JP2016133037A - 電磁アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
Description
例えば特許文献1に開示された電磁アクチュエータでは、コイル(18)の外周に、金属板をアーチ状に曲げた形状のヨーク(27)が設けられている。
この構成の電磁アクチュエータをバルブリフト調整装置に適用した場合、出力ピンの後退時、カムシャフトに当接した先端部がカムシャフトのトルクにより後退方向に押し戻される。このとき、所定の引込みストロークの位置まで押し戻された後、引込みストロークの位置から後退限までは、電磁アクチュエータ自体の永久磁石の磁力によって後退する。しかし、ヨークの板厚や、プレートとヨークとの磁気ギャップが一定であるため、引込みストロークの位置から後退限までの引込み力が十分に得られないという問題がある。
出力ピンは、バルブリフト調整装置のカムシャフトに対し前進可能に設けられ、且つ、カムシャフトに当接した先端部がカムシャフトのトルクにより後退方向に押し戻される。
ステータは、軟磁性体で形成され、永久磁石に対し出力ピンとは反対側に設けられる。
コイルは、通電時、永久磁石の磁界と逆方向の磁界を生成しステータと永久磁石との間に反発力を発生させる。
ヨークは、軟磁性体で筒状に形成され、フロントプレートの外周壁と対向する内周壁を有し、ステータ及びフロントプレートを経由する磁気回路を形成する。
そして、ヨークの内周壁に、可動部が後退限に近づくときフロントプレートの外周壁との間の磁気ギャップが小さくなるように径内方向に突出する凸部が設けられていることを特徴とする。
第1実施形態の電磁アクチュエータの構成について、図1〜図5を参照して説明する。
図1〜図4に示すように、本実施形態の電磁アクチュエータ21は、「2ピン式」の電磁アクチュエータであり、2本の出力ピン601、602のいずれか一方をバルブリフト調整装置のカムシャフト94に対して作動させる。
その他、ヨークについては、部材全体を「ヨーク35」とした上で、第1コイル301を覆い第1静止部231を構成する部分を「第1ヨーク部351」、第2コイル302を覆い第2静止部232を構成する部分を「第2ヨーク部352」とする。
さらに、出力ピン60のカムシャフト94側の端部を先端部64といい、先端部64とは反対側の端部を基端部61という。
コイル31に対し可動部24と反対側には、コネクタ部27が設けられている。外部の電源からコネクタ部27のターミナルを経由して通電されることにより、コイル31は磁界を生成する。この磁界により発生する電磁力の作用については後述する。なお、図1、図2におけるコネクタ部27の断面図示を省略する。
切欠部353、354及び接続部355を除く部分では、ヨーク35は、ステータ32及びフロントプレート45を経由する磁気回路を形成する。
また、ヨーク35のスリーブ70側の開口部には、鍔部39が形成されている。
永久磁石40は、径方向の断面形状が円形の板状である。図1、図2に示すように、例えば第1永久磁石401は、リアプレート部43側がN極、フロントプレート45側がS極というように軸方向に着磁されている。逆に、第2永久磁石402は、リアプレート部43側がS極、フロントプレート45側がN極というように着磁されている。
なお、隣接する永久磁石401、402の磁極配置は同じ向きとしてもよい。磁極配置を同じ向きとする形態について、実施形態の効果の説明の中で言及する。
シャフト部42は、ステータ32のガイド穴33に摺動可能に収容されている。可動部24の作動時にシャフト部42がガイド穴33に案内されるため、可動部24は、位置決めされつつ直進する。図1、図2に示すように、可動部24の後退限から前進限までの移動範囲にわたって、シャフト部42の少なくとも一部がステータ32とラップする。
また、シャフト部42は、軸方向に貫通する呼吸穴425が形成されている。
フロントプレート45は、軟磁性体で形成され、永久磁石40の出力ピン60側で永久磁石40に接合されている。上述の第1永久磁石401の磁極配置の場合、リアプレート部43はN極、フロントプレート45はS極とみなされる。
さらに、永久磁石40及びフロントプレート45は、それぞれ中心部に、呼吸穴425に連通する連通穴405、455が形成されている。
図5に示すように、永久磁石40の磁束は、リアプレート部43の後端面433からステータ32の対向部端面340に直接向かう経路ΦMd、及び、シャフト部42を経由しガイド穴33の内壁に向かう経路ΦMsの2つの磁気経路を通ってステータ32に伝達される。
一方、ヨーク35の内周壁36とリアプレート部43及び永久磁石40との間は、磁気が短絡することを防止するため、磁気ギャップを大きめに確保する必要がある。そのため、フロントプレート45の外径は、永久磁石40の外径よりも大きく形成されている。
すると、リアプレート部43とステータ32の対向部34とが同極となるため、リアプレート部43の後端面433とステータ32の対向部端面340との間に電磁力としての反発力が発生する。この反発力によって、可動部24は、後退限から前進する。そして、可動部24と共に出力ピン60が前進する。
可動部24の作動によってフロントプレート45の前端面457がスリーブ70の端面72に近づくと、図2に示すように、前端面457とスリーブ端面72とが磁気吸引力によって当接し、可動部24は前進限に保持される。
本実施形態の電磁アクチュエータ21の効果について、図6を参照して説明する。
(1)図6は、可動部24のストロークと、永久磁石40の吸引力特性との関係を示した図である。横軸のストローク0は後退限を示し、ストロークLmaxは前進限を示す。縦軸は、吸引力0の線を基準として、正方向に大きいほど後退方向への吸引力が大きく、負方向に大きいほど前進方向への吸引力が大きいことを意味する。
第1実施形態では、可動部24が後退限に近づくとき、内周壁36と外周壁46との磁気ギャップが小さくなり、図5に示す磁気回路ΦMを磁気が通りやすくなる。そのため、凸部37を設けない形態での参照特性Refに対し、ストロークがL2(>L1)の位置から正方向の吸引力が増加し始め、後退限手前領域Zrでは台状の吸引力特性が現れる。すなわち、あるストローク範囲にわたって一定以上の吸引力が維持される。したがって、出力ピン60がカムシャフト94のトルクによって押し戻された後、可動部24を後退限まで後退させる引込み力を向上させることができる。
次に、第2実施形態の電磁アクチュエータについて、第1実施形態の図5、図6に対応する図7、図8を参照して説明する。ここで、図7は、可動部24が前進限に至る手前の位置、すなわち、フロントプレート45の前端面457がスリーブ後端面72に当接する手前の位置を示している。以下の実施形態の説明では、第1実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(ア)ヨーク35の内周壁36に形成される凸部の形状に関する他の実施形態の例を図9に示す。図9(a)は第1実施形態の凸部37の拡大図である。この凸部37は、断面が単純な長方形状であり、凸部37とそれ以外の部分との境界で内径がエッジ状に変位している。その他、図9(b)に示す凸部373は、断面が台形状であり、凸部373との境界で内径が徐変している。徐変範囲や徐変角度を調整することで、引込み力特性を所望のプロファイルに細かく設定することができる。また、図9(c)に示す凸部374は、例えば板金をプレス加工して形成されている。このように、凸部の形状を問わず、上記実施形態と同様の効果が得られる。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
24 ・・・可動部、
31 ・・・コイル、
32 ・・・ステータ、
35 ・・・ヨーク、 36 ・・・内周壁、
37 ・・・凸部、 38 ・・・段部、
40 ・・・永久磁石、
45 ・・・フロントプレート、
60 ・・・出力ピン、 64 ・・・先端部、 94 ・・・カムシャフト。
Claims (3)
- 内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのリフト量を調整するバルブリフト調整装置に適用され、電磁力により出力ピンを駆動する電磁アクチュエータであって、
前記バルブリフト調整装置のカムシャフト(94)に対し前進可能に設けられ、且つ、前記カムシャフトに当接した先端部(64)が前記カムシャフトのトルクにより後退方向に押し戻される出力ピン(60)と、
前記出力ピンの基端側で軸方向の両端が互いに異なる極性となるように着磁され、前記出力ピンと共に移動する可動部(24)の一部を構成する板状の永久磁石(40)と、
軟磁性体で形成され、前記永久磁石に対し前記出力ピンとは反対側に設けられるステータ(32)と、
通電時、前記永久磁石の磁界と逆方向の磁界を生成し前記ステータと前記永久磁石との間に反発力を発生させるコイル(31)と、
軟磁性体で形成され、前記永久磁石の前記出力ピン側で前記永久磁石に接合されて前記可動部の一部を構成し、前記永久磁石の外径より大きな外径を有するフロントプレート(45)と、
軟磁性体で筒状に形成され、前記フロントプレートの外周壁(46)と対向する内周壁(36)を有し、前記ステータ及び前記フロントプレートを経由する磁気回路を形成するヨーク(35)と、
を備え、
前記ヨークの前記内周壁に、前記可動部が後退限に近づくとき前記フロントプレートの前記外周壁との間の磁気ギャップが小さくなるように径内方向に突出する凸部(37)が設けられていることを特徴とする電磁アクチュエータ。 - 軟磁性体で形成され、前記可動部の前進限において前記フロントプレートが当接するスリーブ(70)をさらに備え、
前記ヨークの前記内周壁における前記凸部よりも前記スリーブ側に、前記可動部が前進限に近づくとき前記フロントプレートの前記外周壁との間の磁気ギャップが小さくなるように径内方向にシフトする段部(38)が設けら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。 - 前記コイル、前記ステータ及び前記可動部を互いに隣接した状態で2組備え、2つの前記出力ピンを個別に駆動し、
隣接する2つの前記永久磁石は、磁極が互いに逆向きに配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電磁アクチュエータ。
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