WO2006115086A1 - 電磁アクチュエータ - Google Patents

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WO2006115086A1
WO2006115086A1 PCT/JP2006/307929 JP2006307929W WO2006115086A1 WO 2006115086 A1 WO2006115086 A1 WO 2006115086A1 JP 2006307929 W JP2006307929 W JP 2006307929W WO 2006115086 A1 WO2006115086 A1 WO 2006115086A1
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magnetic pole
movable
concave
electromagnetic actuator
convex
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PCT/JP2006/307929
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Inventor
Nobuhide Okada
Original Assignee
Shindengen Mechatronics Co., Ltd.
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Publication date
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    • H01F7/00Magnets
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    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
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    • H01F7/081Magnetic constructions

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic actuator for driving a load, and more particularly to an electromagnetic actuator in which a movable magnetic pole is provided in a fixed magnetic pole having an electromagnetic coil so as to be movable in the axial direction.
  • electromagnetic actuators used in devices such as electronic locks, printers, etc. are small in size and can provide a large suction force, and have little leakage magnetic flux to the outside and a noise.
  • Various characteristics such as small size are required.
  • Such an electromagnetic actuator has been devised in terms of the facing shape of the fixed magnetic pole and the movable magnetic pole as the plunger (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • a fixed magnetic pole 51 formed in a substantially cylindrical shape by a magnetic material has an electromagnetic coil 52, and a movable magnetic pole 55 made of a magnetic material in a through hole 53 of the fixed magnetic pole 51. Is passed through in the axial direction.
  • the tip of the movable magnetic pole 55 is provided with a convex taper 56 that tapers forward in the operation direction, while the through hole 53 of the fixed magnetic pole 51 has a rear end ( The right side of the figure forms a concave taper portion 57 corresponding to the convex taper portion 56.
  • the working distance of the movable magnetic pole 55 is determined by the concave taper portion 57 of the fixed magnetic pole 51 and the convex taper portion 56 of the movable magnetic pole 55.
  • Reference numeral 58 denotes an output shaft provided integrally with the movable magnetic pole 55.
  • the angle of the convex taper portion 56 of the movable magnetic pole 55 and the fixed magnetic field as in the electromagnetic actuator shown in FIG. is reduced, and each of the tapered portions 56 and 57 is formed longer in the axial direction, so that the working distance of the movable magnetic pole 55 can be increased.
  • Patent Document 1 Utility Model Registration No. 2526713
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 9-17630
  • the working distance of the movable magnetic pole 55 can be increased by providing the taper portions 56 and 57 on the movable magnetic pole 55 and the fixed magnetic pole 51, respectively. Therefore, there is a limit to reducing the angle of the tapered portions 56 and 57, and as it is today, it is difficult to meet the demand for a very large working distance! It was.
  • electromagnetic actuators used in devices such as electronic locks and printers have been remarkably miniaturized in recent years, and among them, ones that can obtain a larger working distance have been desired.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and the working distance can be increased more reliably with a simple configuration without combining a special conversion mechanism and the like. It is an object of the present invention to provide an electromagnetic actuator that can be stably operated.
  • the present invention proposes the following means.
  • the present invention comprises a fixed magnetic pole having a through hole in the axial direction and having an electromagnetic coil mounted thereon, and a movable magnetic pole provided in the through hole of the fixed magnetic pole so as to be movable in the axial direction.
  • a fixed magnetic pole having a through hole in the axial direction and having an electromagnetic coil mounted thereon
  • a movable magnetic pole provided in the through hole of the fixed magnetic pole so as to be movable in the axial direction.
  • An electromagnetic actuator having a convex magnetic pole portion protruding toward the opposite side and a concave magnetic pole portion corresponding to the convex magnetic pole portion formed on the other side, the opening end force of the concave magnetic pole portion in the axial direction
  • Auxiliary magnetic poles are provided in a row so as to extend in the direction.
  • the auxiliary magnetic pole when power is supplied to the electromagnetic coil, the auxiliary magnetic pole is provided to extend from the concave magnetic pole portion even if the axial distance between the concave magnetic pole portion and the convex magnetic pole portion is large. Therefore, the movable magnetic pole can be operated by generating a magnetic flux between the concave magnetic pole portion and the convex magnetic pole portion via the auxiliary magnetic pole. That is, two types of magnetic flux are generated between the fixed magnetic pole and the movable magnetic pole, and the movable magnetic pole is moved by the magnetic flux between the auxiliary magnetic pole and the convex magnetic pole portion in the initial stage of operation, and in the latter half, the concave magnetic Magnetic flux is also generated between the magnetic pole part and the convex magnetic pole part.
  • convex magnetic pole part and the concave magnetic pole part a taper shape, a stepped shape, or the like can be adopted.
  • the auxiliary magnetic pole is provided so as to extend the open end of the concave magnetic pole portion, when the convex magnetic pole portion enters the auxiliary magnetic pole portion, the auxiliary magnetic pole portion is interposed between the auxiliary magnetic pole portion and the convex magnetic pole portion. Magnetic flux is generated in the radial direction, whereby the magnetic force acting on the movable magnetic pole is dispersed in the radial direction together with the moving direction, and the thrust is reduced accordingly. Therefore, when it is necessary to suppress this reduction in thrust, a configuration in which a nonmagnetic material is interposed between the concave magnetic pole portion and the auxiliary magnetic pole is preferable.
  • the convex magnetic pole part enters the auxiliary magnetic pole, the radial magnetic flux passing between the convex magnetic pole part and the auxiliary magnetic pole is small.
  • the magnetic flux between the concave magnetic pole portions acts predominantly, and a large thrust can be generated.
  • the auxiliary magnetic pole is provided so as to extend with respect to the concave magnetic pole, the distance between the convex magnetic pole and the auxiliary magnetic pole is large when the distance between the concave magnetic pole and the convex magnetic pole is large. Since a magnetic force acts, a large working distance can be secured.
  • a ring-shaped material that also has a non-magnetic material force may be used, or a gap is provided between the concave magnetic pole portion and the auxiliary magnetic pole, and the air gap is used as a non-magnetic material.
  • the auxiliary magnetic pole may be divided into a plurality of parts on the circumferential side.
  • the movable magnetic pole can be stably operated even with a large load, and the versatility can be improved accordingly.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electromagnetic actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the initial state of the electromagnetic actuator shown in FIG. 1 and the magnetic flux.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between a state during operation of the electromagnetic actuator shown in FIG. 1 and magnetic flux.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between a state in which the movable magnetic pole has further moved from the state shown in FIG. 3 and the magnetic flux.
  • FIG. 5 is a sectional view showing an electromagnetic actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the initial state of the electromagnetic actuator shown in FIG. 5 and the magnetic flux.
  • FIG. 7 is an explanatory view showing a relationship between a state during operation of the electromagnetic actuator shown in FIG. 5 and magnetic flux.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a relationship between a state in which the movable magnetic pole has moved further from the state shown in FIG. 7 and magnetic flux.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a relationship between the state force shown in FIG. 8 and the state in which the movable magnetic pole has moved and the magnetic flux.
  • FIG. 10 is a working distance-thrust characteristic diagram of the electromagnetic actuator of each embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a first conventional electromagnetic actuator.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a second conventional electromagnetic actuator.
  • FIGS. 1 to 4 are views showing an electromagnetic actuator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a sectional view of the electromagnetic actuator
  • FIGS. 2 to 4 are states of the operating state of the electromagnetic actuator. It is explanatory drawing which shows the relationship with magnetic flux in order.
  • the electromagnetic actuator 10 includes a fixed magnetic pole 11 and a movable magnetic pole 20 provided on the fixed magnetic pole 11 so as to be movable in the axial direction.
  • the fixed magnetic pole 11 is made of a magnetic material and is formed in a substantially cylindrical shape, and a through hole 12 extending in the axial direction is formed therein.
  • the through-hole 12 has a concave tapered portion (concave shape) whose diameter is gradually reduced from the tip side (left side in the figure) along the operating direction of the movable magnetic pole 20 to the rear part (right side in the figure). (Magnetic pole part) 13.
  • a cylindrical electromagnetic coil 14 is attached in series with the fixed magnetic pole 11.
  • the electromagnetic coil 14 is for generating a magnetic flux between the fixed magnetic pole 11 and the movable magnetic pole 20 to attract the movable magnetic pole 20 in the axial direction of the fixed magnetic pole 11, and the coil wire 15 is used as a frame.
  • the bobbin 16 is wound around the cylindrical bobbin 16, and the bobbin 16 is attached to the rear end of the fixed magnetic pole 11 along the axial direction so as to be directed rearward.
  • the electromagnetic coil 14 is attached to the inner peripheral portion of the storage cylinder 17, which is also a magnetic material, and the storage cylinder 17 is attached to the rear part of the fixed magnetic pole 11.
  • the electromagnetic coil 14 is attached to the fixed magnetic pole 11 by providing the sliding cylinder 18 having a nonmagnetic thin body strength on the inner peripheral side of the electromagnetic coil 14.
  • the rear ends of the storage cylinder 17 and the sliding cylinder 18 are supported by the end wheel 19 in a further rear orientation of the electromagnetic coil 14. That is, the electromagnetic coil 14 is attached between the fixed magnetic pole 11 and the terminal ring 19.
  • the movable magnetic pole 20 is made of a magnetic material similar to the fixed magnetic pole 11, and has a substantially cylindrical shape as a whole, and the tip (left side in the figure) is a concave tapered portion 13 in the fixed magnetic pole 11.
  • Corresponding convex taper part (convex magnetic pole part) 22 is formed, and the thickest part on the rear end side of the convex taper part 22 is the same size and has a small diameter with an appropriate length in the axial direction.
  • a large-diameter portion 24 having a larger diameter is provided at the rear end portion of the small-diameter portion 23, and the rear-end side of the large-diameter portion 24 is inserted through the terminal ring 19 so that the fixed magnetic pole 11 It protrudes backward.
  • the large diameter portion 24 has an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the sliding cylinder 18 and is slid within the sliding cylinder 18.
  • a tapered convex taper portion 22 is provided at the tip of the portion 23 and the small diameter portion 23.
  • the movable magnetic pole 20 has a magnetic circuit formed between the electromagnetic coil 14, the movable magnetic pole 20, and the fixed magnetic pole 11 when a magnetic flux is generated by energizing the electromagnetic coil 14.
  • the right side force shown in the figure is also sucked and moved in the left direction in the through hole 12. Therefore, the movable magnetic pole 20 has an operating direction that moves from the right side to the left side.
  • FIG. 1 the two magnetic poles 11 and 20 are shown slightly separated from the end of operation.
  • the movable magnetic pole 20 returns to the right in FIG. 1 due to the elastic force of a panel (not shown) (for example, provided on the load side)! /
  • An output shaft 25 is attached to the center of the tip of the convex taper portion 22 of the movable magnetic pole 20, and the output shaft 25 passes through the tip of the through hole 12 of the fixed magnetic pole 11.
  • the fixed magnetic pole 11 protrudes outward.
  • a bearing 30 that slidably supports the output shaft 25 is provided at the opening end (the left end in FIG. 1) of the through hole 12 of the fixed magnetic pole 11.
  • a buffer ring 31 is provided for restricting the working distance of the movable magnetic pole 20 and reducing the operating noise.
  • An E-type retaining ring 32 is mounted on the outer periphery of the movable magnetic pole 20 at the rear position. The retaining ring 32 comes into contact with the buffer ring 31 at the end of operation.
  • a cylindrical auxiliary magnetic pole 40 is provided on the body at the rear end of the fixed magnetic pole 11.
  • the auxiliary magnetic pole 40 is formed so as to extend rearward to an intermediate position in the axial direction of the electromagnetic coil 14 so that the rear end portion of the fixed magnetic pole 11 extends to the outer periphery of the small diameter portion 23 of the movable magnetic pole 20. That is, the auxiliary magnetic pole 40 is formed in a cylindrical shape so that the rear end of the concave taper portion 13 of the fixed magnetic pole 11 also extends the fixed magnetic pole 11, and the inner diameter thereof is the small diameter portion 23 of the movable magnetic pole 20.
  • the electromagnetic actuator 10 configured as described above has a position where the movable magnetic pole 20 is separated from the fixed magnetic pole 11 by the elastic force of a panel (not shown). Then, it is arranged at a position close to the right side.
  • the distance between the convex taper portion 22 of the movable magnetic pole 20 and the concave taper portion 13 of the fixed magnetic pole 11 gradually decreases as shown in FIG.
  • the magnetic flux 20 flows between the taper portions 22 and 13 as shown by the arrow f2, and the operation of the movable magnetic pole 20 is continuously performed while the magnetic flux gradually increases. Even in this case, the magnetic flux continues to flow between the convex taper portion 22 of the movable magnetic pole 20 and the auxiliary magnetic pole 40 of the fixed magnetic pole 11 as indicated by the arrow fl.
  • the magnetic flux fl between the auxiliary magnetic pole 40 and the convex taper portion 22 and the magnetic flux f2 between the concave taper portion 13 and the convex taper portion 22 are between the fixed magnetic pole 11 and the movable magnetic pole 20. Two magnetic fluxes are generated.
  • the operation of the movable magnetic pole 20 further proceeds, and as the convex taper portion 22 of the movable magnetic pole 20 approaches to come into contact with the concave taper portion 13 of the fixed magnetic pole 11, as shown in FIG.
  • the magnetic flux (f 2) flowing between the convex taper portion 22 of the magnetic pole 20 and the concave taper portion 13 of the fixed magnetic pole 11 further increases.
  • the convex taper portion 22 of the movable magnetic pole 20 operates to a position where it substantially contacts the concave taper portion 13 of the fixed magnetic pole 11, and when the retaining ring 32 contacts the buffer ring 31, the movable magnetic pole 20 is in that position. Will stop. Note that the arrows indicated by fl and f2 in FIGS.
  • FIG. 10 is a working distance-thrust characteristic diagram with the horizontal axis representing the stroke (working distance) of the movable magnetic pole and the vertical axis representing the magnitude of the thrust against the movable magnetic pole.
  • Curve A in the figure represents this embodiment.
  • Fig. 11 shows the characteristics of the electromagnetic actuator 10 of Fig. 11.
  • Curve B shows the characteristics of the first prior art shown in Fig. 11.
  • Curve C shows the characteristics of the second prior art shown in Fig. 12.
  • L shows the load (panel) characteristics. Represent the size.
  • FIG. 5 to FIG. 9 show an electromagnetic actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • the electromagnetic actuator 50 of this embodiment is different from that of the first embodiment in that the cylindrical auxiliary magnetic pole 41 is separated from the fixed magnetic pole 11 and between the fixed magnetic pole 11 and the auxiliary magnetic pole 41, The nonmagnetic material 42 is provided.
  • the non-magnetic body 42 has an annular shape, and an annular recess 43 is formed at the rear end portion thereof to fit the front end portion of the cylindrical auxiliary magnetic pole 41, and the rear end of the fixed magnetic pole 11 itself.
  • the fixed magnetic pole 11, the nonmagnetic material 42, and the auxiliary magnetic pole 41 are integrated in this order by being fitted into the annular recess 44 formed in the portion.
  • the same parts as those in Fig. 1 are denoted by the same reference numerals in Figs.
  • the working distance of the movable magnetic pole 20 is reduced as shown by the curve A in FIG.
  • a thrust larger than the load L can be obtained within the range, but after the small diameter part 23 of the movable magnetic pole 20 enters the auxiliary magnetic pole 40 of the fixed magnetic pole 11, as shown by the arrow fl in FIG.
  • the magnetic flux is generated in the radial direction between the small diameter portion 23 of the movable magnetic pole 20 and the auxiliary magnetic pole 40.
  • the nonmagnetic material 42 is provided between the fixed magnetic pole 11 and the auxiliary magnetic pole 41 so as to divide them. Therefore, the nonmagnetic material 42 can suppress the magnetic flux from the small diameter portion 23 of the movable magnetic pole 20 via the auxiliary magnetic pole 41.
  • the magnetic coil 14 is energized by the arrow fl between the convex taper portion 22 of the movable magnetic pole 20 and the auxiliary magnetic pole 41.
  • magnetic flux is generated and the movable magnetic pole 20 is attracted.
  • the magnetic flux fl is smaller than that of the first embodiment because the nonmagnetic material 42 is interposed between the auxiliary magnetic pole 41 and the fixed magnetic pole 11.
  • FIG. 7 the convex taper portion 22 of the movable magnetic pole 20 When approaching the concave taper portion 13, a magnetic flux is generated between the taper portions 22 and 13 as shown by an arrow f2. Further, as shown in FIG.
  • the convex taper portion 22 of the movable magnetic pole 20 enters the auxiliary magnetic pole 41, and the magnetic flux between the tapered portions 22 and 13 of the movable magnetic pole 20 and the fixed magnetic pole 11 is strengthened.
  • both taper portions 2 2 than the relatively small magnetic flux (fl) between the auxiliary magnetic pole 41 and the movable magnetic pole 20 Therefore, the magnetic flux (f2) between 13 and 13 becomes more dominant, and a large thrust can be applied to the movable magnetic pole 20 up to the end of the working distance.
  • the characteristics can be adjusted by changing dimensions such as the inclination angle of both tapered portions of the fixed magnetic pole 11 and the movable magnetic pole 12, the size of the small diameter portion, the thickness of the auxiliary magnetic pole, and the axial length thereof.
  • the taper shape although it forms in the taper shape, the thing of the convex shape which does not necessarily need a taper shape, or a concave stepped shape may be sufficient.
  • the tapered shape, the stepped shape and the like are referred to as a convex magnetic pole portion and a concave magnetic pole portion.
  • the fixed magnetic pole has a concave magnetic pole and the movable magnetic pole has a convex magnetic pole, but conversely, the fixed magnetic pole may have a convex magnetic pole and the movable magnetic pole may have a concave magnetic pole.
  • the movable magnetic pole is provided with an auxiliary magnetic pole.
  • the auxiliary magnetic pole is formed in a cylindrical shape.
  • the auxiliary magnetic pole is not necessarily cylindrical as long as it is formed to extend in the axial direction with respect to the concave magnetic pole portion.
  • a configuration may be adopted in which a plurality of circular arc sections or the like are arranged in the circumferential direction by being divided in the circumferential direction.

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Abstract

 電磁コイル14を装着した固定磁極11と、該固定磁極の挿通孔12に軸方向に移動可能に設けられた可動磁極20とを備え、可動磁極にはその移動方向に沿い先細り形状をなす凸状テーパ部22が設けられる一方、固定磁極の挿通孔には可動磁極の凸状テーパ部と対応する凹状テーパ部13が形成されており、固定磁極に、凹状テーパ部の開口端から軸方向に延びるように筒状の補助磁極40が連設されている。

Description

明 細 書
電磁ァクチユエータ
技術分野
[0001] この発明は、負荷を駆動する電磁ァクチユエータに係り、特に電磁コイルを有する 固定磁極内に可動磁極が軸方向に移動可能に設けられた電磁ァクチユエ一タに関 する。
背景技術
[0002] 一般に、電子錠、プリンタ等のような機器に利用されている電磁ァクチユエータにあ つては、小型でありながら大きな吸引力が得られ、また外部への漏洩磁束が少なくか つ動作音が小さいなど、種々の特性が求められる。このような電磁ァクチユエータに ぉ 、ては、固定磁極とプランジャとしての可動磁極との対面形状に工夫が施されて ヽ る(例えば、特許文献 1及び特許文献 2参照)。
例えば、図 11に示す電磁ァクチユエータは、磁性材によって略筒状に形成された 固定磁極 51が電磁コイル 52を有しており、固定磁極 51の揷通孔 53内に磁性材から なる可動磁極 55が軸方向に移動可能に揷通されて 、る。
そして、電磁コイル 52に直流電流が印加されると、該電磁コイル 52によって磁束が 生じて、電磁コイル 52、可動磁極 55、固定磁極 51を経由する磁気回路が形成され、 可動磁極 55に図示の右側から左側へ軸方向に移動する推力が働く結果、可動磁極 55が軸方向に作動することとなる。
[0003] この場合、可動磁極 55の先端部には、作動方向前方に向けて先細り形状となる凸 状テーパ部 56が設けられる一方、固定磁極 51の揷通孔 53においては、その後端部 (図示の右側)が凸状テーパ部 56と対応する凹状テーパ部 57をなしており、この固 定磁極 51の凹状テーパ部 57と可動磁極 55の凸状テーパ部 56とによって可動磁極 55の作動距離を長くできるようにしている。符号 58は、可動磁極 55に一体に設けら れた出力軸である。
[0004] また、上記の構成を利用し、作動距離をさらに長くできるようにするため、図 12に示 す電磁ァクチユエータのように、可動磁極 55の凸状テーパ部 56の角度及び固定磁 極 51の凹状テーパ部 57の角度をそれぞれ小さくし、各々のテーパ部 56、 57が軸方 向により長く形成されることで、可動磁極 55の作動距離を長くできるようにしたものも ある。
特許文献 1 :実用新案登録第 2526713号公報
特許文献 2:特開平 9 - 17630号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 上述したように、図 11及び図 12に示す例では、可動磁極 55及び固定磁極 51にテ ーパ部 56、 57がそれぞれ設けられることで可動磁極 55の作動距離を大きくできるよ うにしているから、そのテーパ部 56, 57の角度を小さくするには限界があり、今日の ように 、つそう大きな作動距離を得る要請には対応し難!、と!/、う問題があった。
そのため、直線駆動型のソレノイドの代わりに回転型ソレノイドやモータを用いると 共に、これら回転機構に回転-直線変換機構を組み合わせて、回転運動を直線運 動に変換するものなどを用いることで大きな作動距離を得るようにして 、るものもある 力 そのようにした場合、内部構造がそれだけ複雑になるば力りでなぐ全体が著しく 大型化すると!ヽぅ問題があった。
特に、電子錠、プリンタ等のような機器に利用される電磁ァクチユエータにあっては 近年著しく小型化されており、その中でより大きな作動距離を得るものが望まれてい た。
[0006] この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、特別の変換機構などを組み 合わせることなぐ簡単な構成で作動距離をより確実に大きくすることができ、しかも 可動磁極を安定して作動させることができる電磁ァクチユエータを提供することを目 的とする。
課題を解決するための手段
[0007] 上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明は、軸方向に揷通孔を有すると共に、電磁コイルを装着した固定 磁極と、該固定磁極の揷通孔に軸方向に移動可能に設けられた可動磁極とを備え てなり、これら固定磁極又は可動磁極の一方に、可動磁極の移動方向に沿い他方に 向けて突出する凸状磁極部が設けられ、他方に、前記凸状磁極部と対応する凹状 磁極部が形成されている電磁ァクチユエータであって、前記凹状磁極部に、その開 口端力 軸方向に延びるように補助磁極が連設されて 、ることを特徴とする。
これにより、電磁コイルへ給電されたとき、凹状磁極部と凸状磁極部との間の軸方 向の距離が大きくても、補助磁極が凹状磁極部カゝら延長するように設けられているた め、該補助磁極を経由して凹状磁極部と凸状磁極部との間で磁束が発生することに より可動磁極を作動させることができる。つまり、固定磁極と可動磁極との間で二系統 の磁束を生じさせ、作動の初期の段階では補助磁極と凸状磁極部との間での磁束 によって可動磁極を移動させ、後半には、凹状磁極部と凸状磁極部との間でも磁束 を生じさせるのである。
なお、この凸状磁極部、凹状磁極部としては、テーパ状、段付き状等のものを採用 することができる。
この場合、補助磁極は凹状磁極部の開口端を延長するように設けられているため、 その補助磁極内に凸状磁極部が進入した状態となると、補助磁極と凸状磁極部との 間に磁束が半径方向に生じ、これにより、可動磁極に作用する磁力が、その移動方 向と共に半径方向にも分散されてしまうため、その分、推力が減少することとなる。 そこで、この推力の減少を抑えることが必要な場合には、前記凹状磁極部と前記補 助磁極との間に非磁性体を介在させた構成とするとよい。
このような構成とすること〖こより、凸状磁極部が補助磁極内に進入した際には、凸状 磁極部と補助磁極との間を通る半径方向の磁束は小さいため、凸状磁極部と凹状磁 極部間の磁束が支配的に作用して、大きな推力を生じさせることができる。もちろん、 凹状磁極部に対して補助磁極が延長するように設けられているので、凹状磁極部と 凸状磁極部との距離が離れている状態においては、凸状磁極部と補助磁極との間 で磁力が作用するので、大きな作動距離を確保することができる。
非磁性体としては、非磁性材料力も構成したリング状のものを用いてもよいし、凹状 磁極部と補助磁極との間に隙間を設けて、そのエアギャップを非磁性体としてもょ ヽ なお、前記補助磁極は、周方向側に複数に分割した構成としてもよい。 [0009] この発明によれば、凹状磁極部を延長するように補助磁極を連設したので、凹状磁 極部と凸状磁極部との距離が大きくても、補助磁極を介して凸状磁極部に磁力を作 用させることができ、特別の変 構などを具備させることなぐ簡単な構成で作動距 離を確実に大きくすることができる効果が得られ、また電磁ァクチユエータ全体の小 型化を実現できる
という効果も得られる。
また、凹状磁極部と補助磁極との間に非磁性体を設けた構成とすることにより、作 動距離の後半において可動磁極に対する推力が減少することを抑制し得て、全ての 作動範囲に亘つて良好な推力が得られる結果、大きな負荷にも可動磁極を安定して 作動させることができ、それだけ汎用性を高めることができる効果が得られる。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]この発明の第 1の実施の形態に係る電磁ァクチユエータを示す断面図である。
[図 2]図 1に示す電磁ァクチユエータの初期状態と磁束との関係を示す説明図である
[図 3]図 1に示す電磁ァクチユエータの作動途中の状態と磁束との関係を示す説明図 である。
[図 4]図 3に示す状態からさらに可動磁極が移動した状態と磁束との関係を示す説明 図である。
[図 5]この発明の第 2の実施の形態に係る電磁ァクチユエータを示す断面図である。
[図 6]図 5に示す電磁ァクチユエータの初期状態と磁束との関係を示す説明図である
[図 7]図 5に示す電磁ァクチユエータの作動途中の状態と磁束との関係を示す説明図 である。
[図 8]図 7に示す状態からさらに可動磁極が移動した状態と磁束との関係を示す説明 図である。
[図 9]図 8に示す状態力 さらに可動磁極が移動した状態と磁束との関係を示す説明 図である。
[図 10]各実施形態の電磁ァクチユエータの作動距離—推力特性線図である。 [図 11]第 1の従来例の電磁ァクチユエータを示す断面図である。
[図 12]第 2の従来例の電磁ァクチユエータを示す断面図である。
発明を実施するための形態
[0011] 以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図 1から図 4はこの発明の第 1の実施の形態に係る電磁ァクチユエータを示す図で あって、図 1は電磁ァクチユエータの断面図、図 2から図 4は電磁ァクチユエ一タの作 動状態と磁束との関係を順に示す説明図である。
図 1において、この電磁ァクチユエータ 10は、固定磁極 11と、該固定磁極 11に軸 方向に移動可能に設けられた可動磁極 20とを備えて 、る。
固定磁極 11は、磁性材カゝらなっていて略筒状に形成されており、その内部に軸方 向に沿う揷通孔 12が形成されている。該揷通孔 12は、可動磁極 20の作動方向に沿 う先端側(図示の左側)が最も小径をなし、そこから後部(図示の右側)に至るに従い 次第に拡径された凹状テーパ部(凹状磁極部) 13を有している。
[0012] また、固定磁極 11に連設して筒状の電磁コイル 14が装着されて ヽる。該電磁コィ ル 14は、固定磁極 11及び可動磁極 20間で磁束を発生させて可動磁極 20を固定磁 極 11の軸方向に吸引作動させるためのものであり、コイル線 15が卷枠としての筒状 のボビン 16に卷回されると共に、そのボビン 16が固定磁極 11の後端にさらに後方に 向力 よう軸方向に沿って装着されて 、る。電磁コイル 14と固定磁極 11との組付け に際しては、電磁コイル 14が磁性材カもなる格納筒 17の内周部に取り付けられ、そ の格納筒 17が固定磁極 11の後部に取り付けられると共に、電磁コイル 14の内周側 に非磁性の薄肉体力ゝらなる摺動筒 18が設けられることで、電磁コイル 14が固定磁極 11に装着される。格納筒 17及び摺動筒 18の後端が電磁コイル 14のさらに後方位 置で終端輪 19に支持されている。つまり、固定磁極 11及び終端輪 19の間に電磁コ ィル 14が装着されている。
[0013] 一方、可動磁極 20は、固定磁極 11と同様磁性材によって構成されており、全体と して略円柱状をなすと共に、先端部(図示左側)が固定磁極 11における凹状テーパ 部 13に対応する凸状テーパ部(凸状磁極部) 22として形成され、該凸状テーパ部 2 2の後端側の最も太い部分がそのままの大きさで軸方向に適宜の長さをなして小径 部 23とされ、その小径部 23の後端部にそれより大きな径の大径部 24が設けられ、該 大径部 24の後端側が前記終端輪 19を挿通することで、固定磁極 11の後方に突出 している。その大径部 24が前記摺動筒 18の内径よりわずかに小さい外径を有して、 該摺動筒 18内を摺動するようになっており、この大径部 24の先端に前記小径部 23、 該小径部 23の先端に先細り形状の凸状テーパ部 22が設けられる。
[0014] この可動磁極 20は、電磁コイル 14への通電によって磁束が生じたとき、電磁コイル 14と可動磁極 20と固定磁極 11との間で磁気回路が形成されることで、固定磁極 11 の揷通孔 12内で図示右側力も左方向に吸引移動される。したがって、可動磁極 20 は、右側から左側へ移動する作動方向となる。
なお、図 1では、作動終了時点よりもわずかに両磁極 11、 20を離した状態に描か れている。また、電磁コイル 14に対する通電が遮断された時点では、図示しないパネ (例えば負荷側に設けられる)の弾性力により、可動磁極 20が図 1にお ヽて右方向に 復帰するようになって!/、る。
[0015] また、可動磁極 20における凸状テーパ部 22の先端中央部には出力軸 25がー体 に取り付けられ、該出力軸 25が固定磁極 11の揷通孔 12の先端部を揷通して固定 磁極 11の外方に突出している。固定磁極 11の揷通孔 12の開口端部(図 1の左側端 部)には、出力軸 25を摺動自在に支持する軸受 30が設けられている。
さらに、可動磁極 20の後部においては、可動磁極 20が作動したとき、その可動磁 極 20の作動距離を規制すると共に、作動音を小さくさせるための緩衝輪 31が設けら れ、該緩衝輪 31よりも後方位置の可動磁極 20の外周には E型の留め輪 32が装着さ れている。この留め輪 32は作動終了時点で緩衝輪 31に当接される。
[0016] そして、この電磁ァクチユエータ 10においては、固定磁極 11の後端に筒状の補助 磁極 40がー体に設けられている。この補助磁極 40は、固定磁極 11の後端部が可動 磁極 20の小径部 23の外周まで張り出すように、電磁コイル 14の軸方向の途中位置 まで後方に延長して形成されている。つまり、補助磁極 40は、固定磁極 11の凹状テ ーパ部 13の後端カも該固定磁極 11を延長するように筒状に形成されており、その内 径が可動磁極 20の小径部 23より若干大きく設定されて、該小径部 23と電磁コイル 1 4との間に形成されるリング状の空間 35内に配置されるように設けられている。 [0017] 上記のように構成された電磁ァクチユエータ 10は、初期状態においては、図 2に示 すように、図示しないパネの弾性力によって、可動磁極 20が固定磁極 11から離れた 位置、図 2では右側に寄った位置に配置される。
この状態にあるとき、電磁コイル 14に直流電流が印加して給電されると、可動磁極 20が前記パネの弾性力に抗し、矢印 Pに示すように右側から左側に吸引される。
[0018] この図 2に示す状態では、固定磁極 11の凹状テーパ部 13と可動磁極 20の凸状テ ーパ部 22との間の距離が最も大きくなつている力 固定磁極 11に一体に形成されて V、る筒状の補助磁極 40が後方位置まで張り出して、可動磁極 20に近くなつて 、るの で、該補助磁極 40と可動磁極 20の凸状テーパ部 22との間の間隔力 固定磁極 11 の凹状テーパ部 13と可動磁極 20の凸状テーパ部 22との間の距離に比べて十分に 小さぐこの補助磁極 40と可動磁極 20の凸状テーパ部 22との間を矢印 flで示すよう に経由して、固定磁極 11、格納筒 17、終端輪 19、可動磁極 20の大径部 24及び小 径部 23を通る磁束が発生する結果、可動磁極 20が作動し始めることとなる。
[0019] 次いで、可動磁極 20が作動するに伴い、図 3に示すように、可動磁極 20の凸状テ ーパ部 22と固定磁極 11の凹状テーパ部 13との間の距離が次第に小さくなり、それ ら両テーパ部 22、 13間においても矢印 f2で示すように磁束が流れ、これが次第に増 加しながら可動磁極 20の作動が継続して行われる。この場合においても、可動磁極 20の凸状テーパ部 22と固定磁極 11の補助磁極 40との間でも矢印 flで示すように 磁束が流れ続ける。
つまり、固定磁極 11と可動磁極 20との間に、補助磁極 40と凸状テーパ部 22との 間の磁束 flと、凹状テーパ部 13と凸状テーパ部 22との間の磁束 f 2との二系統の磁 束が生じること〖こなる。
[0020] その後、可動磁極 20の作動がさらに進み、図 4に示すように、可動磁極 20の凸状 テーパ部 22が固定磁極 11の凹状テーパ部 13に当接するように近づくに従 、、可動 磁極 20の凸状テーパ部 22と固定磁極 11の凹状テーパ部 13との間を流れる磁束 (f 2)がさらに増加する。そして、可動磁極 20の凸状テーパ部 22が固定磁極 11の凹状 テーパ部 13と略当接する位置まで作動し、留め輪 32が緩衝輪 31に当接した時点で 、可動磁極 20がその位置で停止することとなる。 なお、図 2から図 4に fl、 f2で示す矢印は、磁束の増加に伴ってその太さを変えて いる。また、このようにして可動磁極 20を作動させた後、電磁コイル 14に対する通電 が遮断されると、可動磁極 20に対する吸引力が解除されるので、図示しないパネの 弾性力により可動磁極 20が図 2に示す元の位置に復帰することとなる。
[0021] このように、固定磁極 11の凹状テーパ部 13と可動磁極 20の凸状テーパ部 22との 間の軸方向の距離が大きぐその間で磁束が発生することがなくとも、固定磁極 11の 後方に延びる補助磁極 40と可動磁極 20との間で図 2の矢印 flで示すように磁束が 発生することで可動磁極 20を作動させることができるので、長 、作動距離を要する場 合であっても、作動の開始を確実に行わせることができる。
そのため、従来技術のように、それぞれのテーパ部 13、 22の形状を軸方向に著し く長くする必要がないば力りでなぐ特別の変 構などを具備させることが不要に なる。しかも、固定磁極 11の一部を延長させて補助磁極 40を設けるだけの簡単な構 成であり、電磁ァクチユエータ 10全体の小型化を阻害することがない。
[0022] 因みに、この実施の形態に係る電磁ァクチユエータの特性を測定したところ、図 10 の曲線 Aに示す結果となった。図 10は、横軸に可動磁極のストローク (作動距離)を 、縦軸に可動磁極に対する推力の大きさをそれぞれとった作動距離一推力特性線 図であり、図中の曲線 Aが本実施形態の電磁ァクチユエータ 10の特性を示し、曲線 Bは図 11に示す第 1の従来技術の特性を、曲線 Cは図 12に示す第 2の従来技術の 特性をそれぞれ表し、 Lは負荷 (パネ)の大きさを表して 、る。
図 10において、曲線 Bでは、約 9mmのストローク以上になると、負荷 Lよりも推力が 小さくなるので、作動することができず、約 9mm以内のストロークにしか適用できない 。曲線 Cでは、曲線 Bに比較すると、作動距離を大きくとれ、約 16mmまでストローク が延びるものの、それ以上のストロークには対応できない。
[0023] これらに対し、曲線 Aでは、この作動距離一推力特性線図の範囲内のストローク 30 mmまでは、負荷 Lよりも常に大きな推力が得られることが理解できる。したがって、こ の電磁ァクチユエータ 10によれば、作動距離を確実に大きくすることができ、し力も 作動距離が大きくなつても、可動磁極 20を安定して作動できる。
[0024] 図 5から図 9は、この発明の第 2の実施の形態に係る電磁ァクチユエータを示してい る。 この実施形態の電磁ァクチユエータ 50において、前記第 1の実施形態のものと 異なるのは、固定磁極 11から筒状の補助磁極 41を分離して、該固定磁極 11と補助 磁極 41との間に、非磁性体 42を設けた点にある。
即ち、非磁性体 42は、環状をなしており、その後端部に、筒状の補助磁極 41の先 端部を嵌合する環状凹部 43が形成されると共に、自身は固定磁極 11の後端部に形 成された環状凹部 44に嵌合されることにより、固定磁極 11、非磁性体 42、補助磁極 41がこの順で一体化されている。その他の図 1と同一部分には図 5から図 9において も同一符号を付している。
[0025] ところで、第 1の実施の形態における電磁ァクチユエータ 10においては、補助磁極 40を経由して磁束が発生するために、図 10の曲線 Aに示したように、可動磁極 20の 作動距離の範囲内において負荷 Lより大きな推力が得られるようになっているが、可 動磁極 20の小径部 23が固定磁極 11の補助磁極 40内に進入した後は、図 4の矢印 flに示すように、可動磁極 20の小径部 23と補助磁極 40との間で磁束が半径方向に 発生する形態となる。
[0026] したがって、可動磁極 20の凸状テーパ部 22が固定磁極 11の凹状テーパ部 13に 近づくにつれ、両テーパ部 22、 13間を通る磁束 (f 2)の量は増大するものの、可動磁 極 20に対する半径方向の吸引力の影響によって軸方向の推力が低減することにな り、図 10における曲線 Aのストローク 7mm付近、具体的には 4〜9mm付近に示され るように推力が落ち込んでしまう。
これに対して、第 2の実施の形態に係る電磁ァクチユエータ 50の場合は、前述した ように固定磁極 11と補助磁極 41との間にこれらを分断するように非磁性体 42が設け られているため、該非磁性体 42によって可動磁極 20の小径部 23から補助磁極 41を 経由する磁束を抑制することができる。
[0027] すなわち、図 6から図 9に基づき説明すると、図 6に示す初期位置では電磁コイル 1 4への通電によって可動磁極 20の凸状テーパ部 22と補助磁極 41との間で矢印 flで 示すように磁束が生じて可動磁極 20が吸引される。この磁束 flは、補助磁極 41と固 定磁極 11との間に非磁性体 42が介在していることにより、第 1実施形態のものより小 さくなる。次いで、図 7に示すように可動磁極 20の凸状テーパ部 22が固定磁極 11の 凹状テーパ部 13に接近すると、これら両テーパ部 22、 13間でも矢印 f 2で示すように 磁束が生じる。さらに、図 8に示すように可動磁極 20の凸状テーパ部 22が補助磁極 41内に進入して、可動磁極 20と固定磁極 11との両テーパ部 22、 13間の磁束が強 められていき、図 9に示すように、両テーパ部 22、 13間の距離が小さくなるにつれ、 補助磁極 41と可動磁極 20との間の比較的小さい磁束 (fl)に比べて、両テーパ部 2 2、 13間の磁束 (f2)の方が十分支配的となり、可動磁極 20に対して作動距離の末 端側まで大きな推力を作用させることができるのである。
[0028] この一連の工程における推力の変化を図 10に曲線 Dで示す。この曲線 Dで明らか なように、固定磁極 11と可動磁極 20との離間距離が大きい状態のときは、例えばスト ローク 20mm付近においては、可動磁極 20と補助磁極 41との間に生じる磁束 (fl) が第 1実施形態のものより小さいことから、第 1実施形態の曲線 Aよりも第 2実施形態 の曲線 Dの方が推力が小さくなるが、第 1実施形態の場合には推力が落ち込むスト口 ーク 4mn!〜 9mm付近では、その落ち込み量が小さくなつて、逆に、第 2実施形態の 曲線 Dの方が推力が大きくなる。これは、非磁性体 42の存在によって補助磁極 41を 経由する磁束 (fl)が少なくなることにより、前述したように、補助磁極 41内に可動磁 極 20が進入したときに作用する半径方向の吸引力よりも、可動磁極 20と固定磁極 1 1との両テーパ部 22、 13間の軸方向の吸引力が支配的となるためである。
[0029] したがって、図 10の作動距離—推力特性線図に曲線 Dで示すように、ストローク 30 mmまでの範囲内では、その全範囲で十分に安定した作動を行わせることができる。 また、このような推力特性の結果、負荷が大きくなつても良好に作動させることがで き、図 10において負荷を L力も L1へと上昇させた場合でも、ストローク 30mmまでの 全範囲で推力の方が上回り、より大きな負荷に対しても長いストロークを確保すること ができる。
なお、固定磁極 11及び可動磁極 12の両テーパ部の傾斜角度、小径部の大きさ、 補助磁極の厚さ及びその軸方向の長さ等の寸法を変えることで特性を調整すること ができるのは勿論である。また、前記各実施形態では、テーパ状に形成しているが、 必ずしもテーパ状でなくでもよぐ凸状、又は凹状の段付き形状のものでもよい。請求 項では、これらテーパ状のもの、段付き形状のもの等を凸状磁極部、凹状磁極部とい また、前記実施形態では、固定磁極に凹状磁極部、可動磁極に凸状磁極部とした が、逆に、固定磁極に凸状磁極部、可動磁極に凹状磁極部としてもよぐその場合に は、可動磁極に補助磁極が設けられる。
また、前記各実施形態の例では補助磁極を筒状に形成したが、凹状磁極部に対し て、軸方向に延長するように形成されるものであれば必ずしも筒状でなくともよぐ例 えば、周方向側に分割して、断面円弧状等のものを周方向に複数配置する構成とし てもよい。

Claims

請求の範囲
[1] 軸方向に揷通孔を有すると共に、電磁コイルを装着した固定磁極と、該固定磁極 の揷通孔に軸方向に移動可能に設けられた可動磁極とを備えてなり、これら固定磁 極又は可動磁極の一方に、可動磁極の移動方向に沿い他方に向けて突出する凸状 磁極部が設けられ、他方に、前記凸状磁極部と対応する凹状磁極部が形成されてい る電磁ァクチユエータであって、
前記凹状磁極部に、その開口端力 軸方向に延びるように補助磁極が連設されて
V、ることを特徴とする電磁ァクチユエータ。
[2] 請求項 1記載の電磁ァクチユエータにおいて、
前記凹状磁極部と前記補助磁極との間に非磁性体を介在させたことを特徴とする 電磁ァクチユエータ。
[3] 請求項 2記載の電磁ァクチユエータにおいて、
前記補助磁極は周方向側に複数に分割されていることを特徴とする電磁ァクチュ ェ1 ~~タ.
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