JP2006279001A

JP2006279001A - 電磁石

Info

Publication number: JP2006279001A
Application number: JP2005100260A
Authority: JP
Inventors: Mikio Asai; 幹夫浅井
Original assignee: Toyooki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Toyooki Kogyo Co Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】大型化することなく、コイルへの通電で可動鉄心が固定鉄心に吸引される吸引力を、可動鉄心が固定鉄心から最も離間した位置で高めるもの。
【解決手段】固定鉄心１に環状孔３の外周面３Ｂ側に第１面取り稜部２３を、環状孔３の内周面３Ｃ側に第２面取り稜部２４を、可動鉄心１３の凸部１５の外周面１５Ｂ側に第３面取り稜部２５を、凸部１３の内周面１５Ｃ側に第４面取り稜部２６をそれぞれ形成し、凸部１５は可動鉄心１３が固定鉄心１から最も離間した位置において、第３面取り稜部２５を第１面取り稜部２３と、第４面取り稜部２６を第２面取り稜部２４とそれぞれ軸方向に略一致する位置に設けている。
【選択図】図２

Description

本発明は、通電により発生する吸引力で可動鉄心が軸方向へ移動して固定鉄心に吸引される電磁石に関する。

この種の電磁石は、固定鉄心に軸方向一端面へ開口して有底の環状孔を形成し、環状孔の外周側に外筒部を設けると共に、環状孔の内周側に内筒部を設け、環状孔に環状のコイルを環状孔底面に当接するよう収装し、固定鉄心の外筒部および内筒部をコイルより軸方向寸法を長く設けて、外筒部と内筒部との間でコイルの先端部に環状空間を形成している。そして、固定鉄心と軸方向に対向して移動自在に配置しコイルへの通電により発生する吸引力で固定鉄心の一端面に吸引される可動鉄心を備え、この可動鉄心には、前記環状空間に嵌合する環状の凸部を固定鉄心に向けて軸方向へ突出して形成し、吸引力を高めるようにしている。
特開２００１−２８９０１８（段落番号００４２−００４４、００６２、図５）

ところが、かかる従来の電磁石では、可動鉄心が固定鉄心から最も離間した位置で、凸部が環状空隙から離脱しており、いまだ満足できる吸引力を得られ難い問題があった。

本発明の課題は、大型化することなく、コイルへの通電で可動鉄心が固定鉄心に吸引される吸引力を、可動鉄心が固定鉄心から最も離間した位置で高める電磁石を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段をとった。即ち、
コイルへの通電により発生する吸引力で可動鉄心を軸方向へ移動して固定鉄心に吸引する電磁石において、固定鉄心には軸方向の一端面に開口して環状孔を形成し、環状孔の外周側に外筒部を設けると共に、環状孔の内周側に内筒部を設け、環状孔の外周面と外筒部の軸方向の一端面とを交差して第１稜部を形成すると共に、環状孔の内周面と内筒部の軸方向の一端面とを交差して第２稜部を形成し、環状孔には環状のコイルを収装し、固定鉄心の外筒部と内筒部との間でコイルの先端部に環状空間を形成し、固定鉄心と軸方向に対向して移動自在に配置しコイルへの通電により発生する吸引力で固定鉄心の一端面に吸引される可動鉄心を備え、可動鉄心には固定鉄心の環状空間に嵌合する環状の凸部を固定鉄心に向けて一端面より軸方向へ突出して形成し、凸部には外周面と突出した先端面とを交差して第３稜部を形成すると共に、内周面と先端面とを交差して第４稜部を形成し、凸部は可動鉄心が固定鉄心から最も離間した位置において第３稜部を第１稜部と第４稜部を第２稜部とそれぞれ軸方向に略一致する位置に設けたことを特徴とする電磁石がそれである。

この場合、前記第１稜部に第１面取りを、前記第２稜部に第２面取りを、前記第３稜部に第３面取りを、前記第４稜部に第４面取りをそれぞれ形成し、前記第１面取りと前記環状孔の外周面とを交差して第１面取り稜部を、前記第２面取りと前記環状孔の内周面とを交差して第２面取り稜部を、前記第３面取りと前記凸部の外周面とを交差して第３面取り稜部を、前記第４面取りと前記凸部の内周面とを交差して第４面取り稜部をそれぞれ形成し、前記凸部は前記可動鉄心が前記固定鉄心から最も離間した位置において前記第３面取り稜部を前記第１面取り稜部と前記第４面取り稜部を前記第２面取り稜部とそれぞれ軸方向に略一致する位置に設けても良い。

以上詳述したように、請求項１に記載の発明は、可動鉄心が固定鉄心と最も離間した位置において、第１稜部と第３稜部及び第２稜部と第４稜部をそれぞれ軸方向に略一致して位置するため、第１稜部と第３稜部及び第２稜部と第４稜部をそれぞれ近接することができ、固定鉄心と可動鉄心との間を第１稜部と第３稜部及び第２稜部と第４稜部とを介して磁束が流れ易くできて、コイルへの通電で可動鉄心が固定鉄心に吸引される吸引力を、可動鉄心が固定鉄心から最も離間した位置で高めることができる。

また、請求項２に記載の発明は、可動鉄心が固定鉄心と最も離間した位置において、第１面取り稜部と第３面取り稜部及び第２面取り稜部と第４面取り稜部をそれぞれ軸方向に略一致して位置するため、第１面取り稜部と第３面取り稜部及び第２面取り稜部と第４面取り稜部をそれぞれ近接することができ、固定鉄心と可動鉄心との間を第１面取り稜部と第３面取り稜部及び第２面取り稜部と第４面取り稜部とを介して磁束が流れ易くできて、請求項１に記載の発明と同様に、コイルへの通電で可動鉄心が固定鉄心に吸引される吸引力を、可動鉄心が固定鉄心から最も離間した位置で高めることができる。また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の効果に加え、第１〜第４の各稜部にそれぞれ第１〜第４の面取りを形成しているため、環状孔や凸部等を製作加工する際に、各稜部にはみ出し形成されて機能に弊害をもたらす可能性がある所詮ばりと呼ばれる微小突起を良好に除去したものとすることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１において、１は磁性材より形成の固定鉄心で、中心に軸方向へ貫通して貫通孔２を形成すると共に、貫通孔２と軸心を一致する有底の環状孔３を貫通孔２の外周側で径方向に離間して形成し、環状孔３を図示下方の軸方向の一端面４に開口して窪み形成している。固定鉄心１は環状孔３の外周側に外筒部５を設けると共に、環状孔３の内周側に内筒部６を設けてぃる。７は図示しない外部電源へ通電可能に電気接続したコイルで、軸方向の両端に径方向へ突出する鍔部を有する円筒状のコイルボビン８の両鍔部間に巻き回して環状に形成し、環状孔３の底面３Ａに当接するよう環状孔３に収装している。９は自己の弾性力で拡径するよう周方向の一部を切欠いた環状の止め輪で、環状孔３の外周面３Ｂに窪み形成した環状溝１０に自己の弾性力で圧接して設け、環状孔３に収装したコイル７を非磁性材より形成の円盤状の板部材１１を介して固定している。固定鉄心１の外筒部５および内筒部６は、止め輪９、板部材１１を含めるコイル７の軸方向寸法より軸方向寸法を長く設け、外筒部５と内筒部６との間でコイル７の先端部に環状空間１２を形成している。

１３は磁性材より形成の可動鉄心で、固定鉄心１に溶接固着した非磁性材より形成の蓋部材１４に穿設の有底孔１４Ａへ軸部１３Ａを摺動自在に嵌合して、固定鉄心１と軸心を一致して蓋部材１４内へ移動自在に配置し、コイル７への通電により発生する吸引力で固定鉄心１の軸方向一端面４に吸引されるよう固定鉄心１と軸方向に対向して設けている。可動鉄心１３は軸部１３Ａ先端面の有底孔１４Ａ底面への当接により固定鉄心１から最も離間した図１の右半分に示す位置を設定している。１５は固定鉄心１の一端面４と対向する可動鉄心１３の一端面１６より固定鉄心１に向けて軸方向へ突出して形成した環状の凸部で、環状空間１２へ嵌合自在に設け、環状空間１２との嵌合隙間を軸部１３Ａと有底孔１４Ａとの嵌合隙間より大きくしている。１７は非磁性材より形成のスペーサリングで、可動鉄心１３に一端面１６より軸方向へ僅少突出して設け、コイル７への通電により可動鉄心１３が固定鉄心１に吸引されると固定鉄心１の軸方向一端面４に当接し、可動鉄心１３の一端面１６が固定鉄心１の軸方向一端面４と直接に当接することを阻止して残留磁力の低減を図り、コイル７を非通電した際の固定鉄心１から可動鉄心１３が離間する応答性を向上している。１８は可動鉄心１３に固定したピン部材で、固定鉄心１の貫通孔２を挿通して一端を外部に突出し、突出した一端には図示しない外部負荷が可動鉄心１３を固定鉄心１から離間する方向に作用している。

図２乃至図４に示す如き、１９は環状孔３の外周面３Ｂと外筒部５の一端面４とが交差する第１稜部１９Ａに形成した第１面取り、２０は環状孔３の内周面３Ｃと内筒部６の一端面４とが交差する第２稜部２０Ａに形成した第２面取り、２１は可動鉄心１３に形成した凸部１５の外周面１５Ｂと突出した先端面１５Ａとが交差する第３稜部２１Ａに形成した第３面取り、２２は凸部１５の内周面１５Ｃと先端面１５Ａとが交差する第４稜部２２Ａに形成した第４面取りで、環状孔３や凸部１５等を製作加工する際に、各稜部１９Ａ、２０Ａ、２１Ａ、２２Ａにはみ出し形成されて機能に弊害をもたらす可能性がある所詮ばりと呼ばれる微小突起を除去するためのものである。各面取り１９、２０、２１、２２は面取り寸法を略同一に設けている。

２３は第１面取り１９と環状孔３の外周面３Ｂとを交差して形成の第１面取り稜部、２４は第２面取り２０と環状孔３の内周面３Ｃとを交差して形成の第２面取り稜部、２５は第３面取り２１と凸部１５の外周面１５Ｂとを交差して形成の第３面取り稜部、２６は第４面取り２２と凸部１５の内周面１５Ｃとを交差して形成の第４面取り稜部である。凸部１５は可動鉄心１３が固定鉄心１から最も離間した位置（可動鉄心１３の一端面１６と固定鉄心１の一端面４間の離間寸法Ｒで示す。）において、第３面取り稜部２５を第１面取り稜部２３と、第４面取り稜部２６を第２面取り稜部２４とそれぞれ軸方向に略一致する位置に設けている。すなわち、可動鉄心１３の一端面１６と第３面取り稜部２５及び第４面取り稜部２６との間の軸方向に突出する凸部１５の寸法Ｈを、離間寸法Ｒに第１面取り１９の面取り寸法Ｃ１若しくは第２面取り２０の面取り寸法Ｃ２を加算した寸法と略同一寸法に設けている。

次に、かかる構成の作動を説明する。
図１の右半分の状態は、コイル７への非通電状態を示し、可動鉄心１３はピン部材１８に作用する図示しない外部負荷に基づく作用力で固定鉄心１から離間する方向に付勢され、軸部１３Ａ先端面が有底孔１４Ａ底面に当接する固定鉄心１から最も離間した位置にある。

この図１の右半分の状態で、コイル７へ通電すると、可動鉄心１３は通電により発生する吸引力で図示しない外部負荷に基づく作用力に抗して固定鉄心１に吸引されて図示上方向に移動し、スペーサリング１７が固定鉄心１の軸方向一端面４に当接する図１の左半分に示す位置で停止する。

この図１の左半分に示す位置では、コイル７へ通電する電流値を低減して可動鉄心１３を位置保持する。この状態で、コイル７を非通電にすると、可動鉄心１３は図示しない外部負荷に基づく作用力で図示下方向に移動し、図１の右半分に示す位置に復帰して停止する。

かかる作動で、可動鉄心１３が固定鉄心１と最も離間した位置において、第１面取り稜部２３と第３面取り稜部２５及び第２面取り稜部２４と第４面取り稜部２６をそれぞれ軸方向に略一致して位置するため、第１面取り稜部２３と第３面取り稜部２５及び第２面取り稜部２４と第４面取り稜部２６をそれぞれ近接することができ、固定鉄心１と可動鉄心１３との間を第１面取り稜部２３と第３面取り稜部２５及び第２面取り稜部２４と第４面取り稜部２６とを介して磁束が流れ易くできて、コイル７への通電で可動鉄心１３が固定鉄心１に吸引される吸引力を、可動鉄心１３が固定鉄心１から最も離間した位置で高めることができる。

また、第１〜第４の各稜部１９Ａ、２０Ａ、２１Ａ、２２Ａにそれぞれ第１〜第４の面取り１９、２０、２１、２２を形成しているため、環状孔３や凸部１５等を製作加工する際に、第１〜第４の各稜部１９Ａ、２０Ａ、２１Ａ、２２Ａにはみ出し形成されて機能に弊害をもたらす可能性がある所詮ばりと呼ばれる微小突起を良好に除去したものとすることができる。

なお、一実施形態では、第１〜第４の各稜部１９Ａ、２０Ａ、２１Ａ、２２Ａにそれぞれ第１〜第４の面取り１９、２０、２１、２２を形成したが、各稜部１９Ａ、２０Ａ、２１Ａ、２２Ａに面取り１９、２０、２１、２２を形成しなくても良いことは勿論である。この場合、凸部１５は可動鉄心１３が固定鉄心１から最も離間した位置において第３稜部２１Ａを第１稜部１９Ａと第４稜部２２Ａを第２稜部２０Ａとそれぞれ軸方向に略一致する位置に設ける。また、各面取り１９、２０、２１、２２の面取り寸法を略同一に設けたが、各面取り１９、２０、２１、２２の面取り寸法を異にして設けても良いことは勿論である。

いま、図５に示す如き、可動鉄心１３が固定鉄心１から最も離間した位置での可動鉄心１３の一端面１６と固定鉄心１の一端面４間の離間寸法Ｒを１．１ｍｍ、可動鉄心１３の一端面１６と第３面取り稜部２５及び第４面取り稜部２６との間の軸方向に突出する凸部１５の寸法Ｈを１．２ｍｍ、第１面取り１９の面取り寸法Ｃ１及び第２面取り２０の面取り寸法Ｃ２を０．１ｍｍとし、可動鉄心１３が固定鉄心１から最も離間した位置において第３面取り稜部２５を第１面取り稜部２３と、また第４面取り稜部２６を第２面取り稜部２４とそれぞれ軸方向に略一致する位置に設けた一実施形態の電磁石では吸引力の解析実験値は９９．６ニュートンであった。そして、凸部１５の寸法Ｈを０．１ｍｍづつ高くした場合の吸引力の解析実験値は、１．３ｍｍで９７．１ニュートン、１．４ｍｍで９４．４ニュートン、１．５ｍｍで９１．２ニュートン、１．６ｍｍで８７．４ニュートン、１．７ｍｍで８３．２ニュートン、１．８ｍｍで７９．２ニュートンとなり、凸部１５の寸法Ｈが高くなるにつれて吸引力が低下する。これは、可動鉄心１３が固定鉄心１から最も離間した位置において、凸部１５の寸法Ｈを高くするにつれてコイル７先端部の環状空間１２に嵌合する凸部１５の軸方向の寸法が増加するため、環状空間１２に嵌合した凸部１５を介して固定鉄心１と可動鉄心１３との間を磁束が軸方向と直交する径方向に流れ易くなって径方向の吸引力が増加し、可動鉄心１３を固定鉄心１に吸引する軸方向の吸引力が低減するためである。

また、凸部１５の寸法Ｈを０．１ｍｍづつ低くした場合の吸引力の解析実験値は、１．１ｍｍで９４．６ニュートン、１．０ｍｍで９１．９ニュートン、０．９ｍｍで８７．２ニュートン、０．８ｍｍで８０．４ニュートン、０．７ｍｍで７５．４ニュートン、０．６ｍｍで７０．８ニュートンとなり、凸部１５の寸法Ｈが低くなるにつれて吸引力が低下する。これは、可動鉄心１３が固定鉄心１から最も離間した位置において、凸部１５の寸法Ｈを低くするにつれて第１面取り稜部２３と第３面取り稜部２５との間及び第２面取り稜部２４と第４面取り稜部２６との間の離間距離が増加するため、第１面取り稜部２３と第３面取り稜部２５との間及び第２面取り稜部２４と第４面取り稜部２６との間を磁束が流れ難くなって可動鉄心１３を固定鉄心１に吸引する軸方向の吸引力が低減するためである。

そして、可動鉄心１３が固定鉄心１から最も離間した位置において、第３面取り稜部２５を第１面取り稜部２３と、また、第４面取り稜部２６を第２面取り稜部２４とそれぞれ軸方向に略一致する位置に設けるとは、凸部１５の寸法Ｈ、第１面取り１９の面取り寸法Ｃ１、第２面取り２０の面取り寸法Ｃ２の制作上の寸法許容差に起因する第３面取り稜部２５と第１面取り稜部２３との間及び第４面取り稜部２６と第２面取り稜部２４との間の軸方向のずれを範囲に含むもので、図５に示す凸部１５の寸法Ｈでは、１．２ｍｍを基準点イにして寸法許容差±０．３ｍｍで０．９ｍｍから１．５ｍｍの範囲となる。

本発明の一実施形態を示した電磁石の縦断面図である。図１の要部Ａの拡大図である。図２の要部Ｂの拡大図である。図２の要部Ｃの拡大図である。電磁石の吸引力と凸部の寸法Ｈとの関係を示した特性図である。

符号の説明

１：固定鉄心
３：環状孔
３Ｂ：環状孔の外周面
３Ｃ：環状孔の内周面
４：固定鉄心の一端面
５：外筒部
６：内筒部
７：コイル
１２：環状空間
１３：可動鉄心
１５：凸部
１５Ａ：先端面
１５Ｂ：凸部の外周面
１５Ｃ：凸部の内周面
１６：可動鉄心の一端面
１９：第１面取り
１９Ａ：第１稜部
２０：第２面取り
２０Ａ：第２稜部
２１：第３面取り
２１Ａ：第３稜部
２２：第４面取り
２２Ａ：第４稜部
２３：第１面取り稜部
２４：第２面取り稜部
２５：第３面取り稜部
２６：第４面取り稜部

Claims

コイルへの通電により発生する吸引力で可動鉄心を軸方向へ移動して固定鉄心に吸引する電磁石において、固定鉄心には軸方向の一端面に開口して環状孔を形成し、環状孔の外周側に外筒部を設けると共に、環状孔の内周側に内筒部を設け、環状孔の外周面と外筒部の軸方向の一端面とを交差して第１稜部を形成すると共に、環状孔の内周面と内筒部の軸方向の一端面とを交差して第２稜部を形成し、環状孔には環状のコイルを収装し、固定鉄心の外筒部と内筒部との間でコイルの先端部に環状空間を形成し、固定鉄心と軸方向に対向して移動自在に配置しコイルへの通電により発生する吸引力で固定鉄心の一端面に吸引される可動鉄心を備え、可動鉄心には固定鉄心の環状空間に嵌合する環状の凸部を固定鉄心に向けて一端面より軸方向へ突出して形成し、凸部には外周面と突出した先端面とを交差して第３稜部を形成すると共に、内周面と先端面とを交差して第４稜部を形成し、凸部は可動鉄心が固定鉄心から最も離間した位置において第３稜部を第１稜部と第４稜部を第２稜部とそれぞれ軸方向に略一致する位置に設けたことを特徴とする電磁石。
前記第１稜部に第１面取りを、前記第２稜部に第２面取りを、前記第３稜部に第３面取りを、前記第４稜部に第４面取りをそれぞれ形成し、前記第１面取りと前記環状孔の外周面とを交差して第１面取り稜部を、前記第２面取りと前記環状孔の内周面とを交差して第２面取り稜部を、前記第３面取りと前記凸部の外周面とを交差して第３面取り稜部を、前記第４面取りと前記凸部の内周面とを交差して第４面取り稜部をそれぞれ形成し、前記凸部は前記可動鉄心が前記固定鉄心から最も離間した位置において前記第３面取り稜部を前記第１面取り稜部と前記第４面取り稜部を前記第２面取り稜部とそれぞれ軸方向に略一致する位置に設けことを特徴とする請求項１に記載の電磁石。