JP6377308B2 - 電磁アクチュエータ - Google Patents
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Description
コイルは、通電により起磁力を発生する。ヨークは、コイルを囲むように設けられた部材である。プラグナットは、コイルの中心軸上の一方の端部に固定される。コアは、プラグナットと同軸にコイル内に設けられて、プラグナットと係合する位置と、プラグナットから離れた位置との間を移動する。また、バネは、プラグナットとコアとの間に設けられて、コアをプラグナットから離れる方向に付勢する。
第1のマグネットと第2のマグネットは、互いの磁束の向きが反対になるようにコイルの軸線の両側にそれぞれ配置されているので、磁束の向きからコアの位置が検出される。
なお、以降では、前述したコアをプランジャと言い換える。
従って、特許文献1に記載された構造を、複数のプランジャを備える電磁アクチュエータに適用した場合、プランジャの2倍の個数のマグネットが必要となり、また複数の磁気センサが必要になる。このため、部品点数が増加する上、これに伴ってアクチュエータ自体が大型化するという課題があった。
この構成において、センサコアは、プランジャにおけるボスとは反対側の端部側でかつ当該プランジャの移動方向に垂直な平面に配置され、磁気センサは、平面内における、コイルへの通電により発生してかつセンサコアを流れる漏れ磁束の磁路から外れた位置に配置されている。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る電磁アクチュエータ1を示す斜視図である。図2は、電磁アクチュエータ1を、図1のa−a線で切った様子を示す断面斜視図である。
電磁アクチュエータ1は、隣り合って配置された2つのソレノイド部と、ソレノイド部の上部に配置された磁気センサ回路を備えて構成される。これらのソレノイド部のうちの一方のソレノイド部は、ケース2a、コア3a、コイル4a、プランジャ5a、ボス6aおよびばね10aを備え、他方のソレノイド部は、ケース2b、コア3b、コイル4b、プランジャ5b、ボス6bおよびばね10bを備える。また、磁気センサ回路は、センサマグネット7a,7b、センサコア8および磁気センサ9を備えて構成される。
ばね10a,10bは、図2に示すように、プランジャ5a,5bとボス6a,6bとの間に設けられた非磁性体のコイルばねである。プランジャ5a,5bは、コイル4a,4bが通電されていない状態で、ばね10a,10bにより矢印BのOFF方向、すなわち、ボス6a,6bから離れる方向に付勢されている。
まず、コイル4a,4bの両方が通電されていない状態(以下、OFF/OFFと記載する)、一方のコイルが通電されている状態(以下、ON/OFF、OFF/ONと記載する)、両方のコイルが通電されている状態(以下、ON/ONと記載する)である。
ON/OFFまたはOFF/ONの状態では、プランジャ5a,5bのうちの一方が、可動域の上端位置に保持され、他方が、可動域の下端位置に保持されている。
ON/ONの状態では、プランジャ5a,5bの両方が、コイル4a,4bへの通電により発生する磁束によって可動域の下端位置に保持される。
電磁アクチュエータ1では、これらの3状態を判別してプランジャ5a,5bの位置を検出している。
センサコア8は、第1のセンサコア部8aと第2のセンサコア部8bとから構成され、プランジャ5a,5bにおけるボス6a,6bとは反対側の端部側でかつプランジャ5a,5bの移動方向に垂直な平面P1内に配置されている。
第1のセンサコア部8aと第2のセンサコア部8bは、センサマグネット7a,7bを挟むように外脚同士を対向させ、磁気センサ9を挟むように内脚同士を対向させて配置されている。なお、第1のセンサコア部8aと第2のセンサコア部8bは、内脚を境として左右対称に形成されており、一方の外脚と内脚との間の距離と、他方の外脚と内脚との間の距離とは略等しくなっている。
また、センサマグネット7a,7bがプランジャ5a,5bとともに移動しないため、信頼性が向上する。
なお、第1のセンサコア部8aと第2のセンサコア部8bとは、積層鋼板で構成された部材であってもよい。この場合、積層鋼板を略M字形状に打ち抜くだけでよいことから、金属材の削り出しよりも加工が容易であり、製造コストの低減を図ることができる。
一方、プランジャ5aは可動域の下端位置にあり、プランジャ5aの上端部とセンサマグネット7aとの間隔が大きくなり磁気抵抗が大きくなる。これにより、センサマグネット7aで発生した磁束が、プランジャ5a側に短絡され難くなり、磁気回路A1を流れる磁束量が小さくならない。
このように、電磁アクチュエータ1では、センサマグネット7a,7bからの磁束が、プランジャ5a,5bの位置により変化する。従って、磁気センサ9によって磁束密度の変化を検出することで、ソレノイド部の動作状態を判別し、プランジャ5a,5bの位置を検出することができる。
ただし、磁気回路Aの漏れ磁束は、図3の上部と下部の中央に破線で示した磁路A3を流れる。すなわち、磁気回路Aの漏れ磁束は、第1のセンサコア部8aと第2のセンサコア部8bとの太い基部に流れて内脚の部分には流れない。
これを鑑みて、磁気センサ9は、センサコア8の内脚同士が対向する位置、すなわち、平面P1内における磁気回路Aの漏れ磁束の磁路A3から外れた位置に配置される。
これにより、磁気センサ9を通過するセンサマグネット7a,7bの磁束量に対して、磁気センサ9を通過する磁気回路Aの漏れ磁束の量が十分に小さいため、ソレノイド部の動作状態の誤検出が低減する。
第1のセンサコア部8A1は、図5に示すように、基部となる棒状の部材から同じ方向に4本の脚が延びた部材であり、磁性体で構成されている。第2のセンサコア部8B1も同様に4本の脚を有した部材であり、磁性体で構成されている。
第1のセンサコア部8A1は、第2のセンサコア部8B1との間で、4本の脚のうちの1本の脚同士を磁気センサ9を挟むように対向させ、残りの脚同士をセンサマグネット7a,7b,7cを挟むように対向させて配置されている。
この磁気センサ回路は、3つのソレノイド部のプランジャの移動方向に垂直な平面P1に配置され、磁気センサ9は、平面P1内における磁気回路Aの漏れ磁束の磁路から外れた位置に配置される。
図6に示すように、ソレノイド部の動作状態がOFF/OFF/OFFである場合、磁気センサ9がある箇所の磁束密度が最大となる。OFFが2つ、ONが1つの状態で磁気センサ9がある箇所の磁束密度が2番目に高い値となり、OFFが1つ、ONが2つの状態で磁気センサ9がある箇所の磁束密度が3番目に高い値となる。そして、ON/ON/ONの状態で磁気センサ9がある箇所の磁束密度が最小となる。なお、図5は、3つのソレノイド部の動作状態がON/ON/ONである場合を示している。
センサマグネット7a,7b,7cからの磁束は3つのソレノイド部の動作状態により変化する。従って、磁気センサ9によって磁束密度の変化を検出することで、ソレノイド部の動作状態を判別し、プランジャの位置を検出することができる。
すなわち、実施の形態1では、磁気センサ9が、平面P1内における磁気回路Aの漏れ磁束の磁路A3から外れた位置に配置されていればよい。
図7は、この発明の実施の形態2に係る電磁アクチュエータ1Aを示す断面斜視図であり、電磁アクチュエータ1Aを図1のa−a線と同様な位置で切った様子を示している。
図8Aは、シャフト11a,11bの端部にセンサマグネット7a,7bを取り付ける構造の一例を示す断面図である。また図8Bは、シャフト11a,11bの端部にセンサマグネット7a,7bを取り付ける構造の別の例を示す断面図である。
ただし、図7に示すように、プランジャ5a,5bとセンサマグネット7a,7bとの間には磁気的なギャップCが設けられる。
これは、センサマグネット7a,7bからの磁束が、磁性体のプランジャ5a,5bに短絡することを防ぐためである。
シャフト11a,11bは、プランジャ5a,5bの内周部に通して固定された棒状の部材であり、非磁性体で構成されている。例えば、シャフト11a,11bは、プランジャ5a,5bの内周穴に圧入して固定される。
シャフト11a,11bの上端部には凹部11a−1,11b−1が形成されている。
センサマグネット7a,7bは、接着剤12を使用して凹部11a−1,11b−1に固定される。
このように構成しても、センサマグネット7a,7bがプランジャ5a,5bと一体に移動する。なお、図8Aと図8Bの構造を組み合わせて蓋13を接着剤12で固定してもよい。また、凹部11a−1,11b−1は、プランジャ5a,5bと一体に動く構成であれば、シャフト11a,11bと別体に構成されていてもよい。
また、図10は、センサマグネット7a,7bがプランジャ5a,5bとともに移動する様子を示す側面図である。なお、図9および図10において、磁気センサ回路、プランジャ5a,5bおよびボス6a,6b以外の構成の記載を省略している。また、これらの図では、ソレノイド部の動作状態がON/OFFの状態であるものとする。
一方、プランジャ5bは可動域の上端位置にあるので、センサマグネット7bは、第1のセンサコア部8aの外脚と第2のセンサコア部8bの外脚とが対向する位置にある。
このため、磁気回路A2を流れる磁束量が小さくならない。
次いで、OFF/ONまたはON/OFFの状態では、磁気センサ9がある箇所の磁束密度が中程度の値となる。さらに、ON/ONの状態では、センサマグネット7a,7bの両方が、センサコア8と対向した位置から外れるので、磁気センサ9がある箇所の磁束密度が最小となる。
このように、電磁アクチュエータ1Aでは、センサマグネット7a,7bからの磁束がプランジャ5a,5bの位置により変化する。従って、磁気センサ9によって磁束密度の変化を検出することで、ソレノイド部の動作状態を判別し、プランジャ5a,5bの位置を検出することができる。
例えば、3つのソレノイド部を備えた電磁アクチュエータ1Aに対して、図5に示した磁気センサ回路を設ければよい。この場合、センサマグネット7a,7b,7cは、3つのソレノイド部の各プランジャに取り付けられる。
このように構成しても、センサマグネット7a,7b,7cからの磁束は3つのソレノイド部の動作状態により変化する。従って、磁気センサ9によって磁束密度の変化を検出することで、ソレノイド部の動作状態を判別し、プランジャの位置を検出することができる。
図12Aは、実施の形態1に係る電磁アクチュエータ1におけるセンサマグネット7bとセンサコア8との関係を示す図である。また、図12Bは、この発明の実施の形態3に係る電磁アクチュエータ1Bにおけるセンサマグネット7b1とセンサコア8Aとの関係を示す図である。なお、図12Bにはセンサマグネット7b1側の構成のみを示したが、これに隣接するセンサマグネット7a1も同様の構成を有する。
また、第1のセンサコア部8aの外脚の対向面8a−1は、センサマグネット7bの対向面S1aと対向する面であって、第2のセンサコア部8bの外脚の対向面8b−1は、センサマグネット7bの対向面S1bと対向する面である。
図12Bにおいて、第1のセンサコア部8a1の外脚の対向面8a1−1は、センサマグネット7b1の対向面S2aと対向する面であり、第2のセンサコア部8b1の外脚の対向面8b1−1は、センサマグネット7b1の対向面S2bと対向する面である。
また、対向面8a1−1,8b1−1は、センサマグネット7b1の外周に沿った曲面を有している。
センサマグネット7a1,7b1を円柱形状とし、センサコア8Aとセンサマグネット7a1,7b1とを曲面同士で対向させることで、図12Aのように平面同士で対向させる構成よりも対向面積を増加させることができる。
このように、センサコア8Aとセンサマグネット7a1,7b1との対向面積が増加すると、磁気センサ回路に流れる磁束量が増大し、磁気センサ9における磁束密度の最大値が増大する。
また、センサマグネットをプランジャに取り付ける電磁アクチュエータにおいて、プランジャが軸中心に回転しながら移動する構成であっても、センサマグネットが円柱形状であれば、センサコアとの接触を防止できる。
このように構成することで、センサマグネット7a1,7b1が回転しても対向面積を確保することができるので、起磁力の低下を抑制できる。
図13は、この発明の実施の形態4に係る電磁アクチュエータ1Cのセンサマグネット7a2,7b2を示す斜視図である。図13に示すセンサマグネット7a2,7b2は、この発明における多極マグネットを具体化したものであり、多極着磁磁石、もしくは2極着磁磁石を2枚交互に重ねた構造を有する。また、センサマグネット7a2,7b2は、実施の形態2と同様に、プランジャ5a,5bの上端部に取り付けられて使用される。
これにより、磁気センサ9では、センサマグネット7a2,7b2からの磁束が打ち消し合う。従って、図15に示すように、磁気センサ9に流れる磁束密度が0となる。
例えば、3つのソレノイド部を備えた電磁アクチュエータ1Cに対して、図5に示した磁気センサ回路を設ければよい。この場合、センサマグネット7a,7b,7cは、多極マグネットとなる。このように構成しても、センサマグネット7a,7b,7cからの磁束は3つのソレノイド部の動作状態により変化する。従って、磁気センサ9によって磁束密度の変化を検出することで、ソレノイド部の動作状態を判別し、プランジャの位置を検出することができる。
Claims (12)
- 磁性体のケース、前記ケース内に設けられた磁性体のコア、前記ケースに設けられて、前記コアと軸方向に対向する磁性体のボス、前記コアの外周に設けられたコイル、および前記コアの内周に設けられて、前記コイルへの通電により発生する磁束により前記ボスとの間に軸方向の磁気吸引力が作用して移動するプランジャを有する、複数のソレノイド部と、
前記ソレノイド部ごとに設けられたセンサマグネット、前記センサマグネットの磁束が流れる磁性体のセンサコア、および前記センサコアを流れかつ前記プランジャの位置によって変化する磁束を検出する単一の磁気センサを有する、磁気センサ回路と
を備え、
前記センサコアは、前記プランジャにおける前記ボスとは反対側の端部側でかつ当該プランジャの移動方向に垂直な平面に配置され、
前記磁気センサは、前記平面内における、前記コイルへの通電により発生してかつ前記センサコアを流れる漏れ磁束の磁路から外れた位置に配置されていること
を特徴とする電磁アクチュエータ。 - 前記センサマグネットは、前記プランジャにおける前記ボスとは反対側の端部側で前記センサコアに固定されていることを特徴とする請求項1記載の電磁アクチュエータ。
- 前記センサマグネットは、前記プランジャにおける前記ボスとは反対側の端部に取り付けられて前記プランジャとともに移動することを特徴とする請求項1記載の電磁アクチュエータ。
- 前記センサマグネットは、円柱形状であることを特徴とする請求項2記載の電磁アクチュエータ。
- 前記センサマグネットは、角柱形状であることを特徴とする請求項2記載の電磁アクチュエータ。
- 前記センサマグネットの端面の直径は、前記センサマグネットの外周部に対向する前記センサコアの面の幅よりも大きいことを特徴とする請求項4記載の電磁アクチュエータ。
- 前記センサコアは、
3本以上の脚を有する第1のセンサコア部と、
3本以上の脚を有し、前記第1のセンサコア部との間で前記3本以上の脚のうちの1本の脚同士を前記磁気センサを挟むように対向させ、残りの脚同士を前記センサマグネットを挟むように対向させて配置された第2のセンサコア部と
を有することを特徴とする請求項1記載の電磁アクチュエータ。 - 前記第1のセンサコア部と前記第2のセンサコア部との内脚の対向面積は、外脚の対向面積よりも小さいことを特徴とする請求項7記載の電磁アクチュエータ。
- 前記センサコアは、積層鋼板で構成されていることを特徴とする請求項7記載の電磁アクチュエータ。
- 前記センサマグネットは、円柱形状であることを特徴とする請求項3記載の電磁アクチュエータ。
- 前記センサマグネットは、角柱形状であることを特徴とする請求項3記載の電磁アクチュエータ。
- 前記センサマグネットは、多極マグネットであり、
前記プランジャとともに前記多極マグネットが移動することで、前記センサコアを流れる磁束の向きが変わること
を特徴とする請求項3記載の電磁アクチュエータ。
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