JPS6165409A - 電磁石 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、ヨークに巻回されているコイルを励磁して生
じる電磁力によってヨークと磁気結合される移動体を移
動可能とする電磁石に関する。

背景技術 ヨークに巻回されたコイルを励磁し、ヨークと移動体で
あるブランツヤの間隙内での磁束を何層して、力の形で
出力を出しプランツヤを移動可能とするプランツヤ形電
磁石は広く知られている。

この電磁石の性能を評価する指標として、効率、電磁力
、応答性がある。消費電力に対する電磁力で定義される
効率は、ノユール損失を下げることによって高くなる。

また電磁力は磁性材料から成る電磁石の寸法と材質に依
存する。可動鉄心であるプランツヤのコアの断面積を太
き（するほど磁束を多く通すことができるので電磁力は
大きくなり、また飽和磁束密度の高い磁性材料はど磁束
の飽和する点が高くなり大きな電磁力を得ろことができ
る。電磁石の応答性とはブランツヤの時間的応答性を意
味し、瞬時に大きな電流を流し、速やかに電磁力を立上
げると高い応答性が得られることが知られている。つま
り大きな磁束を瞬時に誘起することによって高い応答性
を得ることができる。しかし、大きな磁束を短い時間で
発生させると、ブランツヤに大きなうず電流が誘導され
、その分電磁力の生成が妨げられ、応答性を高めること
ができなくなる。つまり、入力された電気エネルギーが
有効に運動エネルギーに変換されず、うず電流による熱
エネルギーとなると高速性が阻害される。

発明が解決しようとする問題点 うず電流の大きさは、磁束の時間変化率と、プランツヤ
を形成する磁性材料の比抵抗の逆数に比例する。比抵抗
の高い磁性材料を使用すれば、うず電流が小さくなって
応答性を高めることがでさることになる。しかし磁性材
料の比抵抗の大きさには限界があり、充分な大きさの比
抵抗を有する磁性材料は存在せず、したがってうす？ｒ
Ｌｍを小さくすることができない。圧粉鉄心のような比
較的比抵抗の大きな磁性材料が実現されているが、飽和
磁束蜜度が小さいため、定められた寸法で充分な電磁力
を得ることができない。つまり、充分な電磁力（Ｆ）を
うるｒこめには重量（、）が大きくなり、加速度Ｆ　／
　ｍはかえって低下するので応答性を高めることができ
ない、うず電流を小さくする先行技術の方法として、電
流の流れる断面積を小さくして電気抵抗を大きくするた
めに、けい素鋼板を積層して実現されているものがある
が、けい素鋼板を輸に平行な方向に積層してプランツヤ
を構成するのは、加工が難しいということや構造上外力
に対して、脆弱で破壊しやすいなどの欠点を有する。ま
た電磁石の寸法　（具体的にはブランツヤ断面Ｈ１）を
大きくすれば、大きな電磁力ＣＦ）を得ることができる
が、質量−も大きくなるので加速度ＣＦ／ｍ）を大きく
することができない。したがって従来技術では瞬時に大
きな加速度を得ることが難しく、上述のような電磁石を
構造部品とする装置の能力向上を制限している。

本発明の目的は、応答性が高く、瞬時に大きな電磁力を
得ることができる堅牢な電磁石を提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明は、筒状の強磁性材料から成り、その軸線方向に
移動自在であろ移動体と、 前記移動体を外囲し、移動体がその輪線方向に磁化され
るように励磁されるフィルとを備え、前記コイルの電磁
力によって前記移動体を軸線方向に移動可能とすること
を特徴とする電磁石である。

好ましい実施例では、前記移動体の軸線方向の端部に端
板を備え、その端板に移動体と同軸の袖が固着され、前
記軸がその軸線方向に支持される。

またさらに好ましい実施例では、前記移動体を軸線方向
に切り欠いて周方向に分断される６作　　用 本発明に従えば、篩状の強磁性材料から成り、その軸線
方向に移動自在である移動体と、前記移動体を外囲し、
移動体がその軸線方向に磁化されるように励磁されるコ
イルとを備え、前記フィルの電磁力によって、前記移動
体を軸線方向に移動可能とするので、移動体の厚みを薄
くすることが容易で、移動体に流れるうず電流を小さく
することができる。また移動体を軸線方向に切り欠いて
周方向に分断すると、うず電流の循環路を連断すること
になるので、電気抵抗が大きくなり、さらにうず電流を
小さくすることができる。

実施例 第１図は本発明の一実施例の電磁石１の分解斜視図であ
り、！ｌ！ｌＩ２図はその電磁石１の断面図である。内
部空間内に油が充填されるウェットタイプの電磁石１は
、油圧回路に使用されるグプルソレメイド形の電磁制御
弁における操作手段として利用される。電磁石１は、そ
の基本溝１ｆｔ要素として、中空円筒状の移動体２と、
その移動体２を外囲するように備えられる固定体３とを
有する。移動体２は、直円筒部２ａと、その直円筒部２
ａを支持する端板部２ｂ、２ｃと、端板部２ｂ、２ｃの
中心部を貫通し直円筒部２ａと同軸の紬ｇ２ｄとからな
る。また移動体２は、輪部２ｄとｉＪ照符２ｅ〜２ｇで
示されている部分が非磁性材料で形成され、その他の部
分が強磁性材料で形成さｈる６直円筒ｆｆ５２　ａの強
磁性材料部が後述するコイル１０．１１．１２．１３が
ｙＦｈｓされて形成される磁気回路の一部となり、本発
明ではその磁気回路で発生するうず電流の発生を小さく
するとともに軽量化のために、直円筒部２ａは薄肉構造
とする。端板部２ｂ、２ｃには、移動体２がその軸線方
向に移動するとさ、電磁５１の内部空間内の油による流
動抵抗が生じないように、複数の透孔２ｈ〜２ｋが設け
られている。移動体２の軸部２ｄが粕受４，５によって
軸線方向に案内され、移動体２はその軸線方向に変位自
在となっている。

従来技術のプランンノヤ形電磁石では、移動体であるプ
ランツヤが中実体であり、プランツヤの半径方向に電磁
力が働く場合、ブランツヤを支持する輸が細いときには
その紬にたわみが生じ、ブランツヤの軸方向移動が妨げ
られ、故障の原因となる。しかし本実施例では、移動体
２は的体を一寸の端板で支持する構造を有し、この端板
は単一の袖によって支持され、この輸は端板近くの輪受
４．５において軸線方向に移動自在にさ代る。したがっ
て移動体２にその半径方向の電磁力が作用しても、この
軸部２ｄ　ｆｌ／こわみが抑制される。この結果、軸部
２ａを細くして重量を軽くし、応答速度を向上すること
ができる。

固定体３は、非磁性材料から成るボビン６．７１８．９
にそれぞれ巻回されたコイル１０，１１！　１２．１３
と、コイル１０．１１，１２．１３のｆｉＡ部と外周部
とを取り囲む強磁性材料から成るフィル枠１４．１５，
１６．１７　　と、コイル枠１４，１５，１６．１７の
それぞれ側面の開に介在され磁気絶縁する非磁性材料か
ら成る環状板１８．１９．２０と、ボビン６〜９および
コイル枠１４〜１７の内周面に外周面が密着して配ｒ！
ｔされる直円筒状の筒体２１とから成る。ａ体２Ｉにお
いて、参照符２１ａ。

２　ｌｂ、２１ｃ、２１ｄで示されている部分は非磁性
材料から成り、その他の部分は強磁性材料から成る。コ
イル枠１４は、ボビン１６の割面と密着される環状板１
４ａ、１４ｂと、コイル１０の外周を覆うように配ｒ！
１さバ、環状板１４ａ、１４ｂを接続する円筒１４ｃ　
とで形成さＫる。同様にして、コイル枠１５は環状板１
５ａ、１５ｂおよび円筒１５Ｃで形成され、コイル枠１
６は環状円板１６ａ、１６ｂおよび円ｆａ　１６　ｃで
形成され、コイル枠１７は環状日板１７ａ、１７ｂおよ
び円筒１７ｃで形成される。前記移動体２お上１固定体
３は、基体２２、ケーシング２３、支持体２４および蓋
体２５によって形成される空間内に収納される。基体２
２は、貫通孔２２ａに嵌着される粕受５を介して移動体
２の軸部２ｄの一端を保持し、一方の突出円筒部２２ｂ
で固定体３の筒体２１の一端を保持する。

突出円ｔｌｔ１部２２　ｂ　ｌ：設けられた凹溝２２ｃ
には、Ｏリング４６が電磁石１の内部空間の油が外部に
漏出しないように配ｒ！ｔされている。他方の突出円筒
部２２ｄは、電磁制御弁の弁部との接続の便宜ために形
成されている。固定体３は、内壁が円筒状であるケーシ
ング２３に密着して嵌入され、ケーシング２３と蓋体２
５に設けられた貫通孔２３ａ−２３ｄ、２５ａ−２５ｄ
を挿通し、基体２２のねじ穴２２ｅ〜２２ｈと螺合され
るポル）２６〜２９を締め付けて固定される。基体２２
にｈじ穴２２ｅ〜２２ｈを設ける代わりに４通孔とし、
電磁制御弁の弁部（図示せず）にねじ穴を配して、ボル
ト２６〜２９で電磁石と弁部を組立てるようにしてもよ
い６支持体２４は、蓋体２５の凹所２５ｅに嵌合され、
小径部２４ｍで固定体３の筒体２１の！端を保持すると
ともに、貫通孔２４ｂに嵌着される輪受４を介して移動
体２の軸部２ｄの！端を保持する６支持体２４の軸方向
に形成された溝２４ｃおより半径方向に形成された溝２
４ｄは、移動体２が移動するとき、空間内の油がその抵
抗とならないように形成されている。ｉ体２５の凹所２
５ｅのＩＲ壁に形成されている［！！溝２５「には、電
磁石１の内部空間内の油が漏出しないようにＯリング３
０が嵌着されている。

ｔｊＳ２図のセクション■を拡大して示す第３図を参照
して、ｉ気回路を形成する構成要素についてさらに詳し
く説明する。第３図（］）には移動体２の端＠部２ｂが
支持体２４の内地面２４ｅと接触する移動体２の第１の
位置が示され、ＰｊＳ３図（２）には移動体２の端板部
２ｃが基体２２の内端面２２Ｉと接触する移動体２の第
２の位置が示されている。コイル１０は、軸線力向に単
位長さ当ｒこり一様な巻き数でコイル素線が巻回され構
成される。

的体２１の非磁性材料部２１ａの一端部ａ１　　は、コ
イル１０の軸線方向の長さしのは１ｒ中央位置に配置さ
れ、そのＩＩ！！端部ａ２　　はコイル１０の端部１０
Ｂよりら軸線方向内力に配置される。非磁性材料部２ｅ
の−ｒａ部ｅ１　　は、移動体２が第１位置にあるとき
前記−ｉ部ａ１と他端部ａ２の開の位置にあり、移動体
２が！ｌ’１２位置にあるとき前記一端部ａ１に関して
前記他端ｆｆｆｈ　ａ　２　　の反対側にあるように配
置される。コイル１０が励磁されると、仮想線Ｓで示さ
れるように磁気回路が形成される。フィル１１．１２．
１３が励磁されるときも同様にして磁気回路が形成され
る。このとき第３図の参、唄符Ａ１？示した頭載を通る
磁束によって移動体２は半径方向の電磁力を受け、第３
図の参照符Ｂで示しｒこ頭載を通る磁束により移動体２
は袖方向（右向き）の吸引電磁力を受ける。

犬に電磁石１の動作について説明する。各フィル１０〜
１３は、インダクタンスが大きくならないように電源に
対して並列に接続されている。移動体２が前記第１位置
にあってコイル１０〜１３が励磁されると、固定体３と
移動体２どの開に働く４つの磁気回路の吸引力によって
、移動体２が前記第２位置に移動する。コイル１０〜】
３が消磁されると、移動体２は外力によって第２１ｊｉ
置に戻される。

本発明では、磁気回路を構成するコイル枠１４〜１７、
筒体２１および移動体の筒部２ａの強磁性材料部は、う
ず電流が生じにくいように電気抵抗を高くする薄肉構造
としたので、フィル１０〜１３が励磁されと、前記吸引
力がうず電流によって小さくされることなく急速に立ち
あげることができる。このように磁性材料を薄くするこ
とによってうず電流を小さくした例として、薄いけい素
鋼板を積層して成るトランスがある。磁束が通る磁性体
を薄くすれば電気抵抗が高くなるので、うず電流を小さ
くすることができる６例えば中実体のプランツヤにおい
てその断面積を小さくすれば電気抵抗が高くなり、うず
電流を低減することができるが、プランツヤの断面積を
小さくすれば、負荷（電磁弁の弁部）を動かすのに必要
な力を得ることができなくなる。磁路の断面積を確保し
つつ、電気抵抗を高くするために薄肉円筒構造は有利に
働く。ばねや流体による外力に抗して負荷を動かすため
に必要な力は、磁路断面積を確保することによｒ）得ら
れ、本発明では移動体２の直径を加減して実施Ｖること
ができる。さらに移動体２を薄肉円筒としたため、その
重量を極めて軽くすることができるので、加速度を大き
くするのに有利な構造である。またコイル枠１４をけい
素鋼板を積層して形成すると、さらにうず電流を小さく
することもできる。

本発明では、上述の実施例のように移動体２と固定体３
で容易に複数の磁気回路を形成することができ、移動体
２を高速度で移動するための電磁力を大さくすることが
可能となろ、磁気回路の連敗は、負荷であるスプールの
重電や戻しばねの強さや流体反力により適宜選ぶことが
できる。負荷が小さい場合は、単一の磁気回路を取るこ
とによって小型でしかも低価格化を実現することができ
る。また複数の磁気回路とすれば、２つ目以降の磁気回
路は端板が省略できるので、発生電磁力の割合に比べ可
動部重量を小さくすることができ、加速度を大きくする
のに有利となる。

第４図は、移動体２の池の実施例を示す斜視図である。

移動体３の直円筒部２ａの強磁性材料部の一部を軸線方
向に切り欠いてスリブ）３０，３１．３２．３３を形成
すると、うず電流の循環路が遮断され、さらにうず電流
を小さくすることができる。

第５図は、移動体２のさらに他の実施例を示す電磁石１
の断面図である。第５図において、第２図に示されてい
る構成とＵＵする部分には同一の参照符を付す、この実
施例で注目すべきは、移動体２の直円筒５２　ａを一方
の端板部２ｃのみで支持するようにし、＠述の実施例に
おける紬１１’５２ｄを廃したことである。移動体２の
移動の伝達は、軸受３４．３５で支持される！ｌｌｌ３
Ｇによって行なわれる。このような構造を取ることによ
って、さらに移！Ｉ’Ｊ］体２の軽量化を図ることがで
き、関連化に有利となる。移動体２の摺動面の仕上げ精
度を高くすることによって、摩擦を１１滅することが可
能あり、またウェットタイプでは摺動面に油が存在する
ので、前述の実施例に比べ、摩擦のために高速性が阻害
されることはない。

効　　果 以上のように本発明によれば、磁路の断面積を減するこ
となく、うず電流に討する抵抗を大きく［ることができ
るので、応答性が高く、瞬時に大さな電磁力を得ること
ができ、高速度で負荷（例えば電磁弁の入プールンを駆
動することができる。

まｒこ、電磁石の小型化も容易に実現することがで終る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電磁石１の分解斜視図、第
２図は電磁石の断面図、第３図は第２図のセクシ覆ン■
を拡大して示した図、第４図は移動体２の池の実施例を
示す斜視図、第５図は移動体２のさらに池の実施例を示
す図である。 １・・電磁石、２・・移動体、：３・・・固定体、１ｏ
。 １１．１２．１３・・・コイル、３０．３＋、３２゜３
３・・・スリット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状の強磁性材料から成り、その軸線方向に移動
   自在である移動体と、 前記移動体を外囲し、移動体がその軸線方向に磁化され
   るように励磁されるコイルとを備え、前記コイルの電磁
   力によって前記移動体を軸線方向に移動可能とすること
   を特徴とする電磁石。
2. （２）前記移動体の軸線方向の端部に端板を備え、その
   端板に移動体と同軸の軸が固着され、前記軸がその軸線
   方向に移動自在に支持されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電磁石。
3. （３）前記移動体を軸線方向に切り欠いて周方向に分断
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電磁
   石。