WO1985004044A1 - Electromagnetic actuator apparatus - Google Patents

Description

明 細 書 電 磁 操 作 装 置 技 術 分 野

*発明 は通電に よ っ て 2値的な機械的変位、 保持を双安 定 または単安定に操作する装置であ り 、 例えば弁棒、 ビス ト ン 、 開閉器可動部、 施錠具などの機械力の作用する装置 の 2値的変位を微電流パルス信号に よ つ て電磁的に操作す る電磁操作装置に関する。 背 景 技 衞

従来、 弁椟、 ピ ス ト ン等に機械力を 作用 させる ために保 持磁石型電磁操作装置が知 られている 。

保持磁石型電磁操作装置は、 第 1 図 に示 される よ う に、 永久磁石 2 を連結 した鉄心 1 a , 1 b に ソ レ ノ ィ ド、コ イ ル 3 a , 3 b を卷回 し、 こ の ソ レ ノ ィ ド コ イ ル 3 a , 3 b に 操作電流 を流 して永久磁石 2 の保磁力 を打消す方向すなわ ち電磁石起磁力と 永久磁石起磁力が直列 に な っ た磁気回路 を構成 させ、 接極子 4 を第 1 図 （ a ) ま たは （ b ) のいず れかの状態に可逆的に保持する も のであ る。 第 1 図 （ a ) の状態 で ソ レ ノ ィ ドコ イ ル 3 a に操作電流を 永久磁石 2の 保磁力 を減少させる方向に流せば接極子 4は第 1 図 （ b ) に示 され る よ う に他方の保磁力の大き い磁性体であ る永久 磁石 2 を連結 した鉄心 1 b に吸着 し、 第 1 図 （ b ) の状態 で ソ レ ノ イ ド コ イ ル 3 b に通電 し永久磁石 2 の磁力を減少 さ せる 方向に流せば接極子 4 は第 1 図 （ a ) の状態に復帰 Tる 。

こ の保持型電磁石ほ、 無通 ¾時に接 ^子 4 の 自 己保持特 性を も っ ているが、 术 '質的に次の よ う な欠点があ っ た。

C I ；) 操作用 ソ レ ノ ィ ド、コ イ ル 3 a , 3 'り が動作、 復^用 の 2 個必要と な り 、 構造が複雑で大型 と な る 。

C 2 ) ,Κ久磁石 2 の保磁力を減少 させる 方 に操作 ソ レ ノ ィ 卜' コ イ ル 3 a , 3 b に ¾ i を流すの で所要ァ ンペア タ ー ン 力 人 き か っ た。 故に推力 0. 2 k §· 、 ス ロ ー ク 2 m m程 度で 1 0 W以上の操作電力を必要 とす る 。

( 3 ：. 作用電線が 3線式と な る 。 発 明 の 開

^明は上 の欠点を解消するため に提案 された も ので ^度、 高速作勃で双安定または -安 « な 態を得る ょ ラ に動作する小型で単純で躀丈な褐 を ^する '！:磁操作装置 を提供す る こ と を 目的とする。

太 ^明 は上述の 目的を達成するため に 安定または举安 定な状態 と なる ょ ラ に動作する も の であ リ 、 固定片と 可動 片 を組み合せた磁気回路から成 り 、 磁気 M路の電磁石に よ る起磁力 と並列に よる永久磁石起磁力が *入 された こ と を 特徴 と す る ものであ る。

本発明は以上説明 したよ う に構成される こ と に よ り単純 で 丈な構造で、 高感度で高速作勃す る と い う 効果を奏す る。 図 面 の 簡 単 な 説 明

第 1 図 （ a ) ( b ) は従来の電磁操作装置の説明図、 第 2 図 （ a ) ( b ) は *発明の第 1 の実旌例の説明図、 第 3 図 （ a ) ( b ) は *発明の第 2 の実施例の説明図、 第 4図 ( a ) ( b ) は本発明の第 3 の実施例の説明図、 第 5 図 ( a ) ( b ) は本発明の第 4の実施例の説明図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 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 2 図 （ a ) ( b ) では *発明の第 1 の実施例が示 さ れ、 コ イ ル 1 1 に よ っ て励磁される空隙を も っ た磁気回路 で あ る 固定片 1 2 と 、 こ の固定片 1 2 の磁極面 1 2 a ， 1 2 b の間 に 、 两磁極面 1 2 a ， 1 2 b に直交する矢印 1 4 a または 1 4 b方向に機械的変位を可能 と する第 1 の 間隙 1 3 を介 して挿入 した磁性体であ る可動片 1 4 と 、 固 定片 1 2 の継鉄部 1 7 に固定され、 可動片 1 4 の側面に微 少な第 2 の間隙 1 5 を介 して同一極性磁極が可動片 1 4 に 対面 した永久磁石 1 6 と に よ っ てなる 。

次に *実施例の動作について説明する。

可動片 1 4が第 2図 （ a ) に示される よ う に固定片 1 2 の磁極面 1 2 b に接触 している場合、 永久磁石 1 6 の磁束 に よ っ て可動片 1 4は磁棱面.1 2 b と磁気的吸引力作用の 状態に あ る。 この状態において、 コ イ ル 1 1 に、 正方向の パル ス信号を通電し、 磁極面 1 2 b に N極性、 磁極面 1 2 a に S極性の磁極を形成させれば、. 実旌例の全磁束は第 1 の間隙 1 3 に集中 して可勖片 1 4はス ナ ッ プ的に第 2図 ( b ) の状態に変位して正方向のパル ス信号の通電終了後 も永久磁石 1 6 の磁束によって磁極面 1 2 と の吸着状態 を保持する。

次に第 2 図 （ b ) の状態において、 コ イ ル 1 1 に逆方向 の パ ル ス信号を通電 し、 磁極面 1 2 a に N瘙性、 磁極面 1 2 b に S極性の磁極を形成させれば、 第 2 図 （ a ) の状 態に可動片 1 4が変位復帰する。

第 3 図 （ a ) ( b ) に示される本癸明の第 2 の実施例は 可動片 1 4の側面に綞鉄部 1 7 に対 して微少な第 2の間隙 1 5 を有する永久磁石 1 6 を配置する。 こ の動作は第 2 図 ( a ) ( b ) の実施例と同様である。

第 4 図では本発明の第 3の実旅例が示され、 コ イル 1 1 に よ っ て励磁ざれる空隙と、 永久磁石 1 6 を直列に接統し た固定片 1 2 の磁槿面 1 2 a ， 1 2 b の間に、 両磁極面 1 2 a ， 1 2 b に直交する方向に機械的変位を可能とする 第 1 の間隙 1 3 を介して挿入した磁性体の可動片 1 4 と、 可勖片 1 4の固定片 1 2の磁極面 1 2 b に対面 しない側面 と微少な第 2の間隙 1 5 を介して対面 し、 永久磁石 1 6の 両磁植面 に 固定された磁性体接 ¾子 3 7 ·"に よ っ て な る。

可動片 1 4が第 ·図 （ a ) に示される よ う に磁極面 1 2 b に接触 し、 磁極面 1 2 a と第 1 の間隙 1 3 を介 して対面 し てい る場合、 永久磁石 1 6 の磁束に よ っ て可動片 1 4は 磁極面 1 2 b に磁気的に吸引された状態にあ る。 こ の状態 において、 コ イル 1 1 に、 正方向のバル ス信号を通電 し、 磁極面 1 2 b に N極性、 永久磁石 1 6 の S極側の接極子

3 7 に S 極性を形成させれば磁極面 1 2 b に反発力が発生 し て可動片 1 4はスナッ プ的に第 4図 （ b ) に示される よ う に磁棧面 1 2 a に吸着 して変位する。 正方向パル ス信号 の通電終了後も永久磁石 1 6 の磁束の作用に よ っ て磁極面 1 2 a と の吸着状態を保持する。

次 に第 4図 （ b ) の状態でコ イ ル 1 1 に逆方向のパル ス 信号を通電 し、 磁極面 1 2 b に S極性を接極子 3 7 に N楂 性 を 形成 さ せれば、 全磁束は磁椟面 1 2 b側第 1 の間隙 1 3 に集中 し可動片 1 4は第 4図 （ a ) の状態に復帰 し固 定片 1 2 の磁極面 1 2 b と吸着する。

第 5 図 に示 さ れ る本発明の第 4 の実施例は第 4 図の実 施例 の永久磁石 1 6 を省略 し可動片 4 6 の両側に磁極片

4 5 ， 4 5 を設けたものである。 動作は第 4 図の実施例と 同様であ る。

*発明は、 上述の実施例において固定片、 可動片の相互 間の変位に対 し変位の一定方向に対 し永久磁石に杭する永 久磁石吸引力よ り小さい所定値の機械的抗カあ るいは磁気 的抗力、 例えばス プ リ ン グ等によ っ て バ イ ア ス抗カを重畳 させる こ と によ り単安定的に動作させて も よい。

*実施例は、 以上説明 した.とおり操作エネ ルギーを提供 f ΟΜΡΙ する コ ィ ルの ア ン ペ ア タ ー ンを カ軽減 し得る構造と な つ てい る の で強力な 久磁石を配置する こ と に よ リ 、 次の と ぉ リ 植め て優れた性能を発揮でき る。

( 1 ) 太実施例の動作において、 励磁電流に よ る磁束と、 永久磁石に よ る磁. Φ: とほ、 常に軟磁性体内部においてのみ 作用 し合い、 第 i の従来装置と異な り コ イ ル通 ¾による 起磁力ほ強大な保磁力を持つ永久磁石の起磁力 と 直接作用 し ないの で、 所 ¾'励磁ア ンペア タ ー ンを大幅に低減する こ と が可能 と な り 、

機械力、 機械的位 §の 2値的変位が、 微少電流のパルス 信号で操作でき る。 ¾験結果に よれば 5 0 0 g で吸着 して い る 可動片 を 2 m m の ス ト ロ ー ク で反対方向 に 1 k の 推力 で反 ¾ す る H 的で 6 V , 0. 5 A の微少電流を数十 m s e c のパル ス状に極めて微少な操作エ ネ ル ギ ー を供給す る こ と に よ っ て可能であ っ た。 ちなみに 、 従来市販されて いる製品でほ 作 ϋも 3線式と な り 、 推力 1 k g の 2 ：11 111 の ス ト ロ ー ク で約 3 0 Wの操作 rf 力を必要と する 。

C 2 ) 第 1 ¾の従来装置では操作用コ イ ルを 2 個 と し、 3 線式の操作線を必 ^とするの に比鲛 し 、 *実施例ではコ ィ ル 1 倔を 2 線式の操作線で搡作でき、 小型、 軽量で安価で あ る。

( 3 ) 微少電 のパル ス信号で操作で き る の で、 長距離遠 方操作用 と し て ¾镍設備費の低減が期待でき る 。

( ) 操作用エス ル ギ一が微少であ る ため低電圧、 微電流 と な り 工場、 鉱山 における *質安全防爆装置、 あ るいは操 作電源 と し て経済的に ソ ー ラ ーセ ル等の利用が可能 と な る。 産業上の利用性

以上説明 したよ う に 、 本発明は電磁操作弁、 電磁操作ビ

ス ト ソ 、 電磁施錠、 開閉機操作機構、 本質的安全防爆装 置、 異常引外 し機構、 その他各種産業、 民生分野に槿めて 有用な効果を期待でき る。

f O PI \

Claims

請 求 の 範 囲

固定片と可動片とによ リ成る磁気回路であって、 該 磁気回路の ¾磁石起磁力に永久磁石起磁力が *列に挿 入され、 該固定片内の空隙に双安定または単安定状態 で作動するように該可動片が保持されたこ とを特截と する軍磁操作装置。

前記空隙をもつ前記磁気回路を形成する電磁石コ ィ ルを卷回した強磁性体の前記固定片と、 前記空隙に対 面する前記磁極面の間に、 前記磁極面に対する変位を 可逆自在に可能とする第 1 の間隙を介して挿入した磁 性体の前記可動片と、 前記第 1 の間隙を除 く部位で、 前記固定片あるいは可動片のいずれか一方に固定し、 他方に対し、 前記磁極面と異極性の前記磁極面を第 2 の間隙を介して対面させ、 前記磁気回路において前記 電磁石コ イ ルに対し並列接铙の起磁力とする前記永久 磁石とから成る特許請求の範囲第 1 項記載の ¾磁操作 装置。

前記永久磁石の前記両磁極面それぞれに、 前記空隙 を もつ前記磁気回路を形成する前記電磁石コ ィルを巻 回 した磁性体を固定した前記阖定片 と、 前記磁気回路 の前記空隙に対面する前記永久磁石起磁力を磁気的に 短絡する 2位置を可逆自在に変位可能とするよう配置 した磁性体の前記可動片とから成る特許請求の範囲第 1 項記載の ¾磁操作装置《

前記空隙をもつ前記磁気回路を形成する前記電磁石 コ イ ルを巻回 した前記固定片 と 、 前記永久磁石の両磁 極面 にそれぞれ磁性体磁極片を固定 し、 前記磁椟片の 雜鈇部に前記第 2 の間隙を介 して対面 さ せ、 前記永久 磁石起磁力を短絡する 2 位置を可逆 自在に変位可能と す る よ う配置 した前記可動片 と か ら成る特許請求の範 囲第 1 項記載の電磁操作装置。

前記固定片 と 前記可動片の相互間 に磁気的バ イ ア ス 吸引 力またほ機械的バ イ ァ ス抗力 を重畳 さ せ機械的単 安定状態を電磁操作する特許請求の範囲第 1 項ない し 第 4 項のいずれかに記載の電磁操作機構。

O PI

(r /"iPrO

^ΓΆ;ΛΤΙΟ¾