JP2017191868A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】出力ピンの磁気短絡の抑制と強度の確保とを両立する電磁アクチュエータを提供する。【解決手段】電磁アクチュエータ１０１のコイル３１は通電時、永久磁石４０の磁界と逆方向の磁界を生成しステータ３２と永久磁石４０との間に反発力を発生させる。リアプレート４４は出力ピン６０と共に移動可能である。永久磁石４０はリアプレート４４に接合され、フロントプレート４５は永久磁石４０に接合されている。磁性体で形成されている出力ピン６０の外側面６１２とフロントプレート４５の内側面４５２との間に、永久磁石４０の磁極間の磁気短絡を抑制する「短絡抑制部」としての第１隙間２１を有している。これにより出力ピン６０の内部からフロントプレート４５に伝導する磁路が遮断され磁気の短絡が抑制される。簡易な構成で出力ピン６０の基端部における磁気短絡の抑制と出力ピン６０の先端部における強度の確保とを両立することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、電磁力により出力ピンを駆動する電磁アクチュエータに関する。

従来、コイルが発生する電磁力により永久磁石を含む可動部が移動し、出力ピンを駆動する電磁アクチュエータが知られている。この電磁アクチュエータにおいて、永久磁石は、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ている。永久磁石の穴に挿入される出力ピンを経由する磁気の短絡を防止するために、出力ピンの基端部は非磁性体で形成される。一方、例えば、バルブリフト調整装置に用いられるカムシャフトに当接する出力ピンの先端部は、強度が要求され、熱処理に適した鉄等の磁性体を使用する場合がある。特許文献１、２に開示された電磁アクチュエータでは、非磁性体で形成された基端部と磁性材で形成された先端部とを結合し、出力ピンを構成している。

独国ＤＥ２０２００６０１１９０５Ｕ１明細書 独国ＤＥ２０２０１２１０４１２２Ｕ１明細書

特許文献１、２の構成の出力ピンでは部品点数が増え、接合加工も必要になり、コスト的に不利である。また、接合強度および同軸度を確保するように、接合加工することが必要であるため、品質的にも不利である。
一方で部品点数を減らすため、１本の出力ピン全体を非磁性体で形成すると、強度が確保されないという点で品質的にもまた不利となる。

したがって、出力ピンを駆動する電磁アクチュエータにおいて、加工が容易で、永久磁石が固定される出力ピンの基端部の磁気短絡を抑制と、カムシャフトに当接する出力ピンの先端部の強度を確保とを両立する課題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、簡易な構成で、出力ピンの基端部における磁気短絡の抑制と先端部における強度の確保とを両立する電磁アクチュエータを提供することにある。

本発明の電磁アクチュエータは、出力ピン（６０）、リアプレート（４４）、永久磁石（４０）、フロントプレート（４５）、ステータ（３２）およびコイル（３１）を備える。
出力ピンは、磁性体で形成され、軸方向に前進後退可能に設けられている。
リアプレートは、軟磁性体で形成され、出力ピンの基端部（６１）が挿入されるリア挿入穴（４４１）を有し、出力ピンの基端面（６１１）が露出するようにリア挿入穴に貫通し保持された出力ピンと共に移動可能である。

永久磁石は、リアプレートに対し出力ピンの先端部（６４）側で接合され、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た板状である。
フロントプレートは、軟磁性体で形成され、永久磁石に対し出力ピンの先端部側で永久磁石に接合されている。

ステータは、軟磁性体で形成され、リアプレートに対し出力ピンの基端部側に設けられている。
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する。

出力ピンの外側面（６１２）とフロントプレートの内側面（４５２）との間に、永久磁石の磁極間の磁気短絡を抑制するように形成された短絡抑制部（２１、２５）が設けられている。好ましくは、短絡抑制部は、出力ピンの外側面とフロントプレートの内側面との間に形成されている第１隙間（２１）である。または、短絡抑制部は、出力ピンの外側面においてフロントフロントプレートに内側面が投影される範囲（Ａｆ）に形成されている第１溝（２５）である。

本発明では、磁性体から成る出力ピンの外側面とフロントプレートの内側面との間に短絡抑制部を有しているため、出力ピンの内部からフロントプレートに伝導する磁路が遮断され磁気の短絡が抑制される。したがって、簡易な構成で、出力ピンの基端部における磁気短絡を抑制することができ、且つ、出力ピンの先端部における強度を確保することができる。

本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータが用いられるバルブリフト調整装置において小リフトカムから大リフト状態へ移行し始めるときの図。 本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータが用いられるバルブリフト調整装置において小リフト状態から大リフト状態へ移行したときの図。 本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピン後退時）の断面図。 本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの通電時（出力ピン前進時）の断面図。 （ａ）図３のＶ部拡大図、（ｂ）図５のＶｂ−Ｖｂ線断面図。 本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの基端部における磁気経路を示す模式図。 本発明の第１実施形態による電磁アクチュエータの可動部のストロークと吸引力との関係を示す特性図。 （ａ）本発明の第２実施形態による電磁アクチュエータの可動部における拡大図、（ｂ）図８のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線断面図。 （ａ）本発明の第３実施形態による電磁アクチュエータの可動部における拡大図、（ｂ）図９のＩＸｂ−ＩＸｂ線断面図。 （ａ）本発明の第４実施形態による電磁アクチュエータの可動部における拡大図、（ｂ）図１０のＸｂ−Ｘｂ線断面図。 （ａ）本発明の第５実施形態による電磁アクチュエータの可動部における拡大図、図１１のＸＩｂ−ＸＩｂ線断面図。 （ａ）その他実施形態による電磁アクチュエータの可動部における拡大図、（ｂ）図１２のＸＩＩｂ−ＸＩＩｂ線断面図。 その他実施形態による電磁アクチュエータの可動部における拡大図。 その他実施形態による電磁アクチュエータの可動部における拡大図。 （ａ）その他実施形態による電磁アクチュエータの可動部における拡大図、（ｂ）図１５のＸＶｂ−ＸＶｂ線断面図。 その他実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピン後退時）の断面図。 その他実施形態による電磁アクチュエータの非通電時（出力ピン後退時）の断面図。 比較例の基端部での磁気経路を示す模式図。

以下、本発明の実施形態による電磁アクチュエータを図面に基づいて説明する。複数の実施形態の説明において、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。この電磁アクチュエータは、例えば、バルブリフト調整装置に用いられる。バルブリフト調整装置は、特開２０１３−２１７２６５号公報に開示されているように、カムシャフトと共に回転するスライダに一体に設けられたカムによって、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブのリフト量を調整する。

本実施形態で用いられるバルブリフト調整装置の構成および作用について、図１、２を参照して説明する。
図１、２に示すように、バルブリフト調整装置５０は、スライダ５１、カムシャフト９４、吸気バルブリフト５２、電磁アクチュエータ１０１を備える。

スライダ５１は、カムシャフト９４、小リフトカム５８、大リフトカム５９と共に回転方向５５に回転する。またスライダ５１は、カムシャフト９４の軸方向に相対移動可能に一体に設けられており、回転角度に応じて紙面の奥行き方向位置が徐変する係合溝５１１が外周に形成されている。

小リフトカム５８と大リフトカム５９とは、スライダ５１の軸方向中央よりに、互いに隣接して設けられ、回転方向の一方で基準円に対し、外側に偏心している。また大リフトカム５９の形状は、小リフトカム５８よりも基準円からの偏心量が大きくなるように形成されている。

吸気バルブリフト５２は、小リフトカム５８と大リフトカム５９とに当接し、シリンダヘッド５３に収容された吸気バルブ９１を有する。
電磁アクチュエータ１０１は、一体となったスライダ５１とカムシャフト９４と当接されており、電磁アクチュエータ１０１の出力ピン６０が、係合溝５１１の直上に位置している。

バルブリフト調整装置５０の作用について説明する。
図１、２に示すように、吸気バルブリフト５２に当接する小リフトカム５８または大リフトカム５９のトルクによって、吸気バルブリフト５２を押し下げる。これにより、シリンダヘッド５３の吸気バルブ９１がリフト量Ｌ１またはリフト量Ｌ２だけ開弁する。

電磁アクチュエータ１０１の出力ピン６０が、制御手段から指令されたタイミングに前進し、カムシャフト９４側に位置する出力ピン６０の先端部６４が係合溝５１１に係合する。このとき、スライダ５１の回転に伴って、スライダ５１は図１、２における紙面の奥行き方向に移動する。

スライダ５１が紙面の奥行き方向に移動することによって、小リフトカム５８から大リフトカム５９、または、大リフトカム５９から小リフトカム５８へ移行する。小リフトカム５８または大リフトカム５９が移行することにより、吸気バルブリフト５２のリフト量Ｌ１またはリフト量Ｌ２を調整する。また、出力ピン６０の先端部６４が係合溝５１１から離間するとき、カムシャフト９４のトルクによって出力ピン６０が押し戻される。

（第１実施形態）
電磁アクチュエータ１０１の構成について、図３〜図６を参照して説明する。
図３、４に示すように、電磁アクチュエータ１０１は、エンジンヘッド９０に固定される静止部１３と、軸方向に往復移動する可動部１４とで構成されている。
図５、６に示すように、静止部１３および可動部１４は、中心軸Ｏに対して同軸に設けられている。

静止部１３は、コイル３１、ステータ３２およびヨーク３５を有する。
コイル３１は、ボビン３０の外周に巻線が巻回されている。
ボビン３０は、ステータ３２に外挿されており、樹脂で形成されている。また、ボビン３０は、コイル３１の巻線とステータ３２とを絶縁する。
コイル３１に対し可動部１４の反対側には、コネクタ部１７と一体に形成されている樹脂モールド部１６が設けられている。
コイル３１は、図示しない外部の電源からコネクタ部１７のターミナル１８を経由して通電されることによって、コイル３１は磁界を生成可能である。

ステータ３２は、軟磁性体で形成され、後述の永久磁石４０に対し出力ピン６０の基端部６１側に設けられている。ステータ３２の大部分はコイル３１の径方向内側に位置し、コイルコアとして機能する。ステータ３２の可動部１４側の端部に、外径が比較的大きく、可動部１４のリアプレート４４と広い面積で対向する対向部３４が形成されている。

ヨーク３５は、軟磁性体で、コイル３１や可動部１４とほぼ同軸の筒状に形成されており、コイル３１、ステータ３２および樹脂モールド部１６を収容している。ヨーク３５は、ステータ３２と当接または近接する部位において、相互に磁気が伝達され、ステータ３２および可動部１４のフロントプレート４５を経由する磁気回路を形成する。

樹脂モールド部１６の外周およびステータ３２の対向部３４の外周には、それぞれヨーク３５の内周との間のシールを確保するシールリング８１、８２が設けられている。
ヨーク３５のスリーブ７０側の開口部には、エンジンヘッド９０への取り付けに用いられる鍔部３９が形成されている。

スリーブ７０は、基部７１および筒部７３等を含む。
基部７１は、エンジンヘッド９０の取り付穴９２に挿入されている。基部７１の外周に、取り付穴９２の内周との間のシールを確保するシールリング８３が設けられる。
筒部７３は、先端面７４がカムシャフト９４に対向するように基部７１から突出している。また、筒部７３の中心軸に沿って、出力ピン６０が挿通される挿通穴７５が形成されている。

図５に示すように、可動部１４は、永久磁石４０、リアプレート４４、フロントプレート４５および出力ピン６０を備え、これらが共に移動可能に構成されている。
永久磁石４０は、径方向の断面形状が円形の板状に形成されており、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ている。

永久磁石４０は、永久磁石４０における軸方向に対し、リアプレート４４側がＮ極に着磁され、フロントプレート４５側がＳ極に着磁されている。なお、Ｎ極およびＳ極の配置は逆であってもよい。また、永久磁石４０は、中心軸Ｏに沿って、出力ピン６０の基端部６１が挿入される磁石挿入穴４０１を有する。

リアプレート４４は、軟磁性体で形成され、永久磁石４０に対し出力ピン６０の基端部６１側で永久磁石４０に接合されている。また、リアプレート４４は、出力ピン６０の基端部６１が挿入されるリア挿入穴４４１を有する。
フロントプレート４５は、軟磁性体で形成され、永久磁石４０に対し出力ピン６０の先端部６４側で永久磁石４０に接合されている。また、フロントプレート４５の外側面４５３は、ヨーク３５の内側面３５１と対向している。さらに、フロントプレート４５は、出力ピン６０の基端部６１が挿入されるフロント挿入穴４５１を有する。

以下、リアプレート４４のコイル３１側の端面を後端面４４３、フロントプレート４５のスリーブ７０側の端面を前端面４５７という。前端面４５７は、基部７１のコイル３１側の端面７２と対向する。
また、リアプレート４４における永久磁石４０側の端面をリア接合面４４５といい、フロントプレート４５における永久磁石４０側の端面をフロント接合面４５４という。

出力ピン６０は、磁性体で形成され、摺動部６５の外径がスリーブ７０の挿通穴７５の内径を摺動可能に設けられている。また、出力ピン６０は、先端部６４から基端部６１に向かう軸方向に対して前進後退可能に設けられている。出力ピン６０の基端部６１が永久磁石４０、リアプレート４４およびフロントプレート４５の中心部に形成された穴４０１、４４１、４５１に貫通している。出力ピン６０の基端部６１の外径は一様に形成されている。また、出力ピン６０は、出力ピン６０の基端面６１１が露出するように、リア挿入穴４４１に貫通し、リアプレート４４に保持されている。

電磁アクチュエータ１０１の作用について説明する。
電磁アクチュエータ１０１は、エンジンヘッド９０の取り付穴９２に取り付けられ、バルブリフト調整装置５０のカムシャフト９４に対して出力ピン６０が作動する。以下、出力ピン６０がカムシャフト９４に近づく方向に作動することを「前進する」といい、出力ピン６０がカムシャフト９４から離れる方向に作動することを「後退する」という。

図４に示すように、回転軸をＣとするカムシャフト９４の回転に伴って出力ピン６０が短径Ｒａ側に対向しているとき、コイル３１に通電して発生する電磁力により出力ピン６０が前進する。このとき、出力ピン６０の先端部６４が係合溝５１１に係合し、スライダ５１の回転に伴って、バルブリフト調整装置５０が吸気バルブリフト５２のリフト量Ｌ１またはリフト量Ｌ２を調整する。

一方、図３に示すように、出力ピン６０の先端部６４がカムシャフト９４に当接した状態で、長径Ｒｂ側が出力ピン６０に向くようにカムシャフト９４が回転するとき、出力ピン６０は、カムシャフト９４のトルクにより後退方向に押し戻される。ここで、後退限からのストロークがＬｕとなる位置を「引込み位置」という。出力ピン６０は、引込み位置から後退限までは、電磁アクチュエータ１０１自体の永久磁石４０の磁力によって後退する。

コイル３１の作用について説明する。
コイル３１が非通電状態のとき、リアプレート４４の後端面４４３とステータ３２の対向部端面３４０との間の磁気吸引力により、可動部１４は後退限に保持される。この磁気吸引力は、少なくとも、引込みストロークＬｕに対応する引込み位置から後退限まで可動部１４を吸引可能となるように設定されている。

図６に示すように、永久磁石４０の磁気吸引力によって可動部１４が後退限に保持されたとき、破線矢印ΦＭで示すような磁気回路ΦＭが生成される。
磁気回路ΦＭは、「永久磁石４０のＮ極→リアプレート４４→ステータ３２→ヨーク３５→フロントプレート４５→永久磁石４０のＳ極」というルートで生成される。

コイル３１が通電状態のとき、永久磁石４０の磁界と逆方向の磁界を生成する。
図４に示すように、例えば、ステータ３２のコネクタ部１７側がＳ極、対向部３４側がＮ極となる磁界を生成する。このような磁界が生成されるように、コイル３１の巻線方向や電流の通電方向は設定されている。

永久磁石４０の磁界と逆方向の磁界が生成されるとき、リアプレート４４とステータ３２の対向部３４とが同極になる。このため、リアプレート４４の後端面４４３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１４は、後退限から前進する。

従来、バルブリフト調整装置に用いられるような電磁アクチュエータは、永久磁石の穴に挿入される出力ピンを経由して磁気が短絡しないように、出力ピンは非磁性体で形成される。一方、バルブリフト調整装置に用いられるカムシャフトに当接する出力ピンの先端部は、強度が要求されるため、熱処理に適した鉄等の磁性体を使用する場合がある。
そこで、本実施形態では、出力ピン６０の先端部６４における強度の確保するため、出力ピン６０は、例えば、高炭素クロム軸受鋼等の磁性体で形成されている。高炭素クロム軸受鋼等を用いることで、熱処理により高い強度が得られる。

１本の出力ピン全体を磁性体で形成するとき、永久磁石の固定部において磁気が短絡し、電磁アクチュエータの動作性能が低下するという問題があった。この問題を解決するため、さらに本実施形態では、磁性体で形成されている出力ピン６０の基端部６１における磁気短絡の抑制をする「ある工夫」を電磁アクチュエータ１０１にしている。以下、本実施形態の特徴構成を説明する。

（特徴構成）
出力ピン６０の外側面６１２とフロントプレート４５の内側面４５２との間に、永久磁石４０の磁極間の磁気短絡を抑制するように形成されている「短絡抑制部」としての第１隙間２１が形成されている。
第１隙間２１は、出力ピン６０の外側面６１２、フロントプレート４５の内側面４５２および仮想面Ｉｓ１で区画形成されている。

図６に示すように、第１隙間２１が形成されていることによって、出力ピン６０を経由して永久磁石４０のＮ極とＳ極とを連絡する磁気の通路（磁路）の断面積が絞られる。したがって、出力ピン６０における磁極間の磁気短絡を抑制するように作用する。出力ピン６０を経由しての永久磁石４０のＮ極から永久磁石４０のＳ極への短絡は、ほとんど無視できると考えられる。したがって、磁力線を図示しない。

また、出力ピン６０の外側面６１２と永久磁石４０の内側面４０２との間に、永久磁石４０の磁極間の磁気短絡を抑制する空間である第２隙間２２が形成されている。
第２隙間２２は、出力ピン６０の外側面６１２、永久磁石４０の内側面４０２、リア接合面４４５および円環状である仮想面Ｉｓ１によって区画形成されている。図中において、第１隙間２１および第２隙間２２は連続した１つの隙間で形成されている。また、図中において第１隙間２１および第２隙間２２は、特徴をわかりやすくするために、誇張して記載している。

さらに、フロントプレート４５の外側面４５３と、ヨーク３５の内側面３５１との間に設けられる空間である第３隙間２３が形成されている。
第３隙間２３は、フロントプレート４５の外側面４５３、ヨーク３５の内側面３５１、円環状である仮想面Ｉｓ２および円環状である仮想面Ｉｓ３によって区画形成されている。仮想面Ｉｓ２は、出力ピン６０の基端部６１側に設けられ、仮想面Ｉｓ３は、出力ピン６０の先端部６４側に設けられている。

出力ピン６０の径方向における第１隙間２１の最小距離を第１隙間距離Ｇ１とし、出力ピン６０の径方向における第２隙間２２の最小距離を第２隙間距離Ｇ２とし、出力ピン６０の径方向における第３隙間２３の最小距離を第３隙間距離Ｇ３とする。本実施形態において、出力ピン６０の径方向における各隙間２１〜２３の最小距離を各隙間２１〜２３の距離とする。また、各隙間２１〜２３は、出力ピン６０における周方向に対し、均一に形成され、各隙間距離Ｇ１〜Ｇ３は円環状に形成されている。

第１隙間距離Ｇ１、第２隙間距離Ｇ２および第３隙間距離Ｇ３は、以下関係式（１）〜（３）となるように形成されている。関係式（１）〜（３）を満たすため、出力ピン６０、永久磁石４０、フロントプレート４５およびヨーク３５の外径または内径によって調整されている。ここで、関係式（１）における「＝」は、常識的な誤差範囲を含む。以下、「＝」、「等しく」、「等しい」は、同様に拡大解釈するものとする。
Ｇ１＝Ｇ２ ・・・（１）
Ｇ１＞Ｇ３ ・・・（２）
Ｇ２＞Ｇ３ ・・・（３）

フロントプレート４５の厚さをＴ１とし、リアプレート４４の厚さをＴ２とする。リアプレート４４の厚さは、中心軸Ｏ方向におけるリアプレート４４の長さであり、フロントプレート４５の厚さは、中心軸Ｏ方向におけるフロントプレート４５の長さである。
リアプレート４４およびフロントプレート４５は、以下関係式（４）が成り立つように厚さが設定されている。
Ｔ１＞Ｔ２ ・・・（４）

（効果）
このような構成による第１実施形態の効果について、図７を参照し、比較例と対比して説明する。
［１］図７において、横軸のストロークＬ０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。

非通電状態では、Ｌ０の位置での吸引力は、リアプレート４４とステータ３２との保持力であり、大きいほど保持力が高いことを意味する。また吸引力が高いことは、エンジン内の振動と可動部１４の自重によって、リアプレート４４とステータ３２とが外れることなく保持され、電磁アクチュエータの駆動の安定性が増すことを意味する。

出力ピンが非磁性体で形成された第１比較例の電磁アクチュエータの参照特性Ｒｅｆ１を破線で示す。非磁性体は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。
図１８に、磁性体で形成された出力ピン６９に短絡抑制部が形成されていない第２比較例の電磁アクチュエータ１１９を示す。
図７において、第２比較例の電磁アクチュエータ１１９の参照特性Ｒｅｆ２を二点破線で示す。

第１比較例の参照特性Ｒｅｆ１は、出力ピンに非磁性体を用いているため、出力ピンでの磁気回路の短絡がなく、ΦＭｓが無視でき、Ｌ０の位置での吸引力（保持力）は参照特性Ｒｅｆ２と比較して大きくなっている。
第２比較例の参照特性Ｒｅｆ２は、出力ピン６９に磁性体を用いたときにおける特性である。
図１８に示すように、短絡した磁気回路ΦＭｓへ磁気が通る。このため、磁気回路ΦＭへ通る磁気が減少し、Ｌ０の位置での吸引力（保持力）は参照特性Ｒｅｆ１と比較して小さくなっている。

第１実施形態の電磁アクチュエータ１０１の特性を実線で示す。第１実施形態における出力ピン６０は磁性体で形成されており、出力ピン６０の外側面６１２とフロントプレート４５の内側面４５２との間に第１隙間２１が形成されている。
第１隙間２１により出力ピン６０の内部からフロントプレート４５に伝導する磁路が遮断され磁気の短絡が抑制される。このため、磁気回路ΦＭを磁気が通りやすくなる。したがって、第１実施形態におけるリアプレート４４とステータ３２との吸引力（保持力）が参照特性Ｒｅｆ２と比較して大きくなっている。また、第１実施形態におけるリアプレート４４とステータ３２との吸引力（保持力）が参照特性Ｒｅｆ１と同等の特性を示している。

［２］出力ピン６０の外側面６１２と永久磁石４０の内側面４０２との間に、第２隙間２２が形成されている。第２隙間２２により永久磁石４０から出力ピン６０の内部に伝導する磁路が遮断され、磁気の短絡がさらに抑制される。このため、第１実施形態におけるリアプレート４４とステータ３２との吸引力（保持力）がさらに大きくなる。

［３］第１隙間距離Ｇ１、第２隙間距離Ｇ２および第３隙間距離Ｇ３が関係式（２）および（３）となるように形成されている。また、リアプレート４４およびフロントプレート４５は、関係式（４）が成り立つように設けられている。このような構成によって、ヨーク３５とリアプレート４４との間における磁気短絡を抑制し、ヨーク３５とフロントプレート４５との間における磁気短絡を抑制することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の構成では、第１隙間および第２隙間に非磁性部材が設けられている点を除き、第１実施形態と同様である。
図８に示すように、電磁アクチュエータ１０２における第１隙間１２１に非磁性部材１２３が設けられており、第２隙間１２２に非磁性部材１２４が設けられている。図中において、非磁性部材１２３、１２４は、仮想面Ｉｓ１によって区画形成されている。仮想面Ｉｓ１は、非磁性部材１２３、１２４の境界面を示す。

非磁性部材１２３、１２４は、筒状に形成されており、例えば、非磁性体であるオーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。非磁性部材１２３の外側面が、フロントプレート４５の内側面４５２と接触している。非磁性部材１２４の外側面が、永久磁石４０の内側面４０２と接触している。非磁性部材１２３、１２４の内側面が出力ピン６０の外側面６１２と接触している。このような構成によって、出力ピン６０、永久磁石４０、フロントプレート４５および非磁性部材１２３、１２４が嵌合されている。
第２実施形態において、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、磁石挿入穴４０１、リア挿入穴４４１およびフロント挿入穴４５１に出力ピン６０の基端部６１を圧入方法によって挿入することが可能になる。

従来では、リアプレート、フロントプレートおよび出力ピンを接合するため、溶接方法や圧入方法等が用いられる。しかしながら、溶接は接合される範囲が狭いため、永久磁石４０、リアプレート４４、フロントプレート４５および出力ピン６０の保持力は比較的小さい。また、圧入方法を用いて出力ピンを穴に挿入するとき、永久磁石４０またはフロントプレート４５が破損する虞があった。

第２実施形態において、圧入方法を用いて出力ピン６０を穴に挿通するとき、非磁性部材１２３、１２４に圧力が加わり、永久磁石４０またはフロントプレート４５にかかる応力が軽減される。このため、永久磁石４０またはフロントプレート４５が破損することを防止する。また、磁石挿入穴４０１およびフロント挿入穴４５１に出力ピン６０の基端部６１を圧入したとき、非磁性部材１２３、１２４の内側面と出力ピン６０の外側面６１２とが嵌合される。このため、永久磁石４０、フロントプレート４５および出力ピン６０の保持力が向上する。

（第３実施形態）
第３実施形態の構成では、第３隙間に非磁性保持体が設けられており、リアプレートとヨークとの間および永久磁石とヨークとの間に非磁性保持体が設けられている点を除き、第１実施形態と同様である。

図９に示すように、電磁アクチュエータ１０３におけるフロントプレート４５の外側面４５３とヨーク３５の内側面３５１の間に非磁性保持体２３１が設けられている。また、永久磁石４０の外側面４０３とヨーク３５の内側面３５１との間に非磁性保持体２３２が設けられている。さらに、リアプレート４４の外側面４４２とヨーク３５の内側面３５１との間に非磁性保持体２３３が設けられている。

非磁性保持体２３１〜２３３は、非磁性体で形成され、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。
非磁性保持体２３１は、フロントプレート４５の厚さＴ１と等しい厚さに形成されており、非磁性保持体２３２は、永久磁石４０の厚さと等しい厚さに形成されている。また、非磁性保持体２３３は、リアプレート４４の厚さＴ２と等しい厚さに形成されている。また、非磁性保持体２３１〜２３３は一体となって形成されていてもよい。

第３実施形態において、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、非磁性保持体２３１〜２３３が永久磁石４０、リアプレート４４およびフロントプレート４５の保持力を高め、永久磁石４０、リアプレート４４およびフロントプレート４５における軸ズレを防止する。

（第４実施形態）
第４実施形態の構成では、短絡抑制部としての第１隙間および第２隙間を除き、第１実施形態と同様である。
図１０に示すように、電磁アクチュエータ１０４における短絡抑制部として出力ピン６０に第１溝２５が形成されている。
第１溝２５は、出力ピン６０の外側面６１２の軸方向における範囲Ａｆに形成されている。範囲Ａｆは、フロントプレート４５から出力ピン６０に向かってフロントプレート４５の内側面４５２が投影される範囲である。また、第１溝２５は、出力ピン６０における径方向外側から径方向内側に向かって延びており、周方向に形成されており、溝の最小深さを第１溝深さＤ１とする。

さらに、出力ピン６０の外側面６１２に第２溝２６が形成されている。
第２溝２６は、出力ピン６０の外側面６１２の軸方向における範囲Ａｍに形成されている。範囲Ａｍは、永久磁石４０から出力ピン６０に向かって永久磁石４０の内側面４０２が投影される範囲である。第２溝２６は、出力ピン６０における径方向外側から径方向内側に向かって延びており、周方向に形成されており、溝の最小深さを第２溝深さＤ２とする。

第１溝２５および第２溝２６は、出力ピン６０の基端面６１１と離間して形成されている。第１溝２５および第２溝２６は、出力ピン６０の外側面６１２と円環状である仮想面Ｉｓ４とによって区画形成されている。また、第１溝および第２溝は、範囲Ａｆ、Ａｍの少なくとも一部に形成されている場合でもよい。図中において、第１溝２５および第２溝２６は連続した１つの溝で示しており、仮想面Ｉｓ４は、第１溝２５および第２溝２６の境界面である。また、図中において、特徴をわかりやすくするために、第１溝２５および第２溝２６を誇張して記載している。

第１溝２５、第２溝２６および第３隙間２３は、以下関係式（５）〜（７）となるように形成されている。
Ｄ１＝Ｄ２ ・・・（５）
Ｄ１＞Ｇ３ ・・・（６）
Ｄ２＞Ｇ３ ・・・（７）
第４実施形態において、第１実施形態と同様の効果を奏する。なお、請求項１１における「隙間」は、明細書中では第３隙間２３に相当する。

（第５実施形態）
第５実施形態の構成では、第１溝および第２溝に非磁性部材が設けられている点を除き、第４実施形態と同様である。
図１１に示すように、電磁アクチュエータ１０５における第１溝２５に非磁性部材１２５が設けられており、第２溝２６に非磁性部材１２６が設けられている。非磁性部材１２５、１２６は、第２実施形態と同様に、オーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。非磁性部材１２５、１２６に樹脂やゴムを用いてもよい。第５実施形態において、第４実施形態と同様の効果を奏する。さらに、非磁性部材１２５、１２６が設けられることにより、永久磁石４０、リアプレート４４、フロントプレート４５および出力ピン６０の保持力が向上する。

（その他実施形態）
（ｉ）図１２に示すように、電磁アクチュエータ１０６における第１実施形態に第４実施形態の思想を組み合わせてもよい。第１隙間２１および第１溝２５を組み合わせて形成してもよい。
図中において、第１隙間２１および第１溝２５を区別するため、第１隙間２１は、フロントプレート４５の内側面４５２と円柱側面形状である仮想面Ｉｓ５とによって区画形成されている。また、第１溝２５は、仮想面Ｉｓ５と出力ピン６０の外側面６１２とによって区画形成されている。

（ｉｉ）図１３に示すように、電磁アクチュエータ１０７における第１隙間距離Ｇ１は、第２隙間距離Ｇ２よりも大きくなるように、すなわち、Ｇ１＞Ｇ２ となるように設定してもよい。
また、図１４に示すように、電磁アクチュエータ１０８における第１隙間距離Ｇ１は、第２隙間距離Ｇ２よりも小さくなるように、すなわち、Ｇ１＜Ｇ２ となるように設定してもよい。第１隙間距離Ｇ１と第２隙間距離Ｇ２との大小関係によらず、第１実施形態と同様の効果を奏する。同様に、第１溝深さＤ１と第２溝深さＤ２との大小関係のよらず、第４実施形態と同様の効果を奏する。

（ｉｉｉ）図１５に示すように、電磁アクチュエータ１０９における第１隙間３１１および第２隙間３１２は、周方向に対して不均一であってもよい。図１５に示すように、フロントプレート４５の内側面４５２から出力ピン６０の外側面６１２までの距離が変化してもよい。フロントプレート４５の内側面４５２から出力ピン６０の外側面６１２までの距離の最大距離をＧ４とする。第１隙間距離Ｇ１は、最大距離Ｇ４よりも小さくなるような構成において、第１実施形態と同様の効果を奏する。
同様に、第１溝および第２溝は、周方向に対して不均一で、フロントプレート４５の内側面４５２および永久磁石４０の内側面４０２から出力ピン６０の外側面６１２までの距離が変化してもよい。第４実施形態と同様の効果を奏する。

（ｉｖ）その他、出力ピンの外側面とフロントプレートの内側面との間に、永久磁石の磁極間の磁気短絡を抑制するように形成された短絡抑制部を有することという構成以外の電磁アクチュエータの各部の構成は、上述の実施形態に限定されない。

（ｖ）静止部および可動部を２組以上備える電磁アクチュエータに用いてもよい。
図１６に示すように、第１実施形態の電磁アクチュエータを２組並べて、一体化してもよい。この場合、出力ピン６０は、中心軸Ｏ１、Ｏ２を有する。
また、出力ピンを偏心して配置するような構成も考えられる。この場合、第１実施形態のような出力ピンがカムシャフトに形成されている係合溝に係合するものではなく、出力ピンの他に係合ピンが設けられることがある。この係合ピンが第１実施形態の出力ピンに相当し、カムシャフトの係合溝に係合する。

図１７に示すように、可動部７０１、７０２を２組以上備える電磁アクチュエータ１１０のステータ７６１、７６２は、中心に孔７７１、７７２が形成されており円筒状である。
出力ピン７２１、７２２は、ステータ７６１、７６２の内周面に沿って軸方向に前進後退する。出力ピン７２１、７２２の中心軸をＯ１、Ｏ２とする。出力ピン７２１、７２２の前進方向を「前」とし、出力ピン７２１、７２２の後退方向を「後」とする。

係合ピン７１１、７１２は、出力ピン７２１、７２２を保持するリアプレート７３１、７３２に固定されている。また、出力ピン７２１、７２２が前進し、係合ピン７１１、７１２が前進したとき、係合ピン７１１、７１２は係合溝に係合される。さらに、出力ピン７２１、７２２が後退し、係合ピン７１１、７１２が後退したとき、係合ピン７１１、７１２は係合溝から離れる。
なお、係合ピン７１１、７１２は、出力ピン７２１、７２２に固定されている永久磁石７４１、７４２またはフロントプレート７５１、７５２に固定されてもよい、すなわち、係合ピン７１１、７１２は可動部７０１、７０２の少なくとも一部に固定されていればよい。

係合ピン７１１、７１２の中心軸をＰ１、Ｐ２とすると、中心軸Ｐ１、Ｐ２は、出力ピン７２１、７２２の中心軸Ｏ１、Ｏ２と異なる位置に設けることが可能である。これにより、２組の係合ピン７１１、７１２の間の距離を小さくすることができ、可動部７０１、７０２を２組以上備える電磁アクチュエータ１１０を小型化可能になる。

また、電磁アクチュエータ１１０には、第１実施形態と同様の第１隙間８３１、８３２および第２隙間８４１、８４２が形成されている。
このような構成の電磁アクチュエータ１１０の場合、出力ピン７２１、７２２の基端部７８１、７８２は、係合ピン７１１、７１２が固定されている側、すなわち、出力ピン７２１、７２２の前側である。
また、出力ピン７２１、７２２の先端部７９１、７９２は、係合ピン７１１、７１２が固定されている側とは反対側、すなわち、出力ピン７２１、７２２の後側である。

電磁アクチュエータ１１０は、基端部７８１、７８２と先端部７９１、７９２との位置関係が第１実施形態の電磁アクチュエータ１０１と異なる。なお、第１実施形態の電磁アクチュエータ１０１において、基端部６１は出力ピン６０の後側であり、先端部６４は、出力ピン６０の前側である。

また、電磁アクチュエータ１１０は、同様に、リアプレート７３１、７３２、永久磁石７４１、７４２およびフロントプレート７５１、７５２の位置関係が異なる。
リアプレート７３１、７３２は、基端面８０１、８０２が露出するように、出力ピン７２１、７２２の前側に設けられる。
永久磁石７４１、７４２は、リアプレート７３１、７３２に対し出力ピン７２１、７２２の後側に設けられ、リアプレート７３１、７３２の後端面８１１、８１２に接合されている。
フロントプレート７５１、７５２は、永久磁石７４１、７４２に対し出力ピン７２１、７２２の後側に設けられ、永久磁石７４１、７４２の後端面８２１、８２２に接合されている。
このような電磁アクチュエータにおいて、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（ｖｉ）第２および第３実施形態において、非磁性部材は、第１隙間、第２隙間または第３隙間の少なくとも一部に設けられていればよい。同様に、第５実施形態において、非磁性部材は、第１溝または第２溝の少なくとも一部に設けられていればよい。
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。

２１ ・・・第１隙間（短絡抑制部）、
２５ ・・・第１溝（短絡抑制部）、
３１ ・・・コイル、
３２ ・・・ステータ、
４０ ・・・永久磁石、
４４ ・・・リアプレート、 ４４１ ・・・リア挿入穴、
４５ ・・・フロントプレート、 ４５２ ・・・内側面
６０ ・・・出力ピン、 ６１ ・・・基端部、 ６４ ・・・先端部、
６１１ ・・・基端面、 ６１２ ・・・外側面。

Claims (14)

1. 磁性体で形成され、軸方向に前進後退可能に設けられている出力ピン（６０）と、
   軟磁性体で形成され、前記出力ピンの基端部（６１）が挿入されるリア挿入穴（４４１）を有し、前記出力ピンの基端面（６１１）が露出するように前記リア挿入穴に貫通し保持された前記出力ピンと共に移動可能なリアプレート（４４）と、
   前記リアプレートに対し前記出力ピンの先端部（６４）側で接合され、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た板状の永久磁石（４０）と、
   軟磁性体で形成され、前記永久磁石に対し前記先端部側で前記永久磁石に接合されているフロントプレート（４５）と、
   軟磁性体で形成され、前記リアプレートに対し前記基端部側に設けられているステータ（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するコイル（３１）と、
   を備え、
   前記出力ピンの外側面（６１２）と前記フロントプレートの内側面（４５２）との間に、前記永久磁石の磁極間の磁気短絡を抑制するように形成された短絡抑制部（２１、２５）が設けられている電磁アクチュエータ。
2. 前記短絡抑制部は、前記出力ピンの外側面と前記フロントプレートの内側面との間に形成されている第１隙間（２１）である請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 前記出力ピンの外側面と前記永久磁石の内側面（４０２）との間において、前記永久磁石に磁極間の磁気短絡を抑制するように第２隙間（２２）が形成されている請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
4. 前記第１隙間または前記第２隙間の少なくとも一部に、非磁性部材（１２３、１２４）が設けられている請求項３に記載の電磁アクチュエータ。
5. 軟磁性体で筒状に形成され、前記フロントプレートの外側面（４５３）と対向する内側面（３５１）を有し、前記ステータおよ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）をさらに備え、
   前記フロントプレートの外側面と前記ヨークの内側面との間に設けられる第３隙間（２３）が形成され、
   前記第１隙間の径方向における距離（Ｇ１）は前記第３隙間の径方向における距離（Ｇ３）よりも大きい請求項３または４に記載の電磁アクチュエータ。
6. 前記第２隙間の径方向における距離（Ｇ２）は前記第３隙間の径方向における距離（Ｇ３）よりも大きい請求項５に記載の電磁アクチュエータ。
7. 前記第３隙間の少なくとも一部、前記リアプレートの外側面（４４２）と前記ヨークの内側面との間、または、前記永久磁石の外側面（４０３）と前記ヨークの内側面との間に非磁性保持体（２３１〜２３３）が設けられている請求項５または６に記載の電磁アクチュエータ。
8. 前記短絡抑制部は、前記出力ピンの外側面において前記フロントプレートの内側面が投影される範囲（Ａｆ）に形成されている第１溝（２５）である請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
9. 前記出力ピンの外側面において、前記永久磁石の内側面が投影される範囲（Ａｍ）に、前記永久磁石に磁極間の磁気短絡を抑制するように第２溝（２６）が形成されている請求項８に記載の電磁アクチュエータ。
10. 前記第１溝または前記第２溝の少なくとも一部に、非磁性部材（１２５、１２６）が設けられている請求項９に記載の電磁アクチュエータ。
11. 軟磁性体で筒状に形成され、前記フロントプレートの外側面（４５３）と対向する内側面（３５１）を有し、前記ステータおよ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）をさらに備え、
    前記フロントプレートの外側面と前記ヨークの内側面との間に設けられる隙間（２３）が形成され、
    前記第１溝の径方向における深さ（Ｄ１）は前記隙間の径方向における距離（Ｇ３）よりも大きい請求項８〜１０のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
12. 前記第２溝の径方向における深さ（Ｄ２）は前記隙間の径方向における距離よりも大きい請求項１１に記載の電磁アクチュエータ。
13. 前記隙間の少なくとも一部、前記リアプレートの外側面（４４２）と前記ヨークの内側面との間、または、前記永久磁石の外側面（４０３）と前記ヨークの内側面との間に非磁性保持体（２３１〜２３３）が設けられている請求項１１または１２に記載の電磁アクチュエータ。
14. 前記フロントプレートの厚さ（Ｔ１）は、前記リアプレートの厚さ（Ｔ２）よりも大きい請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。

Images