(57)【要約】【課題】  一般的ソレノイドよりも軸方向寸法を小さくでき、長いストロークに渡って必要な推力を得られるソレノイドを提供する。【解決手段】第１コイル２０と、その内周側にある第２コイル２１と、第１コイル２０と第２コイル２１の間にある移動可能な可動磁極１１と、可動磁極１１の外周側で第1コイル２０の上面側にある第1ステータ１８と、可動磁極１１の内周側で第２コイルの上面側にある第２ステータ１９と、可動磁極１１の外周側で第1コイル２０の下面側にあり磁極部１２ａを内周側へ向けた第1固定磁極１２と、可動磁極１１の内周側で第２コイル２１の下面側にあり磁極部１３ａを外周側へ向けた第２固定磁極１３を有する構造なので、二つのコイルの電流によって第１の磁気回路３２と第２の磁気回路３３が構成され磁束は可動磁極１１で合流し固定磁極１２及び１３へ流れるので可動磁極１１は下面側へ移動する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコイルと、
前記第１のコイルの内周側に位置する第２のコイルと、
前記第１のコイルと前記第２のコイルの間に移動可能に配された可動磁極と、
前記可動磁極の外周側にあり、前記第１のコイルの上面側に位置する第１のステータと、
前記可動磁極の内周側にあり、前記第２のコイルの上面側に位置する第２のステータと、
前記可動磁極の外周側にあり、前記第１のコイルの下面側に位置すると共に、磁極部を内周側へ向けた第１の固定磁極と、
前記可動磁極の内周側にあり、前記第２のコイルの下面側に位置すると共に、磁極部を外周側へ向けた第２の固定磁極を有することを特徴とするソレノイド。
【請求項２】
さらに、前記第１のコイルの外周側に位置し、前記第１のステータと前記第１の固定磁極とを固着している第１のケース部材と、
前記第２のコイルの内周側に位置し、前記第２のステータと前記第２の固定磁極とを固着している第２のケース部材を有することを特徴とする請求項１に記載のソレノイド。
【請求項３】
前記ソレノイドにおいて、前記第１のステータ、前記第１のケース部材、前記第１の固定磁極、前記可動磁極で構成される第１の磁気回路と、
前記第２のステータ、前記第２のケース部材、前記第２の固定磁極、前記可動磁極で構成される第２の磁気回路との２つの磁気回路を有し、
前記可動磁極は前記第１の固定磁極との間に第１のギャップを有し、
さらに前記可動磁極は前記第２の固定磁極との間にも第２のギャップを有し、
前記第１の磁気回路と前記第２の磁気回路を巡る磁束の流れを前記可動磁極において合流させ同方向にすることで、前記第１のギャップと前記第２のギャップを通過する磁束により前記可動磁極を軸方向へむけて推力を発生するようにしたことを特徴とする請求項１及び請求項２に記載のソレノイド。
【請求項４】
前記ソレノイドにおいて、前記第１の固定磁極と前記第２の固定磁極のどちらか一方を前記可動磁極の軸方向へずらすことにより、前記第１のギャップと前記第２のギャップとがその軸方向において異なる位置に存在することを特徴とする請求項１から請求項      ３までのいずれかに記載のソレノイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソレノイドに係わり、特に２つのコイルをもつ直動型ソレノイドの構造、及び動作原理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直動型ソレノイドの基本的な構造は磁束を発生させるコイル、磁束の発生により動作する可動磁極、可動磁極との間で吸着力を発生する固定磁極、ソレノイドの磁気回路を形成し筐体となるケースから構成されている。
【０００３】
一般的なソレノイドは推力や可動磁極の動作範囲であるストロークを確保するために磁束発生の基となるコイルのコイルワイヤー巻き数を多くしたり、磁極の寸法形状を軸方向に長く取ったりする傾向にある。そのため、コイル周辺の固定磁極や磁気回路を構成するケースも軸方向に長くなる。
【０００４】
しかしながら、近年ソレノイドを小型化したいという強い要求がある。この場合でも、軸方向の寸法を制限される事になるが、吸引力やストロークまで犠牲にすることは出来ない。このため、小型化には限界があった。（例えば特許文献１。）。
【０００５】
特許文献１は一般的なソレノイドの応用例であり、動作する可動磁極とそれを吸引する固定磁極が軸方向に伸び、その間にコイルを配し、ケースはコイルを覆う様に形成されている。このソレノイドは小型の部類に入るが、テレホンカードやプリペイドカードなどの穴をあけるという目的がある以上、吸引力やストロークの確保は必要であり、かつソレノイドの周辺機器の関係からより軸方向への寸法制限が厳しくなってきている。
【特許文献１】特開平９−２６０１３７（３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、一般的なソレノイドよりも軸方向に対する寸法取りを最小限にできるように工夫されたものであり、必要な推力とストロークを得ることができるソレノイドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために第１のコイルと、前記第１のコイルの内周側に位置する第２のコイルと、前記第１のコイルと前記第２のコイルの間に移動可能に配された可動磁極と、前記可動磁極の外周側にあり、前記第１のコイルの上面側に位置する第１のステータと、前記可動磁極の内周側にあり、前記第２のコイルの上面側に位置する第２のステータと、前記可動磁極の外周側にあり、前記第１のコイルの下面側に位置すると共に、磁極部を内周側へ向けた第１の固定磁極と、前記可動磁極の内周側にあり、前記第２のコイルの下面側に位置すると共に、磁極部を外周側へ向けた第２の固定磁極を有することを特徴とするものとした。
【０００８】
さらに、前記第１のコイルの外周側に位置し、前記第１のステータと前記第１の固定磁極とを固着している第１のケース部材と、前記第２のコイルの内周側に位置し、前記第２のステータと前記第２の固定磁極とを固着している第２のケース部材の組合せとすることとした。
【０００９】
また、前記ソレノイドにおいて、前記第１のステータ、前記第１のケース部材、前記第１の固定磁極、前記可動磁極で構成される第１の磁気回路と、前記第２のステータ、前記第２のケース部材、前記第２の固定磁極、前記可動磁極で構成される第２の磁気回路との２つの磁気回路を有し、前記可動磁極は前記第１の固定磁極との間に第１のギャップを有し、さらに前記可動磁極は前記第２の固定磁極との間にも第２のギャップを有し、前記第１の磁気回路と前記第２の磁気回路を巡る磁束の流れを前記可動磁極において合流させ同方向にすることで、前記第１のギャップと前記第２のギャップを通過する磁束により前記可動磁極を軸方向へむけて推力を発生するようにした。
【００１０】
また、前記ソレノイドの前記第１の固定磁極と前記第２の固定磁極のどちらか一方を前記可動磁極の軸方向へずらすことにより、前記第１のギャップと前記第２のギャップとがその軸方向において異なる位置に存在させることも可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は２つのコイルで磁束を供給し、１つの可動磁極と２つの固定磁極に対して２つの磁気回路を構成させることになるので、前記可動磁極と前記固定磁極の２つの磁極間で推力を発生することができ、また、２つの固定磁極のうち、どちらか一方を可動磁極の軸方向にずらして配置することで、長いストロークに渡って推力を発生させて可動磁極を移動させることができる。
【００１２】
また、従来形式では１つのコイルから必要な推力を得るために必要な磁束を発生させていたが、本発明によれば磁束を発生するコイルを２箇所に分散できるので、磁気回路の構成の自由度が増し、利用目的に応じて柔軟に対応することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態においては、２つのコイルを外周と内周に配し、前記２つのコイルの間に可動磁極をおき、２つの固定磁極の磁極部を外周側と内周側の径方向においてギャップをもって配された形としたので、２つのコイルで発生させたそれぞれの磁束を前記可動磁極の間に合流し供給することになる。また、２つの固定磁極の磁極部どちらか一方を可動磁極の軸方向にずらせて配置することで長いストロークに渡って推力を発生させることができることに特徴がある。以下に、この特徴を有する実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施例に係るソレノイドの説明図であり、図２は、本発明の第１の実施例に係るソレノイドの可動磁極とソレノイド本体の説明図である。図１及び図２において、１０はソレノイド、１１は可動磁極、１１ａは可動磁極の磁極部、１１ｂは可動磁極の作用板、１１ｃは可動磁極の分岐部分、１２は第１固定磁極、１２ａは第１固定磁極の磁極部、１３は第２固定磁極、１３ａは第２固定磁極の磁極部、１４及び１５はギャップ、１６は第１のケース部材、１７は第２のケース部材、１８は第１ステータ、１９は第２ステータ、２０は第１コイル、２１は第２コイル、２２はプレート、２２ａは穴、２３はスリーブ、２４はネジを示す。また、図１及び図２で示す上側を上面側、下側を下面側とし、他の図面でも同様とする。
【００１５】
ソレノイド１０は第１コイル２０と第２コイル２１の径方向の間に可動磁極１１を配し、それぞれのコイルの上面側には第１ステータ１８と第２ステータ１９、下面側には第１固定磁極１２と第２固定磁極１３を配している。２つの固定磁極の磁極部１２ａと１３ａはギャップ１４と１５をおいて、可動磁極１１の磁極部１１ａの外周側と内周側に向かいあわせになるように配されている。第１のケース部材１６は第１固定磁極１２と第１ステータ１８を固着しており、第２のケース部材１７も第２固定磁極１３と第２ステータ１９を固着している。
【００１６】
本発明の実施例１においては可動磁極１１と第１固定磁極１２と第１のケース部材１６と第１ステータ１８を巡る第１の磁気回路と、可動磁極１１と第２固定磁極１３と第２のケース部材１７と第２ステータ１９とを巡る第２の磁気回路を構成し、磁束を可動磁極１１で合流することで可動鉄心１１を直線的に動作するようにしたことを特徴とするものである。
以下に、ソレノイド１０の主要な構成について説明する。
【００１７】
可動磁極１１は磁性材料で形成されており、上面側は円周方向に対し複数に分岐する分岐部分１１ｃをもち、円盤状に形成された作用板１１ｂにネジ２４で固定されている。上面側の外周側には適当な間隔をおいて第１ステータ１８、内周側も適当な間隔をおいて第２ステータ１９を配している。
【００１８】
下面側は磁極部１１ａがあり、ギャップ１４をおいて第１固定磁極１２の磁極部１２ａと、またギャップ１５おいて第２固定磁極１３の磁極部１３ａと向かい合う形となっている。
【００１９】
そして第１コイル２０と第２コイル２１にそれぞれ反対方向の電流を流すことで、２つのコイルで発生した磁束は第１ステータ１８から可動磁極１１へ、ギャップ１４を介して第１固定磁極１２を巡る第１の磁気回路が構成され、また第２ステータ１９から可動磁極１１へ、ギャップ１５を介して第２固定磁極１３を巡る第２の磁気回路が構成されることになる。さらにこの２つの磁気回路に流れる磁束は可動磁極１１において合流し、ギャップ１４とギャップ１５の間で下面側に向け推力が発生するので、可動磁極１１は下面側軸方向に向かって移動することとなる。
【００２０】
第１固定磁極１２は磁性材料で形成されており、磁極部１２ａを内周側に向けている。第１固定磁極１２の外周側には第１のケース部材１６が固着しており、上面側には第１コイル２０が存在している。さらに磁極部１２ａと可動磁極１１の磁極部１１ａとは径方向で向かい合い、その間にギャップ１４が存在している。
【００２１】
第２固定磁極１３は磁性材料で形成されており、磁極部１３ａを外周側に向けている。第２固定磁極１３の内周側には第２のケース部材１７が固着しており、外周側は可動磁極１１と摺動するスリーブ２３が配されている。第２固定磁極１３の上面側には第２コイル２１が存在し、さらに磁極部１３ａと可動磁極１１の磁極部１１ａとは径方向で向かい合い、その間にギャップ１５が存在している。
【００２２】
第１コイル２０は可動磁極１１の外周側に位置し、上面側には第１ステータ１８、下面側には第１固定磁極１２，外周側には第１のケース部材１６が存在している。第１コイル２０に電流を流すと、可動磁極１１と第１固定磁極１２と第１のケース部材１６と第１ステータ１８からなる第１の磁気回路に磁束を供給する。
【００２３】
第２コイル２１は可動磁極１１の内周側に位置し、上面側には第２ステータ１９、下面側には第２固定磁極１３、内周側には第２のケース部材１７が存在している。第２コイル２１に電流を流すと、可動磁極１１と第２固定磁極１３と第２のケース部材１７と第２ステータ１９からなる第２の磁気回路に磁束を供給する。
【００２４】
したがって、２つの磁気回路に流れる磁束は可動磁極１１において合流することになり、ギャップ１４とギャップ１５の間で下面側に向け推力が発生するので、可動磁極１１は下面側軸方向に向かって移動することとなる。
【００２５】
第１のケース部材１６は筒状の磁性材料で形成されており、第１コイル２０の外周側に位置し、下面側は第１固定磁極１２の外周側と固着している。また、上面側はプレート２２と第１ステータ１８の外周側と固着している。第１コイル２０に電流を流した時には可動磁極１１、第１固定磁極１２、第１ステータ１８とともに第１の磁気回路を構成する。
【００２６】
第２のケース部材１７は筒状の磁性材料で形成されており、第２コイル２１の内周側に位置し、下面側は第２固定磁極１３の内周側と固着している。また、上面側はプレート２２と第２ステータ１９の内周側と固着している。第２コイル２１に電流を流した時には可動磁極１１、第２固定磁極１３、第２ステータ１９とともに第２の磁気回路を構成する。
【００２７】
第１ステータ１８は磁性材料で形成されており、第１コイル２０の上面側に位置し、外周側で第１のケース部材１６と固着している。内周側には適当な間隔をおいて可動磁極１１が存在し、第１コイル２０に電流を流した時には可動磁極１１、第１固定磁極１２、第１のケース部材１６とともに第１の磁気回路を構成する。
【００２８】
第２ステータ１９は磁性材料で形成されており、第２コイル２１の上面側に位置し、内周側で第２のケース部材１７と固着している。第２ステータ１９の外周側にはスリーブ２３を間において可動磁極１１が存在し、第２コイル２１に電流を流した時には可動磁極１１、第２固定磁極１３、第２のケース部材１７とともに第２の磁気回路を構成する。
【００２９】
プレート２２は第１ステータ１８と第２ステータ１９の上面側に配され、外周側は第１のケース部材１６、内周側は第２のケース部材１７に固着されている。また、可動磁極１１の上面側は円周方向に複数に分岐されている分岐部分１１ｃとなっているので、穴２２ａを設けて、可動磁極１１の分岐部分１１ｃを挿通させるとともに、適当な隙間を保ち可動磁極１１の移動の障害にならないようにしている。可動磁極１１を境に外周側の第１のケース部材１６、第１ステータ１８、第１コイル２０、第１固定磁極１２の第１の組立品と、内周側の第２ステータ１９、第２のケース部材１７、第２コイル２１、第２固定磁極１３、スリーブ２３の第２の組立品を固定させるとともに位置関係を保持する。
【００３０】
ギャップ１４は第１の磁気回路にあり、第１固定磁極１２の磁極部１２ａと可動磁極１１の磁極部１１ａとの間にある隙間である。
【００３１】
ギャップ１５は第２の磁気回路にあり、第２固定磁極１３の磁極部１３ａと可動磁極１１の磁極部１１ａとの間にある隙間である。
【００３２】
作用板１１ｂは上面側において可動磁極１１をネジ２４で固定している。可動磁極１１が下面側に移動する際には作用板１１ｂを介して、外部に動作を伝え、反対に外部からの復帰動作を可動磁極１１に伝えている。また、可動磁極１１が下面側に移動したときにはプレート２２と当接することで可動磁極１１の移動範囲を制限している。
【００３３】
スリーブ２３は非磁性材料で形成されており、可動磁極１１の内周側に位置し、第２固定磁極１３と第２ステータ１９に挿通されている。
【００３４】
さらに本発明の実施の形態に係わるソレノイドの動作について説明する。図３〜図４はソレノイドの磁気回路の構成から動作に至るまでの説明図であり、符号は図１及び図２と同じものを示す。
【００３５】
２つの磁気回路を巡る磁束を可動磁極１１で合流し、推力を発生させ、移動させることが目的であるため、電流は図３に示すように第１コイル２０は電流方向３０へ、第２コイル２１は電流方向３１へ流すこととする。
【００３６】
これにより可動磁極１１、第１固定磁極１２、第１のケース部材１６、第１ステータ１８を巡る第１の磁気回路が構成される。さらに可動磁極１１、第２固定磁極１３、第２のケース部材１７、第２ステータ１９を巡る第２の磁気回路も構成される。
【００３７】
図４で示すように第１コイル２０で発生した磁束は可動磁極１１から第１固定磁極１２、第１のケース部材１６、第１ステータ１８から成る第１の磁気回路３２を流れる。同じように第２コイル２１で発生した磁束は可動磁極１１から第２固定磁極１３、第２のケース部材１７、第２ステータ１９から成る第２の磁気回路３３を流れる。
【００３８】
このとき、可動磁極の内部は第１の磁気回路３２と第２の磁気回路３３が共有し、互いに反発しあいながら同一方向に磁束が流れる状態となる。
【００３９】
別々のコイルで発生した磁束は可動磁極１１で合流することで、第１固定磁極１２の磁極部１２ａと第２固定磁極１３の磁極部１３ａが可動磁極１１を吸引するという形で作用する。そしてこの場合、２つの固定磁極１２及び１３の磁極部１２ａ、１３ａは同じ軸上にあることから大きな力を得ることができるのである。
【実施例２】
【００４０】
図５は、本発明の第２の実施例に係るソレノイドの説明図である。図５において、符号は図１及び図２と同じものを示す。
【００４１】
図５は図１と基本構造が同じであるが、第２固定磁極１３の磁極部１３ａを第１固定磁極１２の磁極部１２ａに対し、可動磁極１１の軸方向下面側へずらした構造としている。また、第１固定磁極１２の磁極部１２ａは部分的に上面側軸方向に伸びる形状としているが、これはソレノイド１０の推力が長いストロークに渡って発生するよう考え出されたものである。
【００４２】
図６は図５に対し、可動磁極１１が移動する前の状態を示す。第１コイル２０及び第２コイル２１にそれぞれ反対方向の電流を流すと、可動磁極１１は第１固定磁極１２との間で第１の磁気回路３２が構成され、また第２固定磁極１３との間でも第２の磁気回路３３が構成されるので、可動磁極１１は下面側に向かって移動する。
【００４３】
図７においては可動磁極１１が第１固定磁極１２の磁極部１２ａに近づいた時の状態を示す。この状態において可動磁極１１と第１固定磁極１２との間で発生する軸方向の推力は小さくなり、第２固定磁極１３との間で発生している軸方向の推力が大きくなってくるので、さらに可動磁極１１は下面側方向に移動することになる。
【００４４】
最終的に図５に示すように可動磁極１１が下面側に移動し、作用板１１ｂがプレート２２と当接し停止する。これら一連の動作について図８に示す推力線図を基に説明する。
【００４５】
第１固定磁極１２の磁極部１２ａで発生した軸方向の推力がＡであり、一定の推力を得るストロークの範囲がＡ´である。同様に第２固定磁極１３の磁極部１３ａで発生した軸方向の推力がＢであり、一定の推力を得るストロークの範囲がＢ´である。この異なる位置で発生する２つの推力が合成されＣで示す推力のカーブとなり、スロトークの範囲は、Ａ´＋Ｂ´＝Ｃ´になる。したがって、第１固定磁極１２と第２固定磁極１３の磁極部１２ａ、１３ａを軸方向にずらしたことによって、長いストロークに渡って推力を発生させることが可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施例に係るソレノイドの説明図である。
【図２】図１に示した第１の実施例に係るソレノイドの可動磁極とソレノイド本体の説明図である。
【図３】図１に示したソレノイドの動作を示す断面図である。
【図４】図１に示したソレノイドの動作を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係るソレノイドの説明図である。
【図６】図５に示したソレノイドの動作を示す断面図である。
【図７】図５に示したソレノイドの動作を示す断面図である。
【図８】図５に示したソレノイドの推力線図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０      ソレノイド
１１      可動磁極
１１ａ    可動磁極の磁極部
１１ｂ    可動磁極の作用板
１１ｃ    可動磁極の分岐部分
１２      第１固定磁極
１２ａ    第１固定磁極の磁極部
１３      第２固定磁極
１３ａ    第２固定磁極の磁極部
１４      ギャップ
１５      ギャップ
１６      第１のケース部材
１７      第２のケース部材
１８      第１ステータ
１９      第２ステータ
２０      第１コイル
２１      第２コイル
２２      プレート
２２ａ    穴
２３      スリーブ
２４      ネジ
３０      第１コイルの電流方向
３１      第２コイルの電流方向
３２      第１の磁気回路
３３      第２の磁気回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005277245.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005277245.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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