CN100409378C

CN100409378C - 螺线管

Info

Publication number: CN100409378C
Application number: CNB2003801048652A
Authority: CN
Inventors: 大久保政志
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2023-10-20
Also published as: JP2004153063A; AU2003273060A1; EP1560230A4; WO2004040595A1; US20060001513A1; US7091808B2; EP1560230A1; JP4090845B2; CN1720594A

Abstract

一种螺线管，其特征在于，设置有由非磁性体形成的轴承(40)，在第1轭铁部(54a)的相对面(52)，设置有n个(n是0或正整数)槽部(56)和与槽部(56)邻接而具有磁极功能的n+1个齿部(58)，在第2轭铁部(54b)的相对面(55)，设置有m个(m是0或正整数)槽部(70)和与槽部(70)邻接而具有磁极功能的m+1个齿部(72、74)，在可动元件(36)的与第1轭铁部(54a)的相对面(52)，设置有n+1个槽部(56)和与槽部(56)邻接而具有磁极功能的n+1个齿部(58、59)，在可动元件(36)的与第2轭铁部(54b)的相对面(55)，设置有m个槽部(76)和与槽部(76)邻接而具有磁极功能的m个齿部(78)。由此，可提供小型且在可控制范围内能增大推力的螺线管。

Description

螺线管

技术领域

本发明涉及作为作动器的螺线管。

背景技术

图5和图6表示传统的众所周知的螺线管的结构。

螺线管10具有励磁线圈12、围住励磁线圈12进行组装的轭铁14、配置于励磁线圈12的中心部分的轴承15、以及由轴承15保持成滑动自如的可动元件16(可动铁心：插棒)(参照日本专利特开平5-211744号公报、图1、图2)。

轭铁14至少由上轭14a和下轭14b的2种构件构成，上轭14a配置于一方侧，下轭14b设置成将可动元件16的收纳部19的另一方侧端部闭塞的状态，以限制可动元件16向另一方向A的移动。

在该下轭14b中，可动元件16的与另一方侧端部16a对置的面14c具有固定铁心的功能。

图5的螺线管10中，在向励磁线圈12通电时，形成了例如虚线所示的磁路a。另外，其中所示的磁路a的方向只是一例。

磁路a通过轭铁14的内部，从上轭14a进入可动元件16内，可动元件16沿着轴线方向向下轭14b侧移动，从可动元件16一方侧的端面16a通过空气中通向下轭14b的固定铁心部分14c，再从下轭14b通向上轭14a进行环流。

可动元件16，利用可动元件16的另一方侧端部16a与下轭14b的固定铁心部分14c间的间隙B所产生的磁力被拉向下轭的固定铁心部分14c。该力成为了螺线管的推力。

该螺线管10的推力相对于间隙B的距离(即行程)，指数函数性地减少。

作为传统的另一螺线管，还有一种图6所示的构造。其中，对于与图5所示的螺线管构造相同的构件标记同一符号，省略其说明。

在该螺线管20中，也将下轭14b设置成将可动元件16的收纳部19的另一方侧端部闭塞的状态。该下轭14b中的固定铁心部分14c，被设置成向可动元件16的收纳部19内方突出，并且，将该固定铁心部分14c的前端部与可动元件16的另一方侧端部16a的形状相吻合地形成于凹设的凹部17中。

又，可动元件16的另一方侧端部16a，形成了面向另一方侧直径逐渐变小的前端尖锐状，可以收纳在固定铁心部分14c的前端部形成的凹部17中(参照日本专利特开平7-336943号公报、图1)。

这种螺线管20的磁路也是与图5所示的螺线管10的磁路一样形成相同的路径，其中，虽未图示，但螺线管20的推力是通过固定铁心14c与可动元件16的另一方侧端部16a的间隙而产生。又，利用螺线管20的可动元件16的另一方侧端部16a的锥形角度，可以知道推力·变位特性的变化。

如上所述，螺线管的推力是由积蓄于固定铁心与可动元件间产生的间隙中的磁能的大小来决定。即，推力由固定铁心与可动元件的距离所决定。

图7表示传统的螺线管中的可动元件的行程(变位量)与发生的推力的关系。如图所示，在传统的螺线管中，可动元件在离固定铁心最远的位置上推力最小，随着可动元件向固定铁心的靠近，推力逐渐增大。

然而，在螺线管的实际可动范围与控制范围处于图7所示的关系时，实际上在想要控制的控制范围内是不能得到大的推力。又，因推力特性是非线形，故控制性也差。

在这种传统的螺线管中，由于是在可动元件的移动范围的端面与固定铁心之间产生推力，因此，随着可动范围的放大，存在着不能将控制范围设定成螺线管的推力特性最佳范围的问题。

又，在实际可动范围大且控制范围的要求推力大的场合，还存在着只能通过螺线管本身的大型化来产生推力的问题。

本发明就是为了解决上述问题，其目的在于，提供小型且在可控制范围内能增大推力的螺线管。

发明内容

即，本发明的螺线管包括：励磁线圈；配置于该励磁线圈的中心部分的可动元件；以及轭铁，该轭铁包括：覆盖所述励磁线圈的一方端面侧、且具有与可动元件外周面对置的相对面的第1轭铁部；覆盖所述励磁线圈的另一方端面侧、且具有与可动元件外周面对置的相对面的第2轭铁部；以及将该第1、第2轭铁部连结并将线圈的外周部覆盖的连结部，在该轭铁与所述可动元件之间形成闭磁路，其特征在于，设置有夹在分别包括所述相对面的所述第1轭铁部的前端与所述第2轭铁部的前端之间的、配置于所述可动元件的外周并移动自如地将可动元件支持的、由非磁性体形成的轴承，在所述第1轭铁部的相对面，设置有沿着内周凹设的n个(n是0或正整数)槽部和与该槽部邻接而具有磁极功能的n+1个齿部，在所述第2轭铁部的相对面，设置有沿着内周凹设的m个(m是0或正整数)槽部和与该槽部邻接而具有磁极功能的m+1个齿部，在所述可动元件的与所述第1轭铁部的相对面，设置有沿着外周凹设的n+1个槽部和与该槽部邻接而具有磁极功能的n+1个齿部，在所述可动元件的与所述第2轭铁部的相对面，设置有沿着外周凹设的m个槽部和与该槽部邻接而具有磁极功能的m个齿部。

这种构造的作用如下。

即，通过与可动元件的外周面相对的第1轭铁部和第2轭铁部，在可动元件内形成了磁路，由于在可动元件的端面与相对于该端面的固定铁心之间，不需要产生传统那样的推力，故与传统型相比可使整体小型化。

又，由于在推力的产生方面，不需要设置可动元件移动方向的端面以及在与该端面相对的位置上的固定铁心，故可动元件在移动方向上的动作不会受到限制。这样，可在与可动元件的实际可动范围广度无关系的情况下，将螺线管设计成控制范围适于推力特性的最佳范围。

又，由于是在第1轭铁部和第2轭铁部的2个部位上产生推力，故即使在单纯将行程逐渐靠近0的场合，推力的指数函数也不会象传统那样减少，可增大推力的稳定区域，提高控制性。

此时，例如即使将作为磁极的相对面设置在了轭铁上，一旦在可动元件侧无槽部(即没有作为磁极而形成的齿部)，则可动元件与相对面之间的磁路成为了与可动元件的外周面垂直的方向，故不能得到丝毫有助于推力的磁路。众所周知，推力与dP/dx成正比(P是磁导(磁性阻力的反数)、x是可动元件的变位)，为了得到推力，必须设置成使磁导相对可动元件的移动而变化的构造。为此，在可动元件上设置槽部来得到推力，使磁导相对可动元件的移动而变化。

通过将轴承作为基准进行第1轭铁部和第2轭铁部的组装，能高精度地使第1轭铁部的相对面及第2轭铁部的相对面与可动元件之间的空隙变得极小。由此，提高了向励磁线圈通电的电能向磁能转换的转换效率，可得到更高的推力。

又，通过将所述第1轭铁部及所述第2轭铁部上形成的相对面作成同一的内径，如上所述，提高了向励磁线圈通电的电能向磁能转换的转换效率，可得到更高的推力。

又，也可将所述槽部及所述齿部的形状作成剖面看矩状或台阶状作为特征。

另外，其特征在于，在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部、位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位形成于在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触的位置。

采用这种结构，可防止槽部的上端缘部与轴承接触而损伤轴承。由此可实现螺线管的长寿命化。

并且，在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部、位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位，在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触，为此，在所述轴承上形成有避让部，在如此特征中，也可防止槽部的上端缘部与轴承接触而损伤轴承。由此可实现螺线管的长寿命化。

附图说明

图1为从侧面看到本发明的螺线管的第1实施形态的剖面图，图2为从侧面看到本发明的螺线管的第2实施形态的剖面图，图3为从侧面看到本发明的螺线管的第3实施形态的剖面图，图4为表示第2实施形态的螺线管的推力·变位特性图，图5为从侧面看到传统的螺线管的剖面图，图5为从侧面看到传统的螺线管另一形态的剖面图，图7为表示传统的螺线管的推力·变位特性图。

具体实施方式

下面参照附图详细说明适用于本发明的实施形态。

(第1实施形态)

本实施形态是一种将专利申请范围的参数n、m设定成n＝0、m＝0的场合。参照图1说明本实施形态。

螺线管30具有励磁线圈32、轭铁34和可动元件36。

励磁线圈32是将线圈卷装在线圈骨架31上形成筒状。在筒状的励磁线圈32的中心，形成可收纳可动元件36的收纳部33。

轭铁34由磁性体材料构成，形成覆盖励磁线圈32周围的形状。轭铁34由配置于励磁线圈32一方侧的上轭34a和配置于另一方侧的下轭34b构成。

专利申请的范围所说的第1轭铁部相当于上轭34a，第2轭铁部相当于下轭34b。另外，专利申请范围的连结部在本实施形态中相当于下轭34b，与第2轭铁部一体构成。

可动元件36是由磁性体构成的构件，被配置于励磁线圈32的中心部分的收纳部33内。可动元件36利用励磁线圈32所产生的磁能朝吸引的方向动作。

朝可动元件36突出方向的移动是由弹簧(未图示)等来进行的。

在励磁线圈32的中心部分形成的收纳部33的内壁，配置着将可动元件36外周面覆盖状的轴承40。轴承40由非磁性体构成。在轴线方向的两端部，轴承40被上轭34a和下轭34b夹入。

在下轭34b上设置有盖37，形成了将收纳部33另一方侧的开口端部闭塞。

上轭34a的向收纳部33内方突出的内壁面侧是相对面42。相对面42配置成与可动元件36的外周面对置，配置成相对可动元件36的外周面36b及端面36a成为了磁极。

即，本实施形态中，该相对面42是齿部。

相对面42，被配置成略微隔开有不与可动元件36的外周面36b接触那样程度的间隙。

下轭34b的向收纳部33内方突出的内壁面侧是相对面44。该相对面44也与上述相对面42一样，配置成与可动元件36的外周面36b对置，配置成相对可动元件36的外周面36b及端面36a成为了磁极。

即，本实施形态中，该相对面44也是齿部。

相对面44，被配置成略微隔开有不与可动元件36的外周面36b接触那样程度的间隙。

该间隙的宽度与产生于相对面42与可动元件36的外周面36b之间的间隙的宽度一致。

之所以按上述方法制造成使各相对面42、44的间隙一致且极其微小的宽度，是因为在螺线管30的制造阶段中，通过将轴承40作为基准来组装上轭34a和下轭34b，可以实现正确组装的缘故。

在本实施形态的可动元件36的外周面36b上，在与上轭34a的相对面42对置的部分形成有槽部46。

槽部46被凹设在相对于相对面42凹陷的方向上，沿着可动元件36的外周形成环状。

槽部46的一方侧(从轴承40离间一侧)，作为齿部48位于与上轭34a的相对面42对置的位置，起着磁极的功能。

图中所示的槽部46的形成位置，形成于从可动元件36另一方侧的端部向一方侧移动了与相对面42的宽度相同长度的位置。即，在与对置的相对面42的宽度大致同等的宽度上形成齿部48。

在轴承40的上轭34a侧的端部，在可动元件36的可动范围内，形成有比其它部分直径大的避让部49，不会与槽部46的从轴承40离间方向侧的上端缘部45(即齿部48的端部)发生接触。

另外，可动元件36的可动范围，也可设定成轴承40不会与槽部46的从轴承40离间方向侧的上端缘部45(即齿部48的端部)发生接触。

即，如图1所示，作为可动元件36的可动范围，在将可动元件36吸引到螺线管内部的状态下，上端缘部45的位置被设置成位于轴承40的离端部的位置x的一方向侧的位置。

采用这种结构，也能防止轴承40的损伤，这种场合也可在轴承40上形成避让部49。

下面说明本实施形态的螺线管的磁路。

在螺线管30中，一旦向励磁线圈32接通规定的电流，则产生如虚线所示的磁路b。该磁路b的方向仅是一例。图1中，省略了上侧图示的励磁线圈32周围的磁路。

磁路b在轭铁34与可动元件36之间环流而构成了闭磁路。

即，磁路b是从下轭34b开始，从下轭34b的相对面44的内周面44a经由空气中，从可动元件36的端面36a到达可动元件36内(箭头D)，沿着轴线方向在可动元件36内到达上轭34a的相对面42，再从可动元件36的外周面36b经由空气中到达相对面42的端面42a(箭头E)，然后从上轭34a到达下轭34b，按此路径进行环流。

作为与推力相关的磁路，还形成了从可动元件36的齿部48经由槽部46内到达相对面42的内周面42b的磁路(箭头F)以及从相对面44通过轴承40到达可动元件36的外周面36b的磁路(箭头G)。

这样，通过在可动元件36上设置槽部46，在可动元件36上形成了磁极即齿部，可形成有助于推力的磁路。

换言之，推力是由磁导相对于可动元件移动量的变化量的大小来决定(根据上述公式dP/dx)，通过在可动元件36上设置槽部46，若移动可动元件36，则可随着移动使磁导发生变化，可产生推力。

(第2实施形态)

下面参照图2说明第2实施形态的、与上述第1实施形态不同的槽部及齿部的形成部位。另外，在与上述第1实施形态相同的构件上标记同一符号，有时省略说明。

本实施形态是一种将权利要求中的参数n、m设定成n＝1、m＝0的场合。

轭铁54具有上轭54a和下轭54b。

在上轭54a的向收纳部33内方突出的内壁面侧的相对面52上形成有槽部56。

槽部56被凹设在相对可动元件36的外周面36b凹陷的方向上，沿着相对面52的内周形成环状。

槽部56的两端部作为齿部58及齿部59而形成。两齿部58、59位于与可动元件36的外周面36b的槽部及齿部(后述)对置的位置，起着磁极的功能。

上轭54a的相对面52，被配置成略微隔开有不与可动元件36的外周面36b接触那样程度的间隙。

下轭54b的向收纳部33内方突出的内壁面侧是相对面55。该相对面55也与上述相对面52一样，配置成与可动元件36的外周面36b对置，配置成相对可动元件36的外周面36b及端面36a成为了磁极。即，该相对面55也是齿部。

相对面55被配置成略微隔开有不与可动元件36的外周面36b接触那样程度的间隙。

在可动元件36的外周面36b上，在与上轭34a的相对面42对置的部分形成有2个的槽部60和槽62。

两槽部60、62被凹设在相对于相对面52凹陷的方向上，沿着可动元件36的外周形成环状。

槽部62的一方侧(从轴承40离间一侧)，作为齿部66位于与上轭54a的相对面52对置的位置，起着磁极的功能。

并且，被夹持于槽部60与槽部62的部位，也形成了作为具有磁极功能的齿部64。

即，本实施形态中，其特征在于，在上轭54a上设置有1个槽部56和2个齿部58、59，在可动元件36的与上轭54a相对的位置上设置有2个槽部60、62和2个齿部64、66。

这样，与第1实施形态相比，因增加了磁极即齿部的个数，故磁导比第1实施形态增加，并可实现高的推力。

(第3实施形态)

下面参照图3说明第3实施形态的、与上述第1实施形态及第2实施形态不同的槽部及齿部的形成部位。另外，在与上述实施形态相同的构件上标记同一符号，有时省略说明。

本实施形态是一种将权利要求中的参数n、m设定成n＝1、m＝1的场合。

本实施形态是在第2实施形态的基础上，再在下轭54b的相对面55上形成槽部70，将槽部70的两端部设置成具有磁极功能的齿部72及齿部74。

又，在可动元件36的外周面36b上，在下轭54b的与相对面55相对的位置上形成槽部76。

在槽部76的另一方侧设置有齿部78。齿部78处于下轭54b的相对面55的齿部72的相对位置，起着磁极的功能。

本实施形态中，与第2实施形态相比，因增加了磁极即齿部的个数，故磁导比第2实施形态更加增大，并可实现更大的推力。

另外，槽部及齿部的形成部位不限定于上述各实施形态，在满足权利要求所记载的范围内，形成部位和形成个数可作各种变更。

在上述的实施形态中，各槽部及各齿部的剖面形状图示的是矩形，作为槽部及齿部的剖面形状不限定于此，也可是台阶状。通过作成台阶状，可增大与矩状的场合不同的推力。

实施例

图4表示上述第2实施形态的螺线管的可动元件的行程(变位量)与产生的推力的关系。另外，本图表中，为了作出比较而将图7所示的传统的避让部的推力·变位特性一起作了图示。

这样，采用本发明的螺线管，在由通向励磁线圈32的电流量所决定的控制范围内，可将推力设定成大致平直的特性，并且，与传统的螺线管比较，可得到2倍以上的推力。由此可提供控制性极好的螺线管。

上面，以适用的实施例为例对本发明作了各种说明，本发明不限定于该实施例，在不脱离发明精神的范围内当然可以实施多种改变。

采用本发明的螺线管，与传统型相比，可使整体小型化，扩大推力的稳定区域，控制性良好，并可得到比传统高的推力。

Claims

1. 一种螺线管，包括：

励磁线圈；

配置于该励磁线圈的中心部分的可动元件；以及

轭铁，该轭铁包括：覆盖所述励磁线圈的一方端面侧、且具有与可动元件外周面对置的相对面的第1轭铁部；覆盖所述励磁线圈的另一方端面侧、且具有与可动元件外周面对置的相对面的第2轭铁部；以及将该第1、第2轭铁部连结并将线圈的外周部覆盖的连结部，在该轭铁与所述可动元件之间形成闭磁路，其特征在于，

设置有夹在分别包括所述相对面的所述第1轭铁部的前端与所述第2轭铁部的前端之间的、配置于所述可动元件的外周并移动自如地将可动元件支持的、由非磁性体形成的轴承，

在所述第1轭铁部的相对面，设置有沿着内周凹设的n个槽部和与该槽部邻接而具有磁极功能的n+1个齿部，其中，n是0或正整数，

在所述第2轭铁部的相对面，设置有沿着内周凹设的m个槽部和与该槽部邻接而具有磁极功能的m+1个齿部，其中，m是0或正整数，

在所述可动元件的与所述第1轭铁部的相对面，设置有沿着外周凹设的n+1个槽部和与该槽部邻接而具有磁极功能的n+1个齿部，

在所述可动元件的与所述第2轭铁部的相对面，设置有沿着外周凹设的m个槽部和与该槽部邻接而具有磁极功能的m个齿部。

2. 如权利要求1所述的螺线管，其特征在于，所述第1轭铁部及所述第2轭铁部上形成的相对面，具有同一的内径。

3. 如权利要求1所述的螺线管，其特征在于，所述槽部及所述齿部的形状，作成剖面看是矩状或台阶状。

4. 如权利要求2所述的螺线管，其特征在于，所述槽部及所述齿部的形状，作成剖面看是矩状或台阶状。

5. 如权利要求1所述的螺线管，其特征在于，在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部、位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位形成于在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触的位置。

6. 如权利要求2所述的螺线管，其特征在于，在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部、位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位形成于在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触的位置。

7. 如权利要求3所述的螺线管，其特征在于，在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部，位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位形成于在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触的位置。

8. 如权利要求4所述的螺线管，其特征在于，在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部，位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位形成于在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触的位置。

9. 如权利要求1所述的螺线管，其特征在于，在所述轴承上形成有避让部，使在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部，位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位，在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触。

10. 如权利要求2所述的螺线管，其特征在于，在所述轴承上形成有避让部，使在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部，位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位，在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触。

11. 如权利要求3所述的螺线管，其特征在于，在所述轴承上形成有避让部，使在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部，位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位，在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触。

12. 如权利要求4所述的螺线管，其特征在于，在所述轴承上形成有避让部，使在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部，位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位，在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触。

13. 如权利要求5所述的螺线管，其特征在于，在所述轴承上形成有避让部，使在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部，位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位，在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触。

14. 如权利要求6所述的螺线管，其特征在于，在所述轴承上形成有避让部，使在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部，位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位，在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触。

15. 如权利要求7所述的螺线管，其特征在于在所述轴承上形成有避让部，使在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部，位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位，在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触。

16. 如权利要求8所述的螺线管，其特征在于，在所述轴承上形成有避让部，使在设置于所述可动元件的槽部的上端缘部，位于相对所述轴承在轴线方向上离间的方向侧的部位，在所述可动元件的可动范围内不与轴承接触。