JPS5843883B2 - 電磁石装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は励磁コイルの中心に鉄芯を設け、鉄芯の一端に
継鉄が固着され、前記鉄芯か又は継鉄に接極子が支点支
持され、前記接極子が揺動する電磁石装置に係り、その
目的とするところは電流に対して比例的に、かつ安定し
て動作し、耐久信頼性の高い電磁石装置を提供すること
にある。

ことに弁として応用すれば応答性が速く、遠隔制御の可
能な工業的に極めて有用なものである。

第１図は比例電磁石装置ではないが本発明と構成的に近
いと思われる従来例の基本構成図で、１０１は鉄芯、１
０２は励磁コイル、１０３は継鉄、１０４は接極子、１
０５はアーム、１０６は弁、１０γは弁座、１０８はボ
ディ、１０９はハウジング： １１０はガスケット、１
１１はスプリングである。

動作は励磁コイル１０２に所定の電流を人、切すること
により、接極子１０４が鉄芯１０１に吸着され、あるい
は解放されて、揺動し、弁１０６を弁座１０７に対して
開閉するもので、比例的な動作を得ることは困難であっ
た。

本発明は従来の電磁石装置がいわゆる０Ｎ−ＯＦＦ動作
であるのに対して、比例的な動作を安定して得ようとす
るものである。

そのための構成として、本発明は、励磁コイルを具備す
る鉄芯と、前記鉄芯を固定する継鉄と、この継鉄の一端
に支点を介して支持され復帰ばねと鉄芯の吸引力との作
用力で動作する接極子を設け、前記鉄芯の吸引作用面に
は、動作開始位置における接極子先端部の回転動作円弧
接線に対して傾斜し、かつその傾斜方向が、前記接極子
が鉄芯吸引方向に回動するとき、前記接極子の先端部と
鉄芯磁極面との空隙がわずかずつ狭まる方向とした傾斜
面を設け、前記傾斜した鉄芯磁極面と、前記接極子の先
端部との間で主動作空隙を形成するとともに、前記鉄芯
または接極子の吸引力作用面を凸状にしたものである。

以下、本発明の一実施例につき、図面に沿って詳細に説
明する。

第２図、第３図において、１は一端に切欠きＡを有する
鉄芯、２は励磁コイル、３は一端を鉄芯１に固着し、他
端を月形にしたＬ字状継鉄で、ケース１２に収納しであ
る。

４は接極子で、一部に凹部Ｂを設け、前記継鉄３の月形
部にかみ合って支点を形威し、鉄芯１に近い部分に弁取
付具６を介して弁５が傾斜自在に遊着され、他端にはば
ね掛具７．復帰ばね８．ばね力調節ねじ９．ナツト１０
を設け、接極子４に作用するばね力を調節出来る構造に
なっており、調節後シール材１１を充填する。

１３．１４は非磁性材よりなるストッパである。

鉄芯１の切欠きＡは、接極子４が鉄芯１の吸引する方向
へ回動するとき、接極子の磁極面Ｃと鉄芯磁極面りとの
空隙が徐々に狭まるように傾斜していることが重要であ
る。

また、接極子の磁極面Ｃは鉄芯１の軸線方向から見て平
面図である第２図に示すように、円弧的凸状に形成され
ている。

次に動作を説明する。

第３図の状態は励磁コイル２に通電していない時で、復
帰ばね８の初荷重により弁５は仮想線で示した弁座に押
圧されている。

励磁コイル２の電流をしだいに増加してゆくと磁気的吸
引力もしだいに増加しやがて弁５は弁座より浮上する。

そして接極子４の先端がストップ１４に当接するまで励
磁コイル２の電流による磁気的吸引力と復帰ばね８の力
が吻合ながらいわば比例的、連続的に動作し、従って弁
５は比例的、連続的に弁座の開度を変える。

電流を減少させる場合も同様であり、勿論弁の開度を任
意の位置で保持することもできる。

この比例的動作を可能にした最も重要な点は、鉄芯１の
磁極部に接極子４に対してやや傾いた切欠き部Ａを作り
、接極子４の先端が大体においてその切欠き部Ａの内側
で動作するようにしたことにある。

つまり接極子４が鉄芯１が吸引する方向へ回動するとき
、接極子磁極面Ｃとの空隙が徐々に狭まるように傾斜さ
せた鉄芯磁極面りを設け、この鉄芯１の傾斜磁極面りと
接極子の磁極面との間で主動作空隙を形成しているので
、励磁コイル２の電流をある値一定のまま、接極子４の
回動位置、すなわち弁ストロークを変位させても、吸引
力が接極子４に回転トルクとして作用する分力は、はぼ
一定の回転トルクを保つことができるからである。

なぜならば接極子４が鉄芯１に吸引される方向に回動す
ると鉄芯１と接極子４の両磁極間空隙はわずかずつ小さ
くなり、磁気抵抗が減少して両磁極間吸引力は、空隙の
略２乗に比例して増大するが、鉄芯１つの磁極面りが傾
斜しているため、磁極面に垂直方向の力は増大しても、
接極子４を回動しようとするトルクに寄与する比率は次
第に減少し、結果的に弁ストロークの変位に対して、接
極子４を回動しようとする回転力を、あまり変化させな
い構成が可能となるものである。

また接極子磁極部Ｃを鉄芯１の軸線方向から見て、つま
り平面図である第２図で見て円弧的凸状に形成している
ので、接極子４が左右に横ぶれしようとしても、接極子
４の凸状先端と鉄芯１との空隙が最も小さくなる位置す
なわち、中心に安定しようとするように作用しようし、
継鉄３の月形エツジと接極子４の■溝の摩耗も変則的に
なったすせず耐久信頼性が向上するとともに安定した特
性が得られる。

第６図は接極子４と鉄芯１のいずれの磁極面も仮に平面
で構成した場合の不都合を説明するための図で、第２図
と同じ方向から見た鉄芯１と接極子４を示したものであ
る。

仮に第６図のように鉄芯１と接極子４の両磁極部とも平
面の場合、部品の寸法誤差や組立誤差のためギャップｔ
とギャップｔ′が同一でなく、どちらかが狭いとより接
極子４の横ぶれしようとする力が増え、継鉄３の月形エ
ツジと接極子４の■溝の摩耗が変則的に片寄り、接極子
４と継鉄３のかみ合せ部がはずれてしまう不都合がある
。

第４図は第１図に示した従来の開閉電磁弁の静吸引力特
性、第５図は本発明一実施例の静吸引力特性である。

第４図の従来例の特性図において、実線■１１２＋Ｉ３
はそれぞれの電流（ＩＩ ＜Ｉ２ ＜ｉ３）における静
吸引力特性、破線はスプリング１１１のストロークと力
の関係を示す。

横軸の点Ｓｃは弁閉ＩＪ＝位置、点Ｓｏは弁全開位置、
縦軸の点Ｐｃは横軸の点Ｓｃにおけるばねの力すなわち
弁閉１ｈ力である。

従来の開閉電磁弁ではスプリング１１１の力より常に大
きな磁気的吸引力の得られる電流■３を人、切して使用
するのであるが、本発明を対応して、今仮りに電流を０
からしだいに増加する場合の動作を考えると、スプリン
グ１１１の弁閉重力Ｐｃと等しい吸引力の得られる電流
■、以下では弁は静屯しているが、■１ より弁は浮上
を開始する。

しかしさらに少し電流を増加し■２になるとスプリング
１１１との吻合点を失い■２より犬なる電流では瞬時に
弁は全開位置Ｓｏまで移動してしまう。

第５図は本発明一実施例の特性図で、図中の記号は第４
図と同じである。

図から明らかな通り第５図の吸引力特性は第４図に比べ
て極めて平坦であり、弁閉ｄ−力Ｐｃと同じ吸引力を得
る電流■１から弁を全開する電流１２ までストローク
全域にわたって電流■１（Ｉｔ≦■１ ≦Ｉ２ ）で
ばねの力と均合う事がわかる。

この吸引力特性が平坦あるいは左下りの特性にどうして
なるのかについて、前記本発明実施例の動作の説明と合
わせて行なったが、鉄芯１と接極子４と吸引力との関係
を簡略モデル化した第１１図を用いて今一度説明する。

動作開始位置の接極子４は実線で描いた。

この状態で傾斜した鉄芯磁極面りに垂直な方向の吸引力
Ｆｏを生じるコイル電流■１ を通電した時、接極子４
を支点Ｂ中心に回動しようとする分力はｆ。

となる。

つまりこのｆ。が第５図のグラフ縦軸の吸引力である。

同一コイル電流■、において接極子４が２点鎖線で示し
た位置にある場合、鉄芯磁極面りと接極子４の先端部Ｃ
との空隙つまりそれぞれの吸引作用面の磁気ギャップが
短くなり、磁極面りに垂直な方向の吸引力はＦｌ と、
前記Ｆ。

よりも大きくなる。

しかし接極子４を回動させる方向の分力ｆ１ は、前記
ｆ。

とほとんど同じかあるいはやや小さくなる。

これは接極子４が支点Ｂを中心に円弧運動をし、先端部
ＣがＲの線上を移動して行くにしたがって、接極子４が
鉄芯磁極面りに垂直な方向に近づいていくためである。

理解しやすいために接極子４を破線で示した位置、すな
わち磁極面りに垂直になる回動位置を説明すると、磁極
面Ａと先端部Ｂとの磁気的空隙は最も小さくなるため、
磁極面りに垂直方向の吸引力Ｆ２は最大となる。

しかしこの時、接極子４を回動させる方向の分力はなく
なる。

実使用上はこの位置にいたる手前で動作範囲を規制する
ように第３図のようにストッパ１４を設けている。

第７図、第８図、第９図、第１０図は本発明の他の実施
例で特に鉄芯１と接極子４とストッパ１４だけを斜視図
で示し、他の構成要素は省略しである。

第７図は接極子４の磁極面形状を山形凸状に形成したも
ので、第２図で円孤形凸状にしたのと同様に接極子４の
横ぶれの防止作用があり、■溝を摩耗させることが防１
．でき長期間安定して作動する耐久信頼性の高い電磁石
装置が可能となる。

同様に第８図は鉄芯１の磁極面を円孤形凸状に、第９図
は同じく鉄芯１の磁極面を山形凸状にそれぞれ形成した
もので、第７図と同様の作用効果が得られる。

第１０図は鉄芯１の磁極面と接極子４の磁極面いずれも
円孤形凸状に形成したもので、この構成においても同様
の効果を得ることができる。

また本発明の電磁石装置は励磁コイルの電流に対して、
比較的大きいストロークの円滑で安定な比例的動作を接
極子４が行なえるものであり、その接極子４に弁５を弁
取付具６を介して遊着し、接極子４の動きに弁５を連動
させる構成であることから、例えば本発明を弁に応用し
た場合給湯用ガス瞬間湯沸器のバーナへのガス供給経路
に取付は湯温をサーミスタで検知して制御すれば、負荷
の変動に関係なく一定温度の温水が得られる。

また従来の液体膨張式比例弁では不可能であった熱源部
から遠く離れて温度を変える事も可能である。

あるいは従来の開閉電磁弁による温度制御で生ずる点火
音、消火音の騒音も解消できる。

以上のように、本発明によれば、励磁コイルを具備する
鉄芯と、継鉄と、この継鉄の一端に支点を介して支持さ
れ、復帰はねと鉄芯の吸引力との作用力で動作する接極
子を設け、前記鉄芯の吸弓作用面には、動作開始位置に
おける接極子先端部の回転動作円弧接線に対して傾斜し
、かつその傾斜の方向が、前記接極子が鉄芯の吸引方向
に回動するとき、前記接極子の先端部と鉄芯磁極面との
空隙がわずかずつ狭まる方向とした傾斜面を設け、前記
傾斜した鉄芯磁極面と、前記接極子の先端部との間で主
動作空隙を形成するとともに、前記鉄芯または接極子の
吸引作用面を凸状に構成したので、接極子の変位に対し
て、はぼ平坦な接極子回転力を維持する吸引力特性が得
られ、大きいストローク範囲において円滑な比例的動作
が得られるだけでなく、接極子の横ふれかなく長期間安
定した作動が可能な高い耐久信頼性が得られるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の開閉式電磁弁の断面図、第２図は本発
明の実施例を示す電磁石装置の平面図、第３図は断面図
、第４図は従来例の静吸引力特性図、第５図は本発明の
静吸引力特性図、第６図は本発明の一般に考え得る鉄芯
および接極子の不都合な対面状態を説明する平面図、第
７図、第８図第９図および第１０図は本発明の他の実施
例の鉄芯および接極子の斜視図、第１１図は本発明の吸
引力作用説明図である。 １・・・・・・鉄芯、２・・・・・・励磁コイル、４・
・・・・・接極子、５・・・・・・弁、８・・・・・・
復帰ばね、Ｃ・・・・・・接極子の磁極面、Ｄ・・・・
・・傾斜磁極面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 励磁コイルを具備する鉄芯と、前記鉄芯を固定する
   継鉄と、この継鉄の一端に支点を介して支持され復帰は
   ねと鉄芯の吸引力との作用力で動作する接極子を設け、
   前記鉄芯の吸引作用面には動作開始位置における接極子
   先端部の回転動作円弧接線に対して傾斜し、かつその傾
   斜方向が前記接極子が鉄芯の吸引方向に回動するとき、
   前記接極子の先端部と鉄芯磁極面との空隙がわずかずつ
   狭まる方向とした傾斜面を設け、前記傾斜した鉄芯磁極
   面と、前記接極子の先端部との間で主動作空隙を形成す
   るとともに、前記鉄芯または接極子の吸引力作用面を凸
   状に構成した電磁石装置。