JP2017045950A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】可動体をスライドさせる推力を簡単な構成にて向上できるアクチュエータを提供する。【解決手段】径方向に着磁され、第１磁性体部１２の外周にリング状に配されて装着された永久磁石１３と、通電により磁気吸引ギャップｋｇを狭める磁気吸引方向への磁力を発生して、第１部材１０と第２部材２０とを相対的に離れた非吸引位置から非吸引位置よりも近づいた吸引位置へとスライドさせるコイル２５と、第１磁性体部１２において永久磁石１３の軸方向に隣接して設けられ、透磁率の低い材質にて形成された低透磁率部１５を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気吸引作用により軸方向にスライドする可動体を備えるアクチュエータに関する。

従来、磁気吸引作用により軸方向にスライドする可動体を備えるアクチュエータとして、例えば、特許文献１が開示する技術では、磁性体製の可動体の軸方向に着磁したリング状の永久磁石を環状溝に装着した可動体において、永久磁石の内側に存在する磁性体製のコア材を薄く設けることにより、永久磁石の内側のコア材を磁気飽和させていた。これにより、永久磁石の軸方向に向うべく磁束が、永久磁石の内側のコア材を通ることで弱まる不具合を回避して、永久磁石の磁力を効率的に磁気吸引作用に用いていた。又、可動体をリング状の２つの鉄心とその鉄心間に軸方向に着磁した永久磁石とをセンタリングする非磁性体製の中心筒に結合することによって、前述の磁性体製のコア材を存在しない構成にして、永久磁石の軸方向に向うべく磁束が、永久磁石の内側のコア材を通ることで弱まる不具合を回避して、永久磁石の磁力を効率的に磁気吸引作用に用いていた。

特開２０１１−１１７３１７号公報

特許文献１に示されるアクチュエータでは、その前者の構成では、コア材を磁気飽和させても、その部分では磁束漏れが生じているため磁気吸引力は向上せず、可動体をスライドさせる推力の向上の妨げとなっていた。一方、その後者の構成では、可動体は、中心筒並び２つの鉄心が必要となるため、構成が複雑であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、可動体をスライドさせる推力を簡単な構成にて向上できるアクチュエータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係るアクチュエータは、第１磁性体部を備えた第１部材と、前記第１部材の径方向に着磁され、前記第１磁性体部の外周にリング状に配されて装着された永久磁石と、前記第１磁性体部から前記径方向に離して設けられ、前記永久磁石の磁路を形成するヨーク部を有する第２磁性体部を備え、前記第１部材との間で相対移動可能な第２部材と、前記永久磁石が装着された位置から軸方向に離れ、前記第１磁性体部と前記第２磁性体部との軸方向間に形成された磁気吸引ギャップと、前記第２磁性体部に設けられ、前記永久磁石との径方向間に磁束受渡ギャップを形成する磁気受渡部と、前記磁気受渡部に対し径方向に設けられ、通電により前記磁気吸引ギャップを狭める磁気吸引方向への磁力を発生して、前記第１部材と前記第２部材とを相対的に離れた非吸引位置から前記非吸引位置よりも近づいた吸引位置へとスライドさせるコイルと、前記第１磁性体部において前記永久磁石の軸方向に隣接して設けられ、透磁率の低い材質にて形成された低透磁率部と、を備えたことを要旨とする。

上述したように本発明のアクチュエータは、第１部材の径方向に着磁され、第１磁性体部の外周にリング状に配されて装着された永久磁石と、第１磁性体部において永久磁石の軸方向に隣接して設けられ、透磁率の低い材質にて形成された低透磁率部とにより、第１磁性体部内における永久磁石の磁束の短絡を防止するとともに磁気受渡部内における永久磁石の磁束の短絡を防止できる。従って、永久磁石が発生する磁束は、永久磁石、第１磁性体部、磁気吸引ギャップ、第２磁性体部のヨーク部及び磁気受渡部、磁気受渡ギャップを経由する磁気吸引ループを流れるため、永久磁石による磁気吸引力を増大することができる。従って、可動体を構成する第１部材と第２部材との内の一方をスライドさせる推力を、向上できる。特別な部材あるいは特別な材質も必要とせず簡単な構成にて、可動体をスライドさせる推力の向上を行うことができる。

本発明の実施形態に係るアクチュエータの縦断面図である。 図１に示すアクチュエータの要部断面図であり、非吸引位置の状態にある場合を示している。 図１に示すアクチュエータの要部断面図であり、吸引位置の状態にある場合を示している。 アクチュエータの非吸引位置における磁束線図である。 アクチュエータの非吸引位置と吸引位置との中間である中間位置における磁束線図である。 アクチュエータの吸引位置における磁束線図である。 アクチュエータのストローク‐推力特性線図である。 本発明の実施形態に係るアクチュエータの他の例を示す要部断面図であり、吸引位置の状態にある場合を示している。

以下、本発明の実施形態に係るアクチュエータ１について、その構成を図１〜図３を参照して説明する。アクチュエータ１は、例えば、変速装置のシフトフォーク（図示略）をスライドさせて要求変速段を成立させるアクチュエータ等に用いられる。アクチュエータ１は、図１に示す如く、第１部材１０と、第１部材１０との間で相対移動可能な第２部材２０とを備え、例えば第１部材１０と第２部材２０のうち、一方が固定され、その他方は、一方に対し、軸方向（図１の上下方向）にスライド可能である。説明の都合上、第１部材１０を可動体として第２部材２０に対して軸方向にスライド可能に作動し、一方、第２部材２０は固定され、固定部材として作動する構成である。

第１部材１０は、非磁性製で軸状のプランジャ１１に、磁性材製のリング状の第１磁性体部１２が固定されている。第１磁性体部１２の軸方向の一端には、第１磁性体部１２の径方向に着磁されて、第１磁性体部１２の外周にリング状に配して装着された所謂リング状の永久磁石１３が、第１磁性体部１２に固定されている。図１において、圧入又は接着等により第１磁性体部１２に固定されている永久磁石１３は、外周がＳ極、内周がＮ極となるよう着磁されているが、これに限定されるものではなく、外周がＮ極、内周がＳ極となるよう着磁されていても良い。

第２部材２０は、非磁性材製のハウジング２２と非磁性材製のカバー２３とによって構成されたケーシング２１の内部には、磁性材製の第２磁性体部２４とコイル２５が設けられ、第２磁性体部２４とコイル２５は、ケーシング２１に対して固定された関係にある。

第２磁性体部２４は、第１磁性体部１２とは、径方向に離れて設けられ、永久磁石１３の磁路及びコイル２５の作用による磁路を形成する。第２磁性体部２４は、コイル２５を囲むヨーク部２４ａと、軸方向に延在して永久磁石１３との径方向間に第１磁束受渡ギャップｕｇ１（磁束受渡ギャップに相当する）を形成する第１磁気受渡部２６（磁気受渡部に相当する）と、第１磁気受渡部２６と軸方向に離れて、テーパ状に形成され、第１磁性体部１２との径方向間に第２磁束受渡ギャップｕｇ２を形成する第２磁気受渡部２７を備える。第１磁性体部１２の他端の端面１２ａと、第１磁性体部１２の他端の端面１２ａに対向した第２磁気受渡部２７の端面２７ａとの軸方向間には、磁気吸引ギャップｋｇが形成される。コイル２５は、図１に示す如く、第１磁気受渡部２６に対し、径方向に設けられている。

プランジャ１１は、第２部材２０に設けられた一対の軸受２８にて軸方向に移動自在に支持されている。プランジャ１１の一端１１ａ（図１の下方）には、連結用フランジ１４が固定されている。連結用フランジ１４の外周に形成された連結部１４ａは、カバー２３に形成された窓２３ａからカバー２３の外方へ延在する。なお、窓２３ａは、連結部１４ａの所定のスライドを妨げない構成にされている。連結部１４ａには、シフトフォーク（図示略）と連結された連結部材（図示略）が連結されて、プランジャ１１のスライドの動作が連結部材を介してシフトフォークへ伝達されることにより、シフトフォークをスライドさせて要求変速段を成立させることができる。

プランジャ１１は、カバー２３と連結用フランジ１４に装着されたスプリング２９（付勢部材に相当する）の付勢作用により、図１上方へスライドする。プランジャ１１の上方へのスライドは、プランジャ１１の他端１１ｂがハウジング２２に形成されたストッパ部２２ａに当接することにより、規制される。この様に、スプリング２９による磁気吸引ギャップｋｇを拡げる方向への付勢作用により、図１に示す如く、プランジャ１１がストッパ部２２ａに当接して、第１部材１０と第２部材２０とを相対的に軸方向に離間した非吸引位置に、プランジャ１１はスライドする。このプランジャ１１の非吸引位置では、図１及び図２に示す如く、永久磁石１３と第１磁気受渡部２６とは、軸方向にオーバーラップしない様に永久磁石１３が第１磁気受渡部２６に対してコイル２５による磁気吸引ギャップｋｇを狭める磁気吸引方向とは反対方向に変位して配置される。

第２部材２０に設けられたコイル２５は、制御装置３０のコイル駆動部３０ａによる通電にて、スプリング２９の付勢に抗して磁気吸引ギャップｋｇを狭める磁気吸引方向への磁力を発生して第１部材１０と第２部材２０とを相対的に軸方向に非吸引位置よりも近づいた吸引位置へとスライドさせる。この様に、コイル２５への通電による磁力にて、磁気吸引ギャップｋｇを狭める磁気吸引力が生じて、プランジャ１１が、軸方向（図１下方）へスライドする。このプランジャ１１の図１下方へのスライドは、図３に示す如く、第１磁性体部１２の端面１２ａが、第２磁気受渡部２７の端面２７ａに当接し吸着された吸引位置にて規制される。この吸引位置は、前述の非吸引位置よりも、第１部材１０と第２部材２０とを相対的に軸方向に近づいた位置である。

図３に示す如く、プランジャ１１が吸引位置即ち第１磁性体部１２の端面１２ａが、第２磁気受渡部２７の端面２７ａに当接し吸着された状態で、制御装置３０のコイル駆動部３０ａによりコイル２５への通電を停止しても、永久磁石１３による磁気吸引作用にて、プランジャ１１は、吸引位置に保持される。なお、プランジャ１１を図３に示す吸引位置から図１及び図２に示す非吸引位置へとスライドするには、制御装置３０のコイル駆動部３０ａにて、プランジャ１１を非吸引位置から吸引位置へとスライド場合とは、コイル２５への通電を逆方向とすることにて行うことができる。

第１磁性体部１２において磁気吸引ギャップｋｇに向けて永久磁石１３から軸方向に隣接した部分（図１において、軸方向における第１磁性体部１２の小径部１２ｂに固定される永久磁石１３と、第１磁性体部１２の大径部１２ｃとの間の部分）には、透磁率の低い材質にて形成された低透磁率部１５が設けられている。透磁率の低い材質としては、例えば、空気、アルミニウム、ステンレス、銅等が該当し、本実施形態では、空気を用いた例を説明する。低透磁率部１５の材質を空気とした場合は、低透磁率部１５は、第１磁性体部１２の外周部に環状の凹部を形成することで足りる。低透磁率部１５は、第１磁性体部１２内における永久磁石１３の磁束の短絡を防止するとともに第１磁気受渡部２６内における永久磁石１３の磁束の短絡を防止するものである。従って、低透磁率部１５を形成する凹部の軸方向の長さ及び深さは、第１磁性体部１２内における永久磁石１３の磁束の短絡を防止するとともに第１磁気受渡部２６内における永久磁石１３の磁束の短絡を防止できるように設定される。

この様に本発明のアクチュエータ１によれば、低透磁率部１５の作用により、第１磁性体部１２内における永久磁石１３の磁束の短絡が防止され、また第１磁気受渡部２６内における永久磁石１３の磁束の短絡も防止される。従って、永久磁石１３の磁束は、永久磁石１３のＮ極から、第１磁性体部１２、第２磁気受渡ギャップｕｇ２及び磁気吸引ギャップｋｇ、第２磁気受渡部２７、ヨーク部２４ａ、第１磁気受渡部２５、第１磁気受渡ギャップｕｇ１を経由して永久磁石１３のＳ極に至る磁気吸引ループを流れる。この結果、永久磁石１３による磁気吸引力を増大することができる。従って、アクチュエータ１の磁気吸引作用による可動体であるプランジャ１１の推力を向上させることができる。

特に、図１及び図２に示す如く、磁気吸引ギャップｋｇを拡げる方向へ第１部材１０と第２部材２０とを相対的に軸方向に離間した非吸引位置にある場合に、永久磁石１３と第１磁気受渡部２６とは、軸方向にオーバーラップしない様に永久磁石１３が第１磁気受渡部２６に対して磁気吸引ギャップｋｇを狭める磁気吸引方向とは反対方向に変位して配置される場合は、低透磁率部１５が第１磁気受渡部２６と確実に対向することができる。これにより、第１磁性体部１２内及び第１磁気受渡部２６内における永久磁石１３の磁束の短絡も確実に防止できるため、永久磁石１３の磁力による磁気吸引作用を有効に利用でき、可動体であるプランジャ１１の推力をより向上させることができる。

次に、本発明のアクチュエータ１のコイル２５に所定電流を通電して。プランジャ１１の各位置における磁束線の状態を、図４〜図６に基づいて説明する。なお、図４〜図６に示す磁束線は、測定の都合上、内部に空洞部１１ｃを備えた筒状のプランジャ１１を使用した場合における測定結果であり、図４〜図６において、左端の縦線１１ｄは、プランジャ１１の中心線を表している。

図４は、プランジャ１１が非吸引位置即ち磁気吸引ギャップｋｇが最も拡がった状態にある場合に、コイル２５に所定電流を通電し場合の磁束の流れを示す。図４に示される様に、コイル２５及び永久磁石１３による磁束は、低透磁率部１５の作用により、第１磁性体部１２内で短絡することなく又第１磁気受渡部２６内で短絡することなく、永久磁石１３、第１磁性体部１２、第２磁気受渡ギャップｕｇ２及び磁気吸引ギャップｋｇ、第２磁気受渡部２７、ヨーク部２４ａ、第１磁気受渡部２６、第１磁気受渡ギャップｕｇ１を経由して永久磁石１３に至る磁気吸引ループを流れる。これにより、永久磁石１３及びコイル２５による磁気吸引力を増大することができるため、アクチュエータ１のプランジャ１１の推力を向上させることができる。

図５は、プランジャ１１が非吸引位置と吸引位置と中間である中間位置にある状態で、コイル２５に所定電流を通電した場合の磁束の流れを示す。プランジャ１１がこの中間位置にある場合も、図４に示す非吸引位置にある場合と同様に、コイル２５及び永久磁石１３による磁束は、低透磁率部１５の作用により、第１磁性体部１２内で短絡せず又第１磁気受渡部２５内でも短絡しないことにより、永久磁石１３及びコイル２５による磁気吸引力を増大することができるため、アクチュエータ１のプランジャ１１の推力を向上させることができる。

図６は、プランジャ１１が吸引位置即ち磁気吸引ギャップｋｇが最も狭められて第１磁性体部１２の端面１２ａが、第２磁気受渡部２７の端面２７ａに当接し吸着された状態で、コイル２５に所定電流が通電されている場合の磁束の流れを示す。プランジャ１１がこの吸引位置にある場合も、図４に示す非吸引位置にある場合と同様に、コイル２５及び永久磁石１３による磁束は、低透磁率部１５の作用により、第１磁性体部１２内で短絡せず又第１磁気受渡部２５内でも短絡しないことにより、永久磁石１３及びコイル２５による磁気吸引力を増大することができるため、アクチュエータ１のプランジャ１１の推力を向上させることができる。

図７は、コイル２５に所定電流を通電した場合、アクチュエータ１におけるストロークと推力の関係を示す特性図である。図７の実線は、本実施形態によるアクチュエータ１による場合を示す。なお、図７の破線は、参考例として本実施形態のアクチュエータ１の構成から永久磁石１３を取り除いた場合を示す。

図７から明らかな様に、本実施形態のアクチュエータ１によれば、磁気吸引ギャップＫｍが拡がっているストロークの位置である非吸引位置から、吸引位置との中間となる中間位置では、アクチュエータ１の推力を前述の参考例と比べて大幅に向上できもので、非吸引位置では、参考例と比較して７〜８倍の推力が得られる。この様に、永久磁石１３と低透磁率部１５の作用が、アクチュエータ１の推力を向上させることに寄与している。

本発明の実施形態に係るアクチュエータ１の他の例の構成について、図３に対応させて示す図８を参照して説明する。なお、図８においては、図３に示すアクチュエータ１の構成部材と同一の構成部材は同一番号を付して詳細な説明は省略する。このアクチュエータ１は、低透磁率部１５を、第１磁性体部１２に設けた低透磁率部１５ａに加え、第１磁気受渡部２６にも低透磁率部１５ｂを設ける様にして、低透磁率部１５ａと低透磁率部１５ｂとの作用にて、前述の低透磁率部１５と同様な作用が発揮できる構成としたものである。

具体的には、低透磁率部１５ａ及び低透磁率部１５ｂも低透磁率部１５と同様に凹部にて構成され、低透磁率部１５ａの軸方向の長さＬ１は、図３に示す低透磁率部１５の長さＬよりも短くされる。低透磁率部１５ａの軸方向の長さＬ１と低透磁率部１５ｂの軸方向の長さＬ２との和が、プランジャ１１がストロークする範囲の間オーバーラップすることなく、低透磁率部１５の軸方向の長さＬに近似させる構成である。

これにより、低透磁率部１５ａと低透磁率部１５ｂとの作用により、低透磁率部１５と同様に、コイル２５及び永久磁石１３による磁束は、第１磁性体部１２内で短絡することなく又第１磁気受渡部２６内で短絡することなく、永久磁石１３、第１磁性体部１２、第２磁気受渡ギャップｕｇ２及び磁気吸引ギャップｋｇ、第２磁気受渡部２７、ヨーク部２４ａ、第１磁気受渡部２６、第１磁気受渡ギャップｕｇ１を経由して永久磁石１３に至る磁気吸引ループを流れる。これにより、永久磁石１３及びコイル２５による磁気吸引力を増大することができるため、アクチュエータ１のプランジャ１１の推力を向上させることができる。

なお、本発明の実施形態では、第１部材１０を可動部材として第２部材２０に対して軸方向にスライド可能に作動し、一方、第２部材２０は固定され、固定部材として作動する構成を説明したが、これに代えて、第２部材２０を可動部材として第１部材１０に対して軸方向にスライド可能に作動し、一方、第１部材１０は固定され、固定部材として作動する構成に変更可能である。

上述の如く、本発明の実施形態によるアクチュエータ１によれば、第１磁性体部１２を備えた第１部材１０と、第１部材１０の径方向に着磁され、第１磁性体部１２の外周にリング状に配されて装着された永久磁石１３と、第１磁性体部１２から径方向に離して設けられ、永久磁石１３の磁路を形成するヨーク部２４ａを有する第２磁性体部２４を備え、第１部材１０との間で相対移動可能な第２部材２０と、永久磁石１３が装着された位置から軸方向に離れ、第１磁性体部１２と第２磁性体部２４との軸方向間に形成された磁気吸引ギャップｋｇと、第２磁性体部２４に設けられ、永久磁石１３との径方向間に磁束受渡ギャップｕｇ１を形成する磁気受渡部２６と、磁気受渡部２６に対し径方向に設けられ、通電により磁気吸引ギャップｋｇを狭める磁気吸引方向への磁力を発生して、第１部材１０と第２部材２０とを相対的に離れた非吸引位置から非吸引位置よりも近づいた吸引位置へとスライドさせるコイル２５と、第１磁性体部１２において永久磁石１３の軸方向に隣接して設けられ、透磁率の低い材質にて形成された低透磁率部１５、１５ａ，１５ｂと、を備える。これにより、第１部材１０の径方向に着磁され、第１磁性体部１２の外周にリング状に配されて装着された永久磁石１３と、第１磁性体部１２において永久磁石１３の軸方向に隣接して設けられ、透磁率の低い材質にて形成された低透磁率部１５とにより、第１磁性体部１２内における永久磁石１３の磁束の短絡を防止するとともに磁気受渡部２６内における永久磁石の磁束の短絡を防止できる。従って、永久磁石１３が発生する磁束は、永久磁石１３、第１磁性体部１２、磁気吸引ギャップｋｇ、第２磁性体部２４のヨーク部２４ａ及び磁気受渡部２６、磁気受渡ギャップｕｇ１を経由する磁気吸引ループを流れるため、永久磁石による磁気吸引力を増大することができる。従って、可動体を構成する第１部材１０と第２部材２０との内の一方をスライドさせる推力を、向上できる。特別な部材あるいは特別な材質も必要とせず簡単な構成にて、可動体をスライドさせる推力の向上を行うことができる。

上述の如く、本発明の実施形態によるアクチュエータ１によれば、低透磁率部１５，１５ａ，１５ｂは、第１磁性体部１２に設けられた凹部に貯留された空気にて形成される。これにより、低透磁率部１５，１５ａ，１５ｂは、特別な部材あるいは特別な材質も必要とせず簡単な構成とすることができる。

上述の如く、本発明の実施形態によるアクチュエータ１によれば、永久磁石１３は、非吸引位置では、永久磁石１３と磁気受渡部２６とが軸方向にオーバーラップしない様に永久磁石１３が磁気受渡部２６に対して磁気吸引方向とは反対方向に変位して配置される。これにより、低透磁率部１５が磁気受渡部２６と確実に対向することができる。従って、第１磁性体部１２内及び磁気受渡部２６内における永久磁石１３の磁束の短絡も確実に防止できるため、永久磁石１３の磁力による磁気吸引作用を有効に利用でき、可動体であるプランジャ１１の推力をより向上させることができる。

なお、複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合せることが可能であることは、明らかである。

１０：第１部材、 １２：第１磁性体部、 １３：永久磁石、 １５，１５ａ，１５ｂ：低透磁率部、 ２０：第２部材、 ２４：第２磁性体部、 ２４ａ：ヨーク部、 ２５；コイル、 ２６；第１磁気受渡部（磁気受渡部）、 ｋｇ；磁気吸引ギャップ、 ｕｇ１：第１磁気受渡ギャップ（磁気受渡ギャップ）

Claims (3)

1. 第１磁性体部を備えた第１部材と、
   前記第１部材の径方向に着磁され、前記第１磁性体部の外周にリング状に配されて装着された永久磁石と、
   前記第１磁性体部から前記径方向に離して設けられ、前記永久磁石の磁路を形成するヨーク部を有する第２磁性体部を備え、前記第１部材との間で相対移動可能な第２部材と、
   前記永久磁石が装着された位置から軸方向に離れ、前記第１磁性体部と前記第２磁性体部との軸方向間に形成された磁気吸引ギャップと、
   前記第２磁性体部に設けられ、前記永久磁石との径方向間に磁束受渡ギャップを形成する磁気受渡部と、
   前記磁気受渡部に対し径方向に設けられ、通電により前記磁気吸引ギャップを狭める磁気吸引方向への磁力を発生して、前記第１部材と前記第２部材とを相対的に離れた非吸引位置から前記非吸引位置よりも近づいた吸引位置へとスライドさせるコイルと、
   前記第１磁性体部において前記永久磁石の軸方向に隣接して設けられ、透磁率の低い材質にて形成された低透磁率部と、を備えたアクチュエータ。
2. 前記低透磁率部は、前記第１磁性体部に設けられた凹部に貯留された空気にて形成された請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記永久磁石は、前記非吸引位置では、前記永久磁石と前記磁気受渡部とが軸方向にオーバーラップしない様に前記永久磁石が前記磁気受渡部に対して前記磁気吸引方向とは反対方向に変位して配置された請求項１又は２に記載のアクチュエータ。

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