JP2018098984A - 電磁式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】固定子と可動子の軸方向位置が精度よく且つ安定して保持されると共に、コイルへの通電によって固定子と可動子の間に生じる軸方向の駆動力を高いエネルギー効率で得ることができる、新規な構造の電磁式アクチュエータを提供すること。【解決手段】固定子１２の中空孔２２において軸方向へ相対変位可能に可動子１４が配されており、固定子１２のコイル１６への通電によって可動子１４と固定子１２の間に軸方向の駆動力が及ぼされる電磁式アクチュエータ１０であって、コイル１６の周りに配されるアウタヨーク１８において磁気ギャップ２４を挟んだ軸方向両側に位置する磁気ギャップ形成面４４，４４には、軸方向に突出する突出部４６がそれぞれ形成されており、突出部４６の先端が磁気ギャップ形成面４４におけるヨーク厚さ方向の中央よりも内周側に偏倚せしめられている。【選択図】図１

Description

本発明は、固定子のコイルへの通電によって永久磁石を備えた可動子に対して駆動力を及ぼす電磁式アクチュエータに係り、特に能動型の防振装置や制振装置におけるアクチュエータとして好適に用いられる電磁式アクチュエータに関するものである。

従来から、能動型の防振装置や制振装置などでは、駆動力を生じるアクチュエータとして、電磁式アクチュエータが採用されている。電磁式アクチュエータは、例えば特許第５４９６８２２号公報（特許文献１）に示されているように、筒状の固定子に可動子が差し入れられて、軸方向で相対変位可能に組み付けられた構造を有している。また、固定子は、コイルにヨーク金具を組み付けたコイル部材を備えている一方、可動子は、永久磁石に磁極形成部材を組み付けた磁石部材を備えている。そして、ヨーク金具にはコイルの内周面上に磁気ギャップが設けられており、コイルへの通電によって、ヨーク金具における磁気ギャップを挟んだ軸方向両側部分と磁極形成部材の間で作用する磁力によって、可動子が固定子に対して軸方向に相対駆動されるようになっている。

ところで、電磁式アクチュエータでは、固定子と可動子の加振方向での相対的な位置によって発生する駆動力の大きさが変化することから、コイルに通電しない非通電状態において固定子と可動子が軸方向の初期位置に精度よく保持されていることが望ましい。

しかしながら、従来構造の電磁式アクチュエータでは、固定子と可動子の軸方向の初期位置が製造誤差などによって僅かでも軸方向にずれると、永久磁石が形成する磁場の作用に基づいて固定子と可動子の間に作用する軸方向の吸引力によって、固定子と可動子の軸方向位置が初期位置からずれるおそれがあった。

また、特許文献１では、可動子における磁極形成部材の軸方向寸法が、ヨーク金具の磁気ギャップの軸方向寸法よりも大きくされて、磁極形成部材の外周面が、ヨーク金具の磁気ギャップを挟んだ両側部分に対して軸直角方向でオーバーラップしている。これにより、固定子と可動子の初期位置が軸方向で僅かにずれたとしても、固定子と可動子の間に作用する軸方向の力が抑えられて、固定子と可動子が初期位置に保持され易くなっている。

ところが、このような磁極形成部材の外周面をヨーク金具の磁気ギャップを挟んだ両側部分に対して軸直角方向でオーバーラップさせた構造では、コイルへの通電によって固定子と可動子の間に作用する力において軸直角方向の出力の割合が大きくなって、軸方向駆動力のエネルギー効率（消費電力に対する軸方向出力の比）が低くなるおそれがあった。

特許第５４９６８２２号公報

本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、固定子と可動子の軸方向位置が精度よく且つ安定して保持されると共に、コイルへの通電によって固定子と可動子の間に生じる軸方向の駆動力を高いエネルギー効率で得ることができる、新規な構造の電磁式アクチュエータを提供することにある。

以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。

すなわち、本発明の第一の態様は、環状の固定子の中空孔において軸方向へ相対変位可能に可動子が配されており、該固定子がコイルの周りにアウタヨークを備えたコイル部材を備えていると共に、該アウタヨークにおける該コイルの内周側に磁気ギャップが形成されている一方、該可動子が永久磁石を備えており、該可動子において軸方向両側に設けられた磁極部の外周面が、該アウタヨークの該磁気ギャップに対して軸直角方向で対向位置せしめられて、該コイルへの通電によって該可動子と該固定子との間に軸方向の駆動力が及ぼされる電磁式アクチュエータであって、前記アウタヨークにおいて前記磁気ギャップを挟んだ軸方向両側に位置する磁気ギャップ形成面には、軸方向に突出する突出部がそれぞれ形成されており、該突出部の先端が該磁気ギャップ形成面におけるヨーク厚さ方向の中央よりも内周側に偏倚せしめられていることを、特徴とする。

このような第一の態様に従う構造とされた電磁式アクチュエータによれば、固定子のアウタヨークの磁気ギャップ端と、可動子の磁極部の外周面との間に作用する磁力について、その作用する方向や大きさを、磁気ギャップ形成面に設けた突出部によって調節設定できる。特に、突出部を内周側に偏倚設定したことで、可動子の固定子に対する軸方向の位置安定性を確保しつつ、軸方向駆動力のエネルギー効率の向上を図ることも可能になった。

本発明の第二の態様は、第一の態様に記載された電磁式アクチュエータにおいて、前記可動子の前記磁極部における軸方向厚さ寸法が、前記固定子の前記アウタヨークにおいて前記磁気ギャップを挟んだ軸方向両側に位置する前記突出部の先端間における該磁気ギャップの軸方向距離以上の大きさとされているものである。

第二の態様によれば、固定子のアウタヨークにおける突出部を可動子の磁極部に対して軸直角方向の投影において重なる位置、換言すれば、軸直角方向でオーバーラップする位置に配置することが可能となって、コイルへの非通電状態における固定子と可動子の軸方向位置を所定の位置により安定して保持することができる。

本発明の第三の態様は、第一又は第二の態様に記載された電磁式アクチュエータにおいて、前記可動子の前記磁極部における軸方向厚さ寸法が、前記固定子の前記アウタヨークにおいて前記磁気ギャップを挟んだ軸方向両側に位置する前記磁気ギャップ形成面の外周端における該磁気ギャップの軸方向距離以下の大きさとされているものである。

第三の態様によれば、固定子のアウタヨークにおける磁気ギャップ形成面の外周端を、可動子の磁極部に対して軸方向に外れた位置に設定することができる。これにより、例えば固定子のアウタヨークと可動子の磁極部の間で作用する軸直角方向の磁力が大きくなり過ぎるのを防いで、軸直角方向に作用する適度な磁気吸引力によって可動子の固定子に対する軸方向の位置安定性をより有利に実現可能となり得る。

本発明の第四の態様は、第一〜第三の何れか１つの態様に記載された電磁式アクチュエータにおいて、前記アウタヨークにおいて前記磁気ギャップを挟んだ軸方向両側に位置する前記磁気ギャップ形成面の前記突出部の外周面が、先端側に行くに従って内周側に向かう傾斜面とされているものである。

第四の態様によれば、突出部の外周面が傾斜面とされていることによって、可動子の磁極部と固定子のアウタヨークの間で磁束がより軸方向に近い向きに導かれて、コイルへの通電による軸方向の出力をより効率的に得ることができる。

本発明の第五の態様は、第一〜第四の何れか１つの態様に記載された電磁式アクチュエータにおいて、前記アウタヨークにおいて前記磁気ギャップを挟んだ軸方向両側に位置する前記磁気ギャップ形成面において、前記突出部の外周側には平坦状面が設けられているものである。

第五の態様によれば、平坦状面を設けることによって突出部の軸直角方向の厚さの調節自由度が大きくなって、目的とする磁気的特性を有利に得ることができる。しかも、平坦状面が突出部の外周側に設けられていることにより、突出部が可動子の磁極部に対して軸直角方向に離れすぎるのを防いで、磁気吸引力による加振力を効率的に得ることができる。

本発明によれば、固定子におけるアウタヨークの磁気ギャップ形成面に対して軸方向に突出する突出部がそれぞれ形成されており、突出部の先端が磁気ギャップ形成面におけるヨーク厚さ方向の中央よりも内周側に偏倚せしめられている。これにより、固定子のアウタヨークの磁気ギャップ端と可動子の磁極部の外周面との間に作用する磁力について、その作用する方向や大きさを突出部によって調節設定できる。

本発明の第一の実施形態としての電磁式アクチュエータを示す縦断面図。 図１のＡ部を拡大して示す要部拡大断面図。 コイルへの非通電状態で実施例としての電磁式アクチュエータの磁場を解析した結果を示す図。 コイルへの非通電状態で比較例１としての電磁式アクチュエータの磁場を解析した結果を示す図。 図３，４に示す電磁式アクチュエータにおいて、可動子の固定子に対する相対的な軸方向位置と、コイルへの非通電状態で固定子と可動子の間に作用する力との相関を示すグラフ。 コイルへの通電状態で実施例としての電磁式アクチュエータの磁場を解析した結果を示す図。 コイルへの通電状態で比較例２としての電磁式アクチュエータの磁場を解析した結果を示す図。 図６，７に示す電磁式アクチュエータにおいて、可動子の固定子に対する相対的な軸方向位置と、コイルへの通電状態で固定子と可動子の間に作用する力との相関を示すグラフ。 本発明の第二の実施形態としての電磁式アクチュエータを示す縦断面図。 本発明の第三の実施形態としての電磁式アクチュエータを示す縦断面図。 本発明の第四の実施形態としての電磁式アクチュエータを示す縦断面図。 本発明の別の一実施形態としての電磁式アクチュエータの要部拡大断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の第一の実施形態としての電磁式アクチュエータ１０が示されている。電磁式アクチュエータ１０は、環状の固定子１２に可動子１４が挿入された構造を有している。以下の説明において、上下方向とは、原則として、軸方向となる図１中の上下方向を言う。

より詳細には、固定子１２は、ボビン１５に巻回されたコイル１６の周りにアウタヨーク１８を設けた構造を有しており、本実施形態では、上下に並んで配設された２つのコイル１６，１６の周りにアウタヨーク１８を設けた構造のコイル部材２０を備えている。また、固定子１２におけるアウタヨーク１８の内周側には、軸方向に貫通する中空孔２２が形成されている。

また、アウタヨーク１８は、コイル１６，１６の内周側において上下に分割されており、アウタヨーク１８におけるコイル１６，１６の内周側に配置された部分には、磁気ギャップ２４，２４が形成されている。そして、図示しない電源装置によるコイル１６への通電によって、アウタヨーク１８における磁気ギャップ２４，２４を挟んだ軸方向両側の端部（磁気ギャップ端）に磁極が形成されるようになっている。

一方、可動子１４は、厚肉の略円環板形状とされた永久磁石２６の軸方向両側に、磁極部としてのインナヨーク２８，２８が設けられた構造を有している。永久磁石２６は、アルニコ系鋳造磁石やバリウム系フェライト磁石などであって、上下方向に着磁されている。インナヨーク２８，２８は、鉄などの強磁性材料で形成された厚肉の略円環板形状を有する部材であって、永久磁石２６に対して軸方向両側から重ね合わされて固着されることにより、可動子１４の軸方向両側部分を構成している。永久磁石２６の上下各一方に配されるインナヨーク２８，２８は、上下対称形状とされていることが望ましく、本実施形態では相互に略同じ形状とされている。そして、インナヨーク２８，２８の外周面には、永久磁石２６の着磁方向に応じた磁極が形成されている。

可動子１４は、固定子１２の中空孔２２に挿入されており、固定子１２の中空孔２２において軸方向で相対変位可能に配されている。また、固定子１２の内周面と可動子１４の外周面の間には所定の隙間が設けられて、可動子１４が固定子１２に対して非接触で挿入配置されており、可動子１４のインナヨーク２８，２８の外周面が、アウタヨーク１８の磁気ギャップ２４，２４の各一方に対して軸直角方向で対向位置せしめられている。

また、固定子１２と可動子１４は、板ばね３０，３０によって相互に連結されている。板ばね３０，３０は、ばね鋼などで形成されて略円板形状を有しており、厚さ方向の弾性変形を許容されている。また、板ばね３０，３０の径方向中央部分には、上下に貫通する挿通孔３２が形成されている。なお、板ばね３０，３０は、厚さ方向のばねを調節するための孔が、径方向の中間部分に形成されていても良い。

この板ばね３０，３０は、外周端部がそれぞれ外周スペーサ３４を介して固定子１２のアウタヨーク１８と軸方向に重ね合わされており、板ばね３０，３０の外周端部と固定子１２が筒状部材３６によって相互に固定されている。筒状部材３６は、薄肉大径の円筒形状を有する金属製の部材であって、固定子１２に外挿されてアウタヨーク１８の外周面に当接状態で重ね合わされている。また、筒状部材３６の軸方向両端部分が内周側へ折り曲げられており、板ばね３０，３０の外周端部と外周スペーサ３４，３４がそれぞれ筒状部材３６の軸方向両端部分と固定子１２との軸方向間で挟まれて固定子１２に固定されている。

一方、板ばね３０，３０の内周端部（挿通孔３２の周縁部）は、それぞれ内周スペーサ３８を介して可動子１４のインナヨーク２８と軸方向に重ね合わされており、板ばね３０，３０の内周端部と可動子１４が、板ばね３０，３０の各挿通孔３２と可動子１４の中央孔に挿通されるボルト４０とナット４２によって相互に固定されている。

このように板ばね３０，３０によって連結された固定子１２と可動子１４は、コイル１６への非通電状態において、可動子１４が固定子１２に対して軸方向で位置決め保持されている。即ち、コイル１６への非通電状態で固定子１２のアウタヨーク１８と可動子１４のインナヨーク２８，２８との間に作用する磁気的な吸引力によって、固定子１２と可動子１４が軸方向で相対的な初期位置に位置決めされると共に、板ばね３０，３０の弾性によって可動子１４が固定子１２に対して軸方向の所定位置に保持されている。

かくの如き構造を有する電磁式アクチュエータ１０は、固定子１２のコイル１６への通電によってアウタヨーク１８における磁気ギャップ２４，２４の軸方向両側に磁極が形成されることにより、アウタヨーク１８の磁極とインナヨーク２８の磁極の間で磁気的な吸引力および排斥力が作用せしめられる。これにより、固定子１２と可動子１４の間に軸方向の駆動力が及ぼされて、固定子１２と可動子１４が軸方向で相対的に変位するようになっている。

ここにおいて、電磁式アクチュエータ１０の固定子１２では、図２に示すように、アウタヨーク１８の磁気ギャップ２４の軸方向両側に位置する磁気ギャップ形成面４４，４４に対して、軸方向に突出する突出部４６がそれぞれ形成されている。磁気ギャップ形成面４４，４４は、略軸直角方向に広がる平坦状の面であって、磁気ギャップ２４を挟んで軸方向に対向している。

突出部４６は、アウタヨーク１８と一体形成されて、磁気ギャップ形成面４４，４４の内周端部から軸方向に突出しており、突出部４６の形成部分において磁気ギャップ２４の軸方向寸法で小さくなっている。本実施形態において、磁気ギャップ２４を軸方向に挟んで対向する突出部４６，４６の先端間の距離は、磁極が形成されるインナヨーク２８の外周端の上下厚さ寸法よりも小さくされており、磁気ギャップ２４の軸方向両側に位置する磁気ギャップ形成面４４，４４から突出する突出部４６，４６は、少なくとも先端部分がインナヨーク２８と径方向で対向位置している。

また、本実施形態の突出部４６の外周面は、突出部４６の先端側に行くに従って内周側に向かう傾斜面４８とされており、突出部４６が先端側に向けて次第に径方向で薄肉となっている。更に、突出部４６は先端が所定の幅で環状に延びており、軸直角方向に広がる平坦状の先端面５０を備えている。本実施形態では、突出部４６の基端の幅方向（径方向）寸法がヨーク厚さの略半分とされていると共に、突出部４６の先端面５０の幅方向寸法がヨーク厚さの半分よりも小さくされて、ヨーク厚さの略１／４とされている。

さらに、突出部４６の先端は、磁気ギャップ形成面４４におけるヨーク厚さ方向の中央よりも内周側に偏倚せしめられている。より具体的には、突出部４６の先端面５０の径方向中央（図２中の一点鎖線）が、磁気ギャップ形成面４４におけるヨーク厚さ方向の中央（図２中の二点鎖線）よりも内周側（図２中の右側）に位置している。なお、ヨーク厚さとはコイル１６の内周側に配された部分におけるアウタヨーク１８の厚さであって、ヨーク厚さ方向とは電磁式アクチュエータ１０の径方向を言う。本実施形態では、突出部４６の先端面５０の全体が、磁気ギャップ形成面４４におけるヨーク厚さ方向の中央よりも内周側に位置しているが、突出部４６の先端面５０の径方向中央が内周側に位置していれば良く、突出部４６の先端面５０の外周部分が磁気ギャップ形成面４４におけるヨーク厚さ方向の中央よりも外周側に位置していても良い。

また、磁気ギャップ形成面４４における突出部４６よりも外周側には、略軸直角方向に広がる平坦状面５２が設けられており、周方向の全周に亘って連続している。本実施形態では、ヨーク厚さの略半分の径方向幅寸法を有する平坦状面５２が、突出部４６よりも外周側に設けられており、突出部４６が、磁気ギャップ形成面４４においてヨーク厚さ方向で部分的に形成されている。更に、インナヨーク２８の軸方向厚さ寸法が、軸方向に対向する磁気ギャップ形成面４４，４４の平坦状面５２，５２間における磁気ギャップ２４の軸方向距離以下とされており、インナヨーク２８が、コイル１６の内周側に位置するアウタヨーク１８の磁気ギャップ端に対して径方向で対向している。なお、軸方向に対向する平坦状面５２，５２を含む磁気ギャップ形成面４４，４４が相互に平行でない場合には、インナヨーク２８の軸方向厚さ寸法は、突出部４６を外れた磁気ギャップ形成面４４，４４の外周端における磁気ギャップ２４の軸方向距離以下の大きさであることが望ましい。

本実施形態では、コイル１６が巻回されるボビン１５の内周壁部の上下面が段付き形状とされており、軸方向寸法の小さいボビン１５の内周端部５４が磁気ギャップ２４を挟んで対向する平坦状面５２，５２と軸方向に当接状態で重ね合わされている。

本実施形態において、平坦状面５２は突出部４６よりも内周側には形成されておらず、突出部４６が磁気ギャップ形成面４４の内周端部に形成されていることによって、磁力が固定子１２と可動子１４の間で効率的に作用するようになっている。特に本実施形態では、突出部４６の内周面が軸方向に広がる円筒面とされていることから、突出部４６の先端面５０がアウタヨーク１８における最内周部分に配置されている。

このような突出部４６を備える本実施形態に係る電磁式アクチュエータ１０によれば、アウタヨーク１８における磁気ギャップ２４，２４を挟んだ両側端部と、インナヨーク２８に形成される可動子１４側の磁極との間に作用する磁力について、その作用する方向や大きさを突出部４６によって調節することができる。すなわち、所定のヨーク厚さで形成されたアウタヨーク１８で導かれる磁束（磁力線）が、磁気ギャップ形成面４４に設けられた突出部４６で方向や密度を調節されて、インナヨーク２８の可動子１４の磁極に向けられることとなる。それ故、突出部４６の形状や大きさを適宜に設定することで、可動子１４の磁極に向けられる磁束の方向や密度を調節することが可能になる。

特に本実施形態では、アウタヨーク１８における突出部４６の基端には平坦状面５２が形成されており、磁路が急縮されていることで突出部４６による磁束の方向や密度の調節作用がより効果的に発揮されるようになっている。また、図２に示されているように、かかる平坦状面５２にはコイル１６のボビン１５が当接状態で位置決めされており、コイル１６とインナヨーク２８の位置決め精度の向上も図られている。なお、平坦状面５２の径方向幅寸法は特に限定されるものでないが、例えば突出部４６が形成されたアウタヨーク１８のヨーク厚さの１／４〜３／４程度の径方向幅寸法をもって形成され得る。また、かかる平坦状面５２には、僅かな傾斜が付されていても良く、重ね合わされるコイル１６のボビン１５に対して傾斜によるセンタリング作用が発揮されるようにしても良い。

このように、電磁式アクチュエータ１０における磁力の作用方向や大きさが突出部４６によって調節され得ることは、磁場解析によっても確認された。即ち、図３，４には、コイルへの非通電状態における磁場解析結果が示されている。なお、図３には本発明に係る電磁式アクチュエータである実施例の磁場解析結果を、図４には可動子のインナヨークと固定子のアウタヨークの磁気ギャップ端が軸方向に離れて配された比較例１の磁場解析結果を、それぞれ示す。また、図３，４において、（ａ）は可動子が固定子に対して初期中立位置に位置決めされた状態における磁場解析結果を、（ｂ）は可動子が固定子に対して初期中立位置から上方へ変位した状態における磁場解析結果を、それぞれ示す。なお、図３，４と後述する図６，７には、構造の理解を容易にするために、第一の実施形態の電磁式アクチュエータ１０と対応する符号を付し、以下の図３〜８の説明においても図中と同様の符号を付して説明する。

図３によれば、実施例の電磁式アクチュエータでは、コイル１６への非通電状態において、可動子１４が（ａ）に示す初期中立位置から（ｂ）に示すように上方へ変位した場合に、固定子１２と可動子１４の間に作用する磁力の強さや向きの変化が小さい。従って、製造誤差などによって可動子１４が固定子１２に対して初期中立位置から軸方向にずれた場合などに、可動子１４が磁力によって固定子１２に対して軸方向へ大きく変位するのを防ぐことができる。このように磁気吸引力の変化が抑えられる理由としては、図３に示す実施例では、突出部４６の先端部分がインナヨーク２８に対して軸直角方向の投影で重なり合っていることが考えられる。即ち、固定子１２と可動子１４の相対変位に対するアウタヨーク１８の突出部４６とインナヨーク２８の外周面との軸方向距離の変化が低減されて、それらアウタヨーク１８とインナヨーク２８の間に作用する磁力の変化が抑えられるからである。

図４に示す比較例１では、可動子１４が固定子１２に対して初期中立位置に位置する（ａ）の状態に比して、可動子１４が固定子１２に対して初期中立位置から上方へ変位した（ｂ）の状態では、インナヨーク２８，２８とアウタヨーク１８における磁気ギャップ２４，２４を挟んだ上部との間に作用する磁力が強くなっていると共に、インナヨーク２８，２８とアウタヨーク１８における磁気ギャップ２４，２４を挟んだ下部との間に作用する磁力が弱くなっている。それ故、図４に示す比較例１では、固定子１２と可動子１４の間に上下の磁気吸引力の差に起因する上向きの力が大きく作用することから、製造誤差などによる固定子１２と可動子１４の軸方向での相対的な位置ずれに対して、可動子１４を固定子１２に対する初期中立位置に保持することが難しい。

このように、図３に示す実施例では、図４に示す比較例１に比して、可動子１４と固定子１２の相対的な位置の変化に対して生じる軸方向の力が抑えられて、可動子１４を固定子１２に対する軸方向の初期中立位置に精度よく保持し易いことが確認できた。このことは、可動子１４の固定子１２に対する軸方向位置と、可動子１４と固定子１２の間に作用する力の関係を示す図５のグラフからも理解できる。即ち、図５によれば、実施例では、初期中立位置（図５に示すグラフの横軸中央の０ｍｍ）に対して可動子１４の位置が軸方向にずれる際に、発生する力が比較例１に比して大幅に小さくなっている。従って、実施例では、初期中立位置に近い位置における軸方向の位置ずれに対して発生する力が小さく、製造誤差などの小さな位置ずれに対して、可動子１４の安定した位置決め保持が実現される。

次に、図６，７には、コイルへの通電状態における磁場解析結果が示されている。なお、図６には本発明に係る電磁式アクチュエータである実施例の磁場解析結果を、図７には可動子のインナヨークと固定子のアウタヨークの磁気ギャップ端が軸直角方向にオーバーラップした比較例２の磁場解析結果を、それぞれ示す。また、図６，７において、（ａ）は可動子が固定子に対して初期中立位置に位置決めされた状態における磁場解析結果を、（ｂ）は可動子が固定子に対して初期中立位置から上方へ変位した状態における磁場解析結果を、それぞれ示す。なお、比較例２は、図７に示すように、突出部が設けられていない構造とされている。

図６に示す実施例では、可動子１４が固定子１２に対して軸方向の初期中立位置に位置する（ａ）の状態において、固定子１２と可動子１４の間には、突出部４６の先端に集中的に作用する磁力によって、軸方向成分の大きな磁気吸引力が及ぼされていると共に、磁力線が軸方向に対して小さな傾斜で延びており、固定子１２と可動子１４の間に磁力によって作用する軸方向の駆動力が効率的に発揮される。更に、可動子１４が固定子１２に対して上方へ変位した（ｂ）の状態においても、固定子１２と可動子１４の間で磁力線が軸方向に対して小さな傾斜で延びていることから、磁力による可動子１４の軸方向駆動力が効率的に発揮されていることを確認した。

一方、図７に示す比較例２では、インナヨーク２８，２８とアウタヨーク１８における磁気ギャップ２４，２４を挟んだ上部との間に作用する磁力の作用方向が、軸方向に対して大きく傾斜して軸直角方向に近くなっている。従って、図７に示す比較例２では、図６に示す実施例に比して、固定子１２と可動子１４の間に作用する軸方向の加振力を効率的に得ることができない。

このことは、可動子１４の固定子１２に対する軸方向位置と、可動子１４と固定子１２の間に作用する力の関係を示す図８のグラフからも理解できる。即ち、図８によれば、実施例では、コイル１６への通電状態で固定子１２と可動子１４の間に作用する力が、比較例２よりも大きくなっている。

図３〜８に示すように、本発明に係る実施例では、コイル１６への非通電状態において、可動子１４の固定子１２に対する軸方向の位置を安定して保持することができると共に、コイル１６への通電によって可動子１４と固定子１２の間に軸方向の駆動力を効率的に作用させることができる。

また、本実施形態では、突出部４６の少なくとも先端部分がインナヨーク２８，２８の外周面に対して軸直角方向の投影において重なる位置に配されていることから、固定子１２と可動子１４の軸方向での相対位置の変化による固定子１２の磁極と可動子１４の磁極との距離の変化が低減される。それ故、製造誤差などに起因する固定子１２と可動子１４の軸方向での初期位置のずれなどに対して、固定子１２と可動子１４の間に作用する軸方向の磁気吸引力の変化が低減されて、可動子１４が固定子１２に対して初期中立位置から大きくずれるのを防ぐことができる。しかも、突出部４６の先端面５０が磁気ギャップ形成面４４の内周側に偏倚設定されていることから、可動子１４の固定子１２に対する軸方向駆動力のエネルギー効率の向上も図られている。

また、アウタヨーク１８における突出部４６を外れた磁気ギャップ形成面４４の外周部分が可動子１４のインナヨーク２８に対して軸方向外方に位置しており、例えば軸直角方向に作用する適度な磁気吸引力によって可動子１４の固定子１２に対する軸方向の位置安定性をより有利に実現可能となり得る。

また、突出部４６の外周面が傾斜面４８とされていることによって、可動子１４のインナヨーク２８と固定子１２のアウタヨーク１８の間で磁束がより軸方向に近い向きに導かれて、コイル１６への通電による軸方向の出力をより効率的に得ることができる。しかも、突出部４６の外周面が傾斜面４８とされていることによって、突出部４６が先端に向けて次第に径方向で狭幅となっていることから、突出部４６の先端に対する磁力の集中的な作用によって、固定子１２の突出部４６と可動子１４のインナヨーク２８との間に軸方向の駆動力をより効率的に発生させることができ得る。

また、突出部４６の径方向外側に平坦状面５２が設けられていることにより、突出部４６の軸直角方向の厚さの調節自由度が大きくなって、目的とする磁気的特性を有利に得ることができる。しかも、平坦状面５２が突出部４６の外周側に設けられていることにより、突出部４６が可動子１４のインナヨーク２８の外周面から離れすぎるのを防いで、磁気吸引力による加振力を効率的に得ることができる。

ところで、本実施形態の電磁式アクチュエータ１０は、例えば、固定子１２と板ばね３０，３０の外周端部とを連結する筒状部材３６が被駆動側部材と支持側部材の何れか一方に取り付けられると共に、可動子１４と板ばね３０，３０の内周端部とを連結するボルト４０が被駆動側部材と支持側部材の何れか他方に取り付けられることにより、被駆動側部材を支持側部材に対して軸方向で相対的に変位させることができるようになっている。なお、固定子１２に対して相対変位する可動子１４によって被駆動側部材を変位駆動させる他、可動子１４を支持側部材に取り付けると共に、固定子１２を被駆動側部材に取り付けて、可動子１４に対して相対的に変位する固定子１２によって被駆動側部材を変位駆動させることもできる。

また、本実施形態の電磁式アクチュエータ１０は、例えば、特許第５４９６８２２号公報などに示されているような能動型制振器のアクチュエータや、特許第３６９２８１５号公報などに示されているような能動型防振装置のアクチュエータとして採用されて、発生する加振力によって能動的な制振作用や相殺的な防振効果が発揮される。

図９には、本発明の第二の実施形態としての電磁式アクチュエータ６０が示されている。電磁式アクチュエータ６０の固定子１２は、アウタヨーク６２を備えている。以下の説明において、第一の実施形態と実質的に同一の部材および部位については、図中に同一の符号を付すことにより、説明を省略する。

より詳細には、アウタヨーク６２は、コイル１６の内周側に位置する部分の外周面が全体に亘って磁気ギャップ２４に向けて次第に内周側へ傾斜しており、コイル１６の内周側に位置するアウタヨーク６２の全体が磁気ギャップ２４に向けて次第に径方向狭幅となっている。

また、アウタヨーク６２には、突出部６４が一体形成されている。本実施形態では、アウタヨーク６２におけるコイル１６の内周側に位置する部分と突出部６４が段差などをもつことなく連続的に形成されている。

このような本実施形態に従う構造とされた電磁式アクチュエータ６０によれば、第一の実施形態の電磁式アクチュエータ１０と同様に、可動子１４の固定子１２に対する軸方向の位置安定性を確保しつつ、軸方向駆動力を優れたエネルギー効率で得ることができる。

なお、第一の実施形態で示した突出部４６の先端に径方向で所定の幅を有する先端面５０が形成された構造は、本発明において必須ではなく、図９に示す突出部６４のように先端が全周に亘って連続する幅のない稜線状であっても良い。

また、第一の実施形態のように突出部４６の基端の外周に平坦状面５２が設けられている必要はなく、図９に示すように、アウタヨーク６２におけるコイル１６の内周側に位置する部分の外周面が全体に亘って傾斜面とされていても良い。更に、突出部４６の基端の外周に平坦状面５２が設けられた第一の実施形態の如き構造において、平坦状面５２は必ずしも軸直角方向に広がる面に限定されず、軸直角方向に対して傾斜していても良いが、好適には、軸直角方向に広がる平面に対する傾斜角度が突出部の外周面よりも小さいことが望ましい。

図１０には、本発明の第三の実施形態としての電磁式アクチュエータ７０が示されている。電磁式アクチュエータ７０の固定子１２は、アウタヨーク７２を備えている。アウタヨーク７２は、突出部７４を一体で備えており、突出部７４の外周面が傾斜面７６とされている。本実施形態の傾斜面７６は、突出部７４の先端に行くに従って内周に向かう面であって、突出部７４の先端に行くに従って軸方向に対する傾斜角度が小さくなっており、縦断面において凹形の湾曲面となっている。

このような本実施形態に従う構造とされた電磁式アクチュエータ７０においても、第一の実施形態の電磁式アクチュエータ１０と同様に、可動子１４の固定子１２に対する軸方向の位置安定性を確保しつつ、軸方向駆動力を優れたエネルギー効率で得ることができる。

なお、図１１に示す電磁式アクチュエータ８０のアウタヨーク８２のように、突出部８４の外周面が突出部８４の先端に行くに従って内周に向かう傾斜面８６とされていると共に、傾斜面８６の軸方向に対する傾斜角度が突出部８４の先端に行くに従って大きくなって、傾斜面８６が縦断面において凸形の湾曲面となっている構造も採用され得る。

以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、前記実施形態に示した突出部４６の具体的な配置や形状は、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、図１２に示す突出部９０のように、内周面が先端に行くに従って外周に向かう内周傾斜面９２とされていても良く、これによれば、可動子１４と固定子１２の間の磁力の大きさや向きをより大きな自由度で調節することが可能となり得ると共に、突出部４６と可動子１４の干渉の回避にも効果的である。なお、図１２に示す突出部９０の内周傾斜面９２は、略一定の傾斜角度で広がる平面形状とされているが、傾斜角度が変化する湾曲面形状であっても良い。

また、図１２の構造からも分かるように、突出部の先端が磁気ギャップ形成面におけるヨーク厚さ方向の中央よりも内周側に偏倚せしめられているとは、突出部の先端全体がヨーク厚さ方向の中央よりも内周側に位置していることのみを意味するものではなく、例えば突出部の先端がヨーク厚さ方向に幅を有する場合には、突出部の先端幅の中央がヨーク厚さ方向の中央よりも内周側に位置していれば良い。

前記実施形態では、突出部４６の外周面が傾斜面４８とされていたが、突出部の外周面は軸方向に対して角度をもって傾斜するテーパ形状に限定されるものではなく、軸方向の筒状面や段差面なども採用され得る。また、アウタヨークの磁気ギャップ２４を挟んで軸方向で対向位置する両側の突出部４６，４６等は、形状や大きさ等を互いに異ならされていても良い。更にまた、かかる突出部４６等は、アウタヨークの周方向の全周に亘って同一である必要もなく、例えば周上で部分的に形成することも可能である。

前記実施形態の電磁式アクチュエータ１０では、上下に並んで配設された２つのコイル１６，１６を備えた構造が例示されているが、コイル１６の数は、１つでも良いし、３つ以上の複数であっても良い。

１０，６０，７０，８０：電磁式アクチュエータ、１２：固定子、１４：可動子、１６：コイル、１８，６２，７２，８２：アウタヨーク、２０：コイル部材、２２：中空孔、２４：磁気ギャップ、２６：永久磁石、２８：インナヨーク（磁極部）、４４：磁気ギャップ形成面、４６，６４，７４，８４，９０：突出部、４８，７６，８６：傾斜面、５２：平坦状面

Claims (5)

1. 環状の固定子の中空孔において軸方向へ相対変位可能に可動子が配されており、該固定子がコイルの周りにアウタヨークを備えたコイル部材を備えていると共に、該アウタヨークにおける該コイルの内周側に磁気ギャップが形成されている一方、該可動子が永久磁石を備えており、該可動子において軸方向両側に設けられた磁極部の外周面が、該アウタヨークの該磁気ギャップに対して軸直角方向で対向位置せしめられて、該コイルへの通電によって該可動子と該固定子との間に軸方向の駆動力が及ぼされる電磁式アクチュエータであって、
   前記アウタヨークにおいて前記磁気ギャップを挟んだ軸方向両側に位置する磁気ギャップ形成面には、軸方向に突出する突出部がそれぞれ形成されており、該突出部の先端が該磁気ギャップ形成面におけるヨーク厚さ方向の中央よりも内周側に偏倚せしめられていることを特徴とする電磁式アクチュエータ。
2. 前記可動子の前記磁極部における軸方向厚さ寸法が、前記固定子の前記アウタヨークにおいて前記磁気ギャップを挟んだ軸方向両側に位置する前記突出部の先端間における該磁気ギャップの軸方向距離以上の大きさとされている請求項１に記載の電磁式アクチュエータ。
3. 前記可動子の前記磁極部における軸方向厚さ寸法が、前記固定子の前記アウタヨークにおいて前記磁気ギャップを挟んだ軸方向両側に位置する前記磁気ギャップ形成面の外周端における該磁気ギャップの軸方向距離以下の大きさとされている請求項１又は２に記載の電磁式アクチュエータ。
4. 前記アウタヨークにおいて前記磁気ギャップを挟んだ軸方向両側に位置する前記磁気ギャップ形成面の前記突出部の外周面が、先端側に行くに従って内周側に向かう傾斜面とされている請求項１〜３の何れか一項に記載の電磁式アクチュエータ。
5. 前記アウタヨークにおいて前記磁気ギャップを挟んだ軸方向両側に位置する前記磁気ギャップ形成面において、前記突出部の外周側には平坦状面が設けられている請求項１〜４の何れか一項に記載の電磁式アクチュエータ。