特許 7374173 リリース時間を低減させたソレノイド組立体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-26

(45)【発行日】2023-11-06

(54)【発明の名称】リリース時間を低減させたソレノイド組立体

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/16 20060101AFI20231027BHJP

   H01F 7/11 20060101ALI20231027BHJP

【ＦＩ】

H01F7/16 D

H01F7/11

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021503157

(86)(22)【出願日】2019-07-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-11-25

(86)【国際出願番号】 IB2019056256

(87)【国際公開番号】W WO2020021436

(87)【国際公開日】2020-01-30

【審査請求日】2022-04-26

(31)【優先権主張番号】16/042,266

(32)【優先日】2018-07-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】399132320

【氏名又は名称】ティーイー・コネクティビティ・コーポレイション

【氏名又は名称原語表記】ＴＥ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100100077

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 充

(74)【代理人】

【識別番号】100136010

【弁理士】

【氏名又は名称】堀川 美夕紀

(74)【代理人】

【識別番号】100130030

【弁理士】

【氏名又は名称】大竹 夕香子

(74)【代理人】

【識別番号】100203046

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 聖子

(72)【発明者】

【氏名】プリースト，マーカス

【審査官】木下 直哉

(56)【参考文献】

【文献】実開昭６３－０２７７７３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１２２５６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１１３９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４３３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１００５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１８３２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２２９０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０５０４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０９－５１００４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０７８１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５３７３４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ７／１６

Ｈ０１Ｆ ７／１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ソレノイドアーマチュア（１２６）組立体（１１８）であって、
- 反対側にある第１の端部（１２２）および第２の端部（１２４）を有する、磁束管（１２０）と、
- 反対側にある第３の端部（１２８）および第４の端部（１３０）を有し、前記磁束管（１２０）内を共通の軸線に沿って、かつ中心コア（１３４）に対して摺動可能に移動可能なアーマチュア（１２６）であって、前記アーマチュア（１２６）の前記第４の端部（１３０）は、前記磁束管（１２０）の前記第２の端部（１２４）を越えて摺動可能に移動可能である、アーマチュア（１２６）と、
- 前記アーマチュア（１２６）の前記第３の端部（１２８）の方を向いている頂部プレート（１４０）であって、前記中心コア（１３４）を摺動可能に受け入れるための開口部（１４２）を有する、頂部プレート（１４０）と、を備え、

前記アーマチュア（１２６）には、１つまたは複数の固定電気コンタクト（１４８）と選択的に接触状態となるように構成されている可動電気コンタクト（１４６）が取り付けられており、

以下の１）、２）、３）のうちの少なくとも１つに、スロット（２２０、２４５、２６５）が形成されている、
ソレノイドアーマチュア組立体。
１）前記第１の端部（１２２）と前記第２の端部（１２４）の間に延在する前記磁束管（１２０）；
２）前記第３の端部（１２８）と前記第４の端部（１３０）の間に延在する前記アーマチュア（１２６）；
３）前記開口部（１４２）から縁部（２７０）に向かって延在する前記頂部プレート（１４０）の両面（２６６、２６８）

【請求項2】

前記スロット（２２０、２４５、２６５）は貫通スロットである、
請求項１に記載のソレノイドアーマチュア組立体（１１８）。

【請求項3】

以下の１）、２）、３）のうちの少なくとも２つに、スロット（２２０、２４５、２６５）が形成されている、
請求項１に記載のソレノイドアーマチュア組立体（１１８）。
１）前記第１の端部（１２２）と前記第２の端部（１２４）の間に延在する前記磁束管（１２０）；
２）前記第３の端部（１２８）と前記第４の端部（１３０）の間に延在する前記アーマチュア（１２６）；
３）前記開口部（１４２）から縁部（２７０）に向かって延在する前記頂部プレート（１４０）の両面（２６６、２６８）

【請求項4】

以下の１）、２）、３）の各々に、スロット（２２０、２４５、２６５）が形成されている、
請求項１に記載のソレノイドアーマチュア組立体（１１８）。
１）前記第１の端部（１２２）と前記第２の端部（１２４）の間に延在する前記磁束管（１２０）；
２）前記第３の端部（１２８）と前記第４の端部（１３０）の間に延在する前記アーマチュア（１２６）；
３）前記開口部（１４２）から縁部（２７０）に向かって延在する前記頂部プレート（１４０）の両面（２６６、２６８）

【請求項5】

１インチあたり２ポンド超のばね定数を有するアーマチュアばね（１５０）を更に備えるとともに、
前記アーマチュアばね（１５０）は、前記頂部プレート（１４０）よりも下方で、前記中心コア（１３４）に取り付けられている、
請求項１に記載のソレノイドアーマチュア組立体（１１８）。

【請求項6】

１インチあたり１００ポンド超のばね定数を有するコンタクトばね（１５６）を更に備えるとともに、
前記コンタクトばね（１５６）は、前記頂部プレート（１４０）よりも上方で、前記中心コア（１３４）に取り付けられている、
請求項５に記載のソレノイドアーマチュア組立体（１１８）。

【請求項7】

前記磁束管（１２０）、前記アーマチュア（１２６）、および前記頂部プレート（１４０）のうちの少なくとも１つに形成されている前記スロット（２２０、２４５、２６５）は、前記スロット（２２０、２４５、２６５）が配置されている前記アーマチュア（１２６）、前記磁束管（１２０）、または前記頂部プレートの厚さと等しい幅を有する、
請求項１に記載のソレノイドアーマチュア組立体（１１８）。

【請求項8】

前記スロット（２２０、２４５、２６５）は整列されていない、
請求項３に記載のソレノイドアーマチュア組立体（１１８）。

【請求項9】

前記アーマチュア（１２６）の前記第３の端部（１２８）の方を向いている底部プレート（１５８）を更に備え、
前記底部プレート（１５８）は前記中心コア（１３４）を摺動可能に受け入れるための開口部を有する、
請求項１に記載のソレノイドアーマチュア組立体（１１８）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ソレノイド組立体を対象とする。より詳細には、本発明は、コンタクト間のリリース時間の改善または低減をもたらすソレノイドアーマチュア組立体を有するソレノイド組立体を対象とする。

【背景技術】

【0002】

迅速な切り換えを行うために電子回路でソレノイドが頻繁に採用される。従来のソレノイドは、約３から４ミリ秒程度のリリース時間を呈する。切り換え中に生成される渦電流によって、ソレノイドのオーバートラベル（ｏｖｅｒｔｒａｖｅｌ）を迅速に断ち切る能力が制限される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

可動コンタクトと固定コンタクトの間のリリース時間の改善または低減を可能にするソレノイドを提供することが、有益であろう。

【課題を解決するための手段】

【0004】

解決法は、反対側にある第１の端部と第２の端部とを有する磁束管または磁気ベアリングを含む、ソレノイドアーマチュア組立体によって提供される。アーマチュア組立体は追加的に、反対側にある第３の端部と第４の端部とを有し磁束管または磁気ベアリング内で共通の軸線に沿って移動可能な、アーマチュアを含む。アーマチュアの第４の端部は、磁束管または磁気ベアリングの第２の端部を越えて摺動可能に移動可能である。頂部プレートはアーマチュアの第４の端部の方を向いており、この頂部プレートは、中心コアを摺動可能に受け入れるための開口部を有する。（第１の端部と第２の端部の間に延在する）磁束管または磁気ベアリング、（第３の端部と第４の端部の間に延在する）アーマチュア、および（開口部から縁部に向かって延在する）頂部プレートの両面のうちの少なくとも１つに、スロットが含まれている。

【0005】

ここで本発明について、以下の添付の図面を参照して、例示により記載する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】開位置で示された、ある実施形態に係るソレノイドの斜視図である。

【図2】閉位置で示された、ある実施形態に係るソレノイドの斜視図である。

【図3】ある実施形態に係るソレノイドアーマチュアの分解図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

可能な場合は常に、図面の全体を通して、同じ部品を表すために同じ参照符号を使用する。

【0008】

ある実施形態では、ソレノイドアーマチュア組立体は、反対側にある第１の端部と第２の端部とを有する磁束管または磁気ベアリングを含む。アーマチュア組立体は追加的に、反対側にある第３の端部と第４の端部とを有し磁束管または磁気ベアリング内で共通の軸線に沿って移動可能な、アーマチュアを含む。アーマチュアの第４の端部は、磁束管または磁気ベアリングの第２の端部を越えて摺動可能に移動可能である。頂部プレートはアーマチュアの第４の端部の方を向いており、この頂部プレートは、中心コアを摺動可能に受け入れるための開口部を有する。（第１の端部と第２の端部の間に延在する）磁束管または磁気ベアリング、（第３の端部と第４の端部の間に延在する）アーマチュア、および（開口部から縁部に向かって延在する）頂部プレートの両面のうちの少なくとも１つに、スロットが含まれている。

【0009】

別の実施形態では、ソレノイド組立体は反対側にある第１の端部と第２の端部とを有する磁束管または磁気ベアリングを有する、ソレノイドアーマチュア組立体を含む。アーマチュア組立体は追加的に、反対側にある第３の端部と第４の端部とを有し磁束管または磁気ベアリング内で共通の軸線に沿って移動可能な、アーマチュアを含む。アーマチュアの第４の端部は、磁束管または磁気ベアリングの第２の端部を越えて摺動可能に移動可能である。頂部プレートはアーマチュアの第４の端部の方を向いており、この頂部プレートは、中心コアを摺動可能に受け入れるための開口部を有する。（第１の端部と第２の端部の間に延在する）磁束管または磁気ベアリング、（第３の端部と第４の端部の間に延在する）アーマチュア、および（開口部から縁部に向かって延在する）頂部プレートの両面のうちの少なくとも１つに、スロットが含まれている。

【0010】

ソレノイドスイッチが提供される。本開示の実施形態は、例えば、本明細書に開示する１つまたは複数の特徴を含んでいない概念と比較して、ソレノイドスイッチの迅速なリリースを実現する。このスイッチは渦電流の低減を呈しより短いリリース時間を実現する。

【0011】

図１および図２には、ソレノイド組立体１００の実施形態が示されている。ソレノイド組立体１００は、ハウジング壁１０４を貫通して延在する少なくとも１つの開口１０６を含むハウジング壁１０４を有する、ハウジング１０２を含む。ハウジング壁１０４は空洞１０８を更に画定している。空洞１０８の中には隔壁１１０が配置されており、これによって空洞１０８内に少なくとも２つの領域１１２、１１４を画定されている。隔壁１１０は、少なくとも２つの領域１１２、１１４の間の連絡を可能にするように配置されている、隔壁開口１１６を更に含む。

【0012】

ソレノイド組立体１００は、空洞１０８内に配置されているアーマチュア組立体１１８を更に含む。アーマチュア組立体１１８は、反対側にある第１の端部１２２と第２の端部１２４とを有する磁束管または磁気ベアリング１２０を含む。アーマチュア組立体１１８は、反対側にある第３の端部１２８と第４の端部１３０とを有するアーマチュア１２６を更に含む。アーマチュア１２６は、磁束管または磁気ベアリング１２０内で共通の軸線１３２に沿って中心コア１３４に対して摺動可能に移動可能である。アーマチュア１２６の第４の端部１３０は、磁束管または磁気ベアリング１２０の第２の端部１２４を越えて摺動可能に移動可能である。アーマチュア１２６に近接して頂部コアプレート１４０が配置されており、これはアーマチュア１２６の第４の端部１３０の方を向いている。
頂部コアプレート１４０は、アーマチュア１２６を摺動可能に受け入れるための開口部１４２（図３に最もよく示されている）を有する。いくつかの実施形態では、頂部コアプレート１４０は、隔壁１１０の面と隣り合っている。いくつかの実施形態では、頂部コアプレート１４０は、隔壁１１０と同じ範囲に延在する。

【0013】

アーマチュア組立体１１８は、ソレノイド組立体１００内に摺動可能に配置されている。アーマチュア１２６は、隔壁開口１１６を通って少なくとも２つの領域１１２、１１４の両方の中へと摺動可能に延在する。アーマチュア１２６には可動電気コンタクト１４６が取り付けられており、これは１つまたは複数の固定電気コンタクト１４８と選択的に接触状態となるように構成されており、電気コンタクト１４６と固定電気コンタクト１４８の間の連絡が可能になるよう、中心コア１３４を選択的に配置できるようになっている。固定電気コンタクト１４８は、少なくとも１つの開口１０６を介して外部の回路（図示せず）と選択的に連絡するように、更に構成され得る。

【0014】

アーマチュア組立体１１８は、領域１１４内に配置されているアーマチュアばね１５０を更に含む。アーマチュアばね１５０は、隔壁１１０およびアーマチュア組立体１１８の両方に取り付けられている。アーマチュアばね１５０は、アーマチュア組立体１１８にアーマチュアばね力を加えるように構成されている。アーマチュアばね力は、コイル電流が小さいときにアーマチュア組立体１１８を後退位置まで移動させるために、隔壁１１０およびアーマチュア組立体１１８の両方に対して向けられる（directed）。アーマチュアばね力によって、アーマチュア組立体１１８を隔壁開口１１６を通して摺動可能に少なくとも部分的に後退させることができ、このことによって、アーマチュア組立体１１８を、電気コンタクト１４６が固定電気コンタクト１４８と連絡しないように、選択的に配置することができる。
中心コア１３４の端部には、分離の力（parting force）および速度の向上を可能にするために、アーマチュア組立体１１８の移動中にアーマチュア組立体１１８とハウジング壁１０４の間で衝撃を伝えるための保持クリップ１５２が追加される。いくつかの実施形態では、アーマチュア組立体１１８と隔壁１１０の間の空隙１５４が維持されて、アーマチュア組立体１１８上に存在する磁力を電気コンタクト１４６に直接結合することが可能になる

【0015】

アーマチュア組立体１１８は、任意選択で領域１１２内に配置されているコンタクトばね１５６を更に含んでもよい。コンタクトばね１５６は、アーマチュア組立体１１８にコンタクトばね力を加えるように構成されてもよい。コンタクトばね力は、アーマチュア組立体１１８を伸長位置まで移動させるために、隔壁１１０およびアーマチュア組立体１１８の両方に対して向けられてもよい（directed）。コンタクトばね力によって、アーマチュア組立体１１８を隔壁開口１１６を通して摺動可能に少なくとも部分的に伸長させることができ、このことによって、アーマチュア組立体１１８を、電気コンタクト１４６と固定電気コンタクト１４８とが連絡するように、選択的に配置することができる。

【0016】

頂部コアプレート１４０の反対側に、コアダブラー（core doubler）として機能する任意選択的な底部コアプレート１５８を配置してもよい。底部プレート１５８はアーマチュア１２６の第３の端部１２８の方を向いており、アーマチュア１２６を摺動可能に受け入れるための開口部１６２を有する。いくつかの実施形態では、底部コアプレート１５８は、ハウジング壁１０４と隣り合っていてもよい。一実施形態では、底部コアプレート１５８は、ハウジング壁１０４と同じ範囲に延在してもよい。

【0017】

ソレノイド組立体１００は、ハウジング１０２内に配置されており導電コイル１６０内のコイル電流に応じてアーマチュア組立体１１８に磁力を印加するように構成されている、導電コイル１６０を更に含む。この磁力は、アーマチュア組立体１１８に作用するアーマチュアばね力に対向するものであり得る。この磁力によって、アーマチュア組立体１１８を隔壁開口１１６を通して摺動可能に少なくとも部分的に伸長させることができ、このことによって、アーマチュア組立体１１８を、電気コンタクト１４６と固定電気コンタクト１４８とが連絡するように、選択的に配置することができる。磁力に応じたアーマチュア組立体１１８の機械的な動きの迅速さは、ソレノイド組立体１００がどれほど短時間でコイル電流の印加に応答することになるかを決定する。ソレノイドの典型的な起動応答時間は、約５ｘ１０^－２から２ｘ１０^－４秒である。

【0018】

図３はアーマチュア組立体１１８の分解図を提示する。図３の例では、アーマチュア組立体１１８は、アーマチュア１２６の長さに延在する中央軸方向開口部２１０を有する、アーマチュア１２６を含む。いくつかの実施形態では、中央軸方向開口部２１０は円形の断面を呈する。アーマチュア１２６は、中央軸方向開口部２１０から半径方向にアーマチュア１２６の外面２２５まで延在する、アーマチュアスロット２２０を追加的に含み得る。いくつかの実施形態では、アーマチュアスロット２２０はアーマチュア１２６の長さに延在する。いくつかの実施形態では、アーマチュアスロット２２０は貫通スロットであってよい。

【0019】

アーマチュア組立体１１８は追加的に、磁束管または磁気ベアリング１２０の長さに延在する中央軸方向開口部２３５を有する、磁束管または磁気ベアリング１２０を含む。いくつかの実施形態では、中央軸方向開口部２３５は円形の断面を呈する。磁束管または磁気ベアリング１２０は、中央軸方向開口部２３５から半径方向に磁束管または磁気ベアリング１２０の外面２５０まで延在する、磁束管スロット２４５を追加的に含み得る。いくつかの実施形態では、磁束管スロット２４５は貫通スロットであってよい。いくつかの実施形態では、磁束管スロット２４５は、磁束管または磁気ベアリング１２０の長さに延在する。磁束管または磁気ベアリング１２０は、中央軸方向開口部２３５内にアーマチュア１２６を受け入れるように構成され得る。アーマチュア１２６は、磁束管または磁気ベアリング１２０の中央軸方向開口部２３５内に、摺動可能に配置され得る。

【0020】

頂部コアプレート１４０は、開口部１４２から頂部コアプレート１４０の外面または縁部２７０まで半径方向に延在する、頂部コアプレートスロット２６５を含み得る。頂部コアプレートスロット２６５は、頂部コアプレート１４０の両面２６６、２６８の間に延在する。いくつかの実施形態では、頂部コアプレートスロット２６５は貫通スロットであってよい。

【0021】

スロットの寸法および構成は様々であり得る。様々な実施形態において、スロットは、スロットが配置されている特定のアーマチュア、磁束管、または頂部コアプレートの厚さと、一致しているかまたは等しい場合のある幅を有する。様々な実施形態において、スロットは、アーマチュア組立体の長手軸線に平行であってもよく、アーマチュア組立体の長手軸線に平行でなくてもよい。様々な実施形態において、スロットは直線状であってもよくまたは湾曲していてもよい。

【0022】

ばね力、ばね応答時間、残留電流（渦電流）、コンタクトのオーバートラベル、および磁性材料の質量を含む多くの要因が、リリース時間に寄与し得る。特定の理論に拘束されることなく、アーマチュア組立体１１８の構成要素のうちの１つまたは複数にスロットを含めることで、ソレノイド組立体１００の電力が低下する結果生じる渦電流の流れの経路が不連続になることにより、ソレノイド組立体１００のリリース時間が短くなると考えられている。

【0023】

構成要素（アーマチュア１２６、磁束管もしくは磁気ベアリング１２０、および／または頂部コアプレート１４０）のうちの１つまたは複数にスロットが設けられている場合、構成要素のそれらのスロットは整列されていてもよい。別法として、スロットは互いに整列されていなくてもよい。

【0024】

１つの例示的な実施形態では、アーマチュア組立体１１８は、（第１の端部１２２と第２の端部１２４の間に延在する）磁束管または磁気ベアリング１２０、（第３の端部１２８と第４の端部１３０の間に延在する）アーマチュア１２６、および（開口部１４２から縁部２７０に向かって延在する）頂部プレート１４０のうちの少なくとも２つに、スロットが形成されている。スロットは、直線状に、整列されずに、または無作為に形成または配置され得る。

【0025】

別の例示的な実施形態では、アーマチュア組立体１１８は、（第１の端部１２２と第２の端部１２４の間に延在する）磁束管または磁気ベアリング１２０、（第３の端部１２８と第４の端部１３０の間に延在する）アーマチュア１２６、および（開口部１４２から縁部２７０に向かって延在する）頂部プレート１４０のうちの各々に、スロットが形成されている。スロットは、直線状に、無作為に、１５度以内の角度で、５度以内の角度で、または他の角度で形成または配置され得る。

【0026】

図２の例では、アーマチュア組立体１１８は、１インチあたり２ポンド超のばね定数を有するアーマチュアばね１５０を含む。いくつかの実施形態では、アーマチュア１２６に与える分離力を大きくするために、アーマチュアばね１５０および／またはコンタクトばね１５６のばね定数を大きくしてもよい。いくつかの実施形態では、アーマチュアばね１５０は、１インチあたり１００ポンド超の高いばね定数（例えば限定するものではないが、１インチあたり約３００ポンド超）を呈し、ソレノイド組立体１００の電力低下中の力の増大およびしたがってより迅速な応答を可能にする。アーマチュアばね１５０の高いばね定数を単独でまたはスロットを設けたアーマチュア材料と組み合わせて用いて、ソレノイド組立体１００のリリース時間を短くすることができる。

【0027】

実施例
アーマチュア組立体は、材料の磁気動作曲線（飽和未満）の線形領域内で動作する。

【0028】

【表1】

【0029】

従来のソレノイドの典型的な停止時リリース時間（ｄｅ－ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｒｅｌｅａｓｅ ｔｉｍｅ）は、約３ミリ秒を超える。上記の結果が示すように、アーマチュア組立体１１８にスロットを設けた構成要素を１つまたは複数含めることによって、リリース時間が低減し、しかも依然としてコンタクトの完全なオーバートラベルおよび完全な接触力が実現でき、このことにより、可動コンタクトが移動して固定コンタクトと係合するときに、確実な電気接続が作用することが保証される。更に、上記の結果が示すように、高いばね定数を有するアーマチュアばね１５０を単独で、または１つもしくは複数のスロットを設けた構成要素と組み合わせて含めることによって、リリース時間の低減がもたらされる。いくつかの実施形態では、リリース時間は２ミリ秒未満である。

【図1】

【図2】

【図3】