JP2003017315A - ロータリソレノイド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイル及びスイッチング素子の数を低減した
ロータリソレノイドを提供すること。 【解決手段】 回転軸１８と、前記回転軸１８と一体的
に固定され、前記回転軸１８の半径方向にＮ極及びＳ極
が形成され、前記Ｓ極から前記Ｎ極に至る磁束が均一・
平行な永久磁石２０と、前記永久磁石２０と所定のギャ
ップを隔てて対向する一対のステータ部１４Ａ，１４Ｂ
が形成されたヨーク１２と、前記ヨーク１２に巻回され
た単一のコイル３０と、オン時及びオフ時に前記コイル
３０を夫々励磁及び非励磁とするような通電制御を行な
う単一のスイッチング素子３６とを備えた、ロータリソ
レノイドを構成した。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ロータリソレノイ
ド、特にバルブ弁体の回転駆動に使用されるロータリソ
レノイドに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のロータリソレノイド、例えば、特
開昭５４−３４０１４号公報に開示されたものにおいて
は、回転軸上に装架された磁石が、一対のステータ間に
配置されている。また、各ステータ上にはコイルが巻回
されており、各コイルに一方向に通電がなされたとき、
一方のステータ及び他方のステータが夫々Ｎ極及びＳ極
が形成され、磁石が一方のステータ側に引き寄せらる。
そして、各コイルに一方向に通電がなされている間、磁
石は、第１の位置をとる。他方、各コイルへの通電が、
他方向に切換えられたとき、一方のステータ及び他方の
ステータが夫々Ｓ極及びＳ極が形成され、磁石が他方の
ステータ側に引き寄せらる。そして、各コイルに他方向
に通電がなされている間、磁石は、第２の位置をとる。
しかして、磁石は回転軸上に一体的に固定されているの
で、磁石の第１の位置から第２の位置への変移（第２の
位置から第１の位置への変移）に伴い、回転軸は、一方
向（他方向）の回動をなすようになっている。この回転
軸が、例えば、弁に連結されていた場合、弁の開閉作動
がなされることになる。また、各コイルの通電方向の切
換えは２つスイッチング素子を使用している。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た技術においては、コイルを一対必要とし、また、各コ
イルの通電方向の切換えは２つスイッチング素子を必要
としているので、制御の簡素化及び部品点数削減の観点
から、更に改善が要請される。 【０００４】それ故に、本発明は、かような要請に応え
ることができるロータリソレノイドを提供することを、
その技術的課題とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するために講じた第１の技術的手段は、回転軸と、前
記回転軸と一体的に固定され、前記回転軸の半径方向に
Ｎ極及びＳ極が形成され、前記Ｓ極から前記Ｎ極に至る
磁束が平行な永久磁石と、前記磁石と所定のギャップを
隔てて対向する一対のステータ部が形成されたヨーク
と、前記ヨークに巻回された単一のコイルと、前記コイ
ルを選択的に励磁及び非励磁とする単一のスイッチング
素子とを備え、前記コイルが励磁されたときに、前記ス
テータ部に形成される磁極と前記永久磁石の磁石との間
の反発力により、前記永久磁石及び前記回転軸とが一体
的に第１の位置から第２の位置に回動変移し、前記コイ
ルが非励磁とされたときに、前記ステータ部に作用する
前記永久磁石の磁気吸引力により、前記永久磁石及び前
記回転軸とが一体的に第２の位置から第１の位置に単独
で回動復帰するようにした、ロータリソレノイドを構成
したことである。 【０００６】上記した技術的手段においては、コイルの
非励磁のときは、磁石のＮ極及びＳ極は夫々対向するス
テー部を吸引する作用をなすので、磁石は、この吸引作
用のバランスにより、静止する。そして、コイルが励磁
されて、磁石のＮ極及びＳ極と対向するステー部に夫々
Ｎ極及びＳ極が形成されるので、その結果生じる反発作
用により、磁石のＮ極及びＳ極が、夫々Ｎ極及びＳ極に
形成されたステー部から離れるように変移する。しかし
て、磁石は、回転軸と一体に設けられているので、回転
軸が回転し、この回転力が、所定の部材を作動せしめる
ことになる。 【０００７】 【発明の実施の形態】本発明に従った実施の形態を図面
に基づいて説明する。 【０００８】図１において、ロータリソレノイド１０
は、磁性体のヨーク１２を備える。しかしてヨーク１２
は、略Ｕ字型をなし、その先端部には、所定のギャップ
を隔てて対向する一対のステータ部１４Ａ，１４Ｂが形
成されている。尚、ヨーク１２は、所定の位置に固定さ
れ、固定部材とされる。 【０００９】一対のステータ部１４Ａ，１４Ｂ部間に
は、回転軸１８に同芯的且つ一体的に固定された永久磁
石２０が配設されている。永久磁石２０の断面は真円と
なっており、 これに伴い、永久磁石２０のＮ極及びＳ
極と対向するステータ部１４Ａ，１４Ｂの内周面は、円
弧状となっている。図２に示すように、永久磁石２０
は、所謂パラレル着磁されており、永久磁石２０内にお
いて、Ｓ極からＮ極に至る磁束が、平行に延在するよう
になっている。 【００１０】ヨーク１２のコア部１６には、コイル３０
が巻回されている。コイル３０の一方の端部及び他方の
端部は、夫々、電源ＶＢ及びスイッチング素子たるトラ
ンジスタ３６のコレクタに接続されている。また、トラ
ンジスタ３６のエミッタは接地されており、ベースに
は、図示されない制御装置から駆動信号が、印加される
ようになっている。駆動信号がトランジスタ３６のベー
スに印加されると、コレクタとエミッタとが導通し、コ
イル３０に電源ＶＢからの電流が流れ、コイル３０が励
磁される。コイル３０が励磁されるされると、ステータ
部１４ＡにはＮ極が、ステータ部１４ＢにはＳ極が、夫
々、形成されるようになっている。 【００１１】図１の状態においては、コイル３０は励磁
されておらず、非励磁となっている。前述したように、
ヨーク１２は磁性体で形成されているので、永久磁石２
０のＮ極及びＳ極は、夫々、ステータ部１４Ａ及びステ
ータ部１４Ｂを吸引する。ステータ部１４Ａ及びステー
タ部１４Ｂ並びに永久磁石２０のＮ極及びＳ極は、永久
磁石２０の軸中心に関して左右対称であるので、永久磁
石２０のＮ極がステータ部１４Ａを吸引する力と永久磁
石２０のＳ極がステータ部１４Ｂを吸引する力とがバラ
ンスし、永久磁石２０が静止する。実用上、コイル３０
が励磁されていないときは、永久磁石２０は、図１の状
態から少し反時計方向に回動した第１位置に保持される
ようになっている。この第１位置においては、回転軸１
８と一体のアーム（図示略）が第１のストッパ（図示
略）に当接しており、この当接により、永久磁石２０が
第１位置に保持される。 【００１２】駆動信号がトランジスタ３６のベースに印
加されると、前述したように、コイル３０が励磁され、
ステータ部１４ＡにはＮ極が、ステータ部１４ＢにはＳ
極が、夫々、形成される。永久磁石２０のＮ極及びＳ極
が、夫々、ステータ部１４Ａ及びステータ部１４Ｂと対
向しているので、Ｎ極となったステータ部１４Ａは永久
磁石２０のＮ極と反撥し合い、Ｓ極となったステータ部
１４Ｂは永久磁石２０のＳ極と反撥し合う。しかして、
ステータ部１４Ａ及びステータ部１４Ｂは、固定部材た
るヨーク１２の構成要素であるから、永久磁石２０のＮ
極及びＳ極が、夫々、ステータ部１４Ａ及びステータ部
１４Ｂから遠ざかるように変移し、全体として、永久磁
石２０を反時計方向に回動せしめる。同時に、永久磁石
２０のＮ極とＳ極となったステータ部１４Ｂとの間の吸
引力及び永久磁石２０のＳ極とＮ極となったステータ部
１４Ａとの間の吸引力も永久磁石２０に作用するので、
これらの力も永久磁石２０を反時計方向に回動せしめ
る。しかして、永久磁石２０は、回転軸１８と一体であ
るので、永久磁石２０の変移により、回転軸１８が、所
定角度回動する。この所定角度回動は、回転軸１８と一
体のアーム（図示略）が当接する第２のストッパ（図示
略）により規制される。 【００１３】永久磁石２０及び回転軸１８が所定角度回
動して静止した時の位置（第２位置）は、駆動信号がト
ランジスタ３６のベースに印加されている間、保持され
る。そして、駆動信号がトランジスタ３６のベースに印
加されなくなったとき、永久磁石２０のＮ極がステータ
部１４Ａに、永久磁石２０のＳ極がステータ部１４Ｂ
に、夫々、吸引され、前記した第１位置に復帰する。こ
の復帰に際しては、リターンスプリングその他の手段
は、一切、不要である。 【００１４】上記したように、コイル３０に通電したと
きに回転する回転軸１８から得られる作動軸トルク（通
電トルク）と、コイル３０への通電を停止したときに回
転する回転軸１８から得られる作動軸トルク（無通電ト
ルク）は、図4に示すグラフに示すようになる。 【００１５】すなわち、今、第１のストッパも第２のス
トッパも存在しないと仮定した場合、コイル３０の励磁
により、永久磁石２０のＮ極と、Ｎ極となったステータ
部１４Ａと反発して、図１の反時計方向に回動する。こ
の反発力が永久磁石２０を回動させる力（通電トルク）
となる。永久磁石２０の回動が進むにつれて、永久磁石
２０のＮ極は、次第にＳ極となったステータ部１４Ｂか
らの磁界の影響を受けるので、通電トルクは次第に大き
くなる。そして、永久磁石２０のＮ極は、永久磁石２０
のＮ極の回動角が１８０度になると、停止する。かくし
て、永久磁石２０のＮ極の０度から１８０度まで回動す
る間の通電トルクは、図４に示すようになる。 【００１６】一方、永久磁石２０が回動角１８０度の位
置から０度の位置に復帰する場合を考えると、永久磁石
２０が回動角１８０度の位置にあるときにコイル３０が
非励磁とされると、永久磁石２０のＮ極はステータ部１
４Ｂに吸引されたままであるので、手で永久磁石２０を
時計方向に回動させる。この回動は、永久磁石２０のＮ
極とステータ部１４Ｂとの間の吸引力に抗してなされる
（無通電トルクが反時計方向に正となっている）。永久
磁石２０の回動角が、時計方向に９０度未満になると、
永久磁石２０のＮ極は、ステータ部１４Ａに吸引される
ので、単独で回動角０度の位置に復帰する（無通電トル
クが反時計方向に負となっている）。かくして、永久磁
石２０のＮ極の１８０度から０度まで回動する間の無通
電トルクは、図４に示すようになる。 【００１７】しかして、無通電トルクが反時計方向に負
となっている範囲で、磁石２０及び回転軸１８が単独で
回動復帰できるのであるから、この機能を活用するため
には、この範囲内で、ロータリソレノイド１０の回転軸
１８の使用をする必要がある。図４に示すグラフにおい
ては、使用範囲を１０度から８０度の間に設定してあ
る。この場合、１０度の位置に第１のストッパを、８０
度の位置に第２のストッパを、夫々、設けることにな
る。 【００１８】なお、上記した形態においては、Ｎ極及び
Ｓ極は１組となっているが、パラレル着磁で表面磁束密
度がサイン波を描く限り、Ｎ極及びＳ極を何組備えても
よいことは、もちろんである。 【００１９】 【発明の効果】以上の如く、請求項１に記載の発明によ
れば、ロータリソレノイドを単一のコイル及び単一のス
イッチング素子だけで駆動できるようにしたので、従来
に比べて、部品点数が低減できる。また、コイルを非通
電としたときの回転軸の原位置への復帰を、リターンス
プリングその他の手段を用いずに行なえ、構成の簡素化
を図る事ができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係るロータリソレノドの概略断面図で
ある。 【図２】図１に示すロータリソレノドにおいて使用され
る永久磁石の着磁状態を示す説明図である。 【図３】図１に示すロータリソレノドの作動説明図であ
る。 【図４】図１に示すロータリソレノドから得られる作動
トルクの特性曲線図である。 【符号の説明】 １０・・・ロータリソレノイド １２・・・ヨーク １４Ａ・・・ステータ部 １４Ｂ・・・ステータ部 １８・・・回転軸 ２０・・・永久磁石 ３０・・・コイル ３６・・・トランジスタ（スイッチング素子）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 回転軸と、 前記回転軸と一体的に固定され、前記回転軸の半径方向
   にＮ極及びＳ極が形成され、前記Ｓ極から前記Ｎ極に至
   る磁束が平行な永久磁石と、 前記磁石と所定のギャップを隔てて対向する一対のステ
   ータ部が形成されたヨークと、 前記ヨークに巻回された単一のコイルと、 前記コイルを選択的に励磁及び非励磁とする単一のスイ
   ッチング素子とを備え、 前記コイルが励磁されたときに、前記ステータ部に形成
   される磁極と前記永久磁石の磁石との間の反発力によ
   り、前記永久磁石及び前記回転軸とが一体的に第１の位
   置から第２の位置に回動変移し、前記コイルが非励磁と
   されたときに、前記ステータ部に作用する前記永久磁石
   の磁気吸引力により、前記永久磁石及び前記回転軸とが
   一体的に第２の位置から第１の位置に単独で回動復帰す
   るようにした、ロータリソレノイド。