4b)가 자기 포화되는 솔레노이드를 예시했다. 그러나 자기 포화되는 타이밍은 이것으로 한정되지 않으며, 예를 들면 요크(4b)의 상면과 2번째로 고정 철심(31)에 가까운 돌출부(2a)의 하면과의 높이가 일치하는 전후의 타이밍으로 요크(4a)를 자기 포화시키도록 해도 상기 효과를 얻을 수 있다. 마찬가지로 고정 철심(31)의 상면과 돌출부(2a)의 최하면과의 높이가 일치하는 전후의 타이밍으로 요크(4b)를 자기 포화시키도록 해도 상기 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는, 돌기부(3c)를 가지고 있지 않은 고정 철심(31)을 도시하여 설명을 했지만, 실시 형태 1에서 도시한 돌기부(3c)를 가지는 고정 철심(3)을 이용해도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한 실시 형태 4에 따른 솔레노이드와 같이 돌출부(2a)에 요크(4a) 및 요크(4b)를 마련하도록 해도 된다.

실시 형태 6.

본 실시 형태는 여기까지의 실시 형태에 따른 솔레노이드(5)를 개폐기에 응용한 예를 나타낸다. 도 23은 솔레노이드의 개폐기에 대한 응용예를 나타내는 도면이다.

도 23에 나타내는 바와 같이 개폐기(6)는, 고정 접촉자가 가지는 고정 접점과 가동 접촉자가 가지는 가동 접점이 접촉 및 개리(開離)를 행하는 접점(63)과, 가동 접촉자에 접속되어 가동 접촉자를 동작시키는 솔레노이드(5)를 가지고 있다.

동작을 설명한다. 솔레노이드(5)에 전류를 흘려, 가동 철심(2)을 직동시키는 것에 의해 레버(61)을 동작시킨다. 가동 철심(2)의 직동 동작을 이용하여 접점(63)을 닫는 것에 의해, 통전 상태로 이행한다. 이것에 의해, 전기 신호에 의해서 개폐기(6)를 동작시키는 것이 가능하게 된다. 실시 형태 1 내지 5에 따른 솔레노이드(5)를 본 실시 형태에 따른 개폐기에 응용하는 것에 의해, 작은 전류로부터 개폐기의 투입 동작에 필요한 흡인력(Fx)을 얻는 것이 가능하다.

이상과 같이 본 실시 형태에서는, 본 실시 형태 1 내지 5에 따른 솔레노이드(5)를 응용한 개폐기를 나타냈다. 이와 같이 개폐기의 투입 동작을 작은 전류로부터 행할 수 있다. 본 실시 형태에서는 일례로서 개폐기에 대한 응용예를 나타냈지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

1 : 솔레노이드 코일 2 : 가동 철심
2a : 돌출부 2b : 볼록부
3, 31 : 고정 철심 3a : 제2 오목부
3b : 제1 오목부 3c : 돌기부
4, 41, 4a, 4b : 요크 5 : 솔레노이드
6 : 개폐기 61 : 레버
62 : 지점 63 : 접점
64 : 접압(接壓) 스프링 65 : 주회로부
Fx : 흡인력

Claims (7)

1. 통전에 의한 여자에 의해 자속을 생성하고, 중공부 내의 축 방향으로 흡인력이 작용하는 전자력을 발생시키는 솔레노이드 코일과,
   상기 전자력에 의해 일단이 상기 중공부 내를 직동하고, 타단측에 직동 방향과 수직인 방향으로 좌우 대칭으로 마련된 상기 솔레노이드 코일측의 단부가 단차로 된 돌출부를 가지는 가동 철심과,
   상기 솔레노이드 코일을 에워싸고, 상기 돌출부가 끼워지는 오목부를 구비한 고정 철심을 구비하는 솔레노이드.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정 철심은 상기 고정 철심의 상면에 상기 솔레노이드 코일과는 반대 방향으로 신장한 요크를 가지는 것을 특징으로 하는 솔레노이드.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 돌출부는 상기 단부에 상기 직동 방향으로 신장한 요크를 가지는 것을 특징으로 하는 솔레노이드.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 요크는 상기 가동 철심이 직동하고 있을 때에 자기 포화되도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 솔레노이드.
5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 요크는 상기 돌출부의 최하면과 상기 고정 철심의 상면과의 높이가 일치하는 때에 자기 포화되도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 솔레노이드.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 요크는 상기 가동 철심이 직동하여 상기 요크의 상면과 상기 돌출부의 상면과의 높이가 일치하는 때에 자기 포화되도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 솔레노이드.
7. 고정 접점을 가지는 고정 접촉자와,
   상기 고정 접점과 접촉 및 개리되는 가동 접점을 가지는 가동 접촉자와,
   상기 가동 접촉자에 접속되어 상기 가동 접촉자를 동작시키는 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 솔레노이드를 구비하는 개폐기.