JP4013440B2 - 電磁駆動装置及びそれを用いた電磁弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動装置及びそれを用いた電磁弁、特に磁気回路を構成する固定子および可動子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可動子を収容する収容部と可動子を吸引する吸引部とを一体に形成する電磁駆動装置がある（例えば、実開昭５７−１６４３７１号公報）。
【０００３】
実開昭５７−１６４３７１号公報によれば、収容部の一部を薄肉化することにより磁気抵抗を高めて、可動子に磁束を流している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来構造では、所望の吸引力を得るために可動子により多くの磁束を流そうとすると、収容部をかなり薄肉化する必要がある。この結果、薄肉化した収容部の強度が低下するので、例えば、自動車用自動変速機の油圧制御装置に用いられるような電磁弁では、振動等により収容部が損傷して耐久性を損なう可能性もある。
【０００５】
さらに近年、車両居住性向上の観点からエンジンルーム内を高密度化して、車両内居住空間拡大の要求が高まっており、電磁弁に用いる電磁駆動装置は従来に増して、小型化を要求されている。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その第１の目的は、大型化することなく吸引力を増大させると共に、耐久性に優れた電磁駆動装置及びそれを用いた電磁弁を提供することにある。
【０００７】
また、第２の目的は、簡素な構成で、小型化に適した可動子および固定子を備えた電磁駆動装置及びそれを用いた電磁弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１および請求項２によると、可動子を収容する固定子鉄心の収容部に薄肉部を設けることで、磁性体で形成され磁気抵抗を小さく形成する固定子鉄心において、その一部の薄肉部だけは磁気抵抗が高められ、その薄肉部周辺は、容易に磁気飽和されや易くできる。
【０００９】
さらに、この薄肉部には、電磁コイルに通電することにより発生する磁束（以下、コイル磁束と呼ぶ）の流れと同一方向に、着磁した磁束が流れるように、予め永久磁石を配置することで、通電により発生するコイル磁束は、薄肉部に磁気未飽和分以上には流すことができない。
【００１０】
このため、コイル磁束の流れは、薄肉部を流れずに、薄肉部に沿って蛇行しながら可動子側へ流れる。これにより、固定子の収容部と可動子との間には、コイル磁束が、薄肉部を挟んだ収容部の一方から可動子に流れ、さらに可動子軸方向に沿って流れる磁束が再び収容部の他方に流れるという磁気回路が形成できる。
【００１１】
これにより、可動子は、この収容部から発生するコイル磁束に作用された吸引力で、軸方向に移動する。しかも、吸引力の大きさを決めるエアギャップは、可動子と収容部との径方向クリアランスであるため、円筒形状の可動子が移動しても、エアギャップが変化することはない。このため、可動子のストローク位置に無関係に、ほぼ一定の吸引力が可動子に掛けられるので、ストローク移動量の大小に係わらず、可動子は収容部軸方向の遠方に向けて横すべりすることができる。
【００１２】
なお、例えば、自動車用自動変速機の油圧制御用電磁弁に用いられるような駆動装置の場合、複数の流体通路の連通を切り換えて出力油圧を制御するので、可動子のストローク位置に係わらず、連通を切り換える度に駆動装置の吸引力を作用させる必要がある。このため、ストローク移動量が小さい動作でも、ストローク移動量が大きいときに加わる吸引力と大差なく、可動子を横すべりさせるために、薄肉部は、永久磁石による着磁した磁束で、予め、磁気飽和させておくことが望ましい。
【００１３】
本発明の請求項３によると、永久磁石を配置する位置として、薄肉部外周に設けられた凹部に設けて、軸方向に隣り合う永久磁石の磁極と電磁コイルが発生する磁極との極性が逆となるように配置することで、永久磁石の両磁極の内側にある薄肉部は、永久磁石により着磁した磁束の流れ方向は、コイル磁束の流れ方向と同一にできる。
【００１６】
本発明の請求項４によれば、収容部の薄肉部周辺を沿うように、可動子を通るコイル磁束において、凹部の両周方向壁面のうち、可動子を軸方向に横すべりさせる吸引力を発生するコイル磁束が流れる側の周方向壁面を直角より大きい鈍角で形成することで、収容部の薄肉部周辺を沿って可動子から収容部へ向って流れるコイル磁束の流れ方向を、直角に比べて、軸方向側に傾けることができる。このため、鈍角にした周壁面によりコイル磁束の軸方向の成分が増加するので、吸引力が増加できる。
【００１７】
本発明の請求項５によると、収容部内側には、非磁性体からなる突起を設けているので、可動子が吸引力により遠方に移動できる最大移動量を規制することができる。なお、この突起は、周方向に延びる周壁であることが望ましい。この突起は、非磁性部材を可動子との密着面に形成して、非磁性体となしてもよい。
【００１８】
本発明の請求項６によると、可動子のストローク位置に無関係に、ほぼ一定となる吸引力は、可動子の形状として、例えば、円筒形状において、その円筒長／直径の比は、１以上にすることで得られる。これにより、小型化（特に径方向）に適した可動子形状を設定できる。
【００１９】
本発明の請求項７および請求項８によると、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電磁駆動装置を備えているので、小型化に適した固定子および可動子構造の電磁駆動装置で、可動部材を駆動することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電磁駆動装置及びそれを用いた電磁弁に具体化した実施形態を図面に従って説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の電磁駆動装置の構造を示す断面図である。図１に示すように、電磁駆動装置１は、固定子１０、可動子２０等を含んで構成されている。
【００２２】
固定子１０は、電磁コイル１１と、固定子鉄心１２と、一端が開口する円筒状のヨーク１３とを備えている。
【００２３】
また、可動子２０は、円筒状に形成され、一端２０ａは、後述の図７の電磁弁２を構成する付勢手段（以下、付勢スプリングと呼ぶ）４０により可動子２０側方向へ付勢されている可動子部材３０（以下、スプールと呼ぶ）と接する。
【００２４】
固定子鉄心１２と、ヨーク１３と、可動子２０とは、電磁コイル１１が通電されることにより発生する磁束（以下、コイル磁束と呼ぶ）が流れるように、磁性材で形成されている。
【００２５】
なお、ヨーク１３は、可動子２０を収容する固定子１０と、後述する弁体３（図８に図示）とを一体化して電磁弁２をなすように、カシメ部１３ａを有する。
【００２６】
本発明の特徴である固定子１０と可動子２０の構造について、以下説明する。まず、固定子鉄心１２は、可動子２０を往復移動自在に収容し、支持する収容部１２ｍと、可動子２０が収容部１２ｍ内周の軸方向遠方に移動し得る機械的移動量を規制する突起１２ｓとを備えている。突起１２ｓは、収容部１２ｍの内部に突出した周壁をなしている。
【００２７】
収容部１２ｍと可動子２０との径方向の密着を防止するため、収容部１２ｍの内周面あるいは、可動子２０の外周面に非磁性材をコーティングまたは、めっき処理をしている。また、突起１２ｓの軸方向可動子２０側端には、可動子２０と軸方向の密着を防止するため、非磁性材の密着防止部材１５を備えている。
【００２８】
次に、収容部１２ｍの周方向外周面には、円環状の凹部１６が形成されている。この凹部１６を形成する薄肉部１２ｍａは、収容部の厚さに反比例して磁気抵抗が高められている。このため、収容部１２ｍの他部と比べて、その薄肉部周辺は、容易に磁気飽和され易くなっている。
【００２９】
この薄肉部１２ｍａの外周面の凹部１６には、永久磁石１４が、電磁コイル１１が発生する磁極と径方向に隣り合う永久磁石１４の磁極の極性とが逆極性の関係となるように、配置されている。例えば、図１に示すように、電磁コイルが発生する磁極において、一方の磁極がＳ極となるような電流を電磁コイルに流す場合は、径方向に隣り合う永久磁石の磁極１４ａは、Ｎ極となるように、永久磁石１４を配置すればよい。なお、この径方向に隣り合う一方の電磁コイルの磁極と永久磁石の磁極の組合せは、Ｎ極とＳ極とを配置する逆極性の関係ならばよい。
【００３０】
これにより、コイル磁束が発生しない非通電時においても、薄肉部１２ｍａには、永久磁石１４により着磁された磁束が、コイル磁束の流れと同一方向に流れることができる。このため、通電時において、コイル磁束は、薄肉部１２ｍａに、磁気飽和するまでの磁気未飽和分以上には、流すことはできない。
【００３１】
なお、後述する電磁駆動装置１の作動説明での吸引力の発生機構から、永久磁石１４による磁束によって、薄肉部１２ｍａは、磁気飽和していることが望ましい。
【００３２】
また、永久磁石１４は、複数の円弧の磁石からなり、円環状に組付けられている。なお、複数の円弧の組合せによる組付け構造として、１／２円弧の磁石を２個で組付ければ、部品点数を低減でき、また組付けも簡単であるので、望ましい。
【００３３】
さらに、薄肉部１２ｍａの厚さの大小に対しては、その厚さに応じて永久磁石１４の磁力の強さを予め変えて設定してやれば、磁気飽和させることができる。したがって、薄肉部１２ｍａの厚さは、永久磁石１４の磁力を調整することにより、機械的強度を損なわない程度に設定できる。
【００３４】
次に、電磁コイル１１について、以下説明する。電磁コイル１１は、樹脂によって円筒状にモールド成形され、固定子鉄心１２およびヨーク１３により固定される。また、電磁コイル１１は、電磁コイル１１と電気的に接続されているターミナル（図示せず）から電流が供給されると、コイル磁束を発生する。
【００３５】
さらに、可動子２０については、小型化に適した固定子１０と可動子２０との組合せ要件を以下、説明する。後述する電磁駆動装置１の作動説明での吸引力の発生機構から、可動子の移動位置に関係なく、ほぼ一定の吸引力が得られうる可動子形状として、例えば、円筒状の可動子２０において、円筒長／直径（図２中で示す、Ｌ／Ｄ）の比として、１以上が望ましい。また、Ｌ／Ｄを大きくすることで、吸引力を大きくすることも可能となる。このため、小型化する場合に、吸引力特性を最適にすることができるので、小型化に適している。
【００３６】
さらに、直径が小さくでき小型化に適する可動子２０との組合せにおいて、固定子１０の薄肉部１２ｍａは、以下の特徴を備えることが望ましい。後述する電磁駆動装置１の作動説明での吸引力の発生機構から、コイル磁束は、収容部１２ｍの薄肉部１２ｍａ周辺を沿うように、収容部１２ｍの一方から、可動子２０側に流れて、再び収容部１２ｍの他方に戻ることによって、可動子２０を横すべりさせる吸引力が、薄肉部１２ｍａ周辺の収容部１２ｍで発生する。このため、コイル磁束の磁束ベクトル成分において、直径Ｄを小さく小型化した可動子２０を流れて、可動子２０を軸方向遠方に移動させる軸方向の磁束ベクトル成分を大きくするため、薄肉部上の凹部を形成する周方向壁面を直壁とせず、一部或いは全部を傾斜させて、鈍角をなす傾斜面１７ｂｓを備えさせることが望ましい。
【００３７】
ここで、本発明の電磁駆動装置１の作動、特に、固定子１０と可動子２０とに働く吸引力の発生機構について以下、図２から図４を参照して説明する。図２は、本発明の電磁駆動装置１を構成する固定子１０と可動子２０とのコイル磁束の流れを示し、可動子２０の円筒長／直径（以下、Ｌ／Ｄと呼ぶ）の比を変えて、コイル磁束の流れ方を比較するための特性図である。図３は、図２中の可動子２０のＬ／Ｄの比を変えた比較例において、本発明の可動子の吸引力の大小を示す特性図である。図４は、本発明の電磁駆動装置１において、吸引力がどの部位に作用しているかを検証するために実施した収容部１２ｍと可動子２０間を流れる磁束の流れの分析結果から、可動子２０に加えられる吸引力を、局部毎の吸引力成分の大小で表す模式的特性図である。
【００３８】
図２において、（Ａ）はＬ／Ｄ＝０．５の場合、（Ｂ）はＬ／Ｄ＝１．０の場合、（Ｃ）は、Ｌ／Ｄ＝１．５の場合の固定子と可動子とのコイル磁束の流れを示す。ここで、電磁コイルの巻数×電流（以下、Ｎ×Ｉと呼ぶ）は一定になるように設定してある。図２の（Ａ）〜（Ｃ）の図示のように、基本的には、コイル磁束の流れは、収容部１２ｍの薄肉部１２ｍａ周辺を沿うように、収容部１２ｍの一方から、可動子２０側に流れて、再び収容部１２ｍの他方に流れるという磁気回路を形成している。前述のように、薄肉部１２ｍａは、永久磁石１４による磁束によって、磁気飽和しているので、コイル磁束は、磁気飽和している薄肉部１２ｍａおよび逆磁極の配置となっている永久磁石１４は流れない。代わりに薄肉部１２ｍａ周辺に沿って可動子２０側に流れ、可動子を貫通する磁束の流れを示している。なお、図２中において磁気回路を形成しているコイル磁束のうち、収容部１２ｍの一方から可動子２０側に蛇行して流れる磁束を、以下、コイル磁束Φ１と呼んで、可動子２０側に蛇行して流れて再び収容部１２ｍの他方に流れる磁束を、磁束Φ２と呼んで区別する。
【００３９】
次に、図３にて、図２中に示すＬ／Ｄ比を変えた（Ａ）〜（Ｃ）およびＬ／Ｄ＝０．７５の比較例を使って、可動子の移動量であるストロークと吸引力との関係を示す特性図に示す通り、Ｌ／Ｄ＝０．５は、初期のストロークの部分で、負の吸引力を発生している。このことは、ストロークの初期は、可動子２０が所望の軸方向一方側に移動せず、逆に軸方向他方側に吸着されていることを示し、Ｌ／Ｄ＝０．５の場合、通電しても吸引できず可動子が移動しようとしない不感帯が存在するを示す。不感帯に抗して、さらに吸引力を発生させて可動子２０を移動させるための不要な電流が消費させられるので、吸引力も小さい。Ｌ／Ｄ＝０．７５の場合は、Ｌ／Ｄ＝０．５に比べて、負の吸引力は発生しないが、初期ストロークにおいて、発生する吸引力が小さい。例えば、自動車用自動変速機の油圧制御用電磁弁に用いられる電磁駆動装置のように、複数の流体通路の連通を切り換えて制御する電磁駆動装置に適用する場合、可動子のストローク位置に係わらず、連通通路を切り換え得る吸引力を発生させる必要があるので、初期ストロークが他のストロークに比べて劣るＬ／Ｄ＝０．７５は好ましくない。また、小型化に適した可動子と固定子の組合せ構造としても、Ｌ／Ｄ＝０．７５は好ましくない。これに対して、Ｌ／Ｄ＝１．０の場合は、ストローク始めからほぼ一定の吸引力が得られる。さらにＬ／Ｄ＝１．５と大きくすれば、さらに大きな吸引力が得られて、ストローク位置に関係なく、ほぼ一定の吸引力が得られる。なお、上述の複数の流体通路の連通を切り換えて制御する電磁駆動装置に適用する場合、Ｌ／Ｄの比は、１以上であればよい。
【００４０】
さらに、可動子２０のＬ／Ｄ比を変えると、固定子と可動子との間に働く吸引力の作用の仕方について、図４の発生する吸引力を分解して表す、局部毎の吸引力成分の大小を示す特性図を参照して、以下説明する。図４中の（Ａ）〜（Ｃ）は、図２中のＬ／Ｄ比を変えた（Ａ）〜（Ｃ）と同じものである。図４中の矢印Ｐは、所望する可動子の移動方向を示す。なお、、磁束Φ１の流れにより収容部１２ｍに向って働く吸引力を以下、吸引力Ｆ１と呼び、磁束Φ２の流れにより収容部１２ｍに向って働く吸引力を以下、吸引力Ｆ２と呼ぶとする。（Ａ）のＬ／Ｄ＝０．５は、吸引力の軸方向成分が、相反する関係にある吸引力Ｆ１、Ｆ２共に、可動子２０に作用している。このことから、電磁コイルに電流を供給してコイル磁束を発生させたとしても、相反する関係にある吸引力Ｆ１と吸引力Ｆ２とが相殺し合うので、可動子２０を軸方向に移動させるための吸引力成分は、供給する電流が相殺し合う吸引力を発生させる不要な消費に使われるため、小さい。なお、図２のＬ／Ｄ＝０．７５の場合がこれに該当すると考えてよい。さらにＬ／Ｄ＝０．５の場合は、所望する移動方向と逆方向となる吸引力成分を有するＦ１が、Ｆ２に比べて大きいため、負の吸引力が発生する。このため、コイル磁束を発生させても可動子が所望する移動方向へ移動しないという前述の不感帯が発生してしまうので、電磁駆動装置の性能を損なうことになる。これに対して、Ｌ／Ｄ比が、１以上である（Ｂ）のＬ／Ｄ＝１．０および（Ｃ）のＬ／Ｄ＝１．５の場合は、所望する移動方向と同方向となる吸引力成分を有するＦ２が大きく、かつ所望する移動方向と逆方向となる吸引力成分を有するＦ１については、僅かである。このことから、可動子２０側に蛇行して再び収容部１２ｍに向けて流れる磁束Φ２が、所望する軸方向遠方へ可動子２０を吸引する吸引力を形成している。言い換えると、薄肉部１２ｍａおよび、この薄肉部１２ｍａ外周面の凹部１６を挟んむ周方向壁面１７のうちΦ２が流れる側の周方向壁面１７ｂの周辺部１２ｍｐで、電磁駆動装置性能を決める吸引力を発生させている。
【００４１】
さらに、コイル磁束の流れ方向を軸方向に傾けるために設けた傾斜面１７ｂｓを有する固定子１０と可動子２０とを組合せるので、可動子２０を通る磁束の方向を軸方向に傾けることができる。
【００４２】
例えば、図２中の薄肉部１２ｍａを沿って蛇行しながら可動子２０に流れる磁束の流れを曲率半径Ｒで可動子２０を通る磁束の方向をみる。（Ａ）のＬ／Ｄ＝０．５の場合のＲａと、（Ｂ）のＬ／Ｄ＝１．０場合のＲｂと、（Ｃ）のＬ／Ｄ＝１．５の場合のＲｃのＲｃとを比較すると、（Ａ）のＬ／Ｄ＝０．５は、曲率半径Ｒａが小さく急激に磁束の向きを変えられている。これに対して、Ｌ／Ｄが１．０以上である（Ｂ）のＬ／Ｄ＝１．０や（Ｃ）のＬ／Ｄ＝１．５では、Ｌ／Ｄ比率の増加に応じて、曲率半径Ｒが大きくなる。このため、磁束の流れ方向が急激に変えさせられるのを緩和されるので、コイル磁束の流れ方向を軸方向に傾けれる。
【００４３】
なお、本実施形態では、凹部１６に永久磁石１４を嵌合させて組付けるため、周方向壁面１７ｂの一部に、収容軸に対して鈍角をなす傾斜面１７ｂｓを形成して、周辺部１２ｍｐ内を流れる磁束を沿わせたが、周方向壁面１７ｂを収容軸に対して鈍角をなすよう形成して、傾斜面１７ｂｓとしてもよい。
【００４４】
さらに、本発明の固定子および可動子の構造では、可動子２０を軸方向に移動させる吸引力を発生させる磁束Φ２が流れるエアギャップとして、前述のように、可動子２０とそれを収容する固定子１０の摺動部クリアランスが、吸引エアギャップをなしている。これにより、可動子２０の移動するストローク位置に関係なく、吸引エアギャップは変化することがない。したがって、可動子２０の移動量の大小に関わらず、一定の吸引力が得られるので、例えば、複数の流体通路の連通を切り換えて制御する電磁駆動装置に好適であり、しかも小型化が可能な電磁駆動装置を提供できる。
【００４５】
（参考例）
小型化に適した固定子と可動子の構造で、簡素な構成を提供する一例として、図５を参照して参考例を説明する。
【００４６】
構造としては、図１図示の実施形態に対して、永久磁石１１４の配置と、その部品形状のみが異なる。まず、参考例では、複数の円弧の磁石を円環状に組付けるのではなく、永久磁石１１４の部品形状は、円環の磁石でできている。この永久磁石１１４は、図５図示ように例えば、固定子鉄心の外周部１２ｔに嵌合されている。永久磁石１１４の配置する位置は、コイル磁束の流れが疎になる部分であれば、どこでもよい。なお、図５図示のように、永久磁石１１４の磁極の極性方向と電磁コイルが発生する磁極の極性方向とが磁束の流れる方向と同一になるように配置する。かつ、薄肉部１２ｍには、コイル磁束の流れと同一方向の流れであって、永久磁石１１４により着磁した磁束が、磁気飽和するように、永久磁石１１４の磁力を高めておけばよい。このことだけで、図１図示の実施形態と同じ効果を得ることができる。
【００４７】
したがって、永久磁石１１４の配置の自由度があることと、円環の永久磁石１１４であることで、部品点数を低減できる簡素な電磁駆動装置が提供できる。
【００４８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の構造について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の実施形態の電磁駆動装置の断面図である。第１の実施形態の構造とは、突起１２ｓの両端に設けられた密着防止部材１１５が、一体成形されていることが異なる。本実施形態は、図１図示の第１の実施形態と同じ効果を得ることができる。
【００４９】
また、前述のターミナル（図示せず）部も同様に、樹脂によるモールド成形によりターミナル一体のコネクタを電磁駆動装置に形成する。これにより、簡素で小型化に適した電磁駆動装置を提供する。
【００５０】
（電磁駆動装置を用いた電磁弁の実施形態）
本発明の電磁駆動装置を用いた電磁弁を以下、図７を参照して説明する。図７は、第２の実施形態の電磁駆動装置を用いた電磁弁の構造を示す断面図である。
【００５１】
電磁弁２は、車両等の自動変速機の油圧制御装置に供給する作動油の油圧を制御するスプール型油圧制御弁である。電磁弁２は、電磁駆動装置１と、電磁駆動装置１により駆動されて複数の流体通路の連通を切り換えて出力油圧を得る弁体３等を含んで構成されている。なお、電磁駆動装置１は、図６図示の本発明の電磁駆動装置の第２の実施形態であって、その装置の構成、符号は同じに図７に示す。したがって、電磁駆動装置１の構造、および作動は、前述した通りである。
【００５２】
まず、本発明の電磁駆動装置１を用いた電磁弁２の構造を説明する。電磁駆動装置１と弁体３は、前述のとおり、電磁駆動装置の構成をなすヨーク１３の開口端をなすカシメ部１３ａをかしめることにより、一体化して電磁弁２をなす。
【００５３】
次に、弁体３について、以下説明する。弁体３は、スプール３０と、ハウジング３１と、スプール３０を電磁駆動装置１に収容されている可動子２０側へ付勢する付勢手段である付勢スプリング４０とを備えている。ハウジング３１は、スプール３０を往復移動自在に収容し支持している。このハウジング３１には、入力用ポート（以下、入力ポートと呼ぶ）３２、出力用ポート（以下、出力ポート都呼ぶ）３３、フィードバック用ポート（以下、フィードバックポート）３４、および排出用ポート（以下、排出ポートと呼ぶ）が形成されている。入力ポート３２は、タンク（図示せず）からポンプ（図示せず）によって供給される作動油が流入するポートである。出力ポート３３は、自動変速機の係合装置（図示せず）に作動油を供給するポートである。出力ポート３３とフィードバックポート３４とは電磁弁２の外部で連通しており、出力ポート３３から流出する作動油の一部がフィードバックポート３４に導入される。フィードバック室３６はフィードバックポート３４と連通している。排出ポート３５はタンクに作動油を排出するポートである。
【００５４】
スプール３０には、電磁駆動装置１に対して遠方側より、大径ランド３７、大径ランド３８、小径ランド３９の順に配置されて形成されている。小径ランド３９は、大径ランド３７および３８よりも、外径が小さい。スプール３０は、可動子２０の一端２０ａと、先端部３０ａが常に当接しており、可動子２０の軸方向の動きが伝達されてハウジング３１内を往復移動する。
【００５５】
フィードバック室３６は、大径ランド３８と小径ランド３９との間に形成されている。このため、ランドの外径の差によりフィードバックされた油圧が作用する面積が異なるので、フィードバック室３６の油圧は、スプール３０を、軸方向の付勢スプリング４０側に向けて押圧するように作用する。電磁弁２において、出力される油圧の一部をフィードバックするのは、供給される油圧すなわち、入力圧の変動により出力圧が変動することを防止するためである。したがって、スプール３０は、付勢スプリング４０の付勢力と、電流を供給して固定子２０が発生するコイル磁束により可動子２０を軸方向の付勢スプリング４０側に向けて吸引することでスプールを押す駆動力と、フィードバック室３６の油圧によりスプール３０が受ける力とがつり合う位置で静止する。
【００５６】
入力ポート３２から出力ポート３３へ流れる作動油量は、ハウジング３１の内周壁３１ａと大径ランド３８の外周壁との重なり部分の長さでなすシール長によって決定される。シール長が短くなると入力ポート３２から出力ポート３３へ流れる作動油量が増大し、シール長が長くなると入力ポート３２から出力ポート３３へ流れる作動油量が減少する。同様に、出力ポート３３から排出ポート３５へ流れる作動油量は、ハウジング３１の内周壁３１ｂと大径ランド３７の外周壁とのシール長によって決定される。
【００５７】
通電することで固定子２０にコイル磁束が発生して、可動子２０を軸方向の付勢スプリング４０側に向けて吸引することでスプールを押すと、内周壁３１ａと大径ランド３８とのシール長が長くなり内周壁３１ｂと大径ランド３７とのシール長が短くなるため、入力ポート３２から出力ポート３３へ流れる作動油量が減少し、出力ポート３３から排出ポート３５へ流れる作動油量が増大する。その結果、出力ポート３３から流出する作動油の油圧が減少する。
【００５８】
一方、スプール３０が反付勢スプリング４０側に向けて、つまり駆動装置１側軸方向へ移動すると、内周壁３１ａと大径ランド３８とのシール長が短くなり内周壁３１ｂと大径ランド３７とのシール長が長くなるため、入力ポート３２から出力ポート３３へ流れる作動油量が増大し、出力ポート３３から排出ポート３５へ流れる作動油量が減少する。その結果、出力ポート３３から流出する作動油の油圧が増大する。
【００５９】
電磁弁２は、固定子１０に通電する電流値を制御することで、可動子１０に当接するスプール３０を付勢スプリング４０側に向けて押す駆動装置１の駆動力を調整するので、出力ポート３３から流出する作動油の油圧を調整できる。固定子２０に通電する電流値を増大させると、電流値に比例して吸引力が増大し、スプール３０に当接して付勢スプリング４０側に向けて押す可動子２０の駆動力が増大する。このため、電流値に比例して増大する吸引力により付勢スプリング４０側に向けてスプール３０を押す駆動力と、付勢スプリング４０の付勢力と、フィードバックされる作動油の圧力によってスプール３０が付勢スプリング４０側に向けて押される力とがつり合う位置でスプール３０は静止する。したがって、電磁駆動装置１に通電する電流値に比例して出力ポート３３から流出する作動油の油圧が減少させることができる。
【００６０】
次に、電磁弁２の作動を、電磁駆動装置への非通電時と通電時に分けて、以下説明する。
【００６１】
（１）非通電時
図７のように付勢スプリング４０の付勢力、および油圧フィードバックにより作用する力がつり合った位置でスプール３０は停止する。これにより、入力ポート３２と出力ポート３３とが連通し入力ポート３２から出力ポート３３へ流れる作動油の流量が増加するとともに、排出ポート３５が閉塞されるので、自動変速機に供給する作動油の圧力は最大となる。
【００６２】
なお、薄肉部１２ｍａおよび凹部１６の周方向壁面１７ｂの周辺部１２ｍｐは、永久磁石１４により着磁された磁束によって磁気飽和している。前述の電磁駆動装置１の作動説明での吸引力の発生機構から、磁気飽和しているだけでは吸引力は発生しないので、電磁駆動装置の駆動力は、零である。
【００６３】
（２）通電時
電磁駆動装置１の作動説明での吸引力の発生機構から、磁気飽和している薄肉部１２ｍａをコイル磁束は流れず、代わりに薄肉部１２ｍａ周辺に沿って可動子２０側に蛇行して流れる。この蛇行して可動子２０から周辺部１２ｍｐに向けて流れる磁束Φ２の流れにより、可動子２０を軸方向の付勢スプリング４０側遠方へ移動させる吸引力が発生する。この吸引力により可動子２０に当接するスプール３０を付勢スプリング４０側に押す電磁駆動装置１の駆動力が発生する。このとき、この電磁駆動装置１に供給する電流値を変えて、以下の電磁弁２の制御を実施する。
【００６４】
▲１▼作動油排出制御
供給する電流が最大になると、スプール３０を駆動する可動子２０の吸引力が最大となり、付勢スプリング４０の付勢力に抗してスプール３０を移動させる。これにより、入力ポート３２が閉塞され、かつ出力ポート３３から排出ポート３５へ流れる作動油の流量が増加するので、自動変速機に供給する作動油の圧力は零（大気圧相当）となる。
【００６５】
▲２▼作動油出力制御
供給される電流が▲１▼の状態よりも小さくなるように制御されているとき、電流値に比例する吸引力は小さくなり、スプール３０は、前述した（１）での状態と（２）の▲１▼での状態との中間に位置に移動して静止する。この移動により、前述したように、ハウジング３１の内周壁３１ａと大径ランド３８、ならびに内周壁３１ｂと大径ランド３７とが形成するシール長が変化するため、自動変速機に供給する作動油の圧力が変化する。したがって、電磁駆動装置１に通電する電流を制御することにより、スプール３０の位置が変化し、自動変速機に供給する作動油の圧力を調整することが可能となる。
【００６６】
なお、本発明の駆動装置１の固定子１０と可動子２０の特徴として、前述の電磁駆動装置１の作動説明での吸引力の発生機構から、可動子２０から周辺部１２ｍｐに向けて流れる磁束Φ２の流れにより発生する吸引力において、、その吸引エアギャップを、可動子２０とそれを収容する固定子１０の摺動部クリアランスがなしている。したがって、可動子２０の移動するストローク位置に関係なく、吸引エアギャップは変化することがないので、可動子２０の移動量の大小に関わらず、供給する電流に応じて、一定の吸引力が得られる。つまり、可動子２０の移動するストローク位置に関係なく、吸引エアギャップは変化することがない構造を有するので、供給する電流値に比例した吸引力を得るのに適した電磁駆動装置である。
【００６７】
しかも、小型化に適した固定子１０と可動子２０の組合せ構造を有するので、前述した油圧制御用弁体３のスプール３０のつい合う条件を満たすように、電磁駆動装置１の必要駆動力、つまり設計に必要な目標吸引力を設定してやれば、目標吸引力を確保しつつ、電磁駆動装置１の体格の小型化が可能である。したがって、これにより、小型化した電磁駆動装置１を搭載する電磁弁２の体格も、小型化され得る。
【００６８】
本実施形態では、スプール型油圧制御弁の電磁駆動部に本発明の電磁駆動装置を用いたが、これ以外にも、体格を大型化せずに吸引力を増加するもの、或いは、必要な吸引力を確保しつつ、電磁駆動装置及びそれを用いた電磁弁を小型化しようとするものであれば、どのような電磁弁や装置の駆動装置に対しても、本発明の電磁駆動装置を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電磁駆動装置の構造を示す断面図である。
【図２】図１中の固定子と可動子とのコイル磁束の流れを示し、可動子の円筒長／直径（Ｌ／Ｄ）の比を変えて、コイル磁束の流れ方を比較するための特性図である。
【図３】図２中の可動子のＬ／Ｄの比を変えた比較例において、本発明の可動子の吸引力の大小を示す特性図である。
【図４】本発明の電磁駆動装置において、吸引力がどの部位に作用しているかを検証するために実施した収容部と可動子間を流れる磁束の流れの分析結果から、可動子に加えられる吸引力を、局部毎の吸引力成分の大小で表す模式的特性図である。
【図５】 参考例の断面図である。
【図６】第２の実施形態の電磁駆動装置の断面図である。
【図７】第２の実施形態の電磁駆動装置を用いた電磁弁の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 電磁駆動装置
２ 電磁弁（電磁駆動装置を用いた電磁弁）
３ 弁体
１０ 固定子
１１ 電磁コイル
１２ 固定子鉄心
１２ｍ 収容部
１２ｍａ 薄肉部
１２ｍｐ 周辺部（可動子２０を軸方向遠方に移動させる吸引力を発生させる収容部の要部）
１２ｓ 突起
１３ ヨーク
１４、１１４ 永久磁石
１５ 、１１５ 密着防止部材
１６ 凹部（薄肉部１３の外周面を形成する周方向凹部）
１７ 凹部を挟む周方向壁面
１７ｂ 凹部を挟む周方向壁面のうち、吸引力を発生させる磁束Φ２が流れる側の周方向壁面
１７ｂｓ 傾斜面
２０ 可動子
３０ 可動部材（スプール）
４０ 付勢部材（付勢スプリング）

Claims (8)

1. 吸引力を発生させる電磁コイルと固定子鉄心を備えた固定子と、
   該固定子鉄心内に収容され、摺動自在な可動子と、
   永久磁石を備えた電磁駆動装置において、
   前記可動子は、円筒形状をなし、
   前記固定子鉄心には、前記可動子を収容する円筒状の収容部の一部に、周方向外周面が凹部となる薄肉部が設けられており、
   前記薄肉部を、前記電磁コイルに通電することにより発生する磁束の流れと同一方向に、磁束が流れるように着磁した前記永久磁石を配置して、
   前記可動子が前記収容部軸方向へ移動可能な吸引力を、前記収容部に発生させるとともに、
   前記永久磁石は、
   前記固定鉄心の前記薄肉部に配置され、
   かつ前記永久磁石の前記収容部軸方向における両端面のうち、前記可動子が吸引される側の一方端面の方が、他方端面よりも前記固定鉄心に接触する面積が少ないことを特徴とする電磁駆動装置。
2. 前記薄肉部は、前記電磁コイルへ通電しない時においても、前記永久磁石により着磁した磁束が流れることで、磁気飽和していることを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動装置。
3. 前記永久磁石は、前記凹部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか一項に記載の電磁駆動装置。
4. 前記吸引力を発生する磁束が流れる側の前記凹部の周方向壁面は、前記軸方向に向けて拡がるように、傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電磁駆動装置。
5. 前記収容部は、前記可動子が前記吸引力により移動するのを規制する突起を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電磁駆動装置。
6. 前記可動子は、略円筒形状であって、その円筒長／直径の比は、１以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電磁駆動装置。
7. 筒状の周壁を貫通する複数の流体通路を有する弁ハウジングと、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電磁駆動装置と、
   前記可動子とともに往復移動することにより前記流体通路の連通を切り換える可動部材と、
   前記可動子が吸引される方向と反対方向に前記可動部材を付勢する付勢手段とを備えることを特徴とする電磁弁。
8. 出力油圧を制御することを特徴とする請求項７に記載の電磁弁。

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