JP2013039310A - Rotary solenoid - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin type rotary solenoid highly efficiently driving, allowing a setting of a large rotation angle range, and being applied to a shooting device and the like of a game apparatus.SOLUTION: The rotary solenoid has a 4-pole configuration, and is provided with a non-uniform part in a clearance between projecting poles of a stator and a magnet to displace a phase relationship between a cogging torque waveform and a back electromotive force waveform, thus providing a large starting torque at an initial position. Further, a continuous negative cogging torque generation range is expanded to enlarge the rotation angle range as much as possible. Synergistic effects of increase in the starting torque and the rotation angle range significantly enhance a shooting angular speed of a game ball, shorten the energizing time, and highly efficiently operate it.

Description

本発明は、例えば、遊戯球を打ち出す装置に使用され、回転子が所定の回転角度の範囲で往復運動するように構成されたロータリーソレノイドに関する。 The present invention relates to a rotary solenoid that is used, for example, in a device for launching a game ball and configured so that a rotor reciprocates within a predetermined rotation angle range.

従来から遊技球を打ち出す発射装置は多種方式が使用されてきている。図６（ａ），（ｂ）は最も簡略化されたこの種発射装置の動作原理図を示したものである。装置のベース１の裏面にはロータリーソレノイド２が取り付けられ、ロータリーソレノイド２の回転軸３がベース１を貫通して上面に導出され、この端部にアーム４が取り付けられている。アーム４の先端にはコイルバネ５が装着され、アーム４の回動に伴ってコイルバネ５を介して遊技球６を発射するようになっている。アーム４が回動する回転角度範囲は第1のストッパ７及び第２のストッパ８により設定されている。
図６（ａ）はアーム４が初期位置に停止している状態で、アーム４はロータリーソレノイド２のコギングトルクにより第1のストッパ７に当接して保持されている。
図６（ｂ）はロータリーソレノイド２の巻線に通電され励磁されることでＣＷ方向にアーム４が回転して、アーム４の先端のコイルバネ５が遊技球６をたたき、遊技球６を発射させた状態を示している。その直後に巻線への通電が遮断され、アーム４は第２のストッパ８に当接することでそれ以上の回転が抑制され、その直後、負（ＣＣＷ方向）のコギングトルクにより図６（ａ）の状態に戻る。 Conventionally, various types of launching devices for launching game balls have been used. 6 (a) and 6 (b) show the operation principle of this kind of launching apparatus most simplified. A rotary solenoid 2 is attached to the back surface of the base 1 of the apparatus, and a rotary shaft 3 of the rotary solenoid 2 is led out to the upper surface through the base 1, and an arm 4 is attached to this end. A coil spring 5 is attached to the tip of the arm 4, and the game ball 6 is launched through the coil spring 5 as the arm 4 rotates. A rotation angle range in which the arm 4 rotates is set by the first stopper 7 and the second stopper 8.
FIG. 6A shows a state where the arm 4 is stopped at the initial position, and the arm 4 is held in contact with the first stopper 7 by the cogging torque of the rotary solenoid 2.
FIG. 6B shows that the arm 4 is rotated in the CW direction by energizing and exciting the winding of the rotary solenoid 2, and the coil spring 5 at the tip of the arm 4 strikes the game ball 6, causing the game ball 6 to fire. Shows the state. Immediately after that, the energization to the winding is cut off, and the arm 4 is brought into contact with the second stopper 8 to suppress further rotation. Immediately thereafter, the negative cogging torque (FIG. 6A) is applied. Return to the state.

従来使用されている遊技装置の発射装置としては、例えば特開２００４−１７２３５３号公報の従来例として記載されたものがある。
図７は２極のインナーロータ型のロータリーソレノイドの構造を示したものであり、同図（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図，正面図である。ロータリーソレノイドのステータ１１は、ロータリーソレノイドの外形を構成する円環状ステータコア１２と、ステータコア１２の内周の向かい合う位置の２箇所に内方に突出形成された主磁極１３と、主磁極１３のそれぞれの先端に形成されたステータ突極１４と、主磁極１３にそれぞれ巻装された巻線１５とにより構成され、ステータ１１に対向するように設けられたロータ１６は、ステータコア１２の中心位置に配置されたロータ軸１７の周面に各主磁極１３のステータ突極１４に対向するように固着されたセグメント型のマグネット１８とよりなる。このロータリーソレノイドはマグネット磁極数とステータ突極数は同一として構成されている。 As a launching apparatus of a gaming apparatus that has been used in the past, there is one described as a conventional example in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-172353, for example.
FIG. 7 shows the structure of a two-pole inner rotor type rotary solenoid. FIGS. 7A and 7B are a plan view and a front view, respectively. The stator 11 of the rotary solenoid includes an annular stator core 12 constituting the outer shape of the rotary solenoid, a main magnetic pole 13 formed inwardly projecting at two positions on the inner periphery of the stator core 12, and the main magnetic pole 13. A rotor 16, which is composed of a stator salient pole 14 formed at the tip and a winding 15 wound around the main magnetic pole 13 and is provided so as to face the stator 11, is disposed at the center position of the stator core 12. The segment type magnet 18 is fixed to the peripheral surface of the rotor shaft 17 so as to face the stator salient pole 14 of each main magnetic pole 13. This rotary solenoid has the same number of magnet magnetic poles and the same number of stator salient poles.

図８は図７に示す２極のインナーロータ型のロータリーソレノイドのトルク特性を示すものである。横軸はロータリーソレノイドのロータ１６の回転角度であり、縦軸がトルク特性を示しＣＷ方向を正方向としている。図８において、Ｔ１はコギングトルク波形、Ｔ２は電流値２Ａを通電した場合のトルク波形を示す。負のコギングトルクの発生範囲は約９０度である。初期位置ではコギングトルクはＰ点で示す大きさであり、ほぼ２５ｍＮ・ｍの負トルクを有していて、そのコギングトルク力により、図６（ａ）に示すように、アーム４は第１のストッパ７に接触して保持されている。
初期位置での起動トルク値はＲ点で示され、約５０ｍＮ・ｍを得ている。Ｓ点は打撃点でのトルクを示し、打撃直後に通電が断たれる。回転角度範囲は２１５度のＲ点で通電して、２６０度のＳ点で遮断し、約４５度の間で巻線に通電していることになる。通電遮断後Ｑ点の負方向のコギングトルク約１０ｍＮ・ｍにより初期位置のＰ点に復帰する。 FIG. 8 shows the torque characteristics of the two-pole inner rotor type rotary solenoid shown in FIG. The horizontal axis represents the rotation angle of the rotor 16 of the rotary solenoid, and the vertical axis represents the torque characteristics, with the CW direction being the positive direction. In FIG. 8, T1 indicates a cogging torque waveform, and T2 indicates a torque waveform when a current value 2A is energized. The generation range of the negative cogging torque is about 90 degrees. At the initial position, the cogging torque has a magnitude indicated by the point P, and has a negative torque of approximately 25 mN · m. Due to the cogging torque force, as shown in FIG. It is held in contact with the stopper 7.
The starting torque value at the initial position is indicated by point R, and about 50 mN · m is obtained. The point S indicates the torque at the hitting point, and energization is cut off immediately after hitting. The rotation angle range is energized at the R point of 215 degrees, cut off at the S point of 260 degrees, and energized the winding at about 45 degrees. After turning off the power, the point Q returns to the initial point P with a negative cogging torque of about 10 mN · m.

一方、近年では、遊技装置の複雑化と発射装置の簡略化からロータリーソレノイドの薄型化の要求が強く、例えば、特開２００７−３０７３０６号公報に記載のように、マグネットの磁極数を６、突極数を６として巻線のコイルエンド高さを低減して薄型化を図るものがある。 On the other hand, in recent years, there has been a strong demand for thin rotary solenoids due to the complexity of gaming devices and the simplification of launching devices. For example, as described in JP 2007-307306 A, the number of magnetic poles of a magnet is 6 Some have 6 poles to reduce the coil end height of the winding to reduce the thickness.

また、現在では、４極のアウターロータ型のロータリーソレノイドも使用されている。図９はアウターロータ型のロータリーソレノイドを示したものであり、同図（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図，正面図である。ロータリーソレノイドのステータ２１は、バックヨークを構成する円環状ステータコア２２と、ステータコア２２の外周の４箇所等間隔の位置に外方に突出形成された主磁極２３と、主磁極２３のそれぞれの先端に形成されたステータ突極２４と、主磁極２３にそれぞれ巻装された巻線２５とにより構成され、ステータ２１に対向するように設けられたロータ２６は、回転自在に支持された円筒状ロータホルダ２７の内周面に各主磁極２３のステータ突極２４に対向するようにマグネット２８を固着してなる。マグネット２８は周方向に異なる磁極（Ｎ極，Ｓ極）が４極着磁された円筒状のものを用いる以外に、円弧状の４個のセグメント型を用いることもできる。４極構造では、ステータ２１の４ケ所もの主磁極２３にそれぞれ巻線２５が施されるため、２極構造に比べて主磁極１ケ所の巻線数が半減され、その結果として、巻線コイルエンドが低く抑えられて、全体として薄型化対応が可能となる。６極構造では更に薄型化が図れることになる。 At present, a four-pole outer rotor type rotary solenoid is also used. FIG. 9 shows an outer rotor type rotary solenoid. FIGS. 9A and 9B are a plan view and a front view, respectively. The stator 21 of the rotary solenoid includes an annular stator core 22 that constitutes a back yoke, a main magnetic pole 23 that protrudes outwardly at four equally spaced positions on the outer periphery of the stator core 22, and a front end of each main magnetic pole 23. A rotor 26, which is composed of the formed stator salient poles 24 and windings 25 wound around the main magnetic poles 23 so as to face the stator 21, is rotatably supported by a cylindrical rotor holder 27. The magnet 28 is fixed to the inner peripheral surface of the main magnetic pole 23 so as to face the stator salient poles 24 of the main magnetic poles 23. As the magnet 28, in addition to a cylindrical shape in which four magnetic poles (N pole and S pole) different in the circumferential direction are magnetized, an arc-shaped four segment type can be used. In the four-pole structure, windings 25 are respectively applied to the four main magnetic poles 23 of the stator 21, so that the number of windings in one main magnetic pole is halved compared to the two-pole structure. The end can be kept low, and the overall thickness can be reduced. With the 6-pole structure, the thickness can be further reduced.

図１０は、上記した４極のロータリーソレノイドのトルク特性を示すものであり、コギングトルク波形Ｔ１及び通電時のトルク波形Ｔ２における各点Ｐ，Ｑ、Ｒ，Ｓはそれぞれ図８で説明したものに相当する。この場合、負のコギングトルクの発生範囲は４５度であるが、初期位置と打球時位置として使用できる回転角度範囲は約３０度と狭くなってしまう。 FIG. 10 shows the torque characteristics of the above-described four-pole rotary solenoid. The points P, Q, R, and S in the cogging torque waveform T1 and the torque waveform T2 during energization are the same as those described in FIG. Equivalent to. In this case, the negative cogging torque generation range is 45 degrees, but the rotation angle range that can be used as the initial position and the hitting position becomes as narrow as about 30 degrees.

図１１は、コギングトルク波形Ｔ１と逆起電力波形Ｔ３の位相の関係を示すものである。逆起電力波形Ｔ３はトルク定数の瞬時値と同一と考えられるため、巻線に通電すると得られる通電トルク波形Ｔ２は逆起電力と相似形である。ロータリーソレノイドの１回転中のコギングトルクの発生回数はマグネット磁極数の４と突極数の４から最小公倍数は４となり１回転で４サイクルである。一方、逆起電力はマグネット磁極数が４であるから、１回転２サイクルである。また、一般的な突極形状では、逆起電力値の零点とコギングトルクの零点は図１１のように一致している。 FIG. 11 shows the phase relationship between the cogging torque waveform T1 and the counter electromotive force waveform T3. Since the counter electromotive force waveform T3 is considered to be the same as the instantaneous value of the torque constant, the energization torque waveform T2 obtained when the coil is energized is similar to the counter electromotive force. The number of occurrences of cogging torque during one rotation of the rotary solenoid is 4 for the number of magnetic poles and 4 for the number of salient poles, and the least common multiple is 4. On the other hand, the counter electromotive force is 4 cycles per rotation because the number of magnet magnetic poles is 4. Further, in a general salient pole shape, the zero point of the counter electromotive force value and the zero point of the cogging torque coincide as shown in FIG.

ここで、発射装置に於ける動作回転角度範囲が、発射される遊技球初速度に大きく影響することを説明する。
２個の物体が衝突する場合、第１の物体の質量ｍ_１、第２の物体の質量ｍ_２、第１の物体の初期速度ｖ_１、第２の物体の初期速度ｖ_２、第１の物体の衝突後速度ｖ_１’、 第２の物体の衝突後速度ｖ_２’とすれば、「運動量保存の法則」から次の（１）式が成立する。
ｍ_１・ｖ_１＋ｍ_２・ｖ_２＝ｍ_１・ｖ_１’＋ｍ_２・ｖ_２’ ・・・・・（１）
また、第１の物体が回転運動している場合は、衝突直前の角速度をω、慣性モーメントをＪとすれば、「エネルギー保存の法則」から、（Ｊ・ω^２）／２＝（ｍ_１・ｖ_１ ^２）／２であるから、第１の物体の質量は等価的に次の（２）式で表される。
ｍ_１＝（ω^２／ｖ_１ ^２）・Ｊ ・・・・・（２）
一方、第１の物体の初期速度は、回転半径をｒとすれば、ｖ_１＝ｒ・ωと表せる。よって、次の（３）式が得られる。
ｍ_１＝（ω^２／（ｒ・ω）^２）・Ｊ＝Ｊ／ｒ^２ ・・・・・（３）
また、第１の物体の質量ｍ_１と第２の物体の質量ｍ_２の衝突による反発係数をｅとすると、次の（４）式が得られる。
ｅ＝（ｖ_２’― ｖ_１’）／（ｖ_１−ｖ_２） ・・・・・（４）
第２の物体は衝突直前に停止しているものとすると、ｖ_２＝０であるから、第２の物体の衝突直後の速度は、（１）式と（４）式から、
ｖ_２’＝（ｍ_１・（１＋ｅ）・ｖ_１）／（ｍ_１＋ｍ_２）
と表せる。
第１の物体をアーム、第２の物体を遊技球と考えると、
ｖ_２’＝｛ｍ_１／（ｍ_１＋ｍ_２）｝・（１＋ｅ）・ｒ・ω
と表せる。
遊技球の質量は５．５ｇと言われている。またロータリーソレノイドを含むアームの慣性モーメントをＪ＝７００ｇ・ｃｍ^２、アームの回転半径をｒ＝７ｃｍとすると、ｍ_１＝１４ｇと計算される。両者の質量は比率的に無視できる値では無いので遊技球の初速度に影響を与える。 Here, it will be described that the operation rotation angle range in the launching device greatly affects the initial velocity of the game ball to be launched.
When two objects collide, the mass m ₁ of the first object, the mass m ₂ of the _second object, the initial velocity v ₁ of the first object, the initial velocity v ₂ of the _second object, Assuming that the post-collision speed v ₁ ′ and the second post-collision speed v ₂ ′, the following equation (1) is established from “the law of conservation of momentum”.
m ₁ · v ₁ + m ₂ · v ₂ = m ₁ · v ₁ '+ m ₂ · v ₂ ' (1)
Further, when the first object is rotating, assuming that the angular velocity immediately before the collision is ω and the moment of inertia is J, (J · ω ² ) / 2 = (m ₁ Since v ₁ ² ) / 2, the mass of the first object is equivalently expressed by the following equation (2).
m ₁ = (ω ² / v ₁ ² ) · J (2)
On the other hand, the initial velocity of the first object can be expressed as v ₁ = r · ω, where r is the radius of rotation. Therefore, the following equation (3) is obtained.
m ₁ = (ω ² / (r · ω) ² ) · J = J / r ² (3)
Further, when the restitution coefficient due to the collision between the mass m ₁ of the first object and the mass m ₂ of the second object is e, the following equation (4) is obtained.
_{e = (v 2 '- v} 1') / (v 1 -v 2) ····· (4)
Assuming that the second object is stopped immediately before the collision, v ₂ = 0. Therefore, the speed immediately after the collision of the second object is obtained from the equations (1) and (4):
v ₂ ′ = (m ₁ · (1 + e) · v ₁ ) / (m ₁ + m ₂ )
It can be expressed.
Considering the first object as an arm and the second object as a game ball,
v ₂ '= {m ₁ / (m ₁ + m ₂ )} · (1 + e) · r · ω
It can be expressed.
The mass of the game ball is said to be 5.5 g. If the inertia moment of the arm including the rotary solenoid is J = 700 g · cm ² , and the rotation radius of the arm is r = 7 cm, m ₁ = 14 g is calculated. Since the mass of both is not a value that can be ignored in proportion, it affects the initial velocity of the game ball.

同一形状で同一構造のロータリーソレノイドとアームを使用した場合では、遊技球の衝突直後の初速度は、打撃時のアーム角速度によりほぼ決まると言える。アーム角速度を大きく取るには、起動トルクを大きくとることと、回転角度範囲を広く取ることが重要であり、これにより、アームの加速領域を長くし、アームと球技球の衝突直前のアーム角速度ωを大きくすることができ、球技球の初速度を大きくすることができる。   When a rotary solenoid and an arm having the same shape and the same structure are used, it can be said that the initial velocity immediately after the collision of the game ball is almost determined by the arm angular velocity at the time of hitting. In order to increase the arm angular velocity, it is important to increase the starting torque and to widen the rotation angle range, thereby extending the acceleration region of the arm and increasing the arm angular velocity ω immediately before the collision between the arm and the ball game ball. Can be increased, and the initial speed of the ball game ball can be increased.

特開２００４−１７２３５３号公報JP 2004-172353 A 特開２００７−３０７３０６号公報JP 2007-307306 A

特開２００４−１７２３５３号公報のような２極のロータリーソレノイドの構造では、巻線がステータ主磁極の２ケ所に集中するため、コイルエンドが高くなるという欠点が生じ、結果的にロータリーソレノイドの薄型化には対応できない。 In the structure of the two-pole rotary solenoid as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-172353, since the windings are concentrated at two places on the stator main magnetic pole, there is a drawback that the coil end becomes high, resulting in a thin rotary solenoid. It is not possible to cope with the conversion.

また、特開２００７−３０７３０６号公報に記載のものは、マグネットの磁極数を６、突極数を６として薄型化が可能であるが、コギングトルクが負に連続して発生する角度が３０度であり、使用できる回転角度範囲は２０度程度と推定される。上述したように回転角度範囲が狭いと、アームの加速領域が不十分で、打撃時の角速度を大きくできない。結果として遊技球の初速が得られにくいという欠点がある。 Further, the one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-307306 can be thinned by setting the number of magnetic poles of the magnet to 6 and the number of salient poles to 6, but the angle at which the cogging torque is continuously generated negatively is 30 degrees. The usable rotation angle range is estimated to be about 20 degrees. As described above, if the rotation angle range is narrow, the acceleration region of the arm is insufficient, and the angular velocity at the time of impact cannot be increased. As a result, there is a drawback that it is difficult to obtain the initial speed of the game ball.

また、従来の４極の構造については、図１０と図１１に示すように、初期位置での逆起電力値が小さいので起動トルクが小さいことと、動作角度範囲が狭いことで加速性が悪いという大きな問題がある。加速性が悪いと遊技球の初速度が小さくなり、目的の位置まで飛ばせない状態も発生する。更に、速度が小さいため、巻線に通電される時間が長くなり、ロータリーソレノイド自体の温度上昇値も大きくなってしまう。また、遊技機器を設置する店舗では、大きな電力設備が必要になるため、省エネルギー化も重要視される。   Further, as shown in FIG. 10 and FIG. 11, the conventional four-pole structure has poor acceleration performance due to the small starting torque and the narrow operating angle range because the back electromotive force value at the initial position is small. There is a big problem. If the acceleration is poor, the initial velocity of the game ball becomes small, and a state where it cannot fly to the target position also occurs. Furthermore, since the speed is low, the time for energizing the windings becomes long, and the temperature rise value of the rotary solenoid itself also increases. In addition, in stores where game machines are installed, large power facilities are required, so energy saving is also important.

本発明は、上記問題点に留意してなされたものであり、４極構造で上述した問題点を解決し、薄型で高効率に駆動可能で、回転角度範囲も大きく設定できるロータリーロレノイドを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and provides a rotary lorenoid that solves the above-mentioned problems with a four-pole structure, can be driven thinly and with high efficiency, and can set a large rotation angle range. The purpose is to do.

上記目的を達成するために、本発明のロータリーソレノイドにあっては、４極構造でコイルエンド高さを低減し、コギングトルクが連続して負となる発生範囲を４５度から広げる構造で、逆起電力波形とコギングトルク波形の位相をシフトするために、マグネットと突極の空隙を不均一にする。結果的に初期位置での逆起電力値が大きく得られることで、起動トルクも大きくなり、動作角度範囲の広がりとの相乗効果で遊技球の初速度を大きく取ることが出来る。 In order to achieve the above object, the rotary solenoid of the present invention has a four-pole structure that reduces the coil end height and expands the generation range where the cogging torque is continuously negative from 45 degrees. In order to shift the phase of the electromotive force waveform and the cogging torque waveform, the gap between the magnet and the salient pole is made non-uniform. As a result, a large back electromotive force value at the initial position is obtained, so that the starting torque is also increased, and the initial velocity of the game ball can be increased by a synergistic effect with the expansion of the operating angle range.

逆起電力波形の半周期の平均値よりも、使用する回転角度範囲での逆起電力平均値が大きな範囲で使用することで、高効率に遊技球の初速度を確保できることになる。 By using the counter electromotive force average value in the range of the rotation angle to be used in a range larger than the average value of the half cycle of the counter electromotive force waveform, the initial velocity of the game ball can be secured with high efficiency.

本発明によれば、以下に記載のような優れた特徴を有し遊技球発射装置用としても好適なロータリーソレノイドが構成できる。
（１）ロータリーソレノイドを４極構造とし、巻線のコイルエンド部分を薄くでき、例えば薄型の遊技機器にも適用できる。
（２）初期位置で起動トルクが大きく取れて、アームの加速性が向上し、遊戯機器に適用した場合には、遊技球の初速度を向上させることができる。
（３）例えば遊戯機器に適用した場合における初期位置と打球時位置の動作角度範囲を広げることができ、遊技球の初速度を向上できる。
（４）初期位置と打球時位置間の負のコギングトルク特性が適正に得られ、アームを安定して駆動できる。
（５）通電時間が短縮され、ロータリーソレノイド自体の発熱を低減できる。また、高効率化が図れる。 According to the present invention, a rotary solenoid having excellent features as described below and suitable for a game ball launching device can be configured.
(1) The rotary solenoid has a four-pole structure, and the coil end portion of the winding can be made thin. For example, the rotary solenoid can be applied to a thin game machine.
(2) A large starting torque can be obtained at the initial position, the acceleration of the arm is improved, and when applied to a game machine, the initial speed of the game ball can be improved.
(3) For example, when applied to a game machine, the operating angle range between the initial position and the hitting ball position can be expanded, and the initial velocity of the game ball can be improved.
(4) A negative cogging torque characteristic between the initial position and the hitting position can be appropriately obtained, and the arm can be driven stably.
(5) The energization time is shortened and the heat generation of the rotary solenoid itself can be reduced. Moreover, high efficiency can be achieved.

本発明の一実施形態によるロータリーソレノイドの要部構造を示し、（ａ）は切断平面図、（ｂ）は切断正面図である。The principal part structure of the rotary solenoid by one Embodiment of this invention is shown, (a) is a cutting | disconnection top view, (b) is a cutting | disconnection front view. 図１のロータリーソレノイドにおけるトルク特性図である。It is a torque characteristic figure in the rotary solenoid of FIG. 図１のロータリーソレノイドのコギングトルク波形と逆起電力波形の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the cogging torque waveform and back electromotive force waveform of the rotary solenoid of FIG. 図１のロータリーソレノイドの起動特性図である。It is a starting characteristic figure of the rotary solenoid of FIG. 本発明の他の実施形態によるロータリーソレノイドの要部構造を示し、（ａ）は切断平面図、（ｂ）は切断正面図である。The principal part structure of the rotary solenoid by other embodiment of this invention is shown, (a) is a cutting | disconnection top view, (b) is a cutting | disconnection front view. 簡略化した遊技機器の発射装置の動作原理図である。It is the operation | movement principle figure of the launching device of the simplified game machine. 従来の２極のロータリーソレノイドの構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。The structure of the conventional 2 pole rotary solenoid is shown, (a) is a top view, (b) is a side view. 図７のロータリーソレノイドのトルク特性図である。FIG. 8 is a torque characteristic diagram of the rotary solenoid of FIG. 7. 従来の４極のロータリーソレノイドの構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。The structure of the conventional 4 pole rotary solenoid is shown, (a) is a top view, (b) is a front view. 図９のロータリーソレノイドのトルク特性図である。FIG. 10 is a torque characteristic diagram of the rotary solenoid of FIG. 9. 図９のロータリーソレノイドのコギングトルク波形と逆起電力波形の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the cogging torque waveform and back electromotive force waveform of the rotary solenoid of FIG.

以下、図面によって本発明の実施形態について説明する。
＜一実施形態＞
本発明によるロータリーソレノイドの一実施形態を図１〜図５を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<One Embodiment>
An embodiment of a rotary solenoid according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図１は、本発明の一実施形態によるロータリーソレノイドの構造を示したものである。ロータリーソレノイドのベースとなるハウジング３０に軸受ボックス３２が固定され、この軸受ボックス３２にステータ３４が支持されている。ステータ３４は回転中心と同心状に配置されバックヨークとなる円環状ステータコア３５と、ステータコア３５の外周の４箇所等間隔の位置に径方向外方に向けて突出形成された４個の主磁極３６と、主磁極３６のそれぞれの先端に形成されたステータ突極３７と、各主磁極３６にそれぞれ巻装された巻線３８とにより構成されている。ステータ３４に対向するように設けられたロータ４０は、回転自在に支持された円筒状周壁を有する逆カップ状のロータホルダ４１と、ロータホルダ４１の周壁内周面に各主磁極３６のステータ突極３７に対向するように装着された円筒状マグネット４２と、ロータホルダ４１の天壁の中央部に固着された回転軸４３とにより構成されている。回転軸４３はステータコア３５の内周部に挿通され、軸受ボックス３２において回転自在に支持されている。実際には、軸受ボックス３２の一部がステータコア３５に内嵌され、回転軸４３がこの軸受ボックス３２に保持された軸受にて支持されている。マグネット４２は周方向に異なる磁極が４極着磁された円筒状のものが用いられているが、これ以外に、円弧状の４個のセグメント型マグネットを用いることもできる。   FIG. 1 shows a structure of a rotary solenoid according to an embodiment of the present invention. A bearing box 32 is fixed to a housing 30 serving as a base of the rotary solenoid, and a stator 34 is supported on the bearing box 32. The stator 34 is arranged concentrically with the center of rotation and is an annular stator core 35 serving as a back yoke, and four main magnetic poles 36 projecting radially outward at four equally spaced positions on the outer periphery of the stator core 35. And stator salient poles 37 formed at the respective tips of the main magnetic poles 36, and windings 38 wound around the main magnetic poles 36, respectively. The rotor 40 provided to face the stator 34 includes an inverted cup-shaped rotor holder 41 having a cylindrical peripheral wall that is rotatably supported, and stator salient poles 37 of the main magnetic poles 36 on the inner peripheral surface of the peripheral wall of the rotor holder 41. And a rotating shaft 43 fixed to the central portion of the top wall of the rotor holder 41. The rotating shaft 43 is inserted into the inner peripheral portion of the stator core 35 and is supported rotatably in the bearing box 32. Actually, a part of the bearing box 32 is fitted in the stator core 35, and the rotating shaft 43 is supported by a bearing held by the bearing box 32. The magnet 42 has a cylindrical shape in which four magnetic poles different from each other in the circumferential direction are magnetized. Alternatively, four arc-shaped segment magnets can be used.

ここで、ステータ３４の各ステータ突極３７外周面とロータ４０のマグネット４２内周面との間の空隙には、不均一部分４４が設けられている。より具体的には、ステータ突極３７の外周部の一部を切除した形状にすることにより不均一部分４４が形成され、この切除した形状がステータ突極３７の周方向中心部から時計方向側に向かうに従い徐々に切除深さを大きくした形に設定されている。こうすることで、トルク特性とコギングトルク特性の位相がずれ、更に連続する負のコギングトルクの発生範囲を増加させるように構成することができる。 Here, a non-uniform portion 44 is provided in the gap between the outer peripheral surface of each stator salient pole 37 of the stator 34 and the inner peripheral surface of the magnet 42 of the rotor 40. More specifically, a non-uniform portion 44 is formed by cutting out a part of the outer peripheral portion of the stator salient pole 37, and this cut shape is clockwise from the circumferential center of the stator salient pole 37. The depth of excision is gradually increased as it goes to. By doing so, the phase of the torque characteristics and the cogging torque characteristics are shifted, and the generation range of the continuous negative cogging torque can be increased.

図３は、本発明のロータリーソレノイドのコギングトルク波形Ｔ１と逆起電力波形Ｔ３の位相関係を示すものである。図１１の従来の均一空隙のものと比較して、コギングトルク波形Ｔ１と逆起電力波形Ｔ３の位相関係がずれていることが分かる。図３のＶａは逆起電力波形の半周期の平均値であり、Ｖｅは初期位置と打撃時位置の角度範囲での逆起電力波形の平均値である。従来の均一空隙のものは、Ｖａ＞Ｖｅであるが、本発明のものはＶａ＜Ｖｅであることが分かる。その結果、本発明では初期位置での逆起電力値が大きい点から起動するため、起動トルクも大きな値が得られる。 FIG. 3 shows the phase relationship between the cogging torque waveform T1 and the counter electromotive force waveform T3 of the rotary solenoid of the present invention. It can be seen that the phase relationship between the cogging torque waveform T1 and the counter electromotive force waveform T3 is deviated from that of the conventional uniform gap shown in FIG. In FIG. 3, Va is an average value of a half cycle of the counter electromotive force waveform, and Ve is an average value of the counter electromotive force waveform in an angle range between the initial position and the position at the time of hitting. It can be seen that the conventional uniform gap has Va> Ve, but the present invention has Va <Ve. As a result, in the present invention, starting is performed from the point where the back electromotive force value at the initial position is large, so that a large starting torque can be obtained.

図２は、本発明によるロータリーソレノイドのトルク特性を示すものである。横軸はロータリーソレノイドの回転角度であり、縦軸がトルク特性を示しＣＷ方向を正方向としている。同図においてＴ１はコギングトルク特性、Ｔ２は電流値２Ａを通電した場合のトルク特性を示す。初期位置ではコギングトルクＴ１の大きさはＰ点であり、ほぼ５０ｍＮ・ｍの負トルクを有しており、このロータリーソレノイドを図６で説明した遊戯機器の発射装置に適用した場合、Ｐ点のコギングトルク力により、図６のアーム４は第１のストッパ７に接触して保持される。初期位置での起動トルク値はＲ点で示され、約１８０ｍＮ・ｍを得ている。Ｓ点は打撃点でのトルクを示し、打撃直後に通電が切断され、Ｑ点の負方向のコギングトルクにより、初期位置のＰ点に復帰する。連続する負のコギングトルクの発生範囲は５２度であり、回転角度範囲は約４２度を確保できる。 FIG. 2 shows the torque characteristics of the rotary solenoid according to the present invention. The horizontal axis represents the rotation angle of the rotary solenoid, and the vertical axis represents torque characteristics, with the CW direction being the positive direction. In the figure, T1 represents cogging torque characteristics, and T2 represents torque characteristics when a current value of 2A is energized. At the initial position, the cogging torque T1 has a point P, which has a negative torque of approximately 50 mN · m. When this rotary solenoid is applied to the game machine launching device described with reference to FIG. The arm 4 in FIG. 6 is held in contact with the first stopper 7 by the cogging torque force. The starting torque value at the initial position is indicated by point R, and about 180 mN · m is obtained. The point S indicates the torque at the hit point, and the energization is cut off immediately after the hit, and the point returns to the initial point P by the negative cogging torque at the point Q. The generation range of the continuous negative cogging torque is 52 degrees, and the rotation angle range can secure about 42 degrees.

図４は、前記図９で説明した従来の４極構造のロータリーソレノイドと本発明の一実施形態によるロータリーソレノイドとの起動特性をシミュレーションにより比較したものである。横軸は通電開始後の時間を示し、上段は機械的な回転角度、下段はアーム４の回転角速度をそれぞれ示す。   FIG. 4 shows a comparison of the starting characteristics of the conventional four-pole rotary solenoid described in FIG. 9 and the rotary solenoid according to the embodiment of the present invention by simulation. The horizontal axis indicates the time after the start of energization, the upper row indicates the mechanical rotation angle, and the lower row indicates the rotation angular velocity of the arm 4.

従来のロータリーソレノイドにおいては、特性曲線Ｈ１、Ｈ２に示すように、回転角度が所定角度（例えば４０度）に達する迄に約２８ｍｓを要していたのに対し、本発明のロータリーソレノイドにおいては、特性曲線Ｈ３，Ｈ４に示すように、起動から１６ｍｓで所定角度（機械角約４０度）に達し、その時の角速度は５０ｒａｄ／ｓである。従来の４極のロータリーソレノイドの約２倍の角速度が得られ、遊技球の初速度も２倍近くが得られることがわかる。   In the conventional rotary solenoid, as shown in the characteristic curves H1 and H2, it takes about 28 ms for the rotation angle to reach a predetermined angle (for example, 40 degrees), whereas in the rotary solenoid of the present invention, As shown in the characteristic curves H3 and H4, a predetermined angle (mechanical angle of about 40 degrees) is reached in 16 ms from the start, and the angular velocity at that time is 50 rad / s. It can be seen that the angular velocity about twice that of the conventional four-pole rotary solenoid can be obtained, and the initial velocity of the game ball can be almost doubled.

図５は本発明の他の実施形態によるロータリーソレノイドの構造を示したものである。図５において、図１と同一符号のものは同一もしくは相当するものを示すものとする。
この実施形態では、ステータ突極３６とマグネット４２との空隙が周方向において均一の状態でも、トルク特性とコギングトルク特性の位相をずらすことが可能な構造を提供するものである。すなわち、この実施形態では、ハウジング３０におけるマグネット４２の端面との対応する位置の内周側に軟磁性材料からなる金属体５０を配置したことを特徴とするものである。具体的には、この金属体５０は、図５（ａ）に示すように、固定子３４の一つの主磁極３６のステータ突極３７の中央から反時計方向に偏倚した部分に軸方向に対向して配置されている。 FIG. 5 shows a structure of a rotary solenoid according to another embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
This embodiment provides a structure capable of shifting the phases of torque characteristics and cogging torque characteristics even when the gap between the stator salient poles 36 and the magnet 42 is uniform in the circumferential direction. That is, this embodiment is characterized in that the metal body 50 made of a soft magnetic material is disposed on the inner peripheral side of the position corresponding to the end face of the magnet 42 in the housing 30. Specifically, as shown in FIG. 5A, the metal body 50 is opposed in the axial direction to a portion biased counterclockwise from the center of the stator salient pole 37 of one main magnetic pole 36 of the stator 34. Are arranged.

このように、軟磁性材料からなる金属体５０を設けることにより、この金属体５０にマグネット磁極が吸引されることで、ロータとステータとの周方向エアギャップの磁束分布に不均一性が生じ、上述したステータ突極とマグネットとの空隙磁束分布が不均一に生じるトルク特性とコギングトルク特性の位相関係と同等の特性を得ることが可能となる。 Thus, by providing the metal body 50 made of a soft magnetic material, the magnetic poles are attracted to the metal body 50, thereby causing non-uniformity in the magnetic flux distribution in the circumferential air gap between the rotor and the stator. It is possible to obtain a characteristic equivalent to the phase relationship between the torque characteristic in which the air gap magnetic flux distribution between the stator salient pole and the magnet is uneven and the cogging torque characteristic.

上述のような金属体５０は、図５（ａ）のように、一つの主磁極３６のステータ突極３７に対応して設ける以外に、同図に１点鎖線に示すように、隣り合う２つの主磁極３６のそれぞれのステータ突極３７に対応して２つの金属体５０，５２を設けるようにしてもよい。
また、一実施形態のような空隙の不均一性構造と、他の実施形態のような軟磁性材料の金属体配置構造とを組み合わせる方法も有効な手段である。 As shown in FIG. 5A, the metal bodies 50 as described above are provided so as to correspond to the stator salient poles 37 of one main magnetic pole 36, and as shown in FIG. Two metal bodies 50 and 52 may be provided corresponding to the respective stator salient poles 37 of the two main magnetic poles 36.
Further, a method of combining the non-uniform structure of voids as in one embodiment and the metal body arrangement structure of soft magnetic material as in other embodiments is also an effective means.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した範囲において種々の変形が可能である。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range described in the claim.

本発明によれば、薄形の遊技機器に組み込まれる発射装置の動力源として使用されるロータリーソレノイドとして、最適な構造・形態・特徴を保有するため、薄形形状、高トルクによる消費電力の低減、回転角度の増加による球技球の初速度アップ等、全ての特性面の改善がコストアップせずに達成できるという、格別の効果を有するロータリーソレノイドが構成されることになり、広く適用が可能である。   According to the present invention, as a rotary solenoid used as a power source of a launching device incorporated in a thin gaming machine, it has an optimal structure, form, and features, so it has a thin shape and low power consumption due to high torque. It is possible to apply a wide range of rotary solenoids that have a special effect that all characteristics can be improved without increasing costs, such as increasing the initial speed of a ball game ball by increasing the rotation angle. is there.

３４ ステータ
３６ 主磁極
３７ ステータ突極
３８ 巻線
４０ ロータ
４２ マグネット
４４ 不均一空隙
５０，５２ 金属体 34 Stator 36 Main pole 37 Stator salient pole 38 Winding 40 Rotor 42 Magnet 44 Non-uniform air gap 50, 52 Metal body

Claims (4)

回転自在に支持される出力軸と一体化し、内周面にＮＳの磁極が周方向に多極着磁されたリング状のマグネットを有するロータと、前記マグネットの内周と径方向に空隙を介して対向する複数のステータ突極を有し、該ステータ突極から内周方向に延びる各主磁極に巻線を有するステータとを具備し、該巻線に通電することで前記出力軸を所定の回転角範囲において回動させるロータリーソレノイドにおいて、
前記マグネットの磁極数を４、前記ステータ突極の数を４とし、回転角４５度区間の範囲を超えて負のコギングトルクが連続して生じ、この角度内で回転角動作範囲を３５度以上に設定し、逆起電力波形の半周期の平均値よりも、使用する回転角度範囲での逆起電力平均値が大きくなるように設定したことを特徴とするロータリーソレノイド。 A rotor having a ring-shaped magnet integrated with an output shaft that is rotatably supported and having NS magnetic poles magnetized in the circumferential direction on the inner circumferential surface, and a gap between the inner circumference and the radial direction of the magnet. A stator having a winding on each main magnetic pole extending in the inner circumferential direction from the stator salient pole, and energizing the winding to cause the output shaft to have a predetermined In the rotary solenoid that rotates in the rotation angle range,
The number of magnetic poles of the magnet is 4 and the number of stator salient poles is 4, and negative cogging torque is continuously generated beyond the range of 45 ° rotation angle, and the rotation angle operating range is 35 ° or more within this angle. A rotary solenoid characterized in that the average value of the counter electromotive force in the rotation angle range to be used is larger than the average value of the half cycle of the counter electromotive force waveform. 該マグネットと該ステータ突極の空隙を不均一に構成したことを特徴とする請求項１に記載のロータリーソレノイド。 The rotary solenoid according to claim 1, wherein the gap between the magnet and the stator salient pole is configured to be non-uniform. 軟磁性の特性を有する金属体を前記リング状マグネットの内周端面に対置したことを特徴とする請求項１に記載のロータリーソレノイド。 The rotary solenoid according to claim 1, wherein a metal body having a soft magnetic property is disposed on an inner peripheral end face of the ring-shaped magnet. 請求項１〜３の何れかに記載のロータリーソレノイドを備え、前記ロータの出力軸が発射装置のアームに連結され、前記ロータリーソレノイドの回転により、アームを介して遊技球を打ち出すことを特徴とする遊技球発射装置。
A rotary solenoid according to any one of claims 1 to 3, wherein an output shaft of the rotor is connected to an arm of a launching device, and a game ball is launched through the arm by the rotation of the rotary solenoid. Game ball launcher.

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