JP4779690B2

JP4779690B2 - アクチュエータ

Info

Publication number: JP4779690B2
Application number: JP2006037330A
Authority: JP
Inventors: 洋介村口; 洋中川
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2026-02-15
Also published as: JP2007220763A

Description

本発明は、往復動作を必要とする装置の駆動機構を実現するために用いられるアクチュエータに関するものである。

例えばエンジンの吸気ポートを開閉する吸気弁を駆動する電磁駆動機構には、吸気弁に連結されたアーマチェアと、アーマチェアの上側の閉弁用電磁石と、アーマチェアの下側においてアーマチェアを挟んで閉弁用電磁石と対向する開弁用電磁石とを有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この電磁駆動機構では、開弁用電磁石の電磁コイルに通電された場合には、アーマチェアが開弁用電磁石に吸引されることにより下降するので吸気弁が開弁する。一方、開弁用電磁石への通電が遮断され、閉弁用電磁石の電磁コイルに通電された場合には、アーマチェアが閉弁用電磁石に吸引されることにより上昇するので吸気弁が閉弁する。このように、閉弁用電磁石への通電と開弁用電磁石への通電とが交互に繰り返されることによって、吸気弁の開閉動作が行われる。
特開２０００−６５２３２号公報（図１）

しかしながら、各電磁石の電磁コイルに通電された場合に、電磁石がアーマチェアを吸引する吸引力は、電磁石とアーマチェアとの間の距離が広くなるにつれて小さくなる。つまり、例えば吸気弁を閉弁状態から開弁状態へ変更する場合には、開弁用電磁石とアーマチェアとは大きく離れているので、開弁用電磁石の電磁コイルへの通電の開始と同時に、アーマチェアを下降させる方向への加速度を十分に得ることはできない。そのため、吸気弁をすばやく開弁状態へ変更するのは非常に困難である。このように、吸気弁の開閉動作（アーマチェアの移動方向の反転を含む）を急激に行うことができないので、吸気弁の開閉動作の応答速度は低くなる。その結果、吸気弁の開閉動作を適正に制御できないという問題が発生する。

そこで、本発明の目的は、バルブ等の開閉動作の応答性を向上させることができるアクチュエータを提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明のアクチュエータは、コイルを有しており磁束を生成する第１の電磁石の極と、前記第１の電磁石の極に対向すると共に、コイルを有しており磁束を生成する第２の電磁石の極と、前記第１の電磁石の極及び前記第２の電磁石の極のそれぞれに組み込まれており、前記第１の電磁石の極及び前記第２の電磁石の極の軸と平行または傾斜した磁極面を有し且つ対向する磁極面が同じ極性を有する一対の永久磁石と、前記第１の電磁石の極と前記第２の電磁石の極との間に配置され、回転可能に支持された可動部材とを備えており、前記第１の電磁石の極は、前記第２の電磁石の極に対向する面に、前記可動部材の回転中心を中心とする円弧状に形成された第１の円弧状部分を有し、前記第２の電磁石の極は、前記第１の電磁石の極に対向する面に、前記可動部材の回転中心を中心とする円弧状に形成された第２の円弧状部分を有し、前記可動部材の両端面が、前記第１の円弧状部分及び前記第２の円弧状部分と同心で且つほぼ同じ曲率の円弧状にそれぞれ形成されており、前記可動部材は、その両端面が前記第１の円弧状部分及び前記第２の円弧状部分にそれぞれ沿うように揺動し、前記第１の電磁石の極側のコイル及び前記第２の電磁石の極側のコイルに流れる電流の向きが変わるように通電制御することにより、前記第１の電磁石の極と前記第２の電磁石の極とに交互に異なる向きの磁束を発生し、前記第１の電磁石の極の通電による磁束と、前記第２の電磁石の極の通電による磁束と、前記永久磁石の磁束とによる吸引力によって、前記可動部材を回転駆動することを特徴とするものである。
また、本発明のアクチュエータは、前記第１の電磁石の極は、前記第１の円弧状部分から前記第２の電磁石の極側に向かって突出する第１の段部を有し、前記第２の電磁石の極は、前記第２の円弧状部分から前記第１の電磁石の極側に向かって突出する第２の段部を有し、前記可動部材及び前記第１の段部は、前記可動部材の一端部が前記第１の段部に向かって揺動したときに面接触可能に構成されており、前記可動部材及び前記第２の段部は、前記可動部材の他端部が前記第２の段部に向かって揺動したときに面接触可能に構成されていることが好ましい。

この構成によると、コイルに流れる電流の向きが変わるように通電制御すると、第１の電磁石の極と第２の電磁石の極とに交互に異なる向きの磁束が発生し、可動部材が吸引力によって回転する。ここで、可動部材に作用する吸引力は、電磁石による吸引力と永久磁石による吸引力とが足し合わされたものになる。そのため、可動部材を電磁石による吸引力だけで回転させる場合と比較して、可動部材の回転方向を速やかに変更することができ、アクチュエータにより駆動されるバルブ等の開閉動作の応答性を向上させることができる。

本発明のアクチュエータは、コイルを有しており磁束を生成する第１の電磁石の極と、前記第１の電磁石の極に対向すると共に、コイルを有しており磁束を生成する第２の電磁石の極と、前記第１の電磁石の極と前記第２の電磁石の極との間に配置され、回転可能に支持された可動部材と、前記第１の電磁石の極に組み込まれており、前記可動部材の回転可動時に前記可動部材の前記第１の電磁石の極側の端部が接触する第１の磁極面を有する第１の永久磁石と、前記第２の電磁石の極に組み込まれており、前記可動部材の回転可動時に前記可動部材の前記第２の電磁石の極側の端部が接触し且つ前記第１の磁極面と同じ極性を有する第２の磁極面を有する第２の永久磁石とを備えており、前記第１の電磁石の極は、前記第２の電磁石の極に対向する面に、前記可動部材の回転中心を中心とする円弧状に形成された第１の円弧状部分を有し、前記第２の電磁石の極は、前記第１の電磁石の極に対向する面に、前記可動部材の回転中心を中心とする円弧状に形成された第２の円弧状部分を有し、前記可動部材の両端面が、前記第１の円弧状部分及び前記第２の円弧状部分と同心で且つほぼ同じ曲率の円弧状にそれぞれ形成されており、前記可動部材は、その両端面が前記第１の円弧状部分及び前記第２の円弧状部分にそれぞれ沿うように揺動し、前記第１の電磁石の極側のコイル及び前記第２の電磁石の極側のコイルに流れる電流の向きが変わるように通電制御することにより、前記第１の電磁石の極と前記第２の電磁石の極とに交互に異なる向きの磁束を発生し、前記第１の電磁石の極の通電による磁束と、前記第２の電磁石の極の通電による磁束と、前記永久磁石の磁束とによる吸引力によって、前記可動部材を回転駆動することを特徴とするものである。
また、本発明のアクチュエータは、前記第１の電磁石の極は、前記第１の円弧状部分から前記第２の電磁石の極側に向かって突出する第１の段部を有し、前記第２の電磁石の極は、前記第２の円弧状部分から前記第１の電磁石の極側に向かって突出する第２の段部を有し、前記第１の磁極面は、前記第１の段部の表面に配置されており、前記第２の磁極面は、前記第２の段部の表面に配置されており、前記可動部材及び第１の磁極面は、前記可動部材の一端部が前記第１の磁極面に向かって揺動したときに面接触可能に構成されており、前記可動部材及び第２の磁極面は、前記可動部材の他端部が前記第２の磁極面に向かって揺動したときに面接触可能に構成されていることが好ましい。

この構成によると、コイルに流れる電流の向きが変わるように通電制御すると、第１の電磁石の極と第２の電磁石の極とに交互に異なる向きの磁束が発生し、可動部材が吸引力によって回転する。ここで、可動部材に作用する吸引力は、電磁石による吸引力と永久磁石による吸引力とが足し合わされたものになる。そのため、可動部材を電磁石による吸引力だけで回転させる場合と比較して、可動部材の回転方向を速やかに変更することができ、アクチュエータにより駆動されるバルブ等の開閉動作の応答性を向上させることができる。また、コイルに電流が流れなくなった場合でも、永久磁石の磁力により、可動部材の状態を保持することができる。

以下、本発明の好適な第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態に係るアクチュエータの概略構成を示す図である。

図１のアクチュエータ１は、第１の電磁石の極１０（以下、第１の極１０と称する）と、第２の電磁石の磁極２０（以下、第２の極２０と称する）と、これらを連結する連結部３とから構成される鉄心２を有している。第１の極１０及び第２の極２０は、一方向（図１では上下方向）に延在する棒状の部材であり、所定間隔を隔てて対向している。第１の極１０と第２の極２０とは、それらの上端部同士が連結部３を介して連結されており、鉄心２は略逆Ｕ型の断面を有している。また、第１の極１０及び第２の極２０の上下方向中間位置には、内側下方に向かって突出する段部１１、２１がそれぞれ形成されている。そのため、第１の極１０及び第２の極２０は、各段部１１、２１の上側部分の厚さが下側部分の厚さより厚くなっている。また、第１の極１０及び第２の極２０の内周面の段部１１、２１より下方の部分は円弧状になっている。

第１の極１０と第２の極２０の段部１１、２１の内側に対応した部分には、永久磁石１２、２２がそれぞれ配置されている。永久磁石１２、２２は、板状の部材であり、一端面がＮ極となり且つ他端面がＳ極となるものである。ここで、永久磁石１２、２２は、第１の極１０及び第２の極２０の軸と平行な磁極面を有している。本実施の形態では、永久磁石１２のＮ極となる面及び永久磁石２２のＮ極となる面が内側になると共に、永久磁石１２のＳ極となる面及び永久磁石２２のＳ極となる面が外側になるように配置されている。また、永久磁石１２、２２の下端部は、段部１１、２１の下面と一致している。

ここで、第１の極１０では、段部１１の下面１５及び円弧状部分１６が磁極面となり、第２の極２０では、段部２１の下面２５及び円弧状部分２６が磁極面となる。そして、永久磁石１２、２２は上述した向きに配置されているので、下面１５、２５がＮ極の極性を有し、円弧状部分１６、２６がＳ極の極性を有している。つまり、第１の極１０及び第２の極２０は、Ｎ極の磁極面及びＳ極の磁極面をそれぞれ有していることになる。

このように、第１の極１０及び第２の極２０の磁極面の付近に永久磁石１２、２２を配置することにより、永久磁石１２、２２の磁束を有効に利用できる（漏れ磁束を低減できる）。そのため、永久磁石の使用量を減らすことができるので、製造コストの削減が可能である。

また、第１の極１０と第２の極２０との間の段部１１、２１より下方の領域には、回転軸３１を支点として回転可能な可動部材３０が配置されている。ここで、図１では、可動部材３０が水平になっている状態が図示されている。回転軸３１は、第１の極１０と第２の極２０との中間位置において、水平方向（図では紙面奥方向）に延在している。そのため、可動部材３０は、回転軸３１を支点として上下に揺動可能である。可動部材３０にはアクチュエータ１により駆動されるバルブ等（図示しない）が連結されているので、可動部材３０が揺動することによりバルブ等を往復動させることが可能である。また、可動部材３０の両端部は第１の極１０及び第２の極２０の円弧状部分１６、２６とほぼ同じ曲率になっている。従って、可動部材３０が揺動した場合には、可動部材３０の左端部の先端面と第１の極１０の円弧状部分１６は常に対向すると共に、可動部材３０の右端部の先端面と第２の極２０の円弧状部分２６は常に対向する。また、可動部材３０は、時計回りに回転することにより、その左端部が段部１１の下面１５に接触可能であり、反時計回りに回転することにより、その右端部が段部２１の下面２５に接触可能である。

また、第１の極１０及び第２の極２０の段部１１、２１より上方の部分の周囲には、コイル１７、２７がそれぞれ巻回されている。ここで、コイル１７、２７は、第１の極１０及び第２の極２０の周囲に複数の巻き数だけ巻回されているが、図１では模式的に図示されている。そして、コイル１７、２７の両端部は、電流制御装置（図示しない）に接続されており、コイルに流れる電流値及びその方向が制御される。

なお、本実施の形態のアクチュエータ１は、往復移動を必要とする装置、つまり、機械式カムで実施されているエンジンのバルブ、ソレノイドやリニアモータが用いられる油圧・空圧用バルブ、ポンプやコンプレッサーの機構の簡素化及び高性能化を図るために用いられる。

次に、アクチュエータ１の動作について、図２を参照して説明する。図２は、アクチュエータの可動部材の回転動作を示している。

まず、コイル１７、２７に対して、図２（ａ）に図示される方向に電流が流されると、第１の極１０では下向きの磁束が発生し、内側の磁極であるＮ極が強められ、第２の極２０では上向きの磁束が発生し、外側の磁極であるＳ極が強められる。そのため、第１の極１０のＮ極から可動部材３０を通り第２の極２０のＳ極に流れる磁束が発生する。つまり、このとき、第１の極１０の段部１１の下面１５、可動部材３０、第２の極２０の円弧状部分２６、連結部３を順に通過する反時計回り（矢印の方向）の磁束が発生する。すると、第１の極１０の段部１１の下面１５と可動部材３０の左端部との間には、互いに同じ方向のコイル１７の磁束と永久磁石１２の磁束とが発生し、コイル１７の電磁石による吸引力と永久磁石１２による吸引力とを足し合わした吸引力が可動部材３０に作用する。一方、第２の極２０の段部２１の下面２５と可動部材３０の右端部との間には、互いに反対の方向のコイル２７の磁束と永久磁石２２の磁束とが発生し、コイル２７の電磁石による吸引力と永久磁石２２による吸引力とが打ち消し合う。その結果、第１の極１０の段部１１の下面１５と可動部材３０の左端部との間に作用する吸引力が増加し、且つ、第２の極２０の段部２１の下面２５と可動部材３０の右端部との間に作用する吸引力が減少する。そのため、可動部材３０は、回転軸３１を支点として時計回りに回転し、その左端部が第１の極１０の段部１１の下面１５に接触し、且つ、その右端部が第２の極２０の段部２１の下面２５に接触しない状態になる。

一方、コイル１７、２７に対して、図２（ｂ）に図示される方向に電流が流されると、第１の極１０では上向きの磁束が発生し、外側の磁極であるＳ極が強められ、第２の極２０では下向きの磁束が発生し、内側の磁極であるＮ極が強められる。そのため、第２の極２０のＮ極から可動部材３０を通り第１の極１０のＳ極に流れる磁束が発生する。つまり、このとき、第２の極２０の段部２１の下面２５、可動部材３０、第１の極１０の円弧状部分１６、連結部３を順に通過する時計回り（矢印の方向）の磁束が発生する。すると、第２の極２０の段部２１の下面２５と可動部材３０の右端部との間には、互いに同じ方向のコイル２７の磁束と永久磁石２２の磁束とが発生し、コイル２７の電磁石による吸引力と永久磁石２２による吸引力とを足し合わした吸引力が可動部材３０に作用する。一方、第１の極１０の段部１１の下面１５と可動部材３０の左端部との間には、互いに反対の方向のコイル１７の磁束と永久磁石１２の磁束とが発生し、コイル１７の電磁石による吸引力と永久磁石１２による吸引力とが打ち消し合う。その結果、第１の極１０の段部１１の下面１５と可動部材３０の左端部との間に作用する吸引力が減少し、且つ、第２の極２０の段部２１の下面２５と可動部材３０の右端部との間に作用する吸引力が増加する。そのため、可動部材３０は、回転軸３１を支点として反時計回りに回転し、その右端部が第２の極２０の段部２１の下面２５に接触し、且つ、その左端部が第１の極１０の段部１１の下面１５に接触しない状態になる。

以上説明したように、本実施の形態のアクチュエータ１では、コイル１７、２７に所定方向の電流を流すことにより、第１の極１０の段部１１の下面１５と可動部材３０の左端部との間では、コイル１７の磁束と永久磁石１２の磁束とが強め合い、第２の極２０の段部２１の下面２５と可動部材３０の右端部との間では、コイル２７の磁束と永久磁石２２の磁束とが弱め合う。そのため、段部１１の下面１５から可動部材３０へ磁束が通り、段部１１の下面１５と可動部材３０の左端部との間に吸引力が発生する。一方、コイル１７、２７に上述と反対方向の電流を流すことにより、第２の極２０の段部２１の下面２５と可動部材３０の右端部との間では、コイル２７の磁束と永久磁石２２の磁束とが強め合い、第１の極１０の段部１１の下面１５と可動部材３０の左端部との間では、コイル１７の磁束と永久磁石１２の磁束とが弱め合う。そのため、段部２１の下面２５から可動部材３０へ磁束が通り、段部２１の下面２５と可動部材３０の右端部との間に吸引力が発生する。ここで、第１の極１０及び第２の極２０の磁極面近傍には永久磁石１２、２２が配置されているので、コイルの磁束と永久磁石の磁束とが強め合う側の磁極面と可動部材との間に作用する吸引力は、電磁石による吸引力と永久磁石による吸引力とが足し合わされたものになる。そのため、電磁石による吸引力だけで可動部材を回転させる場合と比較して、可動部材の回転方向を速やかに変更することができ、アクチュエータ１により駆動されるバルブ等の開閉動作の応答性を向上させることができる。

次に、本発明の第１の実施の形態の変形例について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、第１の実施の形態の変形例に係るアクチュエータの概略構成を示す図である。

本変形例のアクチュエータ１ａが第１の実施の形態のアクチュエータ１と大きく異なる点は、アクチュエータ１では、コイル１７、２７が第１の極１０及び第２の極２０にそれぞれ巻回されているのに対し、アクチュエータ１ａでは、コイル１７ａが連結部３の周囲に巻回されている点である。なお、アクチュエータ１ａとアクチュエータ１との構成において同様の部分には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図３のアクチュエータ１ａにおいて、第１の極１０と第２の極２０とを連結する連結部３の周囲には、コイル１７ａが巻回されている。ここで、コイル１７ａは、連結部３ａの周囲に複数の巻き数だけ巻回されているが、図３では一例が図示されている。そして、コイル１７ａの両端部は、電流制御装置（図示しない）に接続されており、コイルに流れる電流値及びその方向が制御される。

次に、アクチュエータ１ａの動作について、図４を参照して説明する。図４は、アクチュエータの可動部材の回転動作を示している。

まず、コイル１７ａに対して、図４（ａ）に図示される方向に電流が流されると、第１の極１０の段部１１の下面１５と可動部材３０の左端部との間には、互いに同じ方向のコイル１７ａの磁束と永久磁石１２の磁束とが発生し、第２の極２０の段部２１の下面２５と可動部材３０の右端部との間には、互いに反対の方向のコイル１７ａの磁束と永久磁石２２の磁束とが発生する。一方、コイル１７ａに対して、図４（ｂ）に図示される方向に電流が流されると、第１の極１０の段部１１の下面１５と可動部材３０の左端部との間には、互いに反対の方向のコイル１７ａの磁束と永久磁石１２の磁束とが発生し、第２の極２０の段部２１の下面２５と可動部材３０の右端部との間には、互いに同じ方向のコイル１７ａの磁束と永久磁石２２の磁束とが発生する。そのため、可動部材３０の動作は、第１の実施の形態と同様になる。

次に、本発明の第２の実施の形態について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、本実施の形態に係るアクチュエータの概略構成を示す図である。

本実施の形態のアクチュエータ１０１が第１の実施の形態のアクチュエータ１と大きく異なる点は、アクチュエータ１では、永久磁石１２、２２が第１の極１０及び第２の極２０内に埋め込まれているのに対し、アクチュエータ１０１では、永久磁石１１２、１２２が第１の極１０及び第２の極２０の表面に配置されている点である。なお、アクチュエータ１０１とアクチュエータ１との構成において同様の部分には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図５のアクチュエータ１０１は、第１の極１０と、第２の極２０と、これらを連結する連結部３とから構成される鉄心２を有している。第１の極１０と第２の極２０の段部１１、２１の下面１５、１６には、永久磁石１１２、１２２がそれぞれ配置されている。永久磁石１１２、１２２は、板状の部材であり、一端面がＮ極となり且つ他端面がＳ極となるものである。本実施の形態では、永久磁石１１２のＳ極となる面及び永久磁石１２２のＳ極となる面が段部１１、２１の下面１５、１６に接着されており、永久磁石１１２のＮ極となる面及び永久磁石１２２のＮ極となる面が第１の極１０または第２の極２０の表面に配置されている。

ここで、第１の極１０では、永久磁石１１２の下面及び円弧状部分１６が磁極面となり、第２の極２０では、永久磁石１１２の下面及び円弧状部分２６が磁極面となる。そして、永久磁石１１２、１２２は上述した向きに配置されているので、円弧状部分１６、２６はＳ極の極性を有している。つまり、第１の極１０及び第２の極２０は、Ｎ極の磁極面及びＳ極の磁極面をそれぞれ有していることになる。

また、第１の極１０と第２の極２０との間の段部１１、２１より下方の領域には、回転軸３１を支点として回転可能な可動部材３０が配置されている。可動部材３０が回転軸３１を支点として揺動した場合には、可動部材３０の左端部の先端面と第１の極１０の円弧状部分１６は常に対向すると共に、可動部材３０の右端部の先端面と第２の極２０の円弧状部分２６は常に対向する。また、可動部材３０は、時計回りに回転することにより、その左端部が永久磁石１１２の下面に接触可能であり、反時計回りに回転することにより、その右端部が永久磁石１２２の下面に接触可能である。

次に、アクチュエータ１０１の動作について、図６を参照して説明する。図６は、アクチュエータの可動部材の回転動作を示している。

まず、コイル１７、２７に対して、図６（ａ）に図示される方向に電流が流されると、第１の極１０では下向きの磁束が発生し、内側の磁極であるＮ極が強められ、第２の極２０では上向きの磁束が発生し、外側の磁極であるＳ極が強められる。そのため、第１の極１０のＮ極から可動部材３０を通り第２の極２０のＳ極に流れる磁束が発生する。つまり、このとき、第１の極１０の段部１１の下面１５、可動部材３０、第２の極２０の円弧状部分２６、連結部３を順に通過する反時計回り（矢印の方向）の磁束が発生する。すると、永久磁石１１２の下面と可動部材３０の左端部との間には、互いに同じ方向のコイル１７の磁束と永久磁石１１２の磁束とが発生し、コイル１７の電磁石による吸引力と永久磁石１１２による吸引力とを足し合わした吸引力が可動部材３０に作用する。一方、永久磁石１２２の下面と可動部材３０の右端部との間には、互いに反対の方向のコイル２７の磁束と永久磁石１２２の磁束とが発生し、コイル２７の電磁石による吸引力と永久磁石１２２による吸引力とが打ち消し合う。その結果、永久磁石１１２の下面と可動部材３０の左端部との間に作用する吸引力が増加し、且つ、永久磁石１２２の下面と可動部材３０の右端部との間に作用する吸引力が減少する。そのため、可動部材３０は、回転軸３１を支点として時計回りに回転し、その左端部が永久磁石１１２の下面に接触し、且つ、その右端部が永久磁石１２２の下面に接触しない状態になる。

一方、コイル１７、２７に対して、図６（ｂ）に図示される方向に電流が流されると、第１の極１０では上向きの磁束が発生し、外側の磁極であるＳ極が強められ、第２の極２０では下向きの磁束が発生し、内側の磁極であるＮ極が強められる。そのため、第２の極２０のＮ極から可動部材３０を通り第１の極１０のＳ極に流れる磁束が発生する。つまり、このとき、第２の極２０の段部２１の下面２５、可動部材３０、第１の極１０の円弧状部分１６、連結部３を順に通過する時計回り（矢印の方向）の磁束が発生する。すると、永久磁石１２２の下面と可動部材３０の右端部との間には、互いに同じ方向のコイル２７の磁束と永久磁石１２２の磁束とが発生し、コイル２７の電磁石による吸引力と永久磁石１２２による吸引力とを足し合わした吸引力が可動部材３０に作用する。一方、永久磁石１１２の下面と可動部材３０の左端部との間には、互いに反対の方向のコイル１７の磁束と永久磁石１１２の磁束とが発生し、コイル１７の電磁石による吸引力と永久磁石１１２による吸引力とが打ち消し合う。その結果、永久磁石１１２の下面と可動部材３０の左端部との間に作用する吸引力が減少し、且つ、永久磁石１２２の下面と可動部材３０の右端部との間に作用する吸引力が増加する。そのため、可動部材３０は、回転軸３１を支点として反時計回りに回転し、その右端部が永久磁石１２２の下面に接触し、且つ、その左端部が永久磁石１１２の下面に接触しない状態になる。

なお、図６（ａ）に示すように、可動部材３０の左端部が永久磁石１１２の下面に接触した状態で、コイル１７に電流が流れなくなった場合でも、永久磁石１１２の磁力により、可動部材３０はその状態で保持される。また、図６（ｂ）に示すように、可動部材３０の右端部が永久磁石１２２の下面に接触した状態で、コイル２７に電流が流れなくなった場合でも、永久磁石１２２の磁力により、可動部材３０はその状態で保持される。

以上説明したように、本実施の形態のアクチュエータ１０１では、第１の実施の形態のアクチュエータ１と同様に、アクチュエータ１０１により駆動されるバルブ等の開閉動作の応答性を向上させることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、本実施の形態に係るアクチュエータの概略構成を示す図である。

本実施の形態のアクチュエータ２０１が、第１の実施の形態のアクチュエータ１と大きく異なる点は、アクチュエータ１は、第１の極１０及び第２の極２０を有しているのに対し、アクチュエータ２０１では、第１〜第３の極２１０〜２１２を有している点である。

図７のアクチュエータ２０１は、第１の極２１０と、第２の極２１１と、第３の極２１２と、これらを連結する連結部２１４、２１５とから構成される鉄心２０２を有している。第１〜第３の極２１０〜２１２は、一方向（図７では上下方向）に延在する棒状の部材であり、所定間隔を隔てて対向している。第３の極２１２は、第１の極２１０に対して第２の極２１１と反対側に配置されている。第１の極２１０と第２の極２１１とは、それらの上端部同士が連結部２１４を介して連結されており、第１の極２１０と第３の極２１２とは、それらの上端部同士が連結部２１５を介して連結されており、鉄心２０２は略逆Ｗ型の断面を有している。また、第１〜第３の極２１０〜２１２は、その先端に向かって幅が広くなるようにそれぞれ傾斜している。そのため、後述する可動部材２４０が回転した場合に、可動部材２４０と第１〜第３の極２１０〜２１２とが隙間なく接触可能になる。

第１の極２１０の左端面（第２の極２１１と対向する面）には永久磁石２３１が配置されており、第１の極２１０の右端面（第３の極２１２と対向する面）には永久磁石２３２がそれぞれ配置されている。また、第２の極２１１の右端面（第１の極２１０と対向する面）には永久磁石２３３が配置されており、第３の極２１２の左端面（第１の極２１０と対向する面）には永久磁石２３４がそれぞれ配置されている。永久磁石２３１〜２３４は、板状の部材であり、一端面がＮ極となり且つ他端面がＳ極となるものである。本実施の形態では、永久磁石２３１のＮ極となる面及び永久磁石２３２のＳ極となる面が第１の極２１０の表面と一致し、永久磁石のＮ極となる面が第２の極２１１の表面と一致し、永久磁石２３４のＳ極となる面が第３の極２１２の表面と一致するように配置されている。

ここで、第１の極２１０では、その左端面及び右端面が磁極面となり、第２の極２１１では、その右端面が磁極面となり、第３の極２１２では、その左端面が磁極面となる。そして、第１の極２１０では、永久磁石２３１、２３２は上述した向きに配置されているので、その左端面がＮ極の極性を有し、その右端面がＳ極の極性を有している。つまり、第１の極２１０は、Ｎ極の磁極面及びＳ極の磁極面を有していることになる。

また、第１の極２１０の下方には、回転軸２４１を支点として回転可能な可動部材２４０が配置されている。可動部材２４０は、略Ｕ型形状の部材であり、第１接触部２４５及び第２接触部２４６を有している。第１接触部２４５は、第１の極２１０と第２の極２１１との間に配置されており、第２接触部２４６は、第１の極２１０と第３の極２１２との間に配置されている。回転軸２４１は、第１の極２１０の下方において、水平方向（図では紙面奥方向）に延在している。そのため、可動部材２４０は、回転軸２４１を支点として左右に揺動可能である。可動部材２４０は、時計回りに回転することにより、第１接触部２４５の内側面が第１の極２１０の左端面に接触し且つ第２接触部２４６の外側面が第３の極２１２の左端面に接触可能であり、反時計回りに回転することにより、第１接触部２４５の外側面が第２の極２１１の右端面に接触し且つ第２接触部２４６の内側面が第１の極２１０の右端面に接触可能である。

また、第１の極２１０の周囲には、コイル２５０が巻回されている。ここで、コイル２５０は、第１の極２１０の周囲に複数の巻き数だけ巻回されているが、図７では模式的に図示されている。そして、コイル２５０の両端部は、電流制御装置（図示しない）に接続されており、コイルに流れる電流値及びその方向が制御される。

次に、アクチュエータ２０１の動作について、図８を参照して説明する。図８は、アクチュエータの可動部材の回転動作を示している。

まず、コイル２５０に対して、図８（ａ）に図示される方向に電流が流されると、第１の極２１０では下向きの磁束が発生し、左側の磁極であるＮ極が強められる。そのため、第１の極２１０のＮ極から可動部材２４０を通り第３の極２１２のＳ極に流れる磁束が発生する。つまり、このとき、第１の極２１０、可動部材２４０、第３の極２１２、連結部２１５を順に通過する反時計回り（矢印の方向）の磁束が発生する。すると、第１の極２１０の左端面と可動部材２４０の第１接触部２４５との間には、互いに同じ方向のコイル２５０の磁束と永久磁石２３１の磁束とが発生し、コイル２５０の電磁石による吸引力と永久磁石２３１による吸引力とを足し合わした吸引力が可動部材２４０の第１接触部２４５に作用する。一方、第１の極２１０の右端面と可動部材２４０の第２接触部２４６との間には、互いに反対の方向のコイル２５０の磁束と永久磁石２３２の磁束とが発生し、コイル２５０の電磁石による吸引力と永久磁石２３２による吸引力とが打ち消し合う。その結果、第１の極２１０の左端面と可動部材２４０の第１接触部２４５との間に作用する吸引力が増加し且つ第１の極２１０の右端面と可動部材２４０の第２接触部２４６との間に作用する吸引力が減少する。そのため、可動部材２４０は、回転軸２４１を支点として時計回りに回転し、第１接触部２４５の内側面が第１の極２１０の左端面に接触し、且つ、第２接触部２４６の内側面が第１の極２１０の右端面に接触しないで、その外側面が第３の極２１２の左端面に接触する状態になる。

一方、コイル２５０に対して、図８（ｂ）に図示される方向に電流が流されると、第１の極２１０では上向きの磁束が発生し、右側の磁極であるＳ極が強められる。そのため、第２の極２１１のＮ極から可動部材２４０を通り第１の極２１０のＳ極に流れる磁束が発生する。つまり、このとき、第１の極２１０、連結部２１４、第２の極２１１、可動部材２４０を順に通過する反時計回り（矢印の方向）の磁束が発生する。すると、第１の極２１０の右端面と可動部材２４０の第２接触部２４６との間には、互いに同じ方向のコイル２５０の磁束と永久磁石２３２の磁束とが発生し、コイル２５０の電磁石による吸引力と永久磁石２３２による吸引力とを足し合わした吸引力が可動部材２４０の第２接触部２４６に作用する。一方、第１の極２１０の左端面と可動部材２４０の第１接触部２４５との間には、互いに反対の方向のコイル２５０の磁束と永久磁石２３１の磁束とが発生し、コイル２５０の電磁石による吸引力と永久磁石２３１による吸引力とが打ち消し合う。その結果、第１の極２１０の右端面と可動部材２４０の第２接触部２４６との間に作用する吸引力が増加し且つ第１の極２１０の左端面と可動部材２４０の第１接触部２４５との間に作用する吸引力が減少する。そのため、可動部材２４０は、回転軸２４１を支点として反時計回りに回転し、第２接触部２４６の内側面が第１の極２１０の右端面に接触し、且つ、第１接触部２４５の内側面が第１の極２１０の左端面に接触しないで、その外側面が第２の極２１１の右端面に接触する状態になる。

なお、図８（ａ）に示すように、可動部材２４０の第１接触部２４５の内側面が第１の極２１０の左端面に接触し、且つ、第２接触部２４６の外側面が第３の極２１２の左端面に接触した状態で、コイル２５０に電流が流れなくなった場合でも、永久磁石２３１、２３４の磁力により、可動部材２４０はその状態で保持される。また、図８（ｂ）に示すように、第２接触部２４６の内側面が第１の極２１０の右端面に接触し、且つ、第１接触部２４５の外側面が第２の極２１１の右端面に接触した状態で、コイル２５０に電流が流れなくなった場合でも、永久磁石２３２、２３３の磁力により、可動部材２４０はその状態で保持される。

以上説明したように、本実施の形態のアクチュエータ２０１では、第１の実施の形態のアクチュエータ１と同様に、アクチュエータ２０１により駆動されるバルブ等の開閉動作の応答性を向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の第１の実施の形態では、コイル１７が第１の極１０の周囲に巻回されており、コイル２７が第２の極２０の周囲に巻回されているが、コイルが第１の極１０及び第２の極２０の一方の周囲にだけ巻回されていてもよい。

また、上述の第１の実施の形態では、永久磁石１２のＮ極となる面及び永久磁石２２のＮ極となる面が内側になると共に、永久磁石１２のＳ極となる面及び永久磁石２２のＳ極となる面が外側になるように配置されているが、永久磁石１２のＳ極となる面及び永久磁石２２のＳ極となる面が内側になると共に、永久磁石１２のＮ極となる面及び永久磁石２２のＮ極となる面が外側になるように配置されてもよい。また、永久磁石１２、２２は、第１の極１０及び第２の極２０の軸と平行な磁極面を有しているが、第１の極１０及び第２の極２０の軸と傾斜した磁極面を有していてもよい。

また、上述の第２の実施の形態では、永久磁石１１２のＳ極となる面及び永久磁石１２２のＳ極となる面が段部１１、２１の下面１５、１６に接着されており、永久磁石１１２のＮ極となる面及び永久磁石１２２のＮ極となる面が第１の極１０及び第２の極２０の表面に配置されているが、永久磁石１１２のＮ極となる面及び永久磁石１２２のＮ極となる面が段部１１、２１の下面１５、１６に接着されており、永久磁石１１２のＳ極となる面及び永久磁石１２２のＳ極となる面が第１の極１０及び第２の極２０の表面に配置されてもよい。

また、上述の第１〜３の実施の形態では、第１の極１０、第２の極２０及び第１の極２１０のそれぞれの磁極面がＮ極の極性を有する磁極面とＳ極の極性を有する磁極面とにそれぞれ分かれるように永久磁石が配置されていればよく、永久磁石の形状、大きさ及び配置は変更可能である。従って、上述の第３の実施の形態では、永久磁石２３１のＮ極となる面及び永久磁石２３２のＳ極となる面が第１の極２１０の表面と一致するように配置されていなくてもよく、図９に示すように、第１の極２１０の中央位置に上下方向に延在する永久磁石２３５が埋め込まれたアクチュエータ２０１ａであってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係るアクチュエータの概略構成を示す図である。図１のアクチュエータの可動部材の回転動作を示している。本発明の第１の実施の形態の変形例に係るアクチュエータの概略構成を示す図である。図３のアクチュエータの可動部材の回転動作を示している。本発明の第２の実施の形態に係るアクチュエータの概略構成を示す図である。図５のアクチュエータの可動部材の回転動作を示している。本発明の第３の実施の形態に係るアクチュエータの概略構成を示す図である。図７のアクチュエータの可動部材の回転動作を示している。本発明の第３の実施の形態の変形例に係るアクチュエータの概略構成を示す図である。

符号の説明

１、１０１、２０１アクチュエータ
１０第１の電磁石の極
２０第２の電磁石の極
１２、２２永久磁石
１７、２７コイル
３０可動部材
２１０第１の電磁石の極
２１１第２の電磁石の極
２１２第３の電磁石の極
２３１〜２３４永久磁石
２４０可動部材
２５０コイル

Claims

コイルを有しており磁束を生成する第１の電磁石の極と、
前記第１の電磁石の極に対向すると共に、コイルを有しており磁束を生成する第２の電磁石の極と、
前記第１の電磁石の極及び前記第２の電磁石の極のそれぞれに組み込まれており、前記第１の電磁石の極及び前記第２の電磁石の極の軸と平行または傾斜した磁極面を有し且つ対向する磁極面が同じ極性を有する一対の永久磁石と、
前記第１の電磁石の極と前記第２の電磁石の極との間に配置され、回転可能に支持された可動部材とを備えており、
前記第１の電磁石の極は、前記第２の電磁石の極に対向する面に、前記可動部材の回転中心を中心とする円弧状に形成された第１の円弧状部分を有し、
前記第２の電磁石の極は、前記第１の電磁石の極に対向する面に、前記可動部材の回転中心を中心とする円弧状に形成された第２の円弧状部分を有し、
前記可動部材の両端面が、前記第１の円弧状部分及び前記第２の円弧状部分と同心で且つほぼ同じ曲率の円弧状にそれぞれ形成されており、
前記可動部材は、その両端面が前記第１の円弧状部分及び前記第２の円弧状部分にそれぞれ沿うように揺動し、
前記第１の電磁石の極側のコイル及び前記第２の電磁石の極側のコイルに流れる電流の向きが変わるように通電制御することにより、前記第１の電磁石の極と前記第２の電磁石の極とに交互に異なる向きの磁束を発生し、前記第１の電磁石の極の通電による磁束と、前記第２の電磁石の極の通電による磁束と、前記永久磁石の磁束とによる吸引力によって、前記可動部材を回転駆動することを特徴とするアクチュエータ。
前記第１の電磁石の極は、前記第１の円弧状部分から前記第２の電磁石の極側に向かって突出する第１の段部を有し、
前記第２の電磁石の極は、前記第２の円弧状部分から前記第１の電磁石の極側に向かって突出する第２の段部を有し、
前記可動部材及び前記第１の段部は、前記可動部材の一端部が前記第１の段部に向かって揺動したときに面接触可能に構成されており、
前記可動部材及び前記第２の段部は、前記可動部材の他端部が前記第２の段部に向かって揺動したときに面接触可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
コイルを有しており磁束を生成する第１の電磁石の極と、
前記第１の電磁石の極に対向すると共に、コイルを有しており磁束を生成する第２の電磁石の極と、
前記第１の電磁石の極と前記第２の電磁石の極との間に配置され、回転可能に支持された可動部材と、
前記第１の電磁石の極に組み込まれており、前記可動部材の回転可動時に前記可動部材の前記第１の電磁石の極側の端部が接触する第１の磁極面を有する第１の永久磁石と、
前記第２の電磁石の極に組み込まれており、前記可動部材の回転可動時に前記可動部材の前記第２の電磁石の極側の端部が接触し且つ前記第１の磁極面と同じ極性を有する第２の磁極面を有する第２の永久磁石とを備えており、
前記第１の電磁石の極は、前記第２の電磁石の極に対向する面に、前記可動部材の回転中心を中心とする円弧状に形成された第１の円弧状部分を有し、
前記第２の電磁石の極は、前記第１の電磁石の極に対向する面に、前記可動部材の回転中心を中心とする円弧状に形成された第２の円弧状部分を有し、
前記可動部材の両端面が、前記第１の円弧状部分及び前記第２の円弧状部分と同心で且つほぼ同じ曲率の円弧状にそれぞれ形成されており、
前記可動部材は、その両端面が前記第１の円弧状部分及び前記第２の円弧状部分にそれぞれ沿うように揺動し、
前記第１の電磁石の極側のコイル及び前記第２の電磁石の極側のコイルに流れる電流の向きが変わるように通電制御することにより、前記第１の電磁石の極と前記第２の電磁石の極とに交互に異なる向きの磁束を発生し、前記第１の電磁石の極の通電による磁束と、前記第２の電磁石の極の通電による磁束と、前記永久磁石の磁束とによる吸引力によって、前記可動部材を回転駆動することを特徴とするアクチュエータ。
前記第１の電磁石の極は、前記第１の円弧状部分から前記第２の電磁石の極側に向かって突出する第１の段部を有し、
前記第２の電磁石の極は、前記第２の円弧状部分から前記第１の電磁石の極側に向かって突出する第２の段部を有し、
前記第１の磁極面は、前記第１の段部の表面に配置されており、
前記第２の磁極面は、前記第２の段部の表面に配置されており、
前記可動部材及び第１の磁極面は、前記可動部材の一端部が前記第１の磁極面に向かって揺動したときに面接触可能に構成されており、
前記可動部材及び第２の磁極面は、前記可動部材の他端部が前記第２の磁極面に向かって揺動したときに面接触可能に構成されていることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。