JP2010223238A - リニアソレノイド駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コイルを巻いたコイルアセンブリの中心穴にプランジャを嵌め、上記コイルに通電することで該プランジャを移動する場合、磁束受け渡し面積の縮小によりサイドフォースが増大しないリニアソレノイド駆動装置の提供。
【解決手段】 コイルアセンブリ７は、底部１６を有す筒状の外側ヨーク２の内部に概略筒状で強磁性体で構成した内側ヨーク５と、非磁性体で構成されて大径部と小径部を有してコイル４が巻かれた筒状のボビン３、そしてボビン３に巻かれたコイル４と外側ヨーク２との隙間は樹脂部１３とし、さらに内側ヨーク５はエンド部９とその内径側をバルブ部側へ延長したコア延長部１０を設けている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動変速機の油圧制御回路等に用いられるリニアソレノイド駆動装置に関するものである。

図４はリニアソレノイドを駆動部として用いたリニアソレノイドバルブの概略図である。同図の（イ）はソレノイド部、（ロ）はバルブ部を示し、プランジャ（ハ）が左方向へ動くならば、バルブ本体（ホ）に摺動可能に収容されているスプール（ニ）が摺動し、上記バルブ本体（ホ）に設けている入力ポート（ヘ）及び出力ポート（ト）を開閉することが出来る。ここで、ソレノイド部（イ）にはコイル（チ）が上記プランジャ（ハ）の外周部に設けられていて、該コイル（チ）に通電するならば磁界が形成される。

この磁界によって発生する磁気力により上記プランジャ（ハ）が移動し、該プランジャ（ハ）はバルブ部（ロ）のスプール（ニ）を押圧して摺動させる。ところで、プランジャ（ハ）が左方向へ移動するならば、ソレノイド（イ）を構成しているコイルアセンブリ（リ）のエンド部（ヌ）とプランジャ（ハ）がオーバラップする面積が減少し、その結果、磁束密度が高くなる。磁界を構成している磁束線が、縮小した領域を通過することで磁束密度が高くなり、その結果、吸引力は大きくなる。該吸引力は半径方向にサイドフォースとして働く。

ソレノイド（イ）はコイルアセンブリ（リ）に設けている中心穴に上記プランジャ（ハ）が嵌って移動することが出来る構造と成っていて、上記サイドフォースによりプランジャ（ハ）はエンド部（ヌ）の内面に押付けられる。勿論、理論上は外方向へ作用するサイドフォースはバランスしてプランジャ（ハ）が中心穴の軸から位置ズレすることはないが、しかし現実的にはサイドフォースがバランスすることはなく、一方に片寄ってしまう。

その為に、プランジャ（ハ）はコイルアセンブリ（リ）の中心穴の内周面との間に滑り摩擦を発生し、プランジャ（ハ）の摺動が阻害され、その結果、スプール（ニ）の摺動を正しく制御することが出来なくなる。リニアソレノイドとはコイル（チ）に通電する電流の大きさによってプランジャ（ハ）の動きがコントロールされ、スプール（ニ）の摺動及びその位置を正確に制御されなくてはならない。しかし、プランジャ（ハ）に働くサイドフォースによりコイルアセンブリ（リ）の中心穴の内周面との間に摩擦力を発生することで、電流をコントロールしてもスプール（ニ）の位置を正確に制御することが出来なくなる。

特開２００３−１３４７８１号に係る「ソレノイド駆動装置及びそれを用いたリニアソレノイドバルブ」は、従来必要であったステータコアをなくすことにより、コンパクト化及び磁気効率の向上を図る構造としている。

コイルと、該コイルを巻付ける非磁性体からなるボビンと、該ボビンの両端に一体に形成される強磁性体からなる両エンド部とを、一体に組付けてコイルアッセンブリを構成している。コイルアッセンブリに形成した円筒状の中空部にプランジャを嵌合して、該プランジャを軸受部を介してコイルアッセンブリに直接支持している。そして、ヨーク，一方のエンド部，プランジャ，他方のエンド部にて磁気回路を形成し、他方のエンド部とプランジャ一端面にて吸引部を構成している。

このソレノイド駆動装置の場合も、プランジャがバルブ部側へ移動することで磁束受け渡し面積が縮小して磁束密度が高くなる構造と成っている。その為に、上記の通りサイドフォースが増大してプランジャが中心穴の軸から位置ズレする。スプール（ニ）の位置を正確に制御することが出来ない。
特開２００３−１３４７８１号に係る「ソレノイド駆動装置及びそれを用いたリニアソレノイドバルブ」

このように、従来のリニアソレノイドには上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこの問題点であって、プランジャの移動によって磁束の受け渡し面積が大きく縮小することなく、その結果、サイドフォースを増大することがないリニアソレノイドを提供する。

本発明に係るリニアソレノイドはコイルアセンブリとその中心穴に嵌って摺動するプランジャで構成し、その基本構造は従来と共通している。しかし、本発明の場合、プランジャがバルブ部側へ移動しても磁束受け渡し面積が大きく減少することのないコイルアセンブリ構造と成っている。後方端部には強磁性体から成るエンド部を有し、このエンド部の内径側のみをバルブ部側へ延長したコア延長部を有している。エンド部全体を延長したのではコイルが巻かれる領域が減少することから、コイル巻き数を確保する為に内径側のみ延長している。そこで、コイルが巻かれるコイル空間は上記コア延長部の外周にも形成されている。

コイルは非磁性体のボビンに巻かれる為に、エンド部の内径側をバルブ側へ延長したコア延長部を形成したことで、該ボビンには段差が形成されて大径と小径を有する筒状と成っている。そして、コイルの外周には筒状の外側ヨークが設けられてコイルアセンブリの外殻を構成している。プランジャの先端にはバルブ部を構成するスプール端が当接し、プランジャがバルブ部側へ移動することで該スプールを押圧して摺動させることが出来る。ただし、本発明ではリニアソレノイド駆動装置に関するものであり、バルブ部の構造に関しては自由である。

本発明のリニアソレノイド駆動装置はコイルアセンブリの中心穴にプランジャが嵌り、非磁性体のボビンにコイルが巻かれ、該コイルに通電することで発生する磁気力によって該プランジャはバルブ部側へ移動することが出来る。この点は、従来のリニアソレノイドと同じであるが、本発明では強磁性体で構成しているエンド部の内径側をバルブ部側へ延長したコア延長部を形成している。

従って、該プランジャが中心穴に嵌ってオーバラップする面積はエンド部内周面とコア延長部内周面となり、プランジャがバルブ部側へ移動しても磁束受け渡し面が大きく縮小することはなく、磁束密度に大きな変化は生じない。そこで、磁束密度の増加に伴うサイドフォースを増大させることもない。その結果、該サイドフォースを原因とする摩擦力に変化はなく、コイルアセンブリに流す電流をコントロールすることでプランジャの移動位置並びに該プランジャによって押圧されるスプールを正確に制御することが可能と成る。

本発明に係るリニアソレノイド駆動装置を示す実施例。 プランジャが距離ａだけ移動した場合。 コア延長部の長さに対する吸引力とサイドフォースの関係。 従来のリニアソレノイド駆動装置。

図１は本発明に係るリニアソレノイド駆動装置を示す実施例である。同図の１はプランジャ、２は外側ヨーク、３はボビン、４はコイル、５は内側ヨークを夫々表している。リニアソレノイドは上記コイル４に通電することで磁界が形成され、磁界に発生した磁気力にてプランジャ１は軸方向（同図の左方向）に移動することが出来、該プランジャ１はバルブ部を構成するスプール６を押圧して摺動させる。

バルブ部を備えたリニアソレノイド駆動装置は、例えば自動変速機の油圧回路に配設される。油圧回路ではオイルポンプから吐出される作動油がプライマリレギュレータバルブによって調整されてライン圧になり、該ライン圧がバルブ部に所定の入力圧として供給される。ここで、リニアソレノイド駆動装置は電流に基づいて作動し、プランジャ１が移動し、電流に対応する油圧を所定の箇所に供給することが出来るように構成している。

リニアソレノイド駆動装置は、その基本構造をコイルアセンブリ７と該コイルアセンブリ７に対して前進・後退移動するプランジャ１で構成し、プランジャ１はコイルアセンブリ７の中心穴８に嵌っている。そして、コイルアセンブリ７の外周には外側ヨーク２が包囲して配設され、内側には内側ヨーク５とボビン３が配置されている。

コイルアセンブリ７は筒状に形成され、該コイルアセンブリ７内には、軸方向において一定の径を有する中心穴８が形成され、該中心穴８に上記プランジャ１が進退自在に嵌入されている。従って、プランジャ１は、中心穴８に嵌った状態でコイルアセンブリ７によって支持されている。そして、プランジャ１には複数本の油路１７，１７・・が貫通している。

外側ヨーク２は底部１４を有す筒状体から成り、該底部１４の中心には小さい凸部１５を内側へ突出している。この底部１４はコイルアセンブリ７の後端に取付けられて外側ヨーク２のツバ１８との間に挟まれているが、筒状の外側ヨーク２は一般に深絞り又は冷間鍛造等の塑性加工によって一体成形される。そして、同図には図示していないが、外側ヨーク前端部には所定の幅にて切欠き部が軸方向に形成され、該切欠き部にはコイルアセンブリ７に通電する為のコネクタが取付けられる。

そして内側ヨーク５は概略筒状を成して、内側ヨーク５のエンド部９の内径側はバルブ部側へ延長したコア延長部１０を形成し、概略筒状のボビン３は内側ヨーク５と組み合わされて中心穴８を形成し、この中心穴８にプランジャ１が嵌っている。コイル４は上記ボビン３に巻かれるが、上記内側ヨーク５はエンド部９から内径側にコア延長部１０を設けていることで、該ボビン３は段差を形成して大径部と小径部を有す筒状となり、この筒状ボビン３の外周にコイル４が巻かれている。

内径側だけでなく、エンド部９の全体を大きく延ばして長くすることで、プランジャ１とオーバラップする面積を拡大することは出来る。しかし、ボビン３の長さが縮小されてコイル４が巻かれる空間及びコイル巻き数が縮小されるならば、プランジャ１を吸引する磁気力が低下してしまう。しかし、コイルが巻かれる空間及びコイル巻数を維持するならば、コイルアセンブリ７の全長が長くなってしまう。本発明はプランジャ１を吸引する磁気力の低下を伴うことなく、該プランジャ１が移動してもオーバラップする面積が大きく縮小しないように構成している。

ボビン３のバルブ部側には強磁性体から成るリング状のエンド部１１を有して組み合わされ、該エンド部１１と抱き合う強磁性体から成るフランジ１２が配置されている。ところで、上記ボビン３の外周にはコイル４が巻かれ、該コイル４と外側ヨークの間は樹脂部１３と成っている。ここで、コイル４が巻かれるボビン３は非磁性体で構成している。例えば、ステンレススチールなどの非磁性金属を使用したり、合成樹脂とすることも出来る。

ところで、上記コイル４に通電されるならば、図１に示すようにコイル４の周りには磁力線１９，１９・・・が発生して磁界が形成される。従って、この磁界によって発生する磁気力にてコイルアセンブリ７の中心穴８に嵌っているプランジャ１は左方向へ移動し、バルブ部６のスプール６を押圧して摺動させる。

図１に示すリニアソレノイド駆動装置のプランジャ１は最も後退した下死点にあり、プランジャ１と内側ヨーク５との磁束の受け渡し面積が最大と成る位置にある。すなわち、内側ヨーク５のエンド部９とプランジャ１が互いにオーバラップする長さはＬ_１と成っている。コイル４を中心として発生する磁力線は、プランジャ１とエンド部９とで受け渡す場合もあるが、コア延長部１０を経由して受け渡すことも出来る。

従って、プランジャ１が左側（バルブ部側）へ移動する場合、磁束の受け渡し面積の大きな減少は生じない。図２はプランジャ１が距離ａだけ左方向へ移動した場合を示しているが、プランジャ１が移動したことで内側ヨーク５のエンド部９とプランジャ１が互いにオーバラップする長さはＬ_２となる。

従来のようにプランジャ１がオーバラップする領域がエンド部９だけであれば、Ｌ_１がＬ_２となり、磁束の受け渡し面積が大きく縮小することになる。しかし、本発明ではコア延長部１０を設け、エンド部９からバルブ部側へ延びていることで、磁束の受け渡し面積の縮小率はそれ程大きくならない。ここで、コア延長部１０の長さや厚さを特に限定しないが、同図に示すように少なくともエンド部９の長さ以上が好ましい。

このように、本発明のリニアソレノイド駆動装置は、このコア延長部１０を設けることにより、磁束の受け渡し面積の縮小を抑制することが出来、サイドフォースの増大を抑えることが可能となる。図３はコア延長部１０の長さに対するサイドフォースと吸引力の関係を表している。同図によるとコア延長部１０の長さが大きくなるにつれてサイドフォースは小さくなる。しかし、一方のプランジャ１を吸引する力に関しては大きな変化は見られないことがこのテストから知ることが出来る。

以下に本発明に係るリニアソレノイド駆動装置の動作を説明すると、プランジャ１の初期位置においては、底部１４に突出して形成している凸部１５が底面１６に当接し、コネクタ（図示なし）を介してコイル４に電流が供給されると磁束が生じる。ボビン３は非磁性体で形成されているので、磁力線１４，１４・・・は非磁性体であるボビン３を迂回し、外側ヨーク２、エンド部１１、フランジ１２、プランジャ１、コア延長部１０、エンド部９内を通る磁気回路が形成され、これに伴ってプランジャ１は左方向へ引っ張られる。

コイル４の周りに発生した磁界によってプランジャ１は所定の吸引力で吸引され、プランジャ１は左方向へ移動することが出来る。その結果、バルブ部を作動させることに成るが、プランジャ１のストローク量（移動量）に基づいて、スプール６はプランジャ１と共に前進して該スプール６の位置が制御される。これにより、バルブ部に設けている入力ポート（図示なし）とドレーンポート（図示なし）との流通割合が制御されて油量が調整され、出力ポートから調整された油量が前記出力圧として流出する。

そして、軸方向においてはプランジャ１とエンド部９とはオーバラップしており、所定の磁束受け渡し面積が確保されている。そこで、プランジャ１が左方向へ移動することによりエンド部９とオーバラップしている磁束受け渡し面積が減少するが、該エンド部９から延びているコア延長部１０はプランジャ１と磁束受け渡し面積が縮小することなく常にオーバラップしている為に、大きなサイドフォースが発生することはなく、プランジャ１のスムーズな動きが確保される。ひいては、油圧の制御を正確に行い得る。

上記コイル４への通電が遮断されると、バルブ部先端に取付けているスプリング荷重によってスプール６及びプランジャ１は後退（右方向に移動）させられ、プランジャ１の底面１６は底部１４に形成している凸部１５に当接して停止する。ここで、プランジャ１には複数本の油路１７，１７・・・が貫通して設けられており、該プランジャ１が移動する度に内部の油は該油路１７，１７・・を流れるようになる。

１ プランジャ
２ 外側ヨーク
３ ボビン
４ コイル
５ 内側ヨーク
６ スプール
７ コイルアセンブリ
８ 中心穴
９ エンド部
10 コア延長部
11 エンド部
12 フランジ
13 樹脂部
14 底部
15 凸部
16 底面
17 油路
18 ツバ
19 磁力線

Claims (3)

1. コイルを巻いたコイルアセンブリの中心穴にプランジャを嵌め、上記コイルに通電することで該プランジャを移動することが出来るリニアソレノイド駆動装置において、コイルアセンブリは、底部を有す筒状の外側ヨークの内部に概略筒状で強磁性体で構成した内側ヨークと、非磁性体で構成されて大径部と小径部を有してコイルが巻かれた筒状のボビン、そしてボビンに巻かれたコイルと外側ヨークとの隙間は樹脂部とし、さらに内側ヨークにはエンド部とその内径側をバルブ部側へ延長したコア延長部を設けたことを特徴とするリニアソレノイド駆動装置。
2. 上記コア延長部はボビンの大径部の内側に組み合わされた請求項１記載のリニアソレノイド駆動装置。
3. 上記コア延長部の長さをエンド部の長さ以上とした請求項１、又は請求項２記載のリニアソレノイド駆動装置。

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