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JPS5929127B2 - dc solenoid - Google Patents
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JPS5929127B2 - dc solenoid - Google Patents

dc solenoid

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Publication number
JPS5929127B2
JPS5929127B2 JP55112005A JP11200580A JPS5929127B2 JP S5929127 B2 JPS5929127 B2 JP S5929127B2 JP 55112005 A JP55112005 A JP 55112005A JP 11200580 A JP11200580 A JP 11200580A JP S5929127 B2 JPS5929127 B2 JP S5929127B2
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JP
Japan
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plunger
magnetic flux
force
yoke
solenoid
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Application number
JP55112005A
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Japanese (ja)
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Inventor
尚孝 神谷
一郎 渡辺
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KAMYA DENSHI KOGYO KK
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KAMYA DENSHI KOGYO KK
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Publication date
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Publication of JPS5929127B2 publication Critical patent/JPS5929127B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、スプリング等の外部の復帰力を要する事な
く、ソレノイド自体の内部磁力によつてプランジャを復
帰させることとした直流ソレノイドに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a DC solenoid in which a plunger is returned to its original position by the internal magnetic force of the solenoid itself, without requiring an external restoring force such as a spring.

永久磁石を用いてプランジャを吸引保持する構造の直流
ソレノイドは既に広く用いられている。
DC solenoids that use permanent magnets to attract and hold a plunger are already widely used.

単安定ソレノイドと呼ぶ。磁石の磁力によりプランジャ
を後退位置に保持するので、常時コイルに通電する必要
がない。
It is called a monostable solenoid. Since the plunger is held in the retracted position by the magnetic force of the magnet, there is no need to constantly energize the coil.

電力費を節減する上で効果がある。プランジャを前方へ
常時、スプリングカ功1張つており、復帰力はスプリン
グの弾性力より生ずる。5 励磁コイルには、瞬時的な
電流を加えるだけで2状態間を遷移させる事ができる。
It is effective in reducing electricity costs. A spring force is always applied to the plunger forward, and the return force is generated by the elastic force of the spring. 5. It is possible to transition between two states simply by applying instantaneous current to the excitation coil.

励磁コイルヘ通電して、永久磁石の作る磁束を増強し或
は打消す事により、吸引、復帰動作を行う。このように
、スプリングを用いるのは、永久磁10石が無く、単な
るコイルとプランジャのみからなる従前の直流ソレノイ
ドが、必ずスプリングを復帰用に備えていたからであろ
う。
Attraction and return operations are performed by energizing the excitation coil to enhance or cancel the magnetic flux created by the permanent magnet. The reason why a spring is used in this way is probably because the conventional DC solenoid, which did not have a permanent magnet and consisted only of a coil and a plunger, always had a spring for return purposes.

最も単純な直流ソレノイドに永久磁石を附加して、自己
保持型のソレノイドを作成した時にも、スプリングがひ
き15続き利用された。しかし、スプリングを付加する
には、それだけの工数を余分に必要とする。
Even when a permanent magnet was added to the simplest DC solenoid to create a self-holding solenoid, a spring was used continuously. However, adding a spring requires an extra number of man-hours.

もしも、ヨークの中にスプリングを収納するのならば、
ヨーク内の有効容積が減少し、コイル等のスペースが制
限され20る。もしもヨークの外側にスプリングを取着
けるとすれば、プランジャ、プッシュロッドを長く延長
しなければならず、嵩だかいものになつた。ソレノイド
の小型化を阻むものである。さらに、スプリングは繰返
し伸縮動作により疲25労する。
If you want to store the spring inside the yoke,
The effective volume within the yoke is reduced, and space for coils, etc. is limited 20. If the spring were to be attached to the outside of the yoke, the plunger and push rod would have to be extended, making them bulky. This prevents miniaturization of solenoids. Furthermore, the spring becomes fatigued due to repeated expansion and contraction operations.

折損することもある。スプリングは変位量と弾性力は正
比例する。
It may break. The amount of displacement and elastic force of a spring are directly proportional.

プランジャが固定鉄心に吸引保持されている時に、スプ
リング変位量が最大であるから、弾性力も最大である。
n 従つて永久磁石の吸引力は、負荷を引張るのに必要
な力とスプリングの弾性力の和を越えるよう設定しなけ
ればならなかつた。
When the plunger is attracted and held by the fixed iron core, the spring displacement is at its maximum, and therefore the elastic force is also at its maximum.
n Therefore, the attractive force of the permanent magnet had to be set to exceed the sum of the force required to pull the load and the elastic force of the spring.

本発明はこれらの欠点を解決するものである。The present invention overcomes these drawbacks.

スプリングを必要とせず、磁力そのものよりプラ35
ンジヤを復帰させる事ができる。永久磁石と、励磁コイ
ルを組合わせて、スプリングカを借りずにプランジャを
進退させる直流ソレノイドは既に存在する。
Does not require a spring and uses plastic 35 instead of magnetic force itself.
Njia can be brought back. There already exists a DC solenoid that combines a permanent magnet and an excitation coil to move a plunger forward and backward without using a spring force.

いわゆる双安定自己保持型ソレノイドである。これは、
中間に永久磁石、この前後に等しい寸法の2つの励磁コ
イルを設けたものである。
This is a so-called bistable self-holding solenoid. this is,
A permanent magnet is provided in the middle, and two excitation coils of equal size are provided before and after this.

前位置と後位置の2つの安定な状態にプランジヤは停止
しうる。状態を変えるには、プランジヤの停止している
方の励磁コイルに永久磁石の磁束と反対方向の磁束を生
ずるよう瞬間的に通電する。双安定ソレノイドは、永久
磁石を中心として前後に全く対称である。したがつて保
持力も前、後方向に等しい。さらに、プランジヤの前後
に固定鉄心を設けて、プランジヤの運動範囲を規制し、
あわせて保持力を高揚している。双安定ソレノイドは、
このようにスプリングカなしに前後方向へプランジヤを
運動させる事ができる。
The plunger can be stopped in two stable states: a forward position and a rearward position. To change the state, the excitation coil on the stationary side of the plunger is momentarily energized to produce a magnetic flux in the opposite direction to that of the permanent magnet. A bistable solenoid is completely symmetrical around a permanent magnet. Therefore, the holding force is also equal in the front and rear directions. Furthermore, a fixed iron core is provided before and after the plunger to restrict the range of movement of the plunger.
At the same time, it has increased holding power. Bistable solenoids are
In this way, the plunger can be moved forward and backward without a spring force.

しかし、多くの場合、ソレノイドに要求される運動特性
は、前後で対称である必要がない。
However, in many cases, the movement characteristics required of a solenoid do not need to be symmetrical.

前後の保持力が等して事はあまり要求されない。多くの
場合吸引時の保持力は数Kgと大きいが、復帰時にプラ
ンジヤに加わる力は1/10〜1/100程度ですむ。
この為スプリング復帰式のソレノイドが広く用いられて
きたわけである。さらに、双安定型ソレノイドのように
、前後に固定鉄心を設けると、プランジヤが抜けなくな
る。
There is not much requirement for the front and rear holding forces to be equal. In many cases, the holding force during suction is as large as several kilograms, but the force applied to the plunger upon return is only about 1/10 to 1/100.
For this reason, spring return type solenoids have been widely used. Furthermore, if a fixed iron core is provided at the front and back, as in a bistable solenoid, the plunger will not come out.

ゴミ、小砂が入つてプランジヤの摺動特性を劣化させた
場合、これを除く事ができない。さらに、ソレノイドに
要求されるストロークは数uと短いものが多い。
If dirt or small sand gets inside and deteriorates the sliding characteristics of the plunger, it cannot be removed. Furthermore, the stroke required of the solenoid is often as short as several micrometers.

双安定型ソレノイドの場合、ストロークは、励磁コイル
の厚みより少し小さいだけである。ストロークを励磁コ
イルの厚みより著しく小さくすれば、反対側の磁路の磁
気抵抗が減少し、保持力が減殺されるからである。この
ため、双安定型ソレノイドは小型のものが多い。寸法が
限定されると、永久磁石は、小さくても強力な磁界を生
ずる稀土類金属製としなければならない。これはフエラ
イト系磁石に比して著しく、高価である。本発明は、前
記単安定型ソレノイド、双安定型ソレノイドのいずれと
も異り、これらの欠点を克服するものである。
For bistable solenoids, the stroke is only slightly less than the thickness of the excitation coil. This is because if the stroke is made significantly smaller than the thickness of the excitation coil, the magnetic resistance of the magnetic path on the opposite side will decrease, and the holding force will be reduced. For this reason, many bistable solenoids are small. Due to the limited dimensions, permanent magnets must be made of rare earth metals that produce a small but strong magnetic field. This is significantly more expensive than ferrite magnets. The present invention is different from either the monostable solenoid or the bistable solenoid and overcomes these drawbacks.

本発明の直流ソレノイドは、永久磁石の後方に励磁コイ
ル、前方にスペーサを隔てて磁性体のフロントヨークを
設け、磁性体のヨークで全体を包囲したものである。
The DC solenoid of the present invention has an excitation coil at the rear of a permanent magnet, a magnetic front yoke in front with a spacer in between, and the whole body is surrounded by the magnetic yoke.

永久磁石からプランジヤ、フロントヨークへと連続する
新たな磁路がプランジヤの復帰力を加える。
A new continuous magnetic path from the permanent magnet to the plunger to the front yoke applies the return force of the plunger.

以下、実施例を示す図面によつて、詳細に本発明の構成
、作用及び効果を説明する。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the structure, operation, and effect of the present invention will be explained in detail with reference to drawings showing examples.

第1図は本発明の実施例に係る直流ソレノイドの復帰時
の縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the DC solenoid according to the embodiment of the present invention when it returns to normal.

第2図は吸引持の縦断面図を示す。ヨーク1は磁性体の
金属で、十文字型に抜いたものの4辺を折曲げ、断面が
コの字型のケースにする。
FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of the suction holder. The yoke 1 is made of magnetic metal and is cut into a cross shape and then bent at four sides to form a case with a U-shaped cross section.

永久磁石2は、ヨーク1の前方に4個、同極が対向する
よう固定してある。
Four permanent magnets 2 are fixed in front of the yoke 1 so that the same poles face each other.

ブランジヤ3は磁性体の丸棒で、ヨークの中心を軸方向
に動くことができる。
The plunger 3 is a round bar made of magnetic material and can move in the axial direction around the center of the yoke.

固定鉄心4は、ヨーク1の後方中心部に固定された磁性
体である。
The fixed iron core 4 is a magnetic body fixed to the rear center of the yoke 1.

プランジヤ3と同一軸線上にあり、プランジヤを吸引す
る。ストツパ一としての役目も持つている。励磁コイル
5は、永久磁石2のすぐ後方に、ヨークの後端面との間
に設けられる。
It is on the same axis as the plunger 3 and attracts the plunger. It also has the role of a stopper. The excitation coil 5 is provided immediately behind the permanent magnet 2 and between it and the rear end surface of the yoke.

巻線は1系統又は2系統いずれでもよい。ガイドパイプ
6は真鍮等の非磁製金属又はポリテトラフルオルエチレ
ン(PTFE)等摺動特性のすぐれた合成樹脂で作られ
る。
The number of windings may be one system or two systems. The guide pipe 6 is made of a non-magnetic metal such as brass or a synthetic resin with excellent sliding properties such as polytetrafluoroethylene (PTFE).

これは、プランジヤ3を前後進退可能に保持する。永久
磁石2のさらに前方には、スペーサ7を隔てて、磁性体
のフロントヨーク8が設けられる。
This holds the plunger 3 so that it can move back and forth. Further in front of the permanent magnet 2, a front yoke 8 made of a magnetic material is provided with a spacer 7 in between.

フロントヨーク8はヨーク1の前端に6かしめ7によつ
て固着される。スペーサはベーク板など非磁性素材より
成る。
The front yoke 8 is fixed to the front end of the yoke 1 by six caulks 7. The spacer is made of a non-magnetic material such as a baked plate.

厚みは所望のストロークによつて決定する。非磁性のプ
ツシユロツド9の先端は雄螺条10となつており、プラ
ンジヤ後端の雌螺穴11に螺着される。プツシユロツド
は固定鉄心4の鉄心穴12を貫く。これはプランジヤを
抜取る場合に有用である。固定鉄心4、プランジヤ3の
対向面は円錐状の傾斜面14,15となつている。
The thickness is determined by the desired stroke. The tip of the non-magnetic push rod 9 has a male thread 10, which is screwed into a female thread hole 11 at the rear end of the plunger. The push rod passes through the core hole 12 of the fixed core 4. This is useful when removing the plunger. The opposing surfaces of the fixed core 4 and the plunger 3 are conical inclined surfaces 14 and 15.

ストロークを長くするためである。第1図の復帰時の配
置に於て、永久磁石2から出た磁束は、プランジヤ3、
フロントヨーク8を通り、ヨーク1から永久磁石へ戻る
This is to lengthen the stroke. In the arrangement shown in FIG. 1 at the time of return, the magnetic flux emitted from the permanent magnet 2
It passes through the front yoke 8 and returns from the yoke 1 to the permanent magnet.

前方に生ずる短い磁路を磁束が周回する。プランジヤ3
の前端とフロントヨーク8の内側面16とは最小距離で
対向すると最もマツクヅウエルエネルギ一が小さい。図
示した状態は、これに対応している。つまりこの状態は
安定である。永久磁石の磁束の一部は後方へ迂回し、固
定鉄心4から空隙17を経てプランジヤ3、を貫く。
Magnetic flux circulates in a short magnetic path that occurs in the front. plunger 3
When the front end of the front yoke 8 and the inner surface 16 of the front yoke 8 face each other with a minimum distance from each other, the thermal stress energy is the smallest. The illustrated state corresponds to this. In other words, this state is stable. A part of the magnetic flux of the permanent magnet detours backward and passes through the plunger 3 from the fixed iron core 4 through the air gap 17.

しかし、これは僅かである。空隙の磁気按抗が大きいか
らである。空隙17の長さ、つまり、プランジヤの前進
量をxとする。
However, this is small. This is because the magnetic resistance of the air gap is large. Let x be the length of the gap 17, that is, the amount of advance of the plunger.

第1図の状態からプランジヤを押し戻してゆくと、最初
前向きの反作用力が現われる。
When the plunger is pushed back from the state shown in Figure 1, a forward reaction force appears at first.

より押こんでゆくと、力の方向が変り、プランジヤは吸
引される方向の力が加わる。第2図の状態はこうして吸
引された状態(x=0)を示す。
As the plunger is pushed in further, the direction of the force changes, and a force is applied to the plunger in the direction of suction. The state shown in FIG. 2 shows the state in which the air is sucked in this way (x=0).

吸引力は強大である。永久磁石の磁束はプランジヤ3、
固定鉄心4、ヨーク1をまわる。磁束の殆んどが傾斜面
14,15を横切り、これがプランジヤを後方へ吸引す
る力を生ずる。一方、フロントヨーク8と、プランジヤ
3前端の間には空隙18ができるから、磁束はここで遮
断される。このように第1図、第2図のいずれひ安定な
状態であるが、安定性の程度は全く異なる。
The suction power is strong. The magnetic flux of the permanent magnet is plunger 3,
It goes around the fixed iron core 4 and the yoke 1. Most of the magnetic flux crosses the ramps 14, 15, which creates a force that attracts the plunger backwards. On the other hand, since a gap 18 is formed between the front yoke 8 and the front end of the plunger 3, the magnetic flux is interrupted here. As described above, both FIG. 1 and FIG. 2 are stable states, but the degree of stability is completely different.

第3図はプランジヤの変位xと、この時にプランジヤの
受ける後向きの推力Fとの関係例を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the displacement x of the plunger and the backward thrust F that the plunger receives at this time.

横軸は鰭、縦軸はグラム(9)を単位とする。吸引時の
推力、すなわち吸引保持力は32209で極めて大きい
The horizontal axis is in units of fins, and the vertical axis is in grams (9). The thrust force during suction, that is, the suction holding force is 32209, which is extremely large.

1WILはなれると、これが225gに激減する。Once you get 1WIL, this will drastically decrease to 225g.

1.411程度で推力の方向が逆転し、前方への推力と
なる。
At about 1.411, the direction of the thrust is reversed and becomes a forward thrust.

前方推力は小さい。Forward thrust is small.

411で最小値−210gをとる。411 takes the minimum value -210g.

X=611で推力はOとなる。When X=611, the thrust becomes O.

実際には、前方推力が或る程度残つている位置でプラン
ジヤを止めるため、ストツパ一(図示せず)を設けるの
が良い。
In fact, it is preferable to provide a stopper (not shown) in order to stop the plunger at a position where a certain amount of forward thrust remains.

この例では、従つてストロークが3〜4uのソレノイド
として使用できる。以上がソレノイドの静特性である。
復帰時の推力が小さい事は、スプリング式の単安定ソレ
ノイドと似ている。吸引時の保持力が大きい点でも共通
する。従つて、本発明のソレノイドは、従来の自已保持
型単安定ソレノイドに置換して使用できる。次に動特性
であるが、プランジヤを吸引するためには、励磁コイル
に通電し、励磁コイルを囲む磁路に新たな磁束を発生さ
せる。
This example can therefore be used as a solenoid with a stroke of 3-4u. The above are the static characteristics of the solenoid.
The small thrust force upon return is similar to a spring-type monostable solenoid. They also have a common feature in that they have a large holding power during suction. Therefore, the solenoid of the present invention can be used in place of a conventional self-retaining monostable solenoid. Next, regarding dynamic characteristics, in order to attract the plunger, the excitation coil is energized to generate new magnetic flux in the magnetic path surrounding the excitation coil.

これは、永久磁石が前方に形成しているフロントヨーク
を巡る磁束Φfを打消し、逆に固定鉄心を巡る新たな磁
束1rを生ずる。第4図は、遷移の始まる瞬間のソレノ
イド内の磁束の状態を図式的に示す。
This cancels the magnetic flux Φf circulating around the front yoke formed by the permanent magnet in front, and conversely generates a new magnetic flux 1r circulating around the fixed iron core. FIG. 4 schematically shows the state of the magnetic flux within the solenoid at the moment the transition begins.

パルス電流を加える事により生じた起磁力により、新た
な磁束F′rがヨーク1内を前方に流れるが、これは、
永久磁石2を通るFr,と、フロントヨークを通るVr
2とに分れる。
Due to the magnetomotive force generated by applying the pulse current, a new magnetic flux F'r flows forward inside the yoke 1, but this
Fr passing through the permanent magnet 2, and Vr passing through the front yoke
It is divided into 2.

フロントヨーク流F′R,は永久磁石による磁束Φfを
打消し、プランジヤ3とフロントヨークの間の引力を消
滅させる。
The front yoke flow F'R cancels the magnetic flux Φf caused by the permanent magnet and eliminates the attractive force between the plunger 3 and the front yoke.

Fr=Fr,+F2(1》 であるが、ソレノイドの作る全磁束Frが、プランジヤ
と固定鉄心4の間の空隙17を通過する。
Fr=Fr, +F2 (1) However, the total magnetic flux Fr produced by the solenoid passes through the air gap 17 between the plunger and the fixed iron core 4.

空隙を通る磁束の2乗に比例するマツクズウェル応力が
生じるから、プランジヤは固定鉄心に引き寄せられる。
吸引時の磁束F′rは或る程度大きくなくてはならない
The plunger is attracted to the fixed core because a Maxwell stress is generated that is proportional to the square of the magnetic flux passing through the air gap.
The magnetic flux F'r at the time of attraction must be large to some extent.

空隙の磁気抵抗が大きいので、大きい起磁力(アンペア
ターン)が要求される。つまり、比較的大電流が必要だ
ということである。復帰時はこれと全く逆になる。
Since the magnetic reluctance of the air gap is large, a large magnetomotive force (ampere turns) is required. In other words, a relatively large current is required. When I return, it's the exact opposite.

プランジヤは固定鉄心4に吸引されているから、永久磁
石、プランジヤ、固定鉄心、ヨークを巡る静磁束Φgが
あり、これがプランジヤを強力に自己保持してい≦。第
5図は復帰時の磁束分配を示す略図である。励磁コイル
にはさき程とは反対方向に通電する。これにより、ヨー
ク内を後方へ、プランジヤ内を前方へ巡回する新たな磁
束Vqが生ずる。一部は永久磁石2を磁化と反対方向に
通る磁束Fqlとなる。残りは空隙18を越えフロント
ヨークに流れる磁束V/′Q,となる。全磁束Vqは、
永久磁石が予め形成していた磁束Vgを打消す。
Since the plunger is attracted to the fixed iron core 4, there is a static magnetic flux Φg circulating around the permanent magnet, the plunger, the fixed iron core, and the yoke, which strongly holds the plunger by itself. FIG. 5 is a schematic diagram showing the magnetic flux distribution upon return. The excitation coil is energized in the opposite direction. This generates a new magnetic flux Vq that circulates backward in the yoke and forward in the plunger. A part becomes the magnetic flux Fql that passes through the permanent magnet 2 in the opposite direction to the magnetization. The remainder becomes the magnetic flux V/'Q, which flows across the air gap 18 to the front yoke. The total magnetic flux Vq is
This cancels the magnetic flux Vg previously formed by the permanent magnet.

プランジヤと固定鉄心間の引力が消える。Fq=F′q
1+Fq,(2) であるが、Vq2は、プランジヤをフロントヨ一ク8へ
と吸引する作用がある。
The attractive force between the plunger and the fixed core disappears. Fq=F'q
1+Fq, (2) However, Vq2 has the effect of attracting the plunger to the front yoke 8.

プランジヤと固定鉄心間の引力が消え、フロントヨーク
とプランジヤの間に引力が生ずるので、プランジヤは前
進する。
The attractive force between the plunger and the fixed iron core disappears, and an attractive force is generated between the front yoke and the plunger, so that the plunger moves forward.

こうして第1図の復帰状態となるわけである。復帰の為
の電流は、吸引の為の電流より小さい。
In this way, the return state shown in FIG. 1 is achieved. The current for return is smaller than the current for attraction.

最初の状態の磁気抵抗が小さく、起磁力が少なくてすむ
からである。吸引動作と復帰動作には著しい非対称性が
みられる。
This is because the magnetic resistance in the initial state is small and the magnetomotive force is small. There is a significant asymmetry between the suction and return movements.

吸引時の電流が、復帰時の電流より大きいという事だけ
ではない。許容される範囲も異なる。前述の説明から、
吸引動作時の磁束の打消しの条件はVr2−Φr
(3) である事になる。
It is not just that the current at the time of suction is larger than the current at the time of return. The permissible range also differs. From the above explanation,
The condition for magnetic flux cancellation during attraction operation is Vr2-Φr
(3) It follows that.

しかし、この条件は厳格ではない。励磁コイルに加える
電圧が過度であつて、起磁力が高すぎ、Fr2〉Fr(
4) となる場合でも、差支えなく作動する。
However, this condition is not strict. The voltage applied to the excitation coil is excessive, the magnetomotive force is too high, and Fr2>Fr(
4) It will operate without any problem even if

このように励磁コイルの起磁力による磁束が、永久磁石
が予め形成した磁束を越える場合を、仮に超過打消しと
呼ぶ。吸引時(第4図)は、プランジヤを固定鉄心へ引
張る力は全磁束?Frにより、プランジヤをフロントヨ
ークに引戻す力は一部磁束Fr2になる。
The case where the magnetic flux due to the magnetomotive force of the excitation coil exceeds the magnetic flux preliminarily formed by the permanent magnet is tentatively referred to as excessive cancellation. During suction (Figure 4), is the force that pulls the plunger toward the fixed core equal to the total magnetic flux? Due to Fr, part of the force that pulls the plunger back to the front yoke becomes magnetic flux Fr2.

フロントヨークとプランジヤは、側面で対向し、プラン
ジヤと固定銖心は端面で対向する。同一磁束がフロント
ヨーク、プランジヤ、固定鉄心を貫いたとしても、プラ
ンジヤ・固定鉄心間の引力の方が大きい。吸引時は、フ
ロントヨークを通る磁束(Fr2Φr)よりも必ず大き
い磁束?Frがプランジヤと固定鉄心の間を通過する。
The front yoke and the plunger face each other on the side, and the plunger and the fixed bolt face face each other on the end face. Even if the same magnetic flux passes through the front yoke, plunger, and fixed core, the force of attraction between the plunger and fixed core is greater. When attracting, is the magnetic flux always larger than the magnetic flux (Fr2Φr) passing through the front yoke? Fr passes between the plunger and the fixed iron core.

Fr>Vr,〉(v/′R2−Φr) (5)だからで
ある。
This is because Fr>Vr,>(v/'R2-Φr) (5).

もちろん、吸引の始めに、フロントヨークとプランジヤ
は近く、プランジヤと固定鉄心は遠い。
Of course, at the beginning of suction, the front yoke and plunger are close together, and the plunger and fixed core are far apart.

従つて、もしも同一磁束がこれらの部材の組を貫いても
、近い部材の引力が大きい筈である。しかし、これは大
きな差ではない。第6図に示すように、同一円筒内に3
つの磁性体A,B,Cを置き、軸方向に一定の磁束がA
,B,Cを貫いているとする。
Therefore, even if the same magnetic flux passes through a set of these members, the attractive force of the closer members should be greater. However, this is not a big difference. As shown in Figure 6, three
Two magnetic bodies A, B, and C are placed, and a constant magnetic flux in the axial direction is A.
, B, and C.

A−B間の引力と、B−C間の引力は、Bが、A,Cを
見込む立体角Ω1,Ω,の比に比例する。プランジヤと
固定鉄心の間の立体角は、空隙17が短いので2πより
何倍も小さくはない。
The attractive force between A and B and the attractive force between B and C are proportional to the ratio of the solid angles Ω1 and Ω at which B looks at A and C. The solid angle between the plunger and the fixed core is not many times smaller than 2π due to the short air gap 17.

従つて、吸引時は、超過打消しがあつても、プランジヤ
は固定鉄心へと引寄せられる。超過分の磁束で、フロン
トヨークがプランジヤを引戻す力は極めて弱いからであ
る。しかし、第5図の復帰時には、超過打消しの場合、
やや難しい問題を生ずる。
Therefore, during suction, even if there is excess cancellation, the plunger is drawn toward the fixed iron core. This is because the force with which the front yoke pulls back the plunger due to the excess magnetic flux is extremely weak. However, at the time of return in Figure 5, in the case of excess cancellation,
This creates a rather difficult problem.

磁束の打消しの条件は Fq=Φg (6)である。The conditions for magnetic flux cancellation are Fq=Φg (6).

しかも、フロントヨークがプランジヤを引戻す力は磁束
?Fq,による。超過打消しがあると ?Fq〉Φg (7)であるが、
(Vq−Φg)の磁束は固定鉄心とプランジヤの間の吸
引力を生ずる。
Moreover, is the force of the front yoke pulling back the plunger a magnetic flux? According to Fq. What if there is excess cancellation? Fq〉Φg (7), but
The magnetic flux (Vq-Φg) produces an attractive force between the fixed iron core and the plunger.

この吸引力より、フロントヨークの吸引力が優越しなけ
れば復帰動作がおころらない。さらに、フロントヨーク
とプランジヤは離れており、プランジヤと固定鉄心は接
触している。
Unless the suction force of the front yoke exceeds this suction force, the return operation will not proceed. Further, the front yoke and the plunger are separated, and the plunger and the fixed core are in contact with each other.

同一の磁束量が3部材を通つても、プランジヤ・固定鉄
心の間の引力の方が大きい。如何程大きいかは、傾斜面
14,15の角度、吸引時のプランジヤ前端とフロント
ヨークの距離など幾何学的条件に依存する。この比をm
とする。これは1〜10程度であろう。さらに、全磁束
?Fqの内、1/nだけVq2になつたとする。
Even if the same amount of magnetic flux passes through the three members, the attractive force between the plunger and the fixed iron core is greater. How large it is depends on geometric conditions such as the angle of the inclined surfaces 14 and 15 and the distance between the front end of the plunger and the front yoke during suction. This ratio is m
shall be. This will be around 1-10. Furthermore, the total magnetic flux? Assume that only 1/n of Fq becomes Vq2.

nは永久磁石のヒステリシスカーブの微係数、フロント
ヨークの透磁率などによる。nは1に近い値で2を越え
ることはない、と考えられる。2部材の間に働く引力は
、これを通過する磁束の2乗に比例するから、プランジ
ヤ・固定鉄心間の引力を、超過打消し分(?Fq−Φg
)の2乗として(Fq−Φg)2 (8) と書くとすれば、プランジヤ・フロントヨーク間引力は
Vql (一)2− (9) nm と書ける。
n depends on the differential coefficient of the hysteresis curve of the permanent magnet, the magnetic permeability of the front yoke, etc. It is considered that n is a value close to 1 and never exceeds 2. Since the attractive force acting between two members is proportional to the square of the magnetic flux passing through them, the attractive force between the plunger and the fixed iron core is canceled by the excess (?Fq-Φg
) is written as (Fq-Φg)2 (8), then the attractive force between the plunger and front yoke can be written as Vql (1)2- (9) nm.

復帰動作の可能な条件は(9)〉(8)として求めるこ
とができる。これらから、励磁コイルによる復帰の為の
磁束Fqはの間にある事が必要である。
The conditions under which the return operation is possible can be found as (9)>(8). From these, it is necessary that the magnetic flux Fq for return by the excitation coil be between.

このように、復帰時の励磁コイルの電流は狭い範囲に限
定されることがわかる。
It can thus be seen that the current in the excitation coil upon return is limited to a narrow range.

しかし、この範囲は0ではなく必ず存在することも分る
。励磁コイルの直流抵抗は決つているから、印加電圧が
ある範囲内に限定されるという事である。スプリングで
復帰させる従来の直流ソレノイドに比して、そのような
限定条件が課せられるが、復帰、吸引動作ともに、その
他の点ではほぼ等しい。
However, it can also be seen that this range is not 0 and always exists. Since the DC resistance of the excitation coil is fixed, the applied voltage is limited within a certain range. Although such limiting conditions are imposed compared to a conventional DC solenoid that returns using a spring, both the return and suction operations are almost the same in other respects.

本発明のソレノイドは、スプリングを不要とするから、
スプリング取付けの作業を省くことができる。
Since the solenoid of the present invention does not require a spring,
Spring installation work can be omitted.

スプリングをヨーク内に収納するものに比し、励磁コイ
ル、磁石の占める容積を大きくすることができる。この
ため、同一体積のソレノイドであれば保持力、吸引力の
優れたものを作ることができる。ストロークは第5図の
前方の空隙18の長さによつてきまる。
Compared to the case where the spring is housed in the yoke, the volume occupied by the excitation coil and magnet can be increased. Therefore, if the volume is the same, a solenoid with excellent holding power and suction power can be manufactured. The stroke depends on the length of the forward gap 18 in FIG.

これは吸引時にプランジヤ前端が永久磁石よりどれだけ
突出しているかe1スペーサの厚みは如何程かdによる
。ストロークsはほぼ s=d−EOl)に等しい
This depends on how far the front end of the plunger protrudes from the permanent magnet during suction and how thick the e1 spacer is. The stroke s is approximately equal to s=d-EOl).

ストロークを大きくとると、プランジヤを駆動する電力
が大きくなる。
The larger the stroke, the more power is required to drive the plunger.

双安定ソレノイドの場合、ストロークは励磁コイルの厚
みよりあまり小さくできないから、ソレノイド全体が小
さくなつてしまつた。これでも十分な保持力が要求され
るから、強力な稀土類金属系の永久磁石を用いることが
多かつた。本発明は双安定型と異り、励磁コイルはひと
つしか要らない。
In the case of a bistable solenoid, the stroke cannot be much smaller than the thickness of the excitation coil, so the entire solenoid has become smaller. Even this requires a sufficient holding force, so strong rare earth metal-based permanent magnets are often used. Unlike the bistable type, the present invention requires only one excitation coil.

またストロークがコイルの厚みにより限定されない。さ
らに、双安定型のものはプランジヤを抜取る事ができな
い。本発明の直流ソレノイドは、プランジヤを簡単に抜
取る事ができる。取替えも自在である。本発明のソレノ
イドは、従来の単安定、双安定自己保持型ソレノイドよ
りも、これらの点で優れている。
Furthermore, the stroke is not limited by the thickness of the coil. Furthermore, the plunger cannot be removed from the bistable type. The DC solenoid of the present invention allows the plunger to be easily removed. It can also be replaced freely. The solenoid of the present invention is superior to conventional monostable and bistable self-retaining solenoids in these respects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例に係る直流ソレノイドの復帰状
態の縦断面図。 第2図は吸引状態の縦断面図。第3図は吸引位置からの
プランジヤの変位xと、プランジヤの受ける推力Fとの
関係を示すグラフ。第4図は吸引作動時の磁束分配を示
す略図。第5図は復帰作動時の磁束分配を示す略図。第
6図は円筒内の3つの磁性体を同一磁束が貫くときの引
力の大きさを示す説明図。1・・・・・・ヨーク、2・
・・・・・永久磁石、3・・・・・・プランジヤ、4・
・・・・・固定鉄心、5・・・・・・励磁コイル、6・
・・・・・ガイドパイプ、7・・・・・・スペーサ、8
・・・・・・フロントヨーク、9・・・・・・プツシユ
ロツド。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a DC solenoid in a restored state according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view in the suction state. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the displacement x of the plunger from the suction position and the thrust force F received by the plunger. FIG. 4 is a schematic diagram showing magnetic flux distribution during suction operation. FIG. 5 is a schematic diagram showing magnetic flux distribution during return operation. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the magnitude of attractive force when the same magnetic flux passes through three magnetic bodies in a cylinder. 1... York, 2.
...Permanent magnet, 3...Plunger, 4.
... Fixed iron core, 5 ... Excitation coil, 6.
...Guide pipe, 7...Spacer, 8
・・・・・・Front yoke, 9・・・・・・Pushing rod.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 磁性体のヨーク1と、ヨーク1の中で前方に設けら
れ同極の対向する永久磁石2と、永久磁石2の後方に設
けられる励磁コイル5と、ヨーク中央に進退可能に設け
られた磁性体のプランジャ3と、永久磁石2の前方にこ
れと離して設けられプランジャを通す内側面16を穿つ
た磁性体のフロントヨーク8とよりなり、吸引状態に於
てプランジャ3の前端が、フロントヨーク8より後方に
離隔しているようにした事を特徴とする直流ソレノイド
1 A magnetic yoke 1, a permanent magnet 2 provided at the front of the yoke 1 and facing the same polarity, an excitation coil 5 provided at the rear of the permanent magnet 2, and a magnetic magnet provided movably in the center of the yoke. It consists of a plunger 3 and a front yoke 8 made of a magnetic material, which is provided in front of and separated from the permanent magnet 2 and has an inner surface 16 through which the plunger passes. A DC solenoid characterized by being spaced further back than 8.
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