JP2024002252A - electromagnetic actuator - Google Patents
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Abstract
【課題】永久磁石を用いることなくプランジャやステータコアの形状を工夫することで、変位時の磁気駆動力の変動を抑える。
【解決手段】ステータコアは、磁気間隙を介してプランジャと対向するステータ対向面と、このステータ対向面の第1方向側に位置するステータ円柱状部と、このステータ円柱状部の外周より第2方向に延出するステータ円筒状部とを備える。プランジャは、磁気間隙を介してステータコアと対向するプランジャ対向面と、このプランジャ対向面の第2方向側に位置してステータ円筒状部の内周に対向可能なプランジャ円柱状部とを備える。ステータ円筒状部を第2方向に延出しているので、ステータ対向面とプランジャ対向面との間隔を大きくでき、プランジャのストロークを大きくできる。そして、コイルの励磁時には、磁束をステータ円筒状部に通すことで、ステータ対向面とプランジャ対向面との間の磁気吸引力を調整できる。
【選択図】図2
[Problem] To suppress fluctuations in magnetic driving force during displacement by devising the shape of the plunger and stator core without using permanent magnets.
[Solution] The stator core includes a stator facing surface that faces the plunger through a magnetic gap, a stator cylindrical part located on the first direction side of the stator facing surface, and a second direction from the outer periphery of the stator cylindrical part. and a stator cylindrical portion extending into the stator. The plunger includes a plunger facing surface that faces the stator core through a magnetic gap, and a plunger cylindrical part that is located on the second direction side of the plunger facing surface and can face the inner periphery of the stator cylindrical part. Since the stator cylindrical portion extends in the second direction, the distance between the stator facing surface and the plunger facing surface can be increased, and the stroke of the plunger can be increased. When the coil is excited, magnetic flux is passed through the cylindrical part of the stator, thereby adjusting the magnetic attraction between the stator facing surface and the plunger facing surface.
[Selection diagram] Figure 2
Description
本開示は、電磁アクチュエータに関し、例えば、クラッチ機構の駆動に用いたり、作動流体の流路を開閉する密閉弁に用いたりすることができる。 The present disclosure relates to an electromagnetic actuator, and can be used, for example, to drive a clutch mechanism or to a sealing valve that opens and closes a flow path of working fluid.
特許文献1には、初期位置と作動位置との間を往復変位する際、電磁駆動力が変動の少ない略一定の値とする電磁アクチュエータが開示されている。しかし、特許文献1のものは、磁気駆動力の変動を抑える為非磁性材料製のプランジャシャフトと対向する2つの永久磁石を利用している。従って、特許文献1の構造では永久磁石等が必要となり、部品点数の増加が製品コストの増大に繋がっていた。
本開示は、上記点に鑑み、永久磁石を用いることなくプランジャやステータコアの形状を工夫することで、プランジャの変位時の磁気吸引力の変動を抑えることを課題とする。 In view of the above points, an object of the present disclosure is to suppress fluctuations in magnetic attraction force when the plunger is displaced by devising the shapes of the plunger and the stator core without using permanent magnets.
本開示の第1は、通電時に励磁するコイルと、このコイルの通電時の磁気回路内に配置される磁性材製のステータコアと、コイルの通電時の磁気回路内にこのステータコアと磁気間隙を介して対向配置され、コイルの通電時に磁気吸引力でステータコアに向かう第1方向に移動しコイルの非通電時にステータコアから離れる第2方向に移動する磁性材製のプランジャとを有する電磁アクチュエータである。 A first aspect of the present disclosure provides a coil that is excited when energized, a stator core made of a magnetic material that is placed in a magnetic circuit when the coil is energized, and a stator core and a magnetic gap that are placed in the magnetic circuit when the coil is energized. This electromagnetic actuator has a plunger made of a magnetic material that is arranged facing each other and moves in a first direction toward the stator core by magnetic attraction when the coil is energized, and moves in a second direction away from the stator core when the coil is not energized.
本開示の第1の電磁アクチュエータのステータコアは、磁気間隙を介してプランジャと対向するステータ対向面と、このステータ対向面の第1方向側に位置するステータ円柱状部と、このステータ円柱状部の外周より第2方向に延出するステータ円筒状部とを備えている。そして、プランジャは、磁気間隙を介してステータコアと対向するプランジャ対向面と、このプランジャ対向面の第2方向側に位置してステータ円筒状部の内周に対向可能なプランジャ円柱状部とを備えている。 The stator core of the first electromagnetic actuator of the present disclosure includes a stator facing surface that faces the plunger through a magnetic gap, a stator cylindrical part located on the first direction side of the stator facing surface, and a stator cylindrical part located on the first direction side of the stator facing surface. and a stator cylindrical portion extending in the second direction from the outer periphery. The plunger includes a plunger facing surface that faces the stator core through a magnetic gap, and a plunger cylindrical part that is located on the second direction side of the plunger facing surface and can face the inner periphery of the stator cylindrical part. ing.
本開示の第1の電磁アクチュエータは、コイルの非通電時に、ステータ円筒状部の第2方向端部とプランジャ円柱状部との間及びステータ対向面とプランジャ対向面との間には、第1方向及び第2方向に磁気間隙が形成される。また、コイルの通電時には、プランジャ円柱状部の外周はステータ円筒状部の内周と対向し、ステータ円筒状部の内周とプランジャ円柱状部の外周との間及びステータ対向面とプランジャ対向面との間に磁気回路が形成される。 In the first electromagnetic actuator of the present disclosure, when the coil is not energized, there is a first A magnetic gap is formed in the direction and the second direction. Furthermore, when the coil is energized, the outer periphery of the plunger cylindrical part faces the inner periphery of the stator cylindrical part, and the space between the inner periphery of the stator cylindrical part and the outer periphery of the plunger cylindrical part, and between the stator facing surface and the plunger facing surface. A magnetic circuit is formed between the two.
本開示の第1の電磁アクチュエータでは、ステータ円筒状部を第2方向に延出形成しているので、ステータ対向面とプランジャ対向面との間の間隔を大きくすることができ、プランジャのストロークを大きくできる。そして、コイルの励磁時には、磁束をステータ円筒状部に通すことで、ステータ対向面とプランジャ対向面との間の磁気吸引力を調整することができる。 In the first electromagnetic actuator of the present disclosure, since the stator cylindrical portion is formed to extend in the second direction, the distance between the stator facing surface and the plunger facing surface can be increased, and the stroke of the plunger can be increased. You can make it bigger. When the coil is excited, magnetic flux is passed through the cylindrical part of the stator, thereby making it possible to adjust the magnetic attraction between the stator facing surface and the plunger facing surface.
本開示の第2は、通電時に励磁するコイルと、このコイルの通電時の磁気回路内に配置される磁性材製のステータコアと、コイルの通電時の磁気回路内にこのステータコアと磁気間隙を介して対向配置され、コイルの通電時に磁気吸引力でステータコアに向かう第1方向に移動し、コイルの非通電時にステータコアから離れる第2方向に移動する磁性材製のプランジャとを有する電磁アクチュエータである。 A second aspect of the present disclosure is a coil that is excited when energized, a stator core made of a magnetic material that is placed in a magnetic circuit when the coil is energized, and a stator core and a magnetic gap that are placed in the magnetic circuit when the coil is energized. The electromagnetic actuator has a plunger made of a magnetic material that is arranged facing each other and moves in a first direction toward the stator core by magnetic attraction when the coil is energized, and moves in a second direction away from the stator core when the coil is not energized.
本開示の第2の電磁アクチュエータのプランジャは、磁気間隙を介してステータコアと対向するプランジャ対向面と、このプランジャ対向面の第2方向側に位置するプランジャ円筒状部と、このプランジャ円筒状部の外周より第1方向に延出するプランジャ円筒状部を備えている。そして、ステータコアは、磁気間隙を介してプランジャと対向するステータ対向面と、このステータ対向面の第1方向側に位置してプランジャ円筒状部の内周に対向可能なステータ円柱状部とを備えている。 The plunger of the second electromagnetic actuator of the present disclosure includes a plunger facing surface facing the stator core through a magnetic gap, a plunger cylindrical portion located on the second direction side of the plunger facing surface, and a plunger cylindrical portion located on the second direction side of the plunger facing surface. The plunger includes a cylindrical portion extending in the first direction from the outer periphery. The stator core includes a stator facing surface that faces the plunger through a magnetic gap, and a stator cylindrical part that is located on the first direction side of the stator facing surface and can face the inner periphery of the plunger cylindrical part. ing.
本開示の第2の電磁アクチュエータは、コイルの非通電時に、プランジャ円筒状部の第1方向端部とステータ円柱状部との間及びステータ対向面とプランジャ対向面との間には、第1方向及び第2方向に磁気間隙が形成される。また、コイルの通電時には、ステータ円柱状部の外周はプランジャ円筒状部の内周と対向し、プランジャ円筒状部の内周とステータ円柱状部の外周との間及びステータ対向面とプランジャ対向面との間に磁気回路が形成される。 In the second electromagnetic actuator of the present disclosure, when the coil is not energized, there is a first A magnetic gap is formed in the direction and the second direction. Furthermore, when the coil is energized, the outer periphery of the stator cylindrical part faces the inner periphery of the plunger cylindrical part, and there are gaps between the inner periphery of the plunger cylindrical part and the outer periphery of the stator cylindrical part, and between the stator facing surface and the plunger facing surface. A magnetic circuit is formed between the two.
本開示の第2の電磁アクチュエータでは、プランジャ円筒状部を第1方向に延出形成しているので、ステータ対向面とプランジャ対向面との間の間隔を大きくすることができ、プランジャのストロークを大きくできる。そして、コイルの励磁時には、磁束をプランジャ円筒状部に通すことで、ステータ対向面とプランジャ対向面との間の磁気吸引力を調整することができる。 In the second electromagnetic actuator of the present disclosure, since the plunger cylindrical portion is formed to extend in the first direction, the distance between the stator facing surface and the plunger facing surface can be increased, and the stroke of the plunger can be increased. You can make it bigger. When the coil is excited, magnetic flux is passed through the cylindrical portion of the plunger, thereby making it possible to adjust the magnetic attraction between the stator facing surface and the plunger facing surface.
本開示の第3の電磁アクチュエータは、プランジャ対向面は第1方向の端面から第2方向に向かうにつれて径が小さくなるプランジャ凹形状であり、ステータ対向面は第1方向の端面から第2方向に向かうにつれて径が小さくなるステータ凸形状である。ステータ凸形状とプランジャ凹形状とが対向することで、ステータ対向面とプランジャ対向面との間に適切な磁気吸引力を発生させることができる。 In the third electromagnetic actuator of the present disclosure, the plunger opposing surface has a plunger concave shape whose diameter decreases from the end surface in the first direction toward the second direction, and the stator opposing surface extends from the end surface in the first direction to the second direction. The stator has a convex shape whose diameter decreases toward the end. By opposing the stator convex shape and the plunger concave shape, an appropriate magnetic attraction force can be generated between the stator facing surface and the plunger facing surface.
本開示の第4の電磁アクチュエータは、プランジャ対向面は第1方向の端面から第2方向に向かうにつれて径が大きくなるプランジャ凸形状であり、ステータ対向面は第1方向の端面から第2方向に向かうにつれて径が大きくなるステータ凹形状である。ステータ凹形状とプランジャ凸形状とが対向することで、ステータ対向面とプランジャ対向面との間に適切な磁気吸引力を発生させることができる。 In the fourth electromagnetic actuator of the present disclosure, the plunger facing surface has a plunger convex shape whose diameter increases from the end face in the first direction toward the second direction, and the stator facing surface extends from the end face in the first direction to the second direction. The stator has a concave shape, with the diameter increasing towards the end. Since the stator concave shape and the plunger convex shape face each other, an appropriate magnetic attraction force can be generated between the stator facing surface and the plunger facing surface.
本開示の第5の電磁アクチュエータは、プランジャ対向面の中心軸周りにはプランジャ平面部が形成され、ステータ対向面の中心軸周りにはこのプランジャ平面部に対応するステータ平面部が形成される。ステータ平面部とプランジャ平面部とが対向することで、ステータ対向面とプランジャ対向面との間に適切な磁気吸引力を発生させることができる。 In the fifth electromagnetic actuator of the present disclosure, a plunger flat portion is formed around the central axis of the plunger facing surface, and a stator flat portion corresponding to the plunger flat portion is formed around the central axis of the stator facing surface. Since the stator plane part and the plunger plane part face each other, an appropriate magnetic attraction force can be generated between the stator facing surface and the plunger facing surface.
本開示の第6の電磁アクチュエータは、ステータ対向面及びプランジャ対向面のいずれかには、非磁性材製のワッシャが配置されている。非磁性材製のワッシャを配置することで、残存磁気によりプランジャがステータコアから離れにくくなるのを防止できる。 In the sixth electromagnetic actuator of the present disclosure, a washer made of a non-magnetic material is disposed on either the stator facing surface or the plunger facing surface. By arranging the washer made of non-magnetic material, it is possible to prevent the plunger from becoming difficult to separate from the stator core due to residual magnetism.
本開示の電磁アクチュエータ100を、クラッチ機構に用いた例を説明する。図1及び図2に示すように、電磁アクチュエータ100は樹脂製のコイルボビン101の周囲にエナメル被覆された銅線からなるコイル102が多数回巻装されている。コイルボビン101は、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)製で円筒形状をしている。そして、コイルボビン101の内周にはステータコア110とプランジャ130が配置される。ステータコア110は磁性材で、例えばSUS430や鉄材料が用いられる。プランジャ130も磁性材で、同様にSUS430や鉄材料が用いられる。
An example in which the
また、コイルボビン101の外周は樹脂製の外郭120によって覆われている。外郭120も、ポリフェニレンサルファイド(PPS)製である。そして、コイルに電気接続する正極端子及び負極端子を保持するコネクタ(図示せず)が、この外郭120と一体に形成されている。外郭120を介してコイル102の外周には円筒形状をしたヨーク150が配置されている。本例では、ヨーク150はステータコア110と一体形成されているが、円筒状のヨーク150をステータコア110外周に配置することも可能である。その場合には、ヨーク150も磁性材として、同様にSUS430や鉄材料が用いられる。ヨーク150の開口部には、プレート151が配置されている。このプレート151も磁性材で、同様にSUS430や鉄材料が用いられる。従って、コイル102の周囲は磁性材料からなるステータコア110、プランジャ130、ヨーク150及びプレート151によって覆われている。その為、コイル102の励磁時には、ステータコア110、プランジャ130、ヨーク150及びプレート151により磁気回路が形成される。
Further, the outer periphery of the
プランジャ130がステータコア110に向かう方向を第1方向とし(図1で下方向)、逆にプランジャ130がステータコア110から離れる方向を第2方向とする(図1で上方向)。ステータコア110は第1方向側にステータ円柱状部111が形成されている。そして、このステータ円柱状部111の第2方向には、プランジャ130と対向するステータ対向面112が形成されている。このステータ対向面112はステータ円柱状部111から第2方向に向かうにつれて径が小さくなるテーパ形状をした凸形状である。以下、本例で図1に示すステータ対向面112の形状をステータ凸形状と呼ぶ。そして、本例では、ステータ凸形状の中心軸周りは平面状のステータ平面部1121となっている。
The direction in which the
また、ステータコア110のステータ円柱状部111の外周からステータ対向面112の外周にかけてリング状のステータ円筒状部113が一体に延出形成されている。ステータ円筒状部113の第2方向端部1131のステータ円柱状部111からの飛び出し距離は、ステータコア110とプランジャ130との間の磁気間隙Aより多少短く設定されている。例えば、磁気間隙Aが10ミリメートル程度である場合、ステータ円筒状部113の飛び出し量は8ミリメートル程度である。そして、ステータ円筒状部113の第2方向端部1131は、第2方向に向かうにつれてプランジャ130側に傾斜するエッジ形状となっている(図5図示)。
Further, a ring-shaped stator
プランジャ130は円柱形状をしており、プランジャ円柱状部131の外径はステータ円筒状部113の内径より多少(0.5~1ミリメートル程度)小さくなっている。従って、プランジャ円柱状部131はステータ円筒状部113の内周に嵌まり込むことが可能となっている。そして、プランジャ円柱状部131の第1方向はステータコア110と対向するプランジャ対向面132となっている。このプランジャ対向面132はステータ対向面112と対応する形状となっている。即ち、第1方向の端面から第2方向に向かうにつれて径が小さくなるテーパ形状をした凹形状である。以下、本例で図1に示すプランジャ対向面132の形状をプランジャ凹形状と呼ぶ。
The
そして、本例では、プランジャ凹形状の中心軸周りは平面状となっており、プランジャ平面部1321が形成されている。上述のようにステータ凸部にもこのプランジャ平面部1321に対応した形状のステータ平面部1121が形成されている。従って、本例のプランジャ凹形状は中心軸周りにプランジャ平面部1321を備える形状であり、ステータ凸形状も中心軸周りにステータ平面部1121を備える形状である。
In this example, the area around the central axis of the plunger concave shape is flat, and a plunger
プランジャ対向面132の内、このプランジャ平面部1321にはワッシャ135が配置されている。ワッシャ135は、SUS304等の非磁性材料で形成されている。従って、コイル102の励磁時にステータコア110に吸引されたプランジャ130が、コイル102の非励磁時にもプランジャ対向面132とステータ対向面112とで残存磁気によって吸着し続けることが無いようになっている。
A
プランジャ円柱状部131とコイルボビン101の間には円筒状をしたスリーブ136が配置されている。プランジャ130がコイルボビン101の内周をスムーズに往復移動するためのもので、非磁性材料製の金属を用いている。上述のワッシャ135と同様、SUS304等が用いられている。スリーブ136はコイルボビン101の内周部に圧入固定されている。
A
次に上記構成の電磁アクチュエータ100の動作を、図3及び図4を用いて説明する。本例では、プランジャ130はドグクラッチ機構200のリンク210に回動可能に連結している。ドグクラッチ機構200は、可動ドグ歯221を備える可動クラッチ板220と、固定ドグ歯231を備える固定クラッチ板230と係合離脱の切り替えを行う。
Next, the operation of the
図3に示すように、コイル102の非通電時でプランジャ130が第2方向(図3の左方向)に変位している状態では、可動クラッチ板220は固定クラッチ板230から離脱している。なお、図3の例ではドグクラッチ機構200の機構的な構造により、プランジャ130は第2方向に変位しているが、図示しないプランジャバネを用いてプランジャ130を第2方向に移動させるようにしても良い。
As shown in FIG. 3, when the
可動クラッチ板220を固定クラッチ板230と係合させる際には、図4に示すように、コイル102に通電してプランジャ130を第1方向(図4の右方向)に変位させる。プランジャ130の変位はリンク210を介して可動クラッチ板220に伝達される。具体的には、リンク210は回転支持軸211を中心として回動し、更に、リンク210の軸方向に形成された長穴212を回転支持軸211が移動することで、可動ドグ歯221が固定ドグ歯231とスムーズに係合する。
When the movable
上記ドグクラッチ機構200の動作を、コイル102の通電に伴う磁気吸引力で説明する。図3に示したコイル102の非通電の状態では、プランジャ130とステータコア110との間には所定のストロークが介在しており、このストロークは磁気間隙Aに対応する。磁気間隙Aは例えば、プランジャ対向面132とステータ対向面112との間で10ミリメートル程度である。そして、ステータ円筒状部113がステータ円柱状部111より第2方向に延出しているので、プランジャ対向面132とステータ円筒状部113との間は、磁気間隙Aが縮められている。
The operation of the dog
コイル102に通電されると、磁気回路がヨーク150、プレート151、ステータコア110及びプランジャ130の間に生じる。そして、磁気回路の内ステータコア110とプランジャ130との間に磁気間隙Aが生じているので、磁束はこの磁気間隙Aを狭める方向に働き、磁気吸引力が発生する。ただ、磁気間隙Aがあまりに広いと磁気間隙A間を流れる磁束密度が少なくなり、磁気吸引力は小さくなる。プランジャバネの付勢力によっては、プランジャ130を吸引できなくなる恐れもある。
When
本開示では、図5のコイル102の励磁直後に示すように、ステータ円筒状部113が第2方向に延出して磁気間隙Aを小さくしている。その為、コイル102の通電直後はステータ円筒状部113の第2方向端部1131と、この第2方向端部1131と対向するプランジャ対向面132との間を磁束が流れる。上記の通り、第2方向端部1131が磁気間隙Aを狭めているので、第2方向端部1131と対向するプランジャ対向面132との間を流れる磁束の密度は高くなり、プランジャ130をステータコア110側に吸引することができる。これにより、第2方向端部1131と対向するプランジャ対向面132との間の磁気吸引力の方がプランジャバネの付勢力を確実に上回る。なお、図5では第2方向端部1131の形状をエッジ形状としているが、第2方向端部1131はエッジ形状でなくてもよい。第2方向端部1131の形状をフラット形状としても磁気吸引力はさほど変化が無い。
In the present disclosure, as shown immediately after the excitation of the
図5のプランジャ130の移動初期に示すように、プランジャ130が第1方向に移動するとプランジャ対向面132とステータ対向面112との磁気間隙Aが狭くなり、それに応じてプランジャ対向面132とステータ対向面112との間の磁束密度が高くなる。即ち、プランジャ130をステータコア110に引き付ける磁気吸引力は高くなる。
As shown at the beginning of the movement of the
ただ、図5のプランジャ130の移動後期に示すように、プランジャ130の第1方向への移動が所定量となると、プランジャ130のプランジャ円柱状部131からステータ円筒状部113に流れる磁束が大きくなる。このプランジャ円柱状部131からステータ円筒状部113に流れる磁束は単純に半径方向に流れるのみで、軸方向のベクトルを持っていない。その為、プランジャ円柱状部131からステータ円筒状部113に流れる磁束は磁気吸引力に貢献しない。換言すれば、プランジャ130の第1方向への移動が所定量以上となると、プランジャ対向面132とステータ対向面112との磁気間隙Aは狭くなるものの、このプランジャ対向面132とステータ対向面112との磁気間隙Aを流れる磁束が減ることとなる。従って、磁気間隙Aが狭くなることと磁束が減ることとが相反しあって、全体としての磁気吸引力は緩やかな上昇となり、ほぼ一定に保たれる。
However, as shown in the latter half of the movement of the
図6に、本開示の磁気間隙Aと磁気吸引力との関係をX1として示す。上述の説明の通り、ストロークが大きいコイル102の励磁直後から、ステータ円筒状部113の第2方向端部1131とプランジャ円柱状部131との間の磁気間隙によって磁気吸引力が発生している(W1点)。そして、プランジャ130の移動初期では、ストロークが小さくなることで磁束密度が増えて磁気吸引力も高まっている(W2点)。ただ、プランジャ130の移動後期は、ステータ円筒状部113へ磁束が流れる結果、磁気吸引力の増加は抑制されている(W3点)。
In FIG. 6, the relationship between the magnetic gap A and the magnetic attraction force of the present disclosure is shown as X1. As explained above, a magnetic attraction force is generated by the magnetic gap between the second
図6に比較例Yとして示すのは、図7に示すように、ステータ円筒状部113を備えない電磁アクチュエータ100である。ステータ円筒状部113を備えないと、コイル102の励磁直後では、ストロークが大きすぎて磁気吸引力が小さく、プランジャ130の移動が困難である(Z1点)。そして、一旦プランジャ130が移動開始すると、磁気間隙Aの減少に応じて磁気吸引力が指数関数的に大きくなる(Z2点)。そのため、プランジャ130がステータコア110に大きな磁気吸引力で衝突する恐れもある(Z3点)。それに対し、本開示では、上述のように磁気吸引力の上昇が緩やかになっている。
Comparative Example Y shown in FIG. 6 is an
ただ、本開示のステータ円筒状部113は、無制限に磁束を流す訳ではない。即ち、磁束がステータ円筒状部113側に流れると、上述の通り、ステータ円筒状部113側に流れる磁束には第1方向のベクトルが無いので、プランジャ130を吸引することができなくなる。従って、ステータ円筒状部113を流れる磁束は、ある程度の量で磁気飽和するように設定している。この磁気飽和の程度は、プランジャ130のストロークに応じて調整する。
However, the stator
図8に示すように、ストロークが5ミリメートル程度の場合には、ステータ対向面112とプランジャ対向面132との間の磁気吸引力でプランジャ130を第1方向に吸引することは可能である。そのため、プランジャ130を吸引開始するためにステータ円筒状部113に求められる磁気吸引力は小さくて良い。逆に、プランジャ130が移動した後に、磁束がステータ円筒状部113側に流れると磁気吸引力を低下させることになる。なお、図8及び後述の図9では磁束密度を矢印で示しており、矢印を分かりやすくするため断面のハッチングは割愛している。
As shown in FIG. 8, when the stroke is about 5 mm, it is possible to attract the
従って、ストロークが小さい場合にはステータ円筒状部113内を流れる磁束は早期に磁気飽和することが求められる。ここで、早期に磁気飽和するとは、プランジャ円柱状部131とステータ円筒状部113とのオーバーラップ量が少ない段階でステータ円筒状部113の磁束が飽和することを意味している。例えば、コイル102の励磁力が数十ニュートンから数百ニュートンで、コイル102の外径が60ミリメートル程度である場合、ステータ円筒状部113の肉厚は0.5ミリメートル程度で良い。
Therefore, when the stroke is small, the magnetic flux flowing within the stator
一方、図9に示すように、ストロークが10ミリメートル程度である場合には、コイル102の励磁直後にプランジャ130を吸引する磁気吸引力を大きくする必要がある。即ち、所定量の磁束がプランジャ対向面132とステータ円筒状部113の第2方向端部1131との間に流れる必要がある。また、上述のように、プランジャ130の移動後期でステータ対向面112とプランジャ対向面132との間の磁気吸引力が高くなりすぎるのは望ましくない。そのため、ストロークが大きい場合にはステータ円筒状部113にある程度の磁束が流れることが求められる。上述のコイル102の励磁力が数十ニュートンから数百ニュートンで、コイル102の外径が60ミリメートル程度である場合には、ステータ円筒状部113の肉厚は1ミリメートル程度に厚くするのが良い。
On the other hand, as shown in FIG. 9, when the stroke is about 10 mm, it is necessary to increase the magnetic attraction force that attracts the
図10に、磁気吸引力とストロークとの関係を示す。図10に於いてX2で示すのが、ストロークを5ミリメートル程度とした図8図示電磁アクチュエータ100の磁気吸引力の傾向である。そして、X3はストロークを10ミリメートル程度とした図9図示電磁アクチュエータ100の磁気吸引力の傾向を示している。また、Yは比較例で、図7に示すようにステータ円筒状部113を備えない電磁アクチュエータの傾向を示す。図10に示すように、ステータ円筒状部113内を流れる磁束の磁気飽和の程度を調整することで、電磁アクチュエータの求められるストロークに対応することが可能となる。
FIG. 10 shows the relationship between magnetic attraction force and stroke. In FIG. 10, X2 indicates the tendency of the magnetic attraction force of the
なお、図5の例では、ステータ円筒状部113の第2方向端部1131が第2方向に向かうにつれて肉厚が小さくなるエッジ形状をしていた。ただ、成形性等の理由で、図1や図2に示すようなエッジ部を有さない円筒形状とすることも、勿論可能である。エッジ部を有さない形状としても磁気吸引力がさほど変化しないのは、上述の通りである。
In the example of FIG. 5, the second
また、図1及び図2の例では、ステータ対向面112をステータ凸形状としたが、図11に示すように、逆の凹形状としても良い。即ち、ステータ円柱状部111の第2方向の端面から第1方向に向かうにつれて径が小さくなるテーパ形状としても良い。本例では、この図11に示すステータ対向面112の形状をステータ凹形状と呼ぶ。このステータ凹形状でも、中心軸周りにステータ平面部1121を形成して、ワッシャ135を配置しても良い。
Further, in the examples shown in FIGS. 1 and 2, the
そして、ステータ対向面112の形状をステータ凹形状とした際には、プランジャ対向面132もステータ対向面112の形状に対応する形状とする。この場合には、プランジャ対向面132は、プランジャ円柱状部131の第2方向の端面から第1方向に向かうにつれて径が小さくなるテーパ形状とする。そして、本例では図11に示すプランジャ対向面132の形状をプランジャ凸形状と呼ぶ。
When the
このように、ステータ対向面112とプランジャ対向面132の凹形状、凸形状を逆にしても、図1や図2で示したステータ円筒状部113の作用は同様である。即ち、図5の例で説明した通り、ステータ対向面112がステータ凹形状でプランジャ対向面132がプランジャ凸形状であっても、ステータ円筒状部113により、ステータコア110とプランジャ130との間の磁気吸引力を適切な値に調整することができる。これは、図1の例のようにステータ対向面112がステータ凸形状でプランジャ対向面132がプランジャ凹形状であっても、図11に示すように、逆の凹形状としても同様である。
In this way, even if the concave and convex shapes of the
また、ステータ対向面112とプランジャ対向面132の形状を、凹形状と凸形状との組み合わせとすることは、ステータコア110とプランジャ130との間の磁束の流れを整える上で望ましい。ただ、製造上の要求等により凹形状や凸形状とすることが困難な場合は、ステータ対向面112とプランジャ対向面132とを、共に平面状とすることも本開示では除外していない。即ち、プランジャ平面部1321及びステータ平面部1121を中心軸周りのみでなく、全面とすることも除外していない。
Further, it is desirable that the shapes of the
また、上述の例では、ステータ円筒状部113をステータコア110と一体に形成していたが、ステータコア110とステータ円筒状部113とを別部材することも可能である。この場合には、図12に示すように、ステータ円筒状部113を磁性材料製の円管とし、SUS430や鉄材料が用いられる。そして、このステータ円筒状部113はステータ円柱状部111の外周に圧入して固定されている。
Further, in the above example, the stator
更に、プランジャ130に円筒状部を設けるようにしても良い。即ち、基本的な構造は図12と同様で、図13に示すように、別部材としたプランジャ円筒状部133を用いることでも形成できる。この場合には、プランジャ130のプランジャ円柱状部131の外周にプランジャ円筒状部133を圧入する。そして、プランジャ130が第1方向に移動すると、プランジャ円筒状部133がステータ円柱状部111の外周に位置するようになる。
Furthermore, the
このプランジャ130にプランジャ円筒状部133を形成した場合でも、動作は図5と同様になる。即ち、コイル102の非励磁時には、プランジャ円筒状部133の第1方向端部1331とステータ円柱状部111との間に間隙がある。そして、コイル102の励磁直後に、この第1方向端部1331とステータ円柱状部111との間隙で磁気吸引力が発生する。そして、プランジャ130の移動に伴いプランジャ円筒状部133がステータ円柱状部111の外周に位置して磁気回路を形成し、それにより、プランジャ対向面132とステータ対向面112との間の磁気吸引量が過大となるのを抑制する。同時に、プランジャ円筒状部133での磁束も所定密度で飽和して、プランジャ対向面132とステータ対向面112との間の磁気吸引量が過小となるのも抑制できる。
Even when the
上述の実施例では、プランジャ対向面132とステータ対向面112との間に非磁性材料製のワッシャ135を介在させている。残存磁気によりプランジャ130がステータコア110から離れにくくなるのを防止できて好適である。ただ、プランジャ130の係止部を設ける等で、プランジャ130とステータコア110とが当接しないように配置することは可能である。その場合には、非磁性材料製のワッシャ135を不要とすることができる。
In the embodiment described above, a
また、上述した例では、本開示の電磁アクチュエータ100をドグクラッチ機構200の駆動装置として利用したが、本開示の電磁アクチュエータ100の用途は、ドグクラッチ機構200以外にも多様で、他のクラッチ機構や各種のバルブの開閉を行うアクチュエータとして利用できる。
Further, in the example described above, the
例えば、密閉弁に用いる場合は、プランジャ130は密閉弁に連通する。密閉弁は、燃料タンクとキャニスタとを繋ぐ通路の開閉を行う弁である。密閉弁は、給油前などに通路を開いて燃料タンク内の蒸発燃料と高圧になった空気をキャニスタ側に流すが、通常は、プランジャバネによりプランジャ130を第2方向に付勢して、弁体が通路を密閉している。
For example, when used in a sealed valve,
即ち、密閉弁はプランジャバネにより、プランジャ130をステータコア110から引き離す第2方向に変位している。そして、プランジャ130がプランジャバネによって第2方向に変位することで、弁体が弁座に着座して通路を閉じている。また、弁体が弁座に着座して通路を閉じている状態は、コイル102に通電されていない状態である。ただ、バルブに用いる際でも作動流体の圧力を用いてプランジャ130をステータコア10から引き離すことは勿論可能である。その為、プランジャバネは必須ではなく、本例ではプランジャバネを図示していない。
That is, the sealing valve is displaced by the plunger spring in the second direction that separates the
他に、本開示の電磁アクチュエータは、部材のロック、アンロックの切り替えに用いたり、部材の角度調整に用いたりすることも可能である。ディスチャージ形前照灯のローハイを配光制御するシェード、照射方向を上下調節するレベライザー、および照射方向を左右に調整するAFS等にも使用できる。また、自動変速機を搭載した車両(AT車)のシフトレバーロック装置などの被駆動体の作動に使用することも可能である。 In addition, the electromagnetic actuator of the present disclosure can be used to switch between locking and unlocking a member, and can also be used to adjust the angle of a member. It can also be used for shades that control the low/high light distribution of discharge type headlights, levelers that adjust the irradiation direction up and down, and AFS that adjust the irradiation direction left and right. Further, it can also be used to operate a driven body such as a shift lever lock device of a vehicle equipped with an automatic transmission (AT vehicle).
また、上述した素材や大きさは、一例であり、要求される性能に応じて適宜選択可能である。この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。 Further, the materials and sizes described above are merely examples, and can be appropriately selected depending on the required performance. The disclosure in this specification, drawings, etc. is not limited to the illustrated embodiments. The disclosure includes the illustrated embodiments and variations thereon by those skilled in the art.
100 電磁アクチュエータ
102 コイル
110 ステータコア
111 ステータ円柱状部
112 ステータ対向面
113 ステータ円筒状部
130 プランジャ
131 プランジャ円柱状部
132 プランジャ対向面
133 プランジャ円筒状部
100
Claims (6)
このコイルの通電時の磁気回路内に配置される磁性材製のステータコアと、
前記コイルの通電時の磁気回路内に、このステータコアと磁気間隙を介して対向配置され、前記コイルの通電時に磁気吸引力で前記ステータコアに向かう第1方向に移動し、前記コイルの非通電時に前記ステータコアから離れる第2方向に移動する磁性材製のプランジャとを有し、
前記ステータコアは、前記磁気間隙を介して前記プランジャと対向するステータ対向面と、このステータ対向面の前記第1方向側に位置するステータ円柱状部と、このステータ円柱状部の外周より前記第2方向に延出するステータ円筒状部とを備え、
前記プランジャは、前記磁気間隙を介して前記ステータコアと対向するプランジャ対向面と、このプランジャ対向面の前記第2方向側に位置して前記ステータ円筒状部の内周に対向可能なプランジャ円柱状部とを備え、
前記コイルの非通電時に、前記ステータ円筒状部の前記第2方向の端部と前記プランジャ円柱状部との間及び前記ステータ対向面と前記プランジャ対向面との間には、前記第1方向及び前記第2方向に磁気間隙が形成され、
前記コイルの通電時に、前記プランジャ円柱状部の外周は前記ステータ円筒状部の内周と対向し、前記ステータ円筒状部の内周と前記プランジャ円柱状部の外周との間及び前記ステータ対向面と前記プランジャ対向面との間に磁気回路が形成される
ことを特徴とする電磁アクチュエータ。 A coil that is excited when energized,
A stator core made of magnetic material that is placed in the magnetic circuit when the coil is energized,
When the coil is energized, the coil is disposed opposite to the stator core through a magnetic gap in a magnetic circuit, and when the coil is energized, it moves in a first direction toward the stator core by magnetic attraction, and when the coil is not energized, the coil is moved in a first direction toward the stator core. a plunger made of a magnetic material that moves in a second direction away from the stator core;
The stator core includes a stator facing surface that faces the plunger through the magnetic gap, a stator cylindrical part located on the first direction side of the stator facing surface, and a stator cylindrical part located from the outer periphery of the stator cylindrical part to the second stator cylindrical part. a stator cylindrical portion extending in the direction;
The plunger includes a plunger facing surface that faces the stator core through the magnetic gap, and a plunger cylindrical part that is located on the second direction side of the plunger facing surface and can face the inner periphery of the stator cylindrical part. and
When the coil is not energized, there is a space between the end of the stator cylindrical part in the second direction and the plunger cylindrical part, and between the stator facing surface and the plunger facing surface. a magnetic gap is formed in the second direction;
When the coil is energized, the outer periphery of the plunger cylindrical part faces the inner periphery of the stator cylindrical part, and there is a gap between the inner periphery of the stator cylindrical part and the outer periphery of the plunger cylindrical part and the stator opposing surface. An electromagnetic actuator, wherein a magnetic circuit is formed between the plunger and the plunger facing surface.
このコイルの通電時の磁気回路内に配置される磁性材製のステータコアと、
前記コイルの通電時の磁気回路内に、このステータコアと磁気間隙を介して対向配置され、前記コイルの通電時に磁気吸引力で前記ステータコアに向かう第1方向に移動し、前記コイルの非通電時に前記ステータコアから離れる第2方向に移動する磁性材製のプランジャとを有し、
前記プランジャは、前記磁気間隙を介して前記ステータコアと対向するプランジャ対向面と、このプランジャ対向面の前記第2方向側に位置するプランジャ円筒状部と、このプランジャ円筒状部の外周より前記第1方向に延出するプランジャ円筒状部を備え、
前記ステータコアは、前記磁気間隙を介して前記プランジャと対向するステータ対向面と、このステータ対向面の前記第1方向側に位置して前記プランジャ円筒状部の内周に対向可能なステータ円柱状部とを備え、
前記コイルの非通電時に、前記プランジャ円筒状部の前記第1方向の端部と前記ステータ円柱状部との間及び前記ステータ対向面と前記プランジャ対向面との間には、前記第1方向及び前記第2方向に磁気間隙が形成され、
前記コイルの通電時に、前記ステータ円柱状部の外周は前記プランジャ円筒状部の内周と対向し、前記プランジャ円筒状部の内周と前記ステータ円柱状部の外周との間及び前記ステータ対向面と前記プランジャ対向面との間に磁気回路が形成される
ことを特徴とする電磁アクチュエータ。 A coil that is excited when energized,
A stator core made of magnetic material that is placed in the magnetic circuit when the coil is energized,
When the coil is energized, the coil is disposed opposite to the stator core through a magnetic gap in a magnetic circuit, and when the coil is energized, it moves in a first direction toward the stator core by magnetic attraction, and when the coil is not energized, the coil is moved in a first direction toward the stator core. a plunger made of a magnetic material that moves in a second direction away from the stator core;
The plunger includes a plunger facing surface that faces the stator core through the magnetic gap, a plunger cylindrical part located on the second direction side of the plunger facing surface, and a plunger cylindrical part located on the first side from the outer periphery of the plunger cylindrical part. a plunger cylindrical portion extending in the direction;
The stator core includes a stator facing surface that faces the plunger through the magnetic gap, and a stator cylindrical part that is located on the first direction side of the stator facing surface and can face the inner periphery of the plunger cylindrical part. and
When the coil is not energized, there is a space between the end of the plunger cylindrical portion in the first direction and the stator cylindrical portion and between the stator facing surface and the plunger facing surface. a magnetic gap is formed in the second direction;
When the coil is energized, the outer periphery of the stator cylindrical part faces the inner periphery of the plunger cylindrical part, and there is a gap between the inner periphery of the plunger cylindrical part and the outer periphery of the stator cylindrical part and the stator opposing surface. An electromagnetic actuator, wherein a magnetic circuit is formed between the plunger and the plunger facing surface.
前記ステータ対向面は前記第1方向の端面から前記第2方向に向かうにつれて径が小さくなるステータ凸形状である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁アクチュエータ。 The plunger facing surface has a plunger concave shape whose diameter decreases from the end surface in the first direction toward the second direction,
The electromagnetic actuator according to claim 1 or 2, wherein the stator facing surface has a stator convex shape whose diameter decreases from the end surface in the first direction toward the second direction.
前記ステータ対向面は前記第1方向の端面から前記第2方向に向かうにつれて径が大きくなるステータ凹形状である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁アクチュエータ。 The plunger facing surface has a plunger convex shape whose diameter increases from the end surface in the first direction toward the second direction,
The electromagnetic actuator according to claim 1 or 2, wherein the stator facing surface has a stator concave shape whose diameter increases from the end surface in the first direction toward the second direction.
前記ステータ対向面の中心軸周りにはこのプランジャ平面部に対応するステータ平面部が形成される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁アクチュエータ。 A plunger flat portion is formed around the central axis of the plunger facing surface,
The electromagnetic actuator according to claim 1 or 2, wherein a stator flat portion corresponding to the plunger flat portion is formed around a central axis of the stator facing surface.
ことを特徴とする請求項1若しくは2に記載の電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 1 or 2, wherein a washer made of a non-magnetic material is disposed on either the stator facing surface or the plunger facing surface.
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