JPS596503A - 自己保持型ソレノイド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、従来の自己保持型ソレノイドと比較して可動
コアの釈放を容易ならしめ、釈放に要する逆励磁電流を
少なくし得るとともに、自己保持状態での吸着力を大巾
に向上させ得る永久磁石併用の自己保持型ソレノイドに
関する。

従来から、永久磁石を併用した自己保持型ソレノイドと
しては、第１図（４）■に示すような構造のものがよく
知られている。

第１図（８）のものは、角筒型のフレームヨーク（１）
を横に向け（したがってフレームヨーク（１）の図面手
前側と向う側は開放されている）、その上面中央孔（２
）より非磁性体からなる円筒状案内管（３）を挿入し、
案内管（３）外側に電磁コイル（４）が周設されるとと
もに、同内側に下から順′番に永久磁石（５）、固定コ
ア（６）および可動コア（７）が重装δれた構造を採る
。

コノ構造の自己保持型ソレノイドにおいて可動コア（７
）を吸引するには、電磁コイル（４）に励磁電流を通じ
、これによる磁束で永久磁石（５）を着磁するとともに
、可動コア（７）に直接的に吸引力を作用はせて、可動
コア（７）ヲバネ（８）の力に抗して下方へ移動させ、
可動コア（７）が固定コア（６）に吸着された後は励磁
電流を切っても着磁された永久磁石（５）の残留磁束で
可動コア（７）を自己保持するのである。また、可動コ
ア（７）を固定コア（６）から釈放するには、電磁コイ
ル（４）に逆励磁電流を通じ、これにより永久磁石（５
）を減磁あるいは消磁δせて、固定コア（６）と可動コ
ア（７）との間に働く吸着力をバネ（８）の力以下に低
下させるのである。

ところで、この自己保持型ソレノイドでは電磁コイ／Ｉ
／（４）の逆励磁により（Ｆハなる磁路が形成される。

而して、自己保持型ソレノイドの永久磁石（５）として
は一般にアルニコ５相当品が使用されている。しかるに
、永久磁石（５）は透磁率が小さく、磁気抵抗が大きい
ため、可動コア（７）の釈放の際に（Ｆ／）なる磁路を
形成した場合に永久磁石（５）の部分がいわば空隙とな
って磁路（Ｆ／）に直列に入シ、更に案内管（３）の挿
入によシフレームヨーク（ｌ）と可動コア（７）との間
に不可避的に形成される間隙（９）も加わって、釈放に
必要な逆励磁電流を大きなものとする。

第１図［Ｆ］）に示す自己保持型ソレノイドは、永久磁
石（５）を案内管（３）の下方に位置させて、釈放時に
形成される磁路中から永久磁石（５）を外し、合せて　
　。

永久磁石（５）の有効断面積を大きくできるようにした
構造のソレノイドで、案内管（３）と永久磁石（５）と
の間にポールピースα０を有している。この自己保持型
ソレノイドにおいて可動コア（７）を釈放させる場合は
、電磁コイル（４）による磁路が（ＦＪ）の如く永久磁
石（５）を迂回して形成される。すなわち、電磁コイル
（４）を逆励磁することにより、永久磁石（５）からの
磁束をポールピースα１からフレームヨーク（１）へ強
制逆流させて、可動コア（７）を固定コア（６）から釈
放させるのである。

この場合、釈放に必要な電磁コイ／Ｉ／（４）の起磁力
は、ポールピースＱＱとフレームヨーク（１）との間の
空隙α０を狭くすることにより小石くすることができる
が、この空隙Ｑｌ）を狭くすると、電磁コイル（４）を
逆励磁しない場合、すなわち自己保持時に永久磁石（５
）からの磁束の多くが空隙αｐのほうに分流し、この時
の可動コア（６）に対する吸着力を低下させるのである
。言い換えれば、この自己保持型ソレノイドは、釈放に
必要な逆励磁電流を低減させる可能性があるものの、そ
れをすると自己保持状態での吸着力が低下するという欠
点を有するのである。

本発明はこの欠点を解消し、自己保持状態での吸着力を
低下させることなく、むしろ高くしつつ、釈放時の必要
逆励磁電流の低減を図る自己保持型ソレノイドを提供し
ようとするもので、その特徴とするところは電磁コイル
（４）の上方または下方に永久磁石（５）ヲ案内管（３
）の外面全周を包囲する如く配設した点にある。

すなわち、永久磁石（５）をこのように配設すれば、永
久磁石（５）の有効断面積が大となって自己保持状態で
の吸着力が増大するばかシでなく、可動コア（７）の釈
放時に電磁コイル（４）からみた磁気的空隙が案内管（
３）の厚みに限定されて釈放に必要な逆励磁電流が少な
くなるのである。

以下、図面に掲げる実施例に基づいて本発明の詳細な説
明する。

第２図によると、フレームヨーク（１）は円筒園地で、
有底筒状のヨーク本体（１′）とその上方開口部を閉塞
する蓋部（１）とからなり、蓋部（１）は中央孔（２）
を備える。従来ソレノイドのフレームヨーク（１）カ第
１図（２）のところで説明したとおり完全な函型になっ
ていないのに対し、本ソレノイドのフレームヨーク（１
）は外周を閉塞した完全両型と嘔れる。

これは永久磁石（５）が案内管（３）の外面全周を包囲
するよう配設されることに伴うものである。

本３ンレノイドにおいてはまた、フレームヨーク（１）
がヨーク本体（１）、蓋部（１）の双方とも軟質磁性体
で構成される。これは後の作用のところで詳述するよう
に釈放時に蓋部（１）に大量の磁束を通過させなければ
ならないからである。

中央孔（２）よりフレームヨーク（１）内に垂直に挿入
された案内管（３）は非磁性体製で、できるだけ薄くす
るのがよく、その上端部および下端部においてフレーム
ヨーク（１）に固着する。案内管（３）を薄くするのは
、蓋部（１）を軟質磁性体とするのと同じ理由からでる
る。

案内管（３）の外側には、後記する空隙α場を上方に残
して電磁コイ／Ｉ／（４）が周設嘔れ、案内管（３）の
内側には固定コア（６）および可動コア（７）が挿入さ
れる。

固定コア（６）か案内ｇ（３）に密に嵌合し、底面をフ
レームヨーク（１）に固着するのに対し、可動コア（７
）は案内管（３）に可摺動に嵌合し、上部にバネ（８）
を備える・バネ（８）については後で詳述する。可動コ
ア（７）とフレームヨーク（υの蓋部（１）との開の空
隙は、案内管（３）を薄くするのと同じ理由から、可動
コア（７）の動きを阻害しない範囲内でできるだけ狭く
烙れる。

電磁コイル（４）の上方に残された空間α埠、すなわち
、電磁コイル（４）の上端面とフレームヨーク（１）の
内周面と案内管（３）の外周面とによって囲まれた環状
の空間α■には、径方向に磁化され、案内管（３）の外
面全周を包囲するようリング状に組合された３つの扇型
永久磁石（５）が、磁石外周面をフレームヨーク（１）
の内周面、磁石内周面を案内管（３）の外周面にそれぞ
れ固着して固定される。電磁コイル（４）と永久磁石（
５）とは接触していても、接触していなくてもよい。

スプリング（８）は可動コア（７）の釈放を補助するた
めのもので、必要に応じて省略されるが、これを設ける
場合は図示のように蓋部（１）の上面と可動コア（７）
の上部に形成した鍔部（７）との間に組み込むのがよい
。従来から、この種のヌブリング（８）は第１図に示す
ように可動コア（７）と、ソレノイド以外の部材との間
に張設され、そのために適当な部材がないとか、あって
も部材位置によってスプリング（３）の引戻し力が異る
といった問題を生じるが、第２図のスプリング（８）は
ソレノイドに直接組み込すれるので上記の如き問題がな
く、かつソレノイドの外部に露出しているため組み込み
が容易である等の長所を有する。

第８図および第４図は本発明の他の笑施例を示シテイル
。第３図の自己保持型ソレノイドはフレームヨーク（１
）を角型の函体とし、その中に直方体の永久磁石（５）
をポールピース０１とともに組み込んだものであシ、第
４図の自己保持型ソレノイドは上記直方体の永久磁石（
５）の端部を互いに重ね合わせることによシ、永久磁石
（５）を案内管（３）に接近させてポールピース０１を
省略したものである。いずれのソレノイドも永久磁石（
５）か電磁コイル（４）の上方または下方において案内
管（３）の外面全周を包囲するよう設けられている。

これらの構成になる自己保持型ソレノイドにおいては、
電磁コイル（４）を励磁しない状態、すなわち自己保持
状態にあっては、永久磁石（５）の磁束は磁気的空隙で
ある案内管（３）の永久磁石（５）内側部分を通って可
動コア（７）に入る。可動コア（７）に入った磁束は、
可動コア（７）と軟質磁性体製の蓋部（１）との間に存
在する磁気的空隙のパーミアンスと、可動コア（７）と
固定コア（６）との間のパーミアンスとの比に略々対応
する割合で上下に分流する。しかし、前者のパーミアン
スは、可動コア（７）と蓋部（１）との間の磁気的空隙
が如何に狭いといえども、空隙が略々零の後者のパーミ
アンスに較べれば極端に小さい。したがって、永久磁石
（５）から可動コア（７）に入った磁束は固定コア（６
）を主に流れる。つまり、永久磁石（５）の発する磁束
の殆どか可動コア（７）と固定コア（６）との吸着に活
用されるのでるる。

これに対し、第１図（ｂ）の自己保持型ソレノイドにお
いては、永久磁石（５）からフレームヨーク（１）の底
部に入った磁束はフレームヨーク（１ン側部、ポールヒ
ース００間のバーミアンヌト、フレームヨーク（１）上
部、可動コア（７）間のパーミアンスとの比に応じてポ
ールピース（１０と可動コア（７）とに分流し、このう
ち可動コア（７）に流れる磁束のみが固定コア（６）に
入って吸着力に有効な磁束となる。しかし、この場合の
２つのパーミアンスはいずれも磁気的空隙を有したもの
であるため、本発明のソレノイドの場合はど有効磁束を
増大させる材料にはならない。

本発明の自己保持型ソレノイドにおいては、永久磁石（
５）の有効断面積を第１図（ト）の従来ソレノイドと比
較して大きくとることができるのみならず、上述の環内
により永久磁石（５）の磁束利用度を高め、これらの相
乗によシ同一のソレノイド規模で大巾な吸着力の増大を
可能ならしめ、同一吸着力の場合はソレノイド規模の大
巾縮小を可能ならしめるのである。

たとえば、永久磁石（５）として異方性高性能フェフイ
ト磁石を使用し、ソレノイドの外径寸法が、Ｈ中３５蛸
、Ｗ中２５絹、Ｌ中２０闘の場合、第１図（ト）の従来
ソレノイドでは３〜４　ｋｙの吸着力しか得られず、７
〜９　ｋＱの吸着力を得るにはＷ＜＝４０鰭、Ｌ　＃　
３５　ｍを必要としたが、本発明のソレノイド（第２図
のもの）では同一材質磁石使用、外径２５顛で８〜１Ｏ
ｋｑの吸着力を得ることができた。

一方、釈放時には逆励磁電流を電磁コイ／ｌ／（４）に
流すが、その場合の基本的な考え方は第１肉■の従来ソ
レノイドの釈放の場合と同一である。すなわち、上記逆
励磁電流により永久磁石（５）から可動コア（７）、固
定コア（６）へ流れる磁束をコア（７）（６）の接着部
において相殺し、永久磁石（５）からの磁束を事実上可
動コア（７）、蓋部（１）へのみ通じて、可動コア（７
）を固定コア（６）から釈放するのである。その際、電
磁コイル（４）から見た磁気的空隙は可動コア（７）と
蓋部（１）との間にしか存在しないから、電磁コイｚｖ
（４）の起磁力はこの間でのみ消費ちれ、起磁力が２箇
所で消費される第１図（ト）の従来ソレノイドと比較す
ると、必要起磁力、すなわち必要逆励磁電流が減少する
のである。

ちなみに、第２図の本発明のソレノイドの場合、可動コ
ア（７）に４＃のバネ負荷をかけた状態では、電圧８Ｖ
、瞬時電流２５０ｍＡで釈放可能でめった。

以上の説明から明らかなように、本発明の自己保持型ソ
レノイドは、自己保持時に強力な吸着力を生じるにもか
かわらず、釈放が容易であるので、自己保持用の永久磁
石規模が小嘔く、しかも釈放に必要な逆励磁電流の少な
い省エネルギータイプの自己保持型ソレノイドであシ、
更に、可動コイルの吸引動作を電磁コイルの励磁によら
ずに機械的な方法で行い、可動コイルの釈放動作のみを
電磁コイルの逆励磁により行う構造の自己保持型ソレノ
イドにあっては、逆励磁電流の低減に伴って電磁コイル
の規模縮小も期待でれるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自己保持型ソレノイドの構造を例示する
断面図、第２図〜第４図は本発明の自己保持型ソレノイ
ドの構造を例示する断面図で、第２図（５）は同図へ）
のＡ−Ａ線断面矢視図、第３図（ロ）は同図四のＢ−Ｂ
線断面矢視図、第４図（ト）は同図四のＣ−Ｃ線断面矢
視図である。 図中、ｌ：フレームヨーク、２：中央孔、３：案内管、
４：電磁コイル、５：永久磁石、６：固定コア、７：可
動コア、１０：ポールピース、１８：空間。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　フレームヨーク（１）の上面中央孔（２）よ
   シ垂直に非磁性体製の案内管（３）全挿入し、該案内管
   （３）の外側１に電磁コイル（４）を周設するとともに
   、案内管（３）の内側に固定コア（６）および可動コア
   （７）を重装したソレノイドにおいて、前記フレームヨ
   ーク（１）を外周の閉塞された直方函型または円筒函型
   となし、該７レームヨーク（１）内側の電磁コイル（４
   ）の上方マたは下方に永久磁石（６）を前記案内管（３
   ）の外面全周を包囲する如く配役せしめたことを特徴と
   する自己保持型ソレノイド。
2. （２）　フレームヨーク（１〕の上面中央孔（２）より
   垂直に非磁性体製の案内管（３）を挿入し、該案内管（
   ３）の外側に電磁コイ／ｌ／　（４）を周設するととも
   に、案内管（３）の内側に固定コア（６）および可動コ
   ア（７）を重装したソレノイドにおいて、前記フレーム
   ヨーク（１）　’ｅ外周の閉塞された直方函型または円
   筒函型となし、該フレームヨーク（１）内側の前記電磁
   コイル（４）の上方または下方に永久磁石（６）を前記
   案内管（３）の外面全周を包囲する如く配設し、かつ前
   記可動コア（７）の釈放補助用スプリング（８）を備え
   ていることを特徴とする自己保持型ソレノイド。
3. （３）園地のフレームヨーク（１）が上部開放のヨーク
   本体（１／）とその開口部を閉塞する蓋部（１コ）とか
   らなり、そのいずれもが軟質磁性体であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載の自己保持
   型ソレノイド。
4. （４）　　可動：Ｉア（７）の釈放補助用スプリング（
   ８）がフレームヨーク（１）の上面と可動コア（７）に
   設けた鍔部（７）との間に介装妊れていることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項または第３項記載の自己保持
   型ソレノイド。