(57)【要約】【課題】永久磁石を用いた自己保持型電磁弁はプランジャーの移動長さも制限されていた。また、扱う流体の圧力にも制限があった。プランジャーの移動長さを大きくし弁孔を大きくすることと、大きな圧力の流体を扱えるようにすることが課題である。【解決手段】同一軸上に固定側と可動側の２個の永久磁石をその極性が同じになるように対峙させ、２個の永久磁石の間に隙間を設け、隙間に軸と直角方向に強磁性体を移動させている。隙間に強磁性体を挿入している時には、固定側磁石の磁束を遮断し可動側の磁石を吸引し、隙間に強磁性体を挿入しない時には、固定側磁石の磁束が可動側の磁石に届くようにし可動側の磁石を反発し、可動側の磁石に取り付けたプランジャーを移動させている。また、磁力回転装置でもある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と前記回転軸に直角に支柱を取り付け、前記支柱の先端に強磁性体でできた第一の磁気シールド板と強磁性体でできた吸着版を取り付け、前記支柱を電動機の回転軸に接続し、前記第一の磁気シールド板と前記吸着板を前記電動機で回転するように構成し、前期回転軸に直角に同一軸上に固定側磁石と可動側磁石を磁石どうしが反発し合うように配置し、前記固定側磁石と可動側磁石の間に隙間を設け、隙間の間を前記第一の磁気シールド板と前記吸着板が通過できるように構成し、前記固定側磁石を固定台の上に第二の磁気シールド板を介して固定し、前記可動側磁石にプランジャーを接続し、前記プランジャーで弁孔を開閉できるように構成し、前記可動側磁石の固定側磁石側に面する側に停止板を設けた往復運動型電磁弁。
【請求項２】
前記プランジャーの代わりに可動側の磁石をクランク機構に接続し、クランク機構で前記可動側の磁石の往復運動を回転運動に変えるようにした請求項１に記載の往復運動型電磁弁。
【請求項３】
前記クランク機構を発電機の回転軸に取り付け、前記クランク機構により得られた回転を前記発電機を回転し、前記発電機の出力を前記電動機の入力とするように構成した請求項２に記載の往復運動型電磁弁。
【請求項４】
回転軸と前記回転軸に直角に支柱を取り付け、前記支柱の先端に強磁性体でできた第一の磁気シールド板と強磁性体でできた吸着版を取り付け、前記支柱を電動機の回転軸に接続し、前記第一の磁気シールド板と前記吸着板を前記電動機で回転するように構成し、前期回転軸に直角に同一軸上に固定側磁石と可動側磁石を磁石どうしが反発し合うように配置し、前記固定側磁石と可動側磁石の間に隙間を設け、隙間の間を前記第一の磁気シールド板と前記吸着板が通過できるように構成し、前記固定側磁石を固定台の上に第二の磁気シールド板を介して固定したものを複数個前記第一の磁気シールド板の回転面上に設けたことを特徴とする請求項２に記載の往復運動型電磁弁。
【請求項５】
回転軸と前記回転軸に直角に支柱を取り付け、前記支柱の先端に強磁性体でできた第一の磁気シールド板と強磁性体でできた吸着版を取り付け、前記支柱を電動機の回転軸に接続し、前記第一の磁気シールド板と前記吸着板を前記電動機で回転するように構成し、前期回転軸に直角に同一軸上に固定側磁石と前記可動側磁石を磁石どうしが反発し合うように配置し、前記固定側磁石と前記可動側磁石の間に隙間を設け、隙間の間を前記第一の磁気シールド板と前記吸着板が通過できるように構成し、前記固定側磁石を固定台の上に第二の磁気シールド板を介して固定したものを複数個前記第一の磁気シールド板の回転面上に設け、回転面に対し前記固定磁石が上にくるものと下にくるものを同数個配置し、前記第一の磁気シールド板と前記吸着板の前記固定側磁石と前記可動側磁石の間に隙間に近づこうとする数と、時前記第一の磁気シールド板と前記吸着板が前記固定側磁石と可動側磁石の間に隙間から遠ざかろうとする者の数を同数個配置したことを特徴とする請求項２に記載の往復運動型電磁弁。
【請求項６】
前記吸着板の回転方向および回転面の断面を台形になるようにし、可動側磁石と固定側磁石のなす軸方向の可動側磁石の時間的変化が正弦波を描くように構成したことを特徴とする請求項２に記載の往復運動型電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石を用いてオン時またはオフ時の保持力を得ている自己保持を行い、省エネを可能にした往復運動型電磁弁に関するものである。また、磁力回転装置に関するものでもある。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の自己保持型電磁弁は、固定鉄心と可動鉄心の間に永久磁石を配置し、永久磁石の吸引力により可動鉄心の動作状態を保持できるようにしたものである。
【０００３】
特許文献１に記載の自己保持型電磁弁は、バネの力により常時閉の状態を保ち、永久磁石の磁力により常時開の状態を保っている。
【０００４】
先行発明の自己保持型電磁弁は、バネの反発力と永久磁石の吸引力のアンバランスを利用して可動鉄心を動かしているため、プランジャーの動く力も弱く、その移動距離も短い。そのため、扱うことのできる流体の圧力も弱く、弁孔の面積も大きくならないという欠点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許公開２００２−３９２０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先行例で用いられているように永久磁石とバネの力の差を利用して電磁弁をどちらかの状態に自己保持する方法では、電磁弁のプランジャーの移動する距離を長くすることができない。プランジャーに働く力を大きくし、その移動距離を長くし弁孔の断面積を大きくすることが第一の課題である。
【０００７】
本発明では可動側磁石と固定側磁石を同一軸上に同じ極性が対峙している時は反発力が働く。電磁石を用いず吸着力と反発力を交互に作り出すかが解決すべき第二の課題である。
【０００８】
同一軸上で吸着力と反発力を交互に繰り返されるとプランジャーは往復運動をする。この往復運動する力を回転力に変えるかが解決すべき第三の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では電磁弁のプランジャーの移動する距離を長くするため、可動側磁石と固定側磁石を同一軸上に同じ極性が対峙するように配置している。反発力を吸着力に変えることを実現するため、可動側磁石と固定が磁石の間に吸着板と磁気シールド板を用いている。
【００１０】
一般に電動機では反発力を吸着力に変えるため、電磁石を用い整流子を用いてコイルに流れる電流の向きを変え電磁石の極性を変えているが、本発明では電磁石や整流子などを用いないで、磁気シールド板と吸着板を用いて磁石から発生する磁力線の流れを制御して、吸着力となるのか反発力になるのかの切り変えを行っている。
【００１１】
本発明では吸着力を得るときには、固定側磁石を磁気シールド物質で覆い、固定側磁石の磁力線が可動側磁石に届かないようにしている。また、可動側磁石の近くに磁性体でできた吸着板を設けている。この吸着板に可動磁石が引っ張られることにより吸着力を得ている。この吸着力でプランジャーを移動させている。
【００１２】
反発力を得る時には可動側磁石と固定側磁石の間の磁気シールド物質を外している。磁気シールド物質が外されると、可動側磁石と固定側磁石の間には磁場をシールドするものがないため互いに磁石は反発し合う。この反発力でプランジャーを移動させている。
【００１３】
磁気シールド物質を電動機で可動側磁石と固定側磁石の軸に対し直角方向に回転するようにしている。
【００１４】
同一軸上で吸着力と反発力が交互に繰り返されると可動側磁石が往復運動をする。この往復運動する力を回転力に変えるためクランク機構を用いている。
【００１５】
クランク機構で得られた回転運動を電気エネルギーに変えるためクランク機構を用い、クランク機構の出力軸を発電機に接続し、発電機の出力を電動機の入力に接続し電動機で磁気シールド物質を回転させている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、可動側の磁石の移動距離が大きいため、プランジャーの移動する長さも大きくなり、弁孔の断面も大きくなる。また、プランジャーに働く力も大きく取れるため、大きな圧力の流体を制御することができる。
【００１７】
可動側磁石の移動距離が大きいため、往復運動を回転運動に変えることも可能になる。この回転運動を用いて発電すれば、加えられたエネルギーより大きなエネルギーを作り出すことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の往復運動型電磁弁の構成
【図２】本発明の往復運動電磁弁の動作図
【図３】本発明の往復運動型電磁弁の往復運動を回転運動にした装置の構成
【図４】本発明の往復運動型電磁弁の往復運動を回転運動にした装置の動作図
【図５】本発明の往復運動型電磁弁の応用例
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の往復運動型電磁弁実施例について説明を行う。図１は本発明の往復運動型電磁弁の構成、図２は本発明の往復運動型電磁弁の動作図、図３は本発明の往復運動型電磁弁の往復運動を回転運動にした装置の構成、図４は本発明の往復運動型電磁弁の往復運動を回転運動にした装置の動作図、図５は本発明の往復運動型電磁弁の応用例である。
【００２０】
図１、図２、図３、図４、図５の１は可動側磁石、２は固定側磁石、３は第一のシールド板、４は第二のシールド板、５は磁気シールドカバー、６はガイドレール、７は吸着板、８は支柱、９は回転軸、１０は電動機、５は固定台である。図1、図２の１１は停止板、１２はプランジャー、１３は弁孔である。図３および図４の１４はクランク機構、１５は発電機である。図５の１６は回転台である。
【００２１】
本発明は市販されているマグネットスタンドの原理を応用したものである。マグネットスタンドも吸着するかしないかの動作は磁束が周囲に漏れ出すか漏れ出さないかで行っている。磁束が強磁性体でできたマグネットスタンドのケースから飛び出すか否かで、吸着するかどうか吸着しないかを決めている。
【００２２】
近年ネオジム磁石の出現により磁石の吸引力が著しく大きくなってきている。本発明は、このネオジム磁石の磁力を磁気シールド物質で封じ込むことによりコントロールしているものである。
【００２３】
図１の往復運動型電磁弁では、１２のプランジャーの動きを2つの永久磁石に働く力でのみ行っている。バネなどの機械的部品の力は一切使用していない。
【００２４】
同一軸上に２の固定側磁石と１の可動側磁石を同じ極性が向き合うように配置し、２の固定側磁石と１の可動側磁石の間に隙間を設け、隙間の間を磁気飽和密度の大きい強磁性体でできた３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が通過できるように構成している。１の可動側磁石の直下には１１の停止板を設けている。
【００２５】
本発明の実施例では、９の回転軸と回転軸に直角に８の支柱を取り付け、この支柱の先端に３の第一の磁気シールド板と７の吸着板を取り付け、９の回転軸を１０の電動機で回転するようにしている。３の第一の磁気シールド板と７の吸着板は、２の固定側磁石と１の可動側磁石の間に隙間の間を回転するように構成している。
【００２６】
ここでは２の固定側磁石と１の可動側磁石のＮ極どうしが向き合っている場合について磁力線の流れを用いた説明を行う。
【００２７】
３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が２の固定側磁石と１の可動側磁石の間に隙間の間にある時には、２の固定側磁石より出てくる磁力線は３の第一の磁気シールド板と７の吸着板を通るため１の可動側磁石までは届かない。
【００２８】
３の第一の磁気シールド板と７の吸着板は、磁気飽和密度の高い磁性材料でできている。１の固定側から出てくる磁力線を全て通せるだけの断面積を有している。そのため、２の固定側磁石から磁力線は、３の第一の磁気シールド板と７の吸着板の外に出ていくことはない。
【００２９】
７の吸着板は強磁性体でできているので１の可動側磁石は、図３の動作図の矢印に示されるように下向きの力が働き、１の可動側磁石は７の吸着板に向かって移動する。
【００３０】
移動する１の可動側磁石は、直下に１１の停止版があるので１１の停止板に接触した状態で停止する。
【００３１】
３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が２の固定側磁石と１の可動側磁石の間にない時には、２の固定側磁石より出てくる磁束は、磁気シールドされる物がないため２の可動側磁石の方に向かって飛び出していく。
【００３２】
１の可動側磁石と２の固定磁石は対峙する極性が同じであるため、図２の動作図の矢印に示されるように１の可動側磁石には上向きの力が働き、１の可動側磁石は２の固定側磁石とは反対方向に向かって移動する。
【００３３】
２の固定側磁石を５の固定台の上に４の第二の磁気シールド板を介して固定している。この第二の磁気シールド板の目的は、２の固定側磁石のＮ極から出てきた磁束がＳ極に戻って来やすくするためのものである。
【００３４】
３の第一の磁気シールド板と７の吸着板は強磁性体でできており、２の固定側磁石からの磁束を遮断する働きと１の可動側磁石を引き付ける働きがある。実施例では２つの構成部品としているが、これらの２個の構成部品を一体化しても構わない。
【００３５】
6のガイドレールは、１の可動側磁石に３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が近づく時と遠ざかる時、２の可動側磁石に加わる往復運動方向とは直角に働く力を低減するものである。
【００３６】
１の可動側磁石に３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が近づく時と遠ざかる時、６のガイドレールで１の可動磁石を回転方向に動かしている。
【００３７】
７の吸着板の回転方向の断面を台形になるようにし、３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が可動側磁石に近づく時往復運動方向に加わる力が徐々に増加し、３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が可動側磁石から離れていく時には往復運動方向に加わる力が徐々に減少するようにしている。
【００３８】
6のガイドレールの動きと７の吸着板の形状を特殊な形状にすることにより、３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が回転した時、１の可動側磁石と2の固定側磁石のなす軸方向の力の１の可動側磁石に働く時間的変化が正弦波を描くようにしている。
【００３９】
本発明の実施例では、３の第一の磁気シールド板と７の吸着板を回転させているが、回転させなくても移動させるだけなら直線的な動きでも構わない。３の第一の磁気シールド板と７の吸着板を直線的に動くソレノイドを用いることもできる。
【００４０】
磁石が磁性体に働く力は、近づく時にはその運動方向と同じになるが、遠ざかる時には磁石の運動方向とは逆になる。近づく時と遠ざかる時とで発生する力の影響を少なくする必要がある。３の第一の磁気シールド板と７の吸着板と同一軸上に２の固定側磁石と１の可動側磁石を同じ極性が向き合うように配置したものを複数個設けると効果的である。
【００４１】
図１の往復運動型電磁弁では、１の可動側磁石の動きを１２のプランジャーに伝えているが、この場合動きは直線的な往復運動である。この直線的な動きをクランク機構に伝え、往復運動を回転運動に変えたのが、図３の本発明の往復運動型電磁弁の可動側磁石の往復運動の動きを回転運動にした装置である。
【００４２】
可動磁石に加わる力を機械的に直接回転軸に伝え、３の磁気シールド板と７の吸着板を回転させる方法も考えられる。本発明の実施例では１０の電動機で回転させている。本発明では可動側磁石の直線的な往復運動を回転運動に変え、機械的な回転エネルギーを１５の発電機を用いて電気エネルギーに変換している。この電気エネルギーで１０電動機を動かしている。
【００４３】
図４に、本発明の往復運動型電磁弁の可動側磁石の往復運動の動きを回転運動にした装置の動作を説明しているもので、３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が２の固定側磁石からの磁力線が磁気シールドされるのかされないのか、１の可動側磁石に働く力がどうなるのかを説明するものである。
【００４４】
図４において１から４までの段階に分けて３の第一の磁気シールド板と７の吸着板と１の可動側磁石の位置関係が１の可動側磁石の動きにどのように影響するのかを説明している。
【００４５】
段階１は３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が、２の固定側磁石と１の可動側磁石の間に隙間の間に挿入される直前の段階である。段階２は３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が、２の固定側磁石と１の可動側磁石の間に隙間の間に挿入されている段階。段階３は３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が、２の固定側磁石と１の可動側磁石の間に隙間からできた直後の段階である。段階４は３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が、２の固定側磁石と１の可動側磁石の間に隙間から完全に出てきた段階である。
【００４６】
段階１では、２の固定側磁石から出てきた磁束が３の第一の磁気シールド板と７の吸着板により減少するので、１の可動側磁石は７の吸着板に吸い寄せられ、矢印の方向に動く。一方、３の第一の磁気シールド板と７の吸着板には２の固定側磁石に回転方向に吸引され、図中ｆｃの回転方向の力が働く。
【００４７】
段階２では、２の固定側磁石から出てきた磁束は３の第一の磁気シールド板と７の吸着板により完全に遮断されるため、１の可動側磁石は７の吸着板に吸い寄せられ最も２の固定側磁石に近づく。
【００４８】
段階３では、２の固定側磁石から出てきた磁束が３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が出て行こうとしているので反発しようとする磁束は増加するので、１の可動側磁石は７の吸着板から離れ矢印方向に力が働き上方向に移動する。一方、３の第一の磁気シールド板と７の吸着板には２の固定側磁石に回転方向とは逆の方向に吸引され、図中ｆｃの回転方向とは玉向きの力が働く。
【００４９】
段階４では、２の固定側磁石から出てきた磁束は３の第一の磁気シールド板７の吸着板がないので最大となり、１の可動側磁石に働く反発力は最大となる。そのため、１の可動側磁石は反発力により最も上方向に移動する。
【００５０】
本実施例では回転軸に取り付けられた１０の電動機により３の磁気シールド板と７の吸着板が回転されるので、１の可動側磁石は段階１から段階４の状態を繰り返す。
【００５１】
３の第一の磁気シールド板と７の吸着板に働く固定側磁石からのｆｃの吸引力は、段階１と段階３で大きさが等しく向きが逆である。この力は回転体のスムースな回転に対しては好ましくない力であるが、複数個３の第一の磁気シールド板と７の吸着板を設け、一方が回転方向の吸引力の時にもう一方の吸引力が回転方向と逆の吸引力になるように配置することにより、力が互いに打ち消し合いスムースな回転を実現することができる。
【００５２】
３の第一の磁気シールド板と７の吸着板の下に２の固定磁石が取り付けられている。段階２の状態で３の第一の磁気シールド板と７の吸着板は２の固定側磁石から強烈な力ｆｐで吸引される。この力は回転に対して不要なエネルギーを必要とする。
【００５３】
複数個の３の第一の磁気シールド板と７の吸着板に対し２の固定側磁石を下に設けたものと３の第一の磁気シールド板と７の吸着板に対し２の固定側磁石を上に設けたものとを同数個設ければ、段階２の状態で発生する３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が２の固定側磁石から受ける吸引力ｆｐを打ち消すことができる。３の第一の磁気シールド板と７の吸着板は鉄やニッケルでできているので重量が重いが、磁力により上方向から吸着することにより回転体を空中に浮かした状態で回転させることができる。そのため、回転に必要なエネルギーを小さくすることができる。
【００５４】
本発明の実施例では、２の固定側磁石と１の可動側磁石を同一軸上に回転軸に直角に配置し、３の第一の磁気シールド板と７の吸着板を回転させているが、２の固定側磁石と１の可動側磁石を回転軸に対して放射状に配置し、３の第一の磁気シールド板と７の吸着板を回転軸と垂直に移動させることも可能である。図５にこの本発明の往復運動型電磁弁の応用例とし示す。
【００５５】
応用例では３の第一の磁気シールド板と７の吸着板を回転面に対して垂直に移動させ、２の固定側磁石からの磁束を遮断することにより１６の回転台に取り付けられた１の可動側磁石を回転させている。応用例は磁束だけで回転エネルギーを得る磁力回転装置である。
【００５６】
応用例では３の第一の磁気シールド板と７の吸着板を上方向に動かすと、２の固定側磁石と１の可動側磁石の隙間に磁気シールドするものがなくなるので1の可動側磁石は矢印の方向に回転する。
【００５７】
１の可動側磁石が隣の固定側磁石に近づくと、３の第一の磁気シールド板と７の吸着板を下方向に動かす。1の可動側磁石は吸着板に吸い寄せられる。３の第一の磁気シールド板と７の吸着板の上下方向の往復運動を1の可動側磁石の回転運動に変えることができる。
【００５８】
本発明の往復運動型電磁弁の応用例では、７の吸着板の１の可動側磁石に面する面に直角な角度が２の固定側磁石と回転軸の延長上と一定の角度をなすようにしている。３の第一の磁気シールド板と７の吸着板が隙間に入り込むものと出て行こうとするものを同数個も設ければ、３の第一の磁気シールド板と７の吸着板を動かすのに必要な力を少なくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の電磁弁は、同じ極性の永久磁石どうしの間で働く力を使用して閉状態・開状態を実現している。開状態と閉状態の状態を変化するときのみ磁気シールド板を移動させているので開状態と閉状態の状態を保持しているときにはエネルギーの補給がいらない。そのため、省エネ効果が期待できる。
【００６０】
バネを必要とせず磁石の力だけで閉または開の状態を保持しているため、プランジャーの移動距離の長く押し上げる力も強い。そのため、高容量で高圧力の流体を開閉できる。
【００６１】
本発明では、磁気シールド物質を回転することにより強力な磁石の大きな反発力と吸着力を作り出し、この反発力と吸着力を往復運動として取り出している。この往復運動に回転運動に変換し発電機を動かせば、加えられたエネルギーよりも大きなエネルギーを出力として取り出すことも期待できる。したがって、産業上の様々な分野で利用されることが予想される。
【符号の説明】
【００６２】
１    可動側磁石
２    固定側磁石
３    第一のシールド板
４    第二のシールド板  
５    固定台
６    ガイドレール
７    吸着板
８    支柱
９    磁気遮蔽回転体のスリット
１０  電動機
１１  停止板
１２  プランジャー
１３  弁孔
１４  クランク機構
１５  発電機
１６  回転台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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