JPH032322B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はソレノイドの構造に係るものである。
多くの従来型式のソレノイドは非直線的な力対電
流関係を有している。たとえば、低い電流レベル
では、電流の僅かな変化により生じる力の変化は
高い電流レベルでの同様な電流の変化により生じ
る力の変化より小さい。そのような力対電流関係
は、ソレノイドをオン−オフ式起動子として使用
する場合には満足である。しかしながら、比例式
制御機能が必要の場合には、電流の増大に従い力
が直線的に増大するといつた如き直線傾斜の力対
電流関係が望ましい。これまでに、特定の力対変
位特性を生じるよう種々の型式のソレノイドが利
用されていた。たとえば、ある範囲の変位にわた
り均一すなわち一定の力を生じるため円鍾形の電
機子とストツパとが使用されていた。1967年に発
刊されたマークの機械技師用の標準便覧第７判第
15−106頁（Mark′sStandard Hand−book for
Mechanical Engineers、7thedition、1967）お
よび米国特許第4091348号ならびに米国特許第
4044652号参照）。端部が面取りしてある円筒形の
鋼製分流器を設けたレデツクス。インコーポレイ
テツト社（Ledex、Inc.）製のソレノイドにより
同様な均一の力対変位関係が達成された。しかし
ながらこれらのいづれもソレノイドに所望の直線
傾斜の力対電流特性を与えない。

本発明の１つの目的は、比例制御に応用するに
適したソレノイドを提供することである。

本発明の他の１つの目的は、ほぼ直線的な力対
コイル電流関係をソレノイドに与えることであ
る。

本発明のこれらの目的は、ソレノイド磁束流路
に磁束回路におけるソレノイドの他の構成部分に
磁気飽和が生じる磁束密度より低い磁束密度で急
激に飽和転移が生じる高度に透磁性の物質の部片
を入れることにより達成する。１つの具体例では
テーパ付き断面形状の１対の対抗するミウメタル
（mumetal）ワツシヤが電機子の端部と空隙の両
側の極部品の１つとに取り付けてある。別の具体
例では、テーパ付きまたは台形断面の１個のワツ
シヤが空隙の付近で電機子の一端部に取り付けて
ある。第３の具体例では、内外周面に環状溝を設
けた円筒形の環状ワツシヤが電機子の一端部に取
り付けてある。

以下、本発明を添付図面に示した実施例に基づ
き詳細に説明する。ソレノイド１０はカバー１２
を有し、このカバー１２は強磁性体の軟鋼製の第
１の部品１４と、非強磁性体のステンレス鋼製の
第２の部品１６と、強磁性体の軟鋼製の第３の部
品１８とコイル２０とを有する極組立体を包囲し
ている。極組立体のこれら部品は円筒形で中空円
筒形の電機子２２を摺動可能に収容する室を形成
する。電機子２２が収容しているばね２４は電機
子２２を第１図で見て下方に押圧するよう偏倚さ
れている。第１の極部品１４がねじ受けしている
ばね張力調節部材２６がばね２４の一端部に係合
している。

空隙２８が極部品１４と電機子２２との環状端
面３０，３２を互いに分離している。電流がコイ
ル２０を流れるに従い、磁束が生じこの磁束はカ
バー１２と、極部品１４−１８と、空隙２８と電
機子２２とで形成された磁気回路を流れる。この
磁束流はばね２４の偏倚に抵抗して電機子２２を
第１図で見て上方に動かす力を生じる。

飽和可能な要素が空隙個所に位置決めされてい
る。変形した飽和可能な要素が第２図ないし第４
図の空隙個所の拡大図に示してある。

第２図において、飽和可能な要素はそれぞれが
端面３０，３２の対応するものに取り付けてある
１対の同様な環状ワツシヤ３４，３６から成る。
ワツシヤ３４，３６はそれぞれ極部品１４と電機
子２２とに取り付けた大きい端部と、互いに向か
い合い空隙２８内に延びている小さい端部とを有
するテーパ付き断面形状を有している。更に詳細
にいえば、ワツシヤ３４，３６はたとえば、それ
ぞれ側部が基部に対し27゜の角度をなしている二
等辺三角形の断面形状を有している。ワツシヤの
頂点は空隙２８の中心に向け互いに向かい合い配
合されている。ワツシヤは磁束密度が低いと鋼よ
り高い透磁率を有し、電機子と極部品との鋼に飽
和が生じる磁束密度より低い磁束密度で急激に飽
和する磁性材で作られている。適当なワツシヤ材
の１例は「ミウメタル」（Mumetal）の名称で知
られている。

飽和可能な要素の１つの変形具体例が第３図に
示してある。この具体例では、飽和可能な要素は
単一の環状ミユメタルリング４０であり、このリ
ングは大きい端部が電機子２２に取り付けられ小
さい端部が空隙２８内に延び側部が基部に対し、
たとえば、45゜の角度をなしている台形断面形状
を有している。

第３の具体例の飽和可能な要素が第４図に示し
てあり、この具体例の飽和可能な要素は円筒形の
内外周面５２，５４を有する平たいワツシヤの形
状にしてある。内外周面５２，５４には環状溝５
６，５８が設けてある。溝５２，５４間の個所は
磁気飽和が生じる磁束収検個所である。

作用モード ソレノイド１０のコイル１２に電流を印加する
と、磁束がカバー２０と、極部品１４、空隙２
８、空隙内の飽和可能な要素、電機子２２および
極部品１８を流れ、従つて、電機子を第１図から
見て上方に動かし空隙２８の軸線方向長さを減少
する力を生じる。ステンレス鋼製部品１６が非磁
性のため、磁束は空隙を流れるよう強制される。
比較的に小さい空隙長さに対しては、力Ｆはほぼ
以下の等式により説明できる。すなわち、 Ｆ＝Ａ（In÷LC）² 上式において、Ａはコアの面積、ｎはコイルの
巻数、Ｌは空隙の長さ、Ｃは定数である。従つ
て、従来の非直線的力対電流関係が電流の二乗に
依存して派生することが判る。

従来の力対電流関係は、また、多くの従来技術
のソレノイドが磁束流路における物質の透磁率が
磁束密度の増大、従つて、電流の増大と共に増大
する磁束レベルで作用するという事実により派生
する。従つて、磁束密度とコイル電流との増大に
応答して従来技術のソレノイドの構成部品の総合
的磁気抵抗（磁束流に対する抵抗）が減少する事
実もまた力対電流関係の非直線性に寄与する。

コイル２０を流れる電流が変えられる間、極部
品１４と電機子２２との間の空隙の長さが一定に
保持されていると仮定して第１回と第２回との具
体例の作用を説明する。ワツシヤ３４，３６がテ
ーパ状になつているので、一方のワツシヤから空
隙２８を横切り他方のワツシヤに流れる磁束は２
つのワツシヤの頂点を結ぶ中心線（実際には円筒
形表面）に向け収検、すなわち、集中せしめられ
勝ちであると信じられている。これは磁束が最も
抵抗の小さい通路、この例では、ワツシヤ３４，
３６間の最も短かい距離の個所、すなわち、空隙
２８における通路に沿い流れ勝ちであるからであ
る。コイル電流と磁束とが増大するに従い、各ワ
ツシヤの頂点の周囲の僅かの個所が磁束で飽和さ
れるようになると信じられている。ワツシヤがミ
ユメタル製であるので、この飽和はカバー１２、
極部品１４，１８および電機子２２の如き、ソレ
ノイド１０の他の部品に飽和が生じる磁束密度と
電流レベルとよりもそれぞれ低い磁束密度と電流
レベルとで生じる。ワツシヤの１個所が一度で磁
束で飽和され、もし電流と磁束とが更に増大せし
められるとこの個所の磁束の流れに対する抵抗は
増大する。この抵抗の増大はソレノイドの他の部
品の抵抗の減少を中和し、従つて、力が電流の二
乗に比例して変化していたものを直線的比例関係
にする傾向がある。

また、電流と磁束とが増大せしめられるに従
い、ワツシヤ３４，３６の頂点近くの飽和領域の
寸法は大きくなる。すなわち、ワツシヤ３４，３
６の未飽和領域の境界は、コイル電流の増大と共
に更に遠ざかり移動する。未飽和領域間の距離が
このように増大すると空隙の長さを増大すること
に似た効果を有し、この効果はまた磁束流路の総
合的抵抗も増大し従つて、力対電流関係を直線化
するのに役立つ。

前記した作用の説明はまたもちろん可変飽和個
所が１つワツシヤ４０のみに制限されている以外
は第３図の具体例にも当てはまる。

第４図の具体例について説明すると、コイル電
流と磁束とが増大するとワツシヤ５０の溝５６，
５８間の個所を飽和する傾向がある。飽和が生じ
ると、電流と磁束とが更に増大することに応答し
てワツシヤ５０の抵抗が増す。また、ワツシヤ５
０の前記個所が飽和するに従い、２つの溝５６，
５８が形成する空隙を直接横切り一層磁束が流れ
る傾向がある。この空隙は空隙２８の長さに比較
して比較的に長さが短かい。これら効果は共に電
流と磁束とが更に増大することに応答してワツシ
ヤの抵抗を増大する傾向があり、従つて、ソレノ
イドの力対電流関係を直線化する傾向がある。

第５図には空隙２８の境界における平たい端部
を有する鋼製電機子を設けた従来技術のソレノイ
ドと、同様の構造であるが、電機子２２と極部品
１４との両方に第２図に示した如きミユメタルワ
ツシヤを設けて変形したソレノイドとに対して行
つた試験結果が示してある。従来技術のソレノイ
ドと変形したソレノイドとに対し、電機子にかけ
た力を、電流を変化させながら１。０、1.25およ
び1.5mmの固定の空隙長さにおいて測定した。変
形したソレノイドに対する試験結果（実線で示し
た）が、コイル電流と空隙との有用な範囲にわた
り、従来技術のソレノイドに対する結果（破線で
示した）よりも可成り直線的な力対電流関係を示
す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るソレノイドの部分断面
図、第２図、第３図および第４図は本発明の変形
具体例を示す拡大図、第５図は従来技術のソレノ
イドと第１図および第２図に示した改良された同
様なソレノイドとに対して行つた試験結果のグラ
フである。 １０……ソレノイド、１４，１６，１８……極
要素、２０……コイル手段、２２……電機子要
素、２８……空隙、３４，３６，４０，５０……
飽和可能な部材、５２，５４……周面、５６，５
８……溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可動の電機子と、 電機子を摺動可能に収納する室を内部に形成す
   る極組立体と、 電機子に磁力が作用して該電機子が摺動する方
   向に面する当該電機子の面と、該面に対向する上
   記極組立体の面との間に形成されて、これら電機
   子及び極組立体とともに磁束回路を形成する空〓
   と、 該空〓に位置決めされ、透磁性で磁気飽和可能
   で電機子と極組立体とに磁気飽和が生じる磁束密
   度より低い磁束密度における急激な磁気飽和点を
   有する部材と、 電機子に作用する力を生じる上記磁束回路を通
   る磁束を生じるため極組立体を包囲しているコイ
   ル手段とを備えることを特徴とするソレノド。 ２ 磁気飽和可能な部材が、電機子と極組立体と
   の上記面の少なくとも一方に取り付けられている
   特許請求の範囲第１項に記載のソレノド。 ３ 磁気飽和可能な部材が、上記少なくとも一方
   の面に接した大きな断面の端部から他方の面に近
   い小さい断面の端部に向けてテーパが付けられて
   いる特許請求の範囲第２項に記載のソレノド。 ４ 磁気飽和可能な部材が電機子の上記面に取り
   付けられた第１の部材と、該部材から離され極組
   立体の上記面に取り付けられた第２の部材から構
   成されている特許請求の範囲第１項に記載のソレ
   ノド。 ５ 第１及び第２の部材が、それぞれの頂点が向
   かい合うように配向された三角形断面を有する環
   状部材である特許請求の範囲第４項に記載のソレ
   ノド。 ６ 磁気飽和可能な部材が、電機子に装着された
   台形断面を有している特許請求の範囲第１項に記
   載のソレノド。 ７ 磁気飽和可能な部材が、電機子に装着され内
   外周面を有する環状リングからなり、内外周面の
   間に磁束収れん箇所を形成してなる特許請求の範
   囲第１項に記載のソレノド。 ８ 磁気飽和可能な部材がミウメタルで形成され
   ている特許請求の範囲第１項ないし第７項のいづ
   れかに記載のソレノド。