JP2019212700A - 電磁アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化可能な電磁アクチュエータを提供する。【解決手段】電流制御部50は、第1ソレノイド31から第2ソレノイド32に向かう電流である第1電流I1および第2ソレノイド32から第1ソレノイド31に向かう電流である第2電流I2を流すことが可能である。通電箇所変更部60は、電流制御部50が第1電流I1から第2電流I2に切り替えたとき、第1ソレノイド31、第2ソレノイド32または第1ソレノイド31および第2ソレノイド32の両方のいずれかに電流が流れるように、通電箇所を変更する。もしくは、通電箇所変更部60は、電流制御部50が第2電流I2から第1電流I1に切り替えたとき、第1ソレノイド31、第2ソレノイド32または第1ソレノイド31および第2ソレノイド32の両方のいずれかに電流が流れるように、通電箇所を変更する。【選択図】図2
Description
本開示は、電磁アクチュエータに関する。
従来、特許文献1に記載されているように、2つのソレノイドに電流を選択して流すことによって、可動部の位置および速度を切り替える電磁アクチュエータが知られている。
特許文献1の構成のように、複数のソレノイドに対して個別に電流を流すためには、ソレノイドの数に応じて、ソレノイドに用いる端子および配線の数を増加させる必要がある。ソレノイドに用いる端子および配線の数が増加するとき、可動部ならびにソレノイドに用いる端子および配線が設けられる空間に制約が生じやすくなり、電磁アクチュエータの体格が大型化する虞がある。また、複数のソレノイドに対して個別に電流を流すためには、各ソレノイドに個別の制御指令を入力必要があり、電磁アクチュエータの制御が複雑化する虞がある。
本開示の目的は、小型化可能な電磁アクチュエータを提供することにある。
本開示の電磁アクチュエータは、ハウジング(20)、第1ソレノイド(31、431)、第2ソレノイド(32、432)、可動部(41、241、242、)、電流制御部(50)および通電箇所変更部(60、360、460)を備える。
ハウジングは、有底筒状に形成されている。第1ソレノイドは、ハウジングに設けられており、電流が流れたとき、ハウジングを経由する磁界を生成する。第2ソレノイドは、ハウジングに設けられ、第1ソレノイドに直列接続されており、電流が流れたとき、ハウジングを経由する磁界を生成する。可動部は、ハウジングの内側に設けられており、第1ソレノイドに電流が流れたとき、ハウジングに吸引され、第2ソレノイドに電流が流れたとき、ハウジングに吸引される。
電流制御部は、第1ソレノイドから第2ソレノイドに向かう電流である第1電流(I1)および第2ソレノイドから第1ソレノイドに向かう電流である第2電流(I2)を流すことが可能である。通電箇所変更部は、電流制御部が第1電流から第2電流に切り替えたとき、第1ソレノイド、第2ソレノイドまたは第1ソレノイドおよび第2ソレノイドの両方のいずれかに電流が流れるように、通電箇所を変更する。もしくは、通電箇所変更部は、電流制御部が第2電流から第1電流に切り替えたとき、第1ソレノイド、第2ソレノイドまたは第1ソレノイドおよび第2ソレノイドの両方のいずれかに電流が流れるように、通電箇所を変更する。
電流制御部による電流方向の切り替えのみで、電磁アクチュエータの制御を可能とし、ソレノイドに用いる端子および配線の数を増加させる必要がない。したがって、電磁アクチュエータを小型化できる。
以下、電磁アクチュエータの実施形態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、実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明する。本実施形態という場合、複数の実施形態を包括する。本実施形態の電磁アクチュエータは、例えば、車両に搭載される電磁弁1に用いられる。
図1に示すように、電磁弁1は、基部2および電磁アクチュエータ11を備える。電磁弁1では、電磁アクチュエータ11の可動部41が基部2の流体流路3を開閉する。流体流路3が開かれたとき、流体が電磁アクチュエータ11のハウジング20内に流入する。ハウジング20内に流入した流体は、電磁アクチュエータ11の外部に流出する。なお、流体は、液体または気体である。
(第1実施形態)
電磁アクチュエータ11は、ハウジング20、第1ソレノイド31、第2ソレノイド32、可動部41および付勢部材としてのスプリング51を有する。
電磁アクチュエータ11は、ハウジング20、第1ソレノイド31、第2ソレノイド32、可動部41および付勢部材としてのスプリング51を有する。
ハウジング20は、非磁性体で形成され、有底筒状に形成されている。また、ハウジング20は、ハウジング開口部21および固定子22を有する。ハウジング開口部21は、基部2側のハウジング20の部位であり、基部2と接続されている。
固定子22は、軟磁性体で形成されている。固定子22は、ハウジング開口部21とは反対側のハウジング20に設けられており、固定子凹部23および複数の固定子凸部24を含む。固定子凹部23は、ハウジング20の軸方向に凹んでいる。固定子凸部24は、可動部41に向かって延びている。
第1ソレノイド31は、ハウジング20に設けられており、巻線が巻回されている。第1ソレノイド31の巻線は、固定子22に内包されるように、ハウジング20内に設けられている。第1ソレノイド31の巻線は、例えば、銅で形成されている。また、第1ソレノイド31の巻線は、固定子22と電気的に絶縁されている。第1ソレノイド31に電流が流れたとき、第1ソレノイド31は、固定子22を経由する磁界を生成する。
第2ソレノイド32は、第1ソレノイド31と同様に、ハウジング20に設けられており、巻線が巻回されている。第2ソレノイド32の巻線は、固定子22に内包されるように、ハウジング20内に設けられている。第2ソレノイド32の巻線は、第1ソレノイド31と同様に、銅で形成されている。同様に、第2ソレノイド32の巻線は、固定子22と電気的に絶縁されている。
また、第2ソレノイド32は、第1ソレノイド31に直列接続されている。第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、ハウジング20の径方向に並んでいる。第2ソレノイド32に電流が流れたとき、第2ソレノイド32は、固定子22を経由する磁界を生成する。
第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、第1ソレノイド31の巻線方向が第2ソレノイド32の巻線方向と同一となるように、形成されている。第1ソレノイド31の巻数を第1巻数Ns1とする。第2ソレノイド32の巻数を第2巻数Ns2とする。第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、第1巻数Ns1が第2巻数Ns2と同一となるように、すなわち、Ns1=Ns2 となるように、形成されている。本明細書中、「同一」、「同じ」、「=」は、常識的な誤差範囲を含むものとする。なお、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、第1巻数Ns1が第2巻数Ns2と異なるように、すなわち、Ns1≠Ns2となるように、形成されてもよい。
可動部41は、軟磁性体で形成されている。可動部41は、ハウジング20の内側に設けられ、基部2と固定子22との間に設けられている。図において、可動部41の移動を明確にするため、可動部41と固定子22との隙間を誇張して記載している。可動部41と固定子22との隙間は、後述の磁気回路が生成されるように、調整されている。
第1ソレノイド31に電流が流れたとき、磁気回路が生成され、固定子22に可動部41が吸引される。第1ソレノイド31により、可動部41が吸引されたとき、固定子22に向かって移動する。このとき、可動部41は、流体流路3を開く。第2ソレノイド32に電流が流れたとき、固定子22に可動部41が吸引される。第2ソレノイド32により、可動部41が吸引されたとき、固定子22に向かって移動する。このとき、可動部41は、流体流路3を開く。流体流路3を開く方向における可動部41の移動量を可動部移動量Leとする。
また、可動部41は、T字形状の断面を含み、固定子22側に、可動凹部43を含む。可動凹部43は、可動部41が流体流路3を開閉する方向に凹んでいる。流体流路3の流体によって、可動部41が流体流路3を開く方向に向かって、可動部41に作用する力を流体補助力Ffとする。
スプリング51は、ハウジング20の内側に設けられ、可動凹部43と固定子凹部23との間に設けられている。スプリング51は、可動部41が流体流路3を閉じる方向に向かって、可動部41を付勢する。スプリング51が可動部41を付勢する力をスプリング力Fsとする。スプリング51により、初期状態では、可動部41は、流体流路3を閉じている。
従来、特許文献1の構成のように、複数のソレノイドに対して個別に電流を流すためには、ソレノイドの数に応じて、ソレノイドに用いる端子および配線の数を増加させる必要がある。ソレノイドに用いる端子および配線の数が増加するとき、可動部ならびにソレノイドに用いる端子および配線が設けられる空間に制約が生じやすくなり、電磁アクチュエータの体格が大型化する虞がある。また、複数のソレノイドに対して個別に電流を流すためには、各ソレノイドに個別の制御指令を入力必要があり、電磁アクチュエータの制御が複雑化する虞がある。そこで、本実施形態の電磁アクチュエータは、小型化可能である。
図2に示すように、電磁アクチュエータ11は、電流制御部50および通電箇所変更部60をさらに有する。第1ソレノイド31から第2ソレノイド32に向かう電流を第1電流I1とする。第2ソレノイド32から第1ソレノイド31に向かう電流を第2電流I2とする。
電流制御部50は、電源を含み、電流を流すことが可能である。また、電流制御部50は、電流の大きさを制御可能である。さらに、電流制御部50は、マイコンを主体として構成されている。電流制御部50は、CPU、読み出し可能な非一時的有形記録媒体、ROM、I/O、および、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。電流制御部50の各処理は、ROM等の実体的なメモリ装置に予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
電流制御部50は、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32と電気的に接続されている。電流制御部50は、第1電流I1および第2電流I2を流すことが可能である。また、電流制御部50は、第1電流I1から第2電流I2に、または、第2電流I2から第1電流I1に、電流方向を切り替えることが可能である。
通電箇所変更部60は、電流制御部50が第1電流I1から第2電流I2に切り替えたとき、第1ソレノイド31、第2ソレノイド32、または、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32の両方のいずれかに電流が流れるように、通電箇所を変更する。また、通電箇所変更部60は、電流制御部50が第2電流I2から第1電流I1に切り替えたとき、第1ソレノイド31、第2ソレノイド32、または、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32の両方のいずれかに電流が流れるように、通電箇所を変更する。
また、通電箇所変更部60は、1つの整流器61を有する。整流器61は、例えば、ダイオードであり、一方向のみの電流を流すことが可能である。整流器61は、第2ソレノイド32に並列接続されている。
電流制御部50が第1電流I1を流したときの整流器61の抵抗を第1ダイオード抵抗Rd_I1とする。電流制御部50が第1電流I1を流したときの第2ソレノイド32の抵抗を第1抵抗Rs2_I1とする。電流制御部50が第2電流I2を流したときの整流器61の抵抗を第2ダイオード抵抗Rd_I2とする。電流制御部50が第2電流I2を流したときの第2ソレノイド32の抵抗を第2抵抗Rs2_I2とする。各抵抗は、各部位に係る電圧および各部位に流れる電流を測定することによって、測定される。
整流器61および第2ソレノイド32は、以下関係式(1−1)、(1−2)となるように、形成されている。整流器61および第2ソレノイド32は、第1ダイオード抵抗Rd_I1が第1抵抗Rs2_I1よりも小さくなるように、形成されている。また、整流器61および第2ソレノイド32は、第2ダイオード抵抗Rd_I2が第2抵抗Rs2_I2よりも大きくなるように、形成されている。
Rd_I1<Rs2_I1 ・・・(1−1)
Rd_I2>Rs2_I2 ・・・(1−2)
Rd_I2>Rs2_I2 ・・・(1−2)
図3に示すように、電流制御部50が第1電流I1を流したとき、第1ソレノイド31および整流器61に電流が流れ、第2ソレノイド32に電流が流れない。なお、このような電流の流れとなるように、整流器61を配置する向きは、調整されている。
図4に示すように、電流制御部50が第2電流I2を流したとき、整流器61に電流が流れず、第2ソレノイド32および第1ソレノイド31に電流が流れる。図3および図4において、電流制御部50から流れる電流Ifを二点鎖線で記載している。
電流制御部50が第1電流I1から第2電流I2に切り替えたとき、通電箇所変更部60により、第1ソレノイド31から第1ソレノイド31および第2ソレノイド32の両方に通電箇所が変更される。また、電流制御部50が第2電流I2から第1電流I1に切り替えたとき、通電箇所変更部60により、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32から第1ソレノイド31に通電箇所が変更される。
図5に示すように、電流制御部50が第1電流I1を流したとき、第1ソレノイド31に電流が流れ、第1磁気回路M1が生成される。第1磁気回路M1は、固定子22および可動部41を経由する磁気回路である。第1磁気回路M1が生成されたとき、固定子22に可動部41が吸引される。第1磁気回路M1が生成されたときにおける固定子22に可動部41が吸引される力を第1吸引力Fm1とする。
図6に示すように、電流制御部50が第2電流I2を流したとき、第2ソレノイド32および第1ソレノイド31に電流が流れ、複合磁気回路Mcが生成される。複合磁気回路Mcは、固定子22および可動部41を経由する磁気回路である。複合磁気回路Mcは、第2ソレノイド32により、固定子22および可動部41を経由する磁気回路および第1磁気回路M1の重ね合わせによって、生成される磁気回路である。
なお、第1ソレノイド31または第2ソレノイド32に流れる電流の向きが変更されるため、複合磁気回路Mcは、第1磁気回路M1と逆向きの磁気回路となっている。また、第1磁気回路M1および複合磁気回路Mcは、図の記載とは、逆向きにそれぞれ生成されてもよい。
複合磁気回路Mcが生成されたとき、固定子22に可動部41が吸引される。複合磁気回路Mcが生成されたときにおける固定子22に可動部41が吸引される力を複合吸引力Fmcとする。複合磁気回路Mcの場合、第1磁気回路M1の場合と比較して可動部41を通る磁束が大きくなるため、複合吸引力Fmcは、第1吸引力Fm1より大きくなる。
図7のタイムチャートを参照して、電流制御部50が第1電流I1を流したときにおける電磁アクチュエータ11による可動部41の移動および流体流路3の開閉について、説明する。
可動部41が流体流路3を開閉する方向に向かって、可動部41に作用する力の総和を電磁弁力Feとする。電流制御部50が第1電流I1を流したときの電磁弁力Feは、以下関係式(2−1)のように表される。
Fe=Fm1+Ff−Fs ・・・(2−1)
可動部41が流体流路3を開く方向を正方向とする。可動部41が流体流路3を開く方向を負方向とする。電流制御部50が第1電流I1を流したときの電流方向を正方向とする。電流制御部50が第2電流I2を流したときの電流方向を負方向とする。また、図において、正方向を「+」と記載しており、負方向を「−」と記載している。可動部41が流体流路3を開くときを「開」と記載している。可動部41が流体流路3を閉じるときを「閉」と記載している。
初期状態では、電流制御部50は、電流を流しておらず、電流は、ゼロである。このとき、可動部41を吸引する力は、ゼロである。スプリング力Fsにより、電磁弁力Feは、負方向に作用する。可動部41は、流体流路3を閉じており、可動部移動量Leは、ゼロである。なお、本明細書中、「ゼロ」は、常識的な誤差範囲を含むものとする。
時刻t0において、電流制御部50は、第1電流I1を流す。第1ソレノイド31に電流が流れ、第1磁気回路M1が生成される。第1磁気回路M1が生成されたとき、第1吸引力Fm1が発生する。第1電流I1の大きさが大きくなるに伴い、第1吸引力Fm1が大きくなる。第1吸引力Fm1が大きくなるに伴い、電磁弁力Feが正方向に増加する。
時刻t1において、第1電流I1がI1_Aとなる。このとき、電磁弁力Feがゼロになる。時刻t1後、第1吸引力Fm1は、さらに大きくなり、電磁弁力Feは、ゼロを超える。
時刻t2において、第1電流I1がI1_Bとなる。このとき、第1吸引力Fm1がFm1_Aとなる。電磁弁力FeがFe_Aとなる。
時刻t3において、第1電流I1がI1_Cとなる。時刻t3から時刻t4まで、第1電流I1は、I1_Cで一定となっている。なお、時刻t3から時刻t4において、第1電流I1は、I1_Cで一定に限定されず、第1電流I1の大きさが調整されてもよい。
このとき、図8に示すように、可動部移動量LeがLe1となる。ハウジング20内を経由して、流体流路3の流体が流出する。
時刻t4において、電流制御部50は、第1電流I1を停止する。時刻t5において、第1電流I1がI1_Aとなる。このとき、電磁弁力Feがゼロになる。可動部移動量Leが減少し始める。時刻t6において、第1電流I1がゼロになる。第1吸引力Fm1がゼロになる。時刻t7において、可動部移動量Leがゼロになる。可動部41が流体流路3を閉じる。
図9のタイムチャートを参照して、電流制御部50が第2電流I2を流したときにおける電磁アクチュエータ11による可動部41の移動および流体流路3の開閉について、説明する。電流制御部50が第2電流I2を流したときの電磁弁力Feは、以下関係式(2−2)のように表される。
Fe=Fmc+Ff−Fs ・・・(2−2)
時刻x0において、電流制御部50は、第2電流I2を流す。第2ソレノイド32および第1ソレノイド31に電流が流れ、複合磁気回路Mcが生成される。複合磁気回路Mcが生成されたとき、複合吸引力Fmcが発生する。第2電流I2の大きさが大きくなるに伴い、複合吸引力Fmcが大きくなる。複合吸引力Fmcが大きくなるに伴い、電磁弁力Feが正方向にさらに増加する。
時刻x1において、第2電流I2がI2_Aとなる。なお、I2_Aの絶対値は、I1_Aの絶対値と同一である。なお、I2_Aの絶対値は、I1_Aの絶対値と異なってもよい。このとき、電磁弁力Feがゼロになる。時刻x1後、複合吸引力Fmcは、さらに大きくなり、電磁弁力Feは、ゼロを超える。
時刻x2において、第2電流I2がI2_Bとなる。I2_Bの絶対値は、I1_Bの絶対値と同一である。なお、I2_Bの絶対値は、I1_Bの絶対値と異なってもよい。このとき、複合吸引力FmcがFmc_Aとなる。電磁弁力Feは、Fe_Bとなる。以下関係式(3−1)、(3−2)に示すように、Fmc_Aは、Fm1_Aより大きくなっており、Fe_Bは、Fe_Aより大きくなっている。
Fmc_A>Fm1_A ・・・(3−1)
Fe_B>Fe_A ・・・(3−2)
Fe_B>Fe_A ・・・(3−2)
時刻x3において、第2電流I2がI2_Cとなる。I2_Cの絶対値は、I1_Cの絶対値と同一である。なお、I2_Cの絶対値は、I1_Cの絶対値と異なってもよい。時刻x3から時刻x4まで、第2電流I2は、I2_Cで一定となっている。また、時刻x3から時刻x4において、第2電流I2は、I2_Cで一定に限定されず、第2電流I2の大きさが調整されてもよい。
このとき、図10に示すように、可動部移動量LeがLe2となる。ハウジング20内を経由して、流体流路3の流体が流出する。以下関係式(3−3)に示すように、Le2は、Le1以上になっている。
Le2≧Le1 ・・・(3−3)
時刻x4において、電流制御部50は、第2電流I2を停止する。時刻x5において、第2電流I2がI2_Aとなる。このとき、電磁弁力Feがゼロになる。可動部移動量Leが減少し始める。時刻x6において、第2電流I2がゼロになる。複合吸引力Fmcがゼロになる。時刻x7において、可動部移動量Leがゼロになる。可動部41が流体流路3を閉じる。
このように、電流制御部50が第1電流I1を流したとき、第1ソレノイド31に通電する。電流制御部50が第2電流I2を流したとき、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32に通電する。磁気回路を第1磁気回路M1または複合磁気回路Mcに変更でき、可動部41の移動量および移動速度を変更できる。
[1]電流制御部50が第1電流I1から第2電流I2に切り替えたとき、通電箇所変更部60により、第1ソレノイド31、第2ソレノイド32または第1ソレノイド31および第2ソレノイド32の両方のいずれかに電流が流れるように、通電箇所が変更される。電流制御部50が第2電流I2から第1電流I1に切り替えたとき、通電箇所変更部60により、第1ソレノイド31、第2ソレノイド32または第1ソレノイド31および第2ソレノイド32の両方のいずれかに電流が流れるように、通電箇所が変更される。
電流制御部50による電流方向の切り替えのみで、通電箇所が変更される。これにより、電流方向が切り替えられたとき、異なる磁気回路が生成される。異なる磁気回路を生成可能となり、可動部41を通過する磁束を変化させることができる。可動部41を通過する磁束を変化させることで、電磁アクチュエータ11は、可動部41の移動および移動速度を制御できる。したがって、電流制御部50による電流方向の切り替えのみで、電磁アクチュエータ11は、可動部41の制御を可能にする。ソレノイドに用いる端子および配線の数を増加させる必要がなく、電磁アクチュエータ11を小型化できる。
[2]通電箇所変更部60は、整流器61を有する。整流器61は、第1ソレノイド31または第2ソレノイド32に並列接続されている。これにより、電磁アクチュエータ11は、簡易な構成となる。また、電流制御部50によって電流方向が切り替えられたとき、通電箇所変更部60は、通電箇所を容易に変更する。
[3]第1ソレノイド31の巻線方向および第2ソレノイド32の巻線方向は、同一方向である。これにより、電流制御部50による電流方向の切り替えのみで、1つの閉じた磁気回路が生成される。可動部41が吸引される力が安定するため、可動部41の移動量および移動速度を安定して変化させることができる。
(第2実施形態)
第2実施形態では、2つの可動部および2つのスプリングを備える点、ならびに、第1ソレノイドの巻線方向と第2ソレノイドの巻線方向とが異なる点を除き、第1実施形態と同様である。
第2実施形態では、2つの可動部および2つのスプリングを備える点、ならびに、第1ソレノイドの巻線方向と第2ソレノイドの巻線方向とが異なる点を除き、第1実施形態と同様である。
図11に示すように、基部202は、2つの流体流路を有する。一方の流体流路を第1流体流路203とする。他方の流体流路を第2流体流路204とする。また、第2実施形態の電磁アクチュエータ12は、2つの可動部および2つのスプリングを備える。一方の可動部を第1可動部241とする。他方の可動部を第2可動部242とする。また、一方のスプリングを第1スプリング251とする。他方のスプリングを第2スプリング252とする。
第1流体流路203は、基部202の中央に形成され、第2流体流路204よりもハウジング20の径方向内側に位置するように、形成されている。また、第1流体流路203は、第1流体流路203の流路面積が第2流体流路204の流路面積と異なるように、形成されている。なお、第1流体流路203の流路面積および第2流体流路204の流路面積は、同じであってもよい。第2流体流路204は、第1流体流路203よりもハウジング20の径方向外側に形成されている。
第1流体流路203の流体により、第1可動部241が第1流体流路203を開く方向に向かって、第1可動部241に作用する力を第1流体補助力Ff1とする。第2流体流路204の流体により、第2可動部242が第2流体流路204を開く方向に向かって、第2可動部242に作用する力を第2流体補助力Ff2とする。
第1可動部241は、T字形状の断面を含み、固定子22側に、第1可動凹部243を含む。第1可動凹部243は、第1実施形態と同様に、凹んでいる。また、第1可動部241は、第2可動部242に収容されており、第1流体流路203を開閉可能である。
第2可動部242は、筒状に形成されており、固定子22側に、第2可動凹部244を含む。第2可動凹部244は、第1可動部241の大径部を収容するように、凹んでいる。また、第2可動部242は、第2流体流路204を開閉可能である。なお、第2可動部242は、第2可動凹部244が第1可動部241と接触しないように、形成されている。
第1スプリング251は、第1可動凹部243と固定子凹部23との間に設けられている。なお、固定子凹部23は、複数形成されている。第1スプリング251は、第1可動部241が第1流体流路203を閉じる方向に向かって、第1可動部241を付勢する。第1スプリング251により、初期状態では、第1可動部241は、第1流体流路203を閉じている。第1スプリング251が第1可動部241を付勢する力を第1スプリング力Fs1とする。
第2スプリング252は、第2可動凹部244と固定子凹部23との間に設けられている。第2スプリング252は、第2可動部242が第2流体流路204を閉じる方向に向かって、第2可動部242を付勢する。第2スプリング252により、初期状態では、第2可動部242は、第2流体流路204を閉じている。第2スプリング252が第2可動部242を付勢する力を第2スプリング力Fs2とする。
第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、第1ソレノイド31の巻線方向が第2ソレノイド32の巻線方向と異なるように、形成されている。また、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、第1巻数Ns1が第2巻数Ns2と異なるように、すなわち、Ns1≠Ns2 となるように、形成されている。なお、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、第1巻数Ns1が第2巻数Ns2と同一となるように、すなわち、Ns1=Ns2 となるように、形成されてもよい。
図12に示すように、電流制御部50が第1電流I1を流したとき、第1ソレノイド31に電流が流れ、第1磁気回路M1が生成される。このときの第1磁気回路M1は、固定子22および第1可動部241を経由する磁気回路である。第1磁気回路M1が生成されたとき、固定子22に第1可動部241が吸引される力である第1吸引力Fm1が発生する。
第1可動部241が第1流体流路203を開閉する方向に向かって、第1可動部241に作用する力の総和を第1電磁弁力Fe1とする。第1電磁弁力Fe1は、以下関係式(4−1)のように表される。電流制御部50が第1電流I1を大きくしたとき、第1吸引力Fm1が大きくなる。第1吸引力Fm1が大きくなるとき、第1電磁弁力Fe1は、大きくなる。第1電磁弁力Fe1がゼロを超えたとき、第1可動部241が第1流体流路203を開く方向に向かって、第1可動部241は、移動する。
Fe1=Fm1+Ff1−Fs1 ・・・(4−1)
図13に示すように、電流制御部50が第1電流I1を流し、第1電磁弁力Fe1がゼロを超えたとき、第1可動部241は、第1流体流路203を開く。ハウジング20内を経由して、第1流体流路203の流体が流出する。
図14に示すように、電流制御部50が第2電流I2を流したとき、第2ソレノイド32および第1ソレノイド31に電流が流れる。このとき、第1磁気回路M1が生成され、第1吸引力Fm1が発生する。また、第2磁気回路M2が生成される。第2磁気回路M2は、第2ソレノイド32により、固定子22および第2可動部242を経由する磁気回路である。第2磁気回路M2が生成されたとき、固定子22に第2可動部242が吸引される力である第2吸引力Fm2が発生する。
第2可動部242が第2流体流路204を開閉する方向に向かって、第2可動部242に作用する力の総和を第2電磁弁力Fe2とする。第2電磁弁力Fe2は、以下関係式(4−2)のように表される。電流制御部50が第2電流I2を大きくしたとき、第1吸引力Fm1および第2吸引力Fm2が大きくなる。第1電磁弁力Fe1がゼロを超えたとき、第1流体流路203を開く方向に向かって、第1可動部241は、移動する。第2吸引力Fm2が大きくなるとき、第2電磁弁力Fe2は、大きくなる。第2電磁弁力Fe2がゼロを超えたとき、第2可動部242が第2流体流路204を開く方向に向かって、第2可動部242は、移動する。
Fe2=Fm2+Ff2−Fs2 ・・・(4−2)
図15に示すように、電流制御部50が第2電流I2を流し、第1電磁弁力Fe1がゼロを超えたとき、第1可動部241は、第1流体流路203を開く。ハウジング20内を経由して、第1流体流路203の流体が流出する。また、電流制御部50が第2電流I2を流し、第2電磁弁力Fe2がゼロを超えたとき、第2可動部242は、第2流体流路204を開く。ハウジング20内を経由して、第2流体流路204の流体が流出する。なお、第1電磁弁力Fe1がゼロとなるときの電流値および第2電磁弁力Fe2がゼロとなるときの電流値は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
第2実施形態においても、第1実施形態に記載されている[1]、[2]と同様の効果を奏する。さらに、第2実施形態では、電磁アクチュエータ12は、2つの可動部を備えている。また、第1ソレノイド31の巻線方向および第2ソレノイド32の巻線方向は、異なる方向である。これにより、複数の可動部が安定して移動できる。また、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、第1巻数Ns1が第2巻数Ns2と異なるように、形成されている。これにより、第1吸引力Fm1および第2吸引力Fm2の調整がしやすくなる。
(第3実施形態)
第3実施形態では、2つの可動部および2つのスプリングを備える点、ならびに、通電箇所変更部が2つの整流器を有する点を除き、第1実施形態と同様である。また、基部202は、第1流体流路203および第2流体流路204を有する。さらに、第3実施形態の電磁アクチュエータ13は、第2実施形態と同様に、第1可動部241、第2可動部242、第1スプリング251および第2スプリング252を備える。
第3実施形態では、2つの可動部および2つのスプリングを備える点、ならびに、通電箇所変更部が2つの整流器を有する点を除き、第1実施形態と同様である。また、基部202は、第1流体流路203および第2流体流路204を有する。さらに、第3実施形態の電磁アクチュエータ13は、第2実施形態と同様に、第1可動部241、第2可動部242、第1スプリング251および第2スプリング252を備える。
さらに、第3実施形態において、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、第1ソレノイド31の巻線方向が第2ソレノイド32の巻線方向と同一方向となるように、形成されてもよい。第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、第1ソレノイド31の巻線方向が第2ソレノイド32の巻線方向と異なるように、形成されてもよい。また、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、第1巻数Ns1が第2巻数Ns2と同一となるように、形成されてもよい。第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、第1巻数Ns1が第2巻数Ns2と異なるように、形成されてもよい。
図16に示すように、電磁アクチュエータ13の通電箇所変更部360は、2つの整流器を有する。一方の整流器を第1整流器361とする。他方の整流器を第2整流器362とする。第1整流器361は、第1ソレノイド31に並列接続されている。第2整流器362は、第2ソレノイド32に並列接続されている。
図17に示すように、電流制御部50が第1電流I1を流したとき、第1ソレノイド31および第2整流器362に電流が流れ、第1整流器361および第2ソレノイド32に電流が流れない。
図18に示すように、電流制御部50が第2電流I2を流したとき、第2ソレノイド32および第1整流器361に電流が流れ、第2整流器362および第1ソレノイド31に電流が流れない。このような電流の流れとなるように、第1整流器361および第2整流器362を配置する向きは、調整されている。
また、電流制御部50が第1電流I1を流したとき、第1ソレノイド31に電流が流れ、第1磁気回路M1が生成される。第1磁気回路M1が生成されたとき、第1吸引力Fm1が発生する。第1吸引力Fm1により、第1電磁弁力Fe1がゼロを超えたとき、第1可動部241が第1流体流路203を開く方向に向かって、第1可動部241は、移動する。
図19に示すように、電流制御部50が第1電流I1を流し、第1電磁弁力Fe1がゼロを超えたとき、第1可動部241は、第1流体流路203を開く。ハウジング20内を経由して、第1流体流路203の流体が流出する。
また、電流制御部50が第2電流I2を流したとき、第2ソレノイド32に電流が流れ、第2磁気回路M2が生成される。第2磁気回路M2が生成されたとき、第2吸引力Fm2が発生する。第2吸引力Fm2により、第2電磁弁力Fe2がゼロを超えたとき、第2可動部242が第2流体流路204を開く方向に向かって、第2可動部242は、移動する。
図20に示すように、電流制御部50が第2電流I2を流し、第2電磁弁力Fe2がゼロを超えたとき、第2可動部242は、第2流体流路204を開く。ハウジング20内を経由して、第2流体流路204の流体が流出する。なお、第2可動部242が移動するとき、第1可動部241と第2可動部242とが接触しないように、第2可動部242の移動方向における第1可動部241から第2可動部242までの距離は、調整されている。
第3実施形態においても、第1実施形態に記載されている[1]、[2]と同様の効果を奏する。さらに、第3実施形態では、電磁アクチュエータ13は、複数の可動部が独立して移動するように、可動部を制御できる。
(第4実施形態)
第4実施形態では、電磁アクチュエータが3つのソレノイドを備え、通電箇所変更部が2つの整流器を有する点を除き、第1実施形態と同様である。
第4実施形態では、電磁アクチュエータが3つのソレノイドを備え、通電箇所変更部が2つの整流器を有する点を除き、第1実施形態と同様である。
図21に示すように、第4実施形態の電磁アクチュエータ14は、ソレノイドとして、第1ソレノイド431、第2ソレノイド432および第3ソレノイド433を備える。第1ソレノイド431は、電流制御部50および第2ソレノイド432に直列接続されている。第2ソレノイド432は、第1ソレノイド431および第3ソレノイド433に直列接続されている。第3ソレノイド433は、第2ソレノイド432および電流制御部50に直列接続されている。
電磁アクチュエータ14の通電箇所変更部460は、2つの整流器を有する。一方の整流器を第1整流器461とする。他方の整流器を第2整流器462とする。第1整流器461は、第1ソレノイド431に並列接続されている。第2整流器462は、第2ソレノイド432に並列接続されている。
図22に示すように、電流制御部50が第1電流I1を流したとき、第1ソレノイド431、第2整流器462および第3ソレノイド433に電流が流れ、第1整流器461および第2ソレノイド432に電流は、流れない。
図23に示すように、電流制御部50が第2電流I2を流したとき、第3ソレノイド433、第2ソレノイド432および第1整流器461に電流が流れ、第2整流器462および第1ソレノイド431に電流は、流れない。このような電流の流れとなるように、第1整流器461および第2整流器462を配置する向きは、調整されている。
電流制御部50が第1電流I1から第2電流I2に切り替えたとき、通電箇所変更部460により、第1ソレノイド431および第3ソレノイド433から第2ソレノイド432および第3ソレノイド433に通電箇所が変更される。または、電流制御部50が第2電流I2から第1電流I1に切り替えたとき、通電箇所変更部460により、第2ソレノイド432および第3ソレノイド433から第1ソレノイド431および第3ソレノイド433に通電箇所が変更される。
第4実施形態においても、第1実施形態に記載されている[1]、[2]と同様の効果を奏する。本実施形態の電磁アクチュエータでは、ソレノイドおよび整流器の数は、限定されず、電磁アクチュエータは、ソレノイドを3つ以上備えてもよい。また、通電箇所変更部460は、整流器を2つ以上有してもよい。さらに、整流器の数は、ソレノイドの数に応じて、設定されてもよい。
(他の実施形態)
[i]図24に示すように、本実施形態の電磁アクチュエータ11において、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、ハウジング20の軸方向に並ぶように、配置されてもよい。図において、第1ソレノイド31は、第2ソレノイド32よりも可動部41側に配置されている。なお、第2ソレノイド32は、第1ソレノイド31よりも可動部41側に配置されてもよい。
[i]図24に示すように、本実施形態の電磁アクチュエータ11において、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、ハウジング20の軸方向に並ぶように、配置されてもよい。図において、第1ソレノイド31は、第2ソレノイド32よりも可動部41側に配置されている。なお、第2ソレノイド32は、第1ソレノイド31よりも可動部41側に配置されてもよい。
[ii]図25に示すように、本実施形態の電磁アクチュエータ11は、クラッチまたはブレーキ等の回転運動および並進運動を行う運動体4に用いられてもよい。運動体4は、第1接続部6および第2接続部7の間に設けられ、シャフト5および電磁アクチュエータ11に接続されている。第1接続部6および第2接続部7は、シャフト5に接続されている。
電磁アクチュエータ11の電流制御部50が第1電流I1から第2電流I2、または、第2電流I2から第1電流I1に切り替えたとき、通電箇所変更部60により、第1ソレノイド31または第2ソレノイド32の通電箇所が変更される。これにより、異なる磁気回路を生成できるため、電磁アクチュエータ11は、運動体4の回転を制御でき、運動体4の回転位相θ、回転速度ωおよび回転トルクTを制御できる。
また、同様に、運動体4が第1接続部6または第2接続部7に向かって移動する運動体移動量L、運動体移動速度Vおよび運動体加速度aを電磁アクチュエータ11は、制御できる。電流制御部50による電流方向の切り替えのみで、電磁アクチュエータ11は、運動体4を制御でき、第1実施形態に記載されている[1]、[2]と同様の効果を奏する。
[iii]図26に示すように、本実施形態の電磁アクチュエータ11は、電流制御部50および第2ソレノイド32と直列に接続される抵抗体35を備えてもよい。なお、抵抗体35は、電流制御部50および第1ソレノイド31と直列に接続されてもよい。
[iv]電流制御部50は、所定の間隔で、第1電流I1から第2電流I2に、または、第2電流I2から第1電流I1に、切り替えてもよい。電流制御部50は、連続して、第1電流I1から第2電流I2に、または、第2電流I2から第1電流I1に、切り替えてもよい。
第1実施形態の思想を共有する他の実施形態を以下に記載する。
[v]第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、同一の材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。
[vi]図27に示すように、整流器61は、第1ソレノイド31に並列接続されてもよい。この場合、電流制御部50が第1電流I1を流したとき、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32に電流が流れる。電流制御部50が第2電流I2を流したとき、第2ソレノイド32および整流器61に電流が流れ、第1ソレノイド31に電流は流れない。
[vii]通電箇所変更部60は、2つの整流器を有してもよい。このとき、第1ソレノイド31および第2ソレノイド32は、第1巻数Ns1が第2巻数Ns2と異なるように、形成されている。または、第1ソレノイド31は、第2ソレノイド32とは異なる材料で形成されている。
第4実施形態の思想を共有する他の実施形態を以下に記載する。
[viii]図28に示すように、電磁アクチュエータ14における通電箇所変更部460の第2整流器462は、第3ソレノイド433に並列接続されてもよい。この場合において、電流制御部50が第1電流I1を流したとき、第1ソレノイド431、第2ソレノイド432および第2整流器462に電流が流れ、第3ソレノイド433に電流は、流れない。また、電流制御部50が第2電流I2を流したとき、第3ソレノイド433、第2ソレノイド432および第1整流器461に電流が流れ、第1ソレノイド431に電流は、流れない。
この場合、電流制御部50が第1電流I1から第2電流I2に切り替えたとき、通電箇所変更部460により、第1ソレノイド431および第2ソレノイド432から第3ソレノイド433および第2ソレノイド432に通電箇所が変更される。または、電流制御部50が第2電流I2から第1電流I1に切り替えたとき、通電箇所変更部460により、第3ソレノイド433および第2ソレノイド432から第1ソレノイド431および第2ソレノイド432に通電箇所が変更される。
以上、本開示はこのような実施形態に限定されるものではなく、そ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。
20 ・・・ハウジング、
31、431 ・・・第1ソレノイド、
32、432 ・・・第2ソレノイド、
41 ・・・可動部、 241 ・・・第1可動部、 242 ・・・第2可動部、
50 ・・・電流制御部、
60、360、460 ・・・通電箇所変更部。
31、431 ・・・第1ソレノイド、
32、432 ・・・第2ソレノイド、
41 ・・・可動部、 241 ・・・第1可動部、 242 ・・・第2可動部、
50 ・・・電流制御部、
60、360、460 ・・・通電箇所変更部。
Claims (8)
- 有底筒状に形成されているハウジング(20)と、
前記ハウジング内に設けられており、軟磁性体で形成されている固定子(22)と、
前記固定子に設けられており、電流が流れたとき、前記固定子を経由する磁界を生成する第1ソレノイド(31、431)と、
前記固定子に設けられ、前記第1ソレノイドに直列接続されており、電流が流れたとき、前記固定子を経由する磁界を生成する第2ソレノイド(32、432)と、
前記ハウジングの内側に設けられており、前記第1ソレノイドに電流が流れたとき、前記固定子に吸引され、前記第2ソレノイドに電流が流れたとき、前記固定子に吸引される可動部(41、241、242、)と、
前記第1ソレノイドから前記第2ソレノイドに向かう電流である第1電流(I1)および前記第2ソレノイドから前記第1ソレノイドに向かう電流である第2電流(I2)を流すことが可能な電流制御部(50)と、
前記電流制御部が前記第1電流から前記第2電流に、もしくは、前記第2電流から前記第1電流に切り替えたとき、前記第1ソレノイド、前記第2ソレノイドまたは前記第1ソレノイドおよび前記第2ソレノイドの両方のいずれかに電流が流れるように、通電箇所を変更する通電箇所変更部(60、360、460)と、
を備える電磁アクチュエータ。 - 前記通電箇所変更部は、前記第1ソレノイドまたは前記第2ソレノイドに並列接続されており、一方向の電流を流すことが可能な整流器(61、361、362、461、462)を有する請求項1に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記整流器は、前記第2ソレノイドに並列接続されており、
前記電流制御部が前記第1電流を流したとき、前記第1ソレノイドおよび前記整流器に電流が流れ、前記電流制御部が前記第2電流を流したとき、前記第1ソレノイドおよび前記第2ソレノイドに電流が流れる請求項2に記載の電磁アクチュエータ。 - 前記電流制御部が前記第1電流を流したときの前記整流器の抵抗(Rd_I1)は、前記電流制御部が前記第1電流を流したときの前記第2ソレノイドの抵抗(Rs2_I1)よりも小さい請求項3に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記第1ソレノイドの巻線方向および前記第2ソレノイドの巻線方向は、同一方向である請求項1から4のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
- 2つの前記可動部(241、242)を備えており、
前記第1ソレノイドの巻線方向および前記第2ソレノイドの巻線方向は、異なる方向である請求項1から4のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。 - 前記第1ソレノイドの巻線の巻数(Ns1)は、前記第2ソレノイドの巻線の巻数(Ns2)と異なる請求項6に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記通電箇所変更部は、前記第1ソレノイドおよび前記第2ソレノイドに並列接続されており、一方向の電流を流すことが可能な複数の整流器(361、362、461、462)を有する請求項1に記載の電磁アクチュエータ。
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