JP6920096B2 - 電磁アクチュエータ - Google Patents
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Description
特に、特許文献1には、可動子に永久磁石を備えており、永久磁石の磁力により可動子と固定子とを吸引させて自己保持可能である一方、コイルに通電することで可動子と固定子とを反発させ、可動子を固定子から離間方向に直進移動させる自己保持型の電磁アクチュエータが開示されている。
これにより、磁気伝達量調整部では、可動子の移動位置により永久磁石による磁力線の通過面積が変化するので、可動子の移動位置に応じて永久磁石の磁力による可動子と固定鉄心との吸引力を任意に設定することができる。
そして、永久磁石の磁力により固定鉄心と可動子とが吸引した位置から、可動子を固定鉄心から離間方向に移動させた際に、磁気伝達量調整部によって永久磁石による磁気伝達量を増加させるので、可動子と固定鉄心とが離間することによって永久磁石の磁力による吸引力が低下しても、この吸引力の低下を相殺するように作用する。
これにより、永久磁石によるリング部材とヨークの端部部材との間の磁力線の通過断面積を減少させ、可動子と固定鉄心とが吸引された位置での永久磁石による吸引力を低減させることができる。
これにより、ボディによってヨークの収納空間を密閉して、当該収納空間へのゴミや水分の侵入を防止し、電磁アクチュエータを保護することができる。また、ボディによってヨークの収納空間を密閉することで、ヨークの一部を削除して電磁アクチュエータの幅寸法を短く構成することもできる。
始めに、図1〜6を用いて本発明の第1実施形態の電磁アクチュエータ1について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態の電磁アクチュエータ1の構造を示す縦断面図である。図2は、第1実施形態の電磁アクチュエータ1の横断面図であり、図1中に記載されたA−A部の断面である。
図1、2に示すように、第1実施形態の電磁アクチュエータ1は、ヨーク2、固定鉄心3及び電磁コイル4を有する固定子10と、2個のプランジャ5、6、永久磁石7及びリング部材8を有する可動子11を備えている。ヨーク2、固定鉄心3、プランジャ5、6及びリング部材8は鉄等の磁性材料により形成されている。
2個のプランジャ(第1のプランジャ5及び第2のプランジャ6)と永久磁石7とは、固定鉄心3の先端部17と略同一径の円板状に形成されており、第1のプランジャ5と第2のプランジャ6とによって永久磁石7を挟持して配置されている。第1のプランジャ5及び第2のプランジャ6は、ヨーク2の内部空間15に位置するシャフト18の先端部19に同軸に固定され、第1のプランジャ5が固定鉄心3の先端部17に向かい合うように配置されている。
一方、ヨーク2の下壁部材14の中心部には、リング部材8が挿入可能であり、ヨーク2の軸方向に延びる穴部20が形成されている。そして、シャフト18の先端部19が固定鉄心3の先端部17に接した際に、リング部材8の下端部が僅かにヨーク2の下壁部材14の穴部20に挿入されるように、リング部材8の軸方向寸法が設定されている。
なお、リング部材8及び下壁部材14の穴部20が本発明の磁気伝達量調整部に該当する。
このとき、ヨーク2の下壁部材14とリング部材8とは、図4中に示す軸方向の重なり寸法Laで全周に亘って重なっており、この重なった部位を磁力線aが通過する。なお、このヨーク2の下壁部材14とリング部材8の外周面とが軸方向に重なり合う部位が、永久磁石7による磁力線aが通過する部位のうち断面積が最も小さい部位となっている。
したがって、保持位置において電磁コイル4に通電させると、永久磁石7の磁力Faによる固定鉄心3と可動子11との吸引力に抗して、電磁コイル4により発生する電磁力Fbによって可動子11が固定鉄心3から反発し、軸方向に離間するように移動する。
図5は、参考形態の電磁アクチュエータ30の構造を示す縦断面図である。図6は、第1実施形態及び参考形態におけるストロークSに対する永久磁石7による磁力Fa、Fcの推移を比較したグラフである。
なお、図6において、磁力Fa、Fcは、固定鉄心3と可動子11との吸引力として作用する方向が+、固定鉄心3から可動子11が離間するように作用する方向が−である。
参考形態の電磁アクチュエータ30では、図5に示すように、永久磁石7による主となる磁力線aは、永久磁石7から、第1のプランジャ5、固定鉄心3、ヨーク2の上壁部材13、周壁部材12、第2のプランジャ6を順番に通過して永久磁石7に戻る。
したがって、このようなシステムに電磁アクチュエータ1を使用した場合には、ストローク中間位置S1において永久磁石7による固定鉄心3側への吸引力を必要な吸引力F1以上に設定することでストローク中間位置S1から保持位置S0への移動を確保し、また応答性よく作動させることができる。
また、ストローク最大位置Smaxにおいては、第2のプランジャ6またはリング部材8とヨーク2の下壁部材14とが当接または近接して、永久磁石7の磁力による第2のプランジャ6と下壁部材14との吸引力によって、ストローク最大位置Smaxでの可動子11の保持力を参考形態と同程度に確保することができる。
次に図7〜11を用いて本発明の第2実施形態の電磁アクチュエータ40について説明する。
図7は、本発明の第2実施形態の電磁アクチュエータ40の構造を示す縦断面図である。図8は、第2実施形態の電磁アクチュエータ40の横断面図であり、図7中に記載されたB−B部の断面である。図9、10は、第2実施形態の電磁アクチュエータ40の縦断面図であり、図9は保持位置S0における電磁アクチュエータ1の作動状態を示し、図10はストローク中間位置S1における電磁アクチュエータ1の作動状態を示す。
ボディ41は、樹脂のような非磁性材料で形成される。ボディ41はヨーク2の周壁部材12内に挿入されるように配置され、下端部が開放した円筒状に形成されている。ボディ41は、少なくとも固定鉄心3の先端部17及び可動子11を覆うように配置され、下端部が全周に沿ってOリング42を介してヨーク2の下壁部材14と密着される。したがって、ボディ41によって、可動子11及び固定鉄心3の先端部17を含むヨーク2の内部空間15が密閉される構造となっている。
そして、第1実施形態と同様に、図9に示すような保持位置S0では、リング部材8とヨーク2の下壁部材14との軸方向の重なり寸法Lcを小さくして永久磁石7による保持力を低下させる一方、図10に示すようなストローク中間位置S1では、リング部材8とヨーク2の下壁部材14との軸方向の重なり寸法Ldを、保持位置S0での重なり寸法Lcよりも大きくして、永久磁石7の磁力による可動子11の吸引力を確保することができる。
このように、電磁アクチュエータ40の幅寸法Lwを小さくすることで、例えば直列型の内燃機関の可変動弁機構において、吸気弁及び排気弁毎に電磁アクチュエータ40を、カムシャフトに沿って複数並べて配置するような場合には、隣り合う電磁アクチュエータ40の距離を短くし、内燃機関を電磁アクチュエータ40の並ぶ方向、即ちカムシャフトの軸方向に小型化することが可能となる。
また、ボディ41を樹脂のような摩擦係数の低いものにすると、シャフト18が力を受けて傾いた際に、例え第1のプランジャ5または第2のプランジャ6とボディ41とが接触したとしても、摺動抵抗を抑えて可動子11の移動を確保することができる。
次に図11を用いて本発明の第1参考形態の電磁アクチュエータ50について説明する。
図11は、本発明の第1参考形態の電磁アクチュエータ50の構造を示す縦断面図であり、保持位置S0での状態を示す。
図11に示すように、本発明の第1参考形態の電磁アクチュエータ50は、上記参考形態の電磁アクチュエータ30に対して、ヨーク2の周壁部材12の内周面に溝51を有する点が異なる。
次に図12を用いて本発明の第2参考形態の電磁アクチュエータ60について説明する。
図12は、本発明の第2参考形態の電磁アクチュエータ60の構造を示す縦断面図であり、保持位置S0での状態を示す。
なお、第2参考形態における透磁率低下部61の深さについても、図12に示すような一定にするだけでなく、多段階あるいは連続的に深さを変化させるようにしてもよい。このように透磁率低下部61の深さを変化させることで、第1参考形態と同様に、保持位置S0から移動させたときの永久磁石7による磁力Faの変化を任意に設定することができる。
例えば、第1実施形態や第2実施形態において第2のプランジャ6とリング部材8とを一体化した構造にしてもよい。その他、各実施形態における電磁アクチュエータの詳細な構造は適宜変更可能である。本発明の電磁アクチュエータは、電磁弁以外の各種用途にも広く採用することができる。
2 ヨーク
3 固定鉄心
4 電磁コイル
5 第1のプランジャ(プランジャ)
6 第2のプランジャ(プランジャ)
7 永久磁石
8 リング部材(磁気伝達量調整部)
10 固定子
11 可動子
12 周壁部材
14 下壁部材(端部部材)
15 内部空間(収納空間)
20 穴部(磁気伝達量調整部)
41 ボディ
51 溝(磁気伝達量調整部)
61 透磁率低下部(磁気伝達量調整部)
Claims (4)
- 収納空間を有するヨークと、前記収納空間に設けられた固定鉄心と、前記固定鉄心を囲むように配置された電磁コイルと、を有する固定子と、
永久磁石を有し、前記収納空間で前記固定鉄心に対して前記ヨークの軸方向に移動可能に設けられた可動子と、を備え、
前記永久磁石による磁力によって前記固定鉄心と前記可動子とを吸引するとともに、前記電磁コイルに通電して発生した電磁力により前記永久磁石による磁力に抗して前記可動子を前記固定鉄心から離間方向に移動させ、
更に、前記永久磁石による磁力線が通過する位置に備えられ、前記可動子が前記固定鉄心に対して離間方向に移動した際に前記永久磁石による磁気伝達量を増加させる磁気伝達量調整部を備え、
前記磁気伝達量調整部は、
前記可動子に設けられ前記軸方向に突出した柱状のリング部材と、
前記リング部材が挿入され前記軸方向に延びる穴部を有する前記ヨークの端部部材と、により構成され、
前記可動子の移動位置により前記穴部に対する前記リング部材の挿入距離が変化して、前記リング部材と前記端部部材との間の前記永久磁石による磁力線の通過断面積が変化し、
前記電磁コイルが非通電状態である前記可動子の保持位置において、前記ヨークの前記端部部材と前記リング部材の外周面とが前記軸方向と平行にかつ前記軸方向と垂直な方向に互いに隣接して重なり合う部位があり、
前記ヨークの端部部材と前記リング部材の外周面とが前記軸方向と平行にかつ前記軸方向と垂直な方向に互いに隣接して重なり合う部位が、前記永久磁石による磁力線が通過する部位のうち断面積が最も小さい
ことを特徴とする電磁アクチュエータ。 - 前記磁気伝達量調整部は、前記電磁コイルと前記ヨークの軸方向で異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記可動子は、前記ヨークの収納空間で前記固定鉄心に対向して配置されるプランジャを有し、
前記リング部材は前記プランジャよりも小径に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の電磁アクチュエータ。 - 前記ヨークの周壁部材と前記可動子との間に、前記可動子を含む前記ヨークの収納空間を密閉する非磁性材料で形成された筒状のボディを備えたことを特徴とする請求項2または3に記載の電磁アクチュエータ。
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