JP5124529B2

JP5124529B2 - 電磁アクチュエータ

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Publication number: JP5124529B2
Application number: JP2009134037A
Authority: JP
Inventors: 和希高橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2029-06-03
Also published as: JP2010283058A

Description

この発明は、電磁アクチュエータに関するものであり、特に揺動駆動する電磁アクチュエータに関するものである。

近年、遮断器や開閉器等の操作機構として、現行の油圧操作機構やバネ操作機構に代わって、動作制御性に優れる電磁アクチュエータを採用することが提案されている。例えば比較的短ストロークでかつ直線的に動作する真空遮断器では、短ギャップで強い電磁吸引力を発生する直動型双安定の電磁アクチュエータが使用されることが多い。また、比較的長ストロークでかつ回転駆動する真空遮断器以外の開閉器や断路器では、揺動型の電磁アクチュエータが適している。
揺動型の電磁アクチュエータには、例えば「開位置」、「閉位置」の２箇所で安定する双安定型の電磁アクチュエータがある（例えば、特許文献１参照）。また、３箇所で安定する３安定型の電磁アクチュエータがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−２９７９１２号公報（要約、図１等）特開昭６１−０１６５０４号公報（２頁、図１等）

上記特許文献１のような双安定型の電磁アクチュエータは、揺動型の電磁アクチュエータとしては比較的ストロークが短いため、低圧用の開閉器等に適するものである。上記特許文献２のような３安定型の電磁アクチュエータは、双安定型の電磁アクチュエータより長ストロークであるが、各安定位置に機械的なストッパがないため、可動子を各安定位置で停止させる為には、電磁アクチュエータの電磁力のみで停止させなければならない。従って、可動子が各安定位置で停止する際には、一旦安定位置を行き過ぎ、振動しながら安定位置に停止するという問題がある。

ところで、上記のような電磁アクチュエータが連結される開閉器の接点は、特に大型電力用の場合、通電時の接触抵抗を低減させるために、フィンガーコンタクトやスライドコンタクトを用い、接触加重を作用させることが一般的である。そのため、接点を閉するための「入り」動作では、駆動初期の負荷が小さく、接点が接触する駆動後半に負荷が大きくなる。また、接点を開するための「切り」動作では、接点を引き離すための駆動初期に負荷が大きく、接点が離れた駆動後期に負荷が小さくなる。

ここで、例えば開閉器の「入り」、「切り」、「入り」の動作に連動して可動子が３箇所で停止する３安定型の電磁アクチュエータとして、２つの固定接点と１つの可動接点から構成され、「切り」位置を中心に可動子が揺動駆動するものがある。
このような電磁アクチュエータにおいて、開閉器の接点を「入り」位置から「切り」位置に移動させる場合、上述の通り開閉器の接点を引き離すための駆動初期の負荷が大きく、接点が離れると負荷が著しく小さくなる。このため開閉器の接点が離れると同時に電磁アクチュエータの可動子の移動速度が急激に速くなり慣性力が大きくなる。可動子が「切り」位置付近で大きな慣性力を持っているため、可動子は「切り」位置を大きく行き過ぎ、「切り」位置に停止するまでに振動を繰り返すという問題が顕著である。
また、「切り」位置から少しでもずれた位置で可動子が停止してしまうと、可動子の電界が高くなり、雷インパルスのような高電界が作用すると絶縁破壊を起こしてしまうという問題もある。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、可動子を安定位置に効率よく停止させることのできる、電磁アクチュエータを得ることを目的とする。

この発明に係る電磁アクチュエータは、円筒状を成し中心方向に向けて複数の磁極が突設された固定子と、固定子の内側に配置され周方向に延び、固定子の内周側に沿って往復回動可能に支持された可動子と、各磁極に巻回され可動子を回動範囲内の所定の安定位置に移動させる複数の駆動コイルとを備えている。そして、駆動コイルのうち安定位置と対面する位置に配置された駆動コイルの励磁により形成される固定子および可動子内の磁路の一部に磁場遮蔽部を設けている。

また、この発明に係る電磁アクチュエータは、円筒状を成し中心方向に向けて複数の磁極が突設された固定子と、固定子の内側に配置され周方向に延び、固定子の内周側に沿って往復回動可能に支持された可動子と、各磁極に巻回され可動子を回動範囲の一端側である第１の安定位置、他端側である第２の安定位置、および第１の安定位置と第２の安定位置との中間位置である中立安定位置、の各位置に移動させる複数の駆動コイルとを備えている。そして、駆動コイルのうち中立安定位置と対面する位置に配置された駆動コイルの励磁により形成される固定子および可動子内の磁路の一部に磁場遮蔽部を設けている。

この発明の電磁アクチュエータによれば、安定位置と対面する位置に配置された駆動コイルの励磁により形成される固定子および可動子内の磁路の一部に磁場遮蔽部を設けたので、可動子の慣性力が大きくなる駆動領域の電磁力を大幅に減少させることができる。このため可動子が持つ慣性力の増加を抑え、可動子が安定位置を行き過ぎることを抑制し、可動子を効率よく停止させることができる。

この発明の実施の形態１における電磁アクチュエータの構成を示す断面図である。この発明の実施の形態１における電磁アクチュエータの構成を示す断面図である。この発明の実施の形態１における電磁アクチュエータの構成を示す断面図である。この発明の実施の形態１における電磁アクチュエータに連結される一般的な開閉器の接点の負荷状態を示す図である。この発明の実施の形態１における比較例の電磁アクチュエータの構成を示す断面図である。この発明の実施の形態１における比較例の電磁アクチュエータの可動子の動作を説明する図である。この発明の実施の形態１における電磁アクチュエータの磁束の流れを説明するための図である。この発明の実施の形態１における電磁アクチュエータの磁束の流れを説明するための図である。この発明の実施の形態１における電磁アクチュエータの磁束の流れを説明するための図である。この発明の実施の形態１における電磁アクチュエータの電磁力特性を示す図である。この発明の実施の形態１における別例の電磁アクチュエータの構成を示す断面図である。この発明の実施の形態１における他の別例の電磁アクチュエータの構成を示す断面図である。この発明の実施の形態２における電磁アクチュエータの構成を示す断面図である。この発明の実施の形態２における電磁アクチュエータの磁束の流れを説明するための図である。この発明の実施の形態２における電磁アクチュエータの磁束の流れを説明するための図である。この発明の実施の形態２における電磁アクチュエータの磁束の流れを説明するための図である。この発明の実施の形態２における電磁アクチュエータの磁束の流れを説明するための図である。この発明の実施の形態２における電磁アクチュエータの磁束の流れを説明するための図である。この発明の実施の形態３における電磁アクチュエータの構成を示す断面図である。この発明の実施の形態４における電磁アクチュエータの構成を示す断面図である。この発明の実施の形態４における電磁アクチュエータの磁極の一部を拡大した斜視図である。

実施の形態１．
図１〜３はこの発明の実施の形態１における電磁アクチュエータの構成を示す断面図であり、図１は可動子が中立安定位置にある場合、図２は可動子が第１の安定位置にある場合、図３は可動子が第２の安定位置にある場合を示している。
図１〜３に示すように電磁アクチュエータ１は、回転軸２の周囲に配設された磁性体からなる中心部材３と、中心部材３から所定の間隔を空けて同心円状に設けられた円筒状の固定子４と、固定子４の内側、すなわち中心部材３と固定子４の間に形成された円筒状の空間内に配置され、円周方向に沿って延び、円周方向に沿って往復回動可能に支持された可動子５とを備えている。中心部材３、固定子４および可動子５は複数枚の電磁薄鋼板を積層して形成された積層体からなる。

固定子４は、円筒状のヨーク部４０とヨーク部４０の内周面から中心方向に向けて突設された複数の磁極４１を有し、本実施の形態１では磁極４１は周方向等間隔で６個形成されている。各磁極４１にはそれぞれ駆動コイル４２が巻回されており、駆動コイル４２を励磁することにより磁束を発生させ、上記可動子５を駆動する。隣接する磁極４１の間には補助磁極４３が突設されており、各駆動コイル４２による磁束の磁路となる。補助磁極４３のうち一の補助磁極４３Ａは他の補助磁極４３よりも中心方向に突出しており、磁路となるとともに、可動子５の回転方向端部に当接して可動子５を押し止めるストッパとしての役割をしている。以降、補助磁極４３Ａを第１のストッパ４３Ａとする。中心部材３の外周面には、第１のストッパ４３Ａと対向する位置に、径方向外側に突出した第２のストッパ３０が配設され、第１のストッパ４３Ａと共に可動子５の回動範囲の端部を形成している。
可動子５の回転方向両端部には周方向に突出した凸部５０が形成され、駆動初期の磁束の磁路となり電磁力を調整する。可動子５が第１安定位置および第２安定位置に移動した際には、凸部５０が第１のストッパ４３Ａと第２のストッパ３０との隙間に嵌るように当接する。

本実施の形態１では、可動子５の安定位置は、図１に示すような中立安定位置、図２に示すような第１の安定位置、図３に示すような第２の安定位置がある。第１の安定位置は、可動子５が中立安定位置の状態から反時計回りに回動し、可動子５の回転方向の一方の端部が第１のストッパ４３Ａおよび第２のストッパ３０と当接した状態である。また、第２の安定位置は、可動子５が中立安定位置の状態から時計回りに回動し、可動子５の回転方向の他方の端部が第１のストッパ４３Ａおよび第２のストッパ３０と当接した状態である。

駆動コイル４２は可動子５の第１の安定位置と対面する位置に配置される駆動コイル４２Ａ、４２Ｂ、可動子５の第２の安定位置と対面する位置に配置される駆動コイル４２Ｃ、４２Ｄ、可動子５の中立安定位置と対面する位置に配置される駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆからなる。駆動コイル４２Ａ、４２Ｂを励磁することにより可動子５を中立安定位置から第１の安定位置へ移動させ、駆動コイル４２Ｃ、４２Ｄを励磁することにより可動子５を中立安定位置から第２の安定位置へ移動させ、駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆを励磁することにより可動子５を第１または第２の安定位置から中立安定位置へ移動させる。

各磁極４１のうち、中立安定位置と対面する位置に配置される駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆが巻回された磁極４１Ｅ、４１Ｆは、電磁鋼板を積層して形成された積層体ではなく、塊状のバルクで形成されている。このバルクで形成された二つの磁極４１Ｅ、４１Ｆをそれぞれバルク部６Ａ、６Ｂとする。後述するが、このバルク部６Ａ、６Ｂは、駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆの励磁時に発生する磁束を遮断する磁場遮蔽部としての役割をする。なお、駆動コイル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、が巻回された磁極４１をそれぞれ４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄとする。

このような電磁アクチュエータ１は図示しない開閉器等に連結され、開閉器の接点の「入り」「切り」動作を操作する。本実施の形態１では、電磁アクチュエータ１の可動子５が中立安定位置の時、開閉器の接点が「切り」位置となり、電磁アクチュエータ１の可動子５が第１および第２の安定位置の時、開閉器の接点が「入り」位置となる。
ここで、電磁アクチュエータ１に連結される一般的な開閉器の接点の負荷状態を図４に示す。縦軸は開閉器の接点にかかる負荷トルクを示し、横軸は開閉器の接点の回転角度を示す。開閉器の接点には接触加重が作用するため、接点が接触する「入り」位置で負荷トルクが大きくなる。例えば開閉器の接点を「切り」から「入り」にするために、図１に示す中立安定位置から図２に示す第１の安定位置または図３に示す第２の安定位置に可動子５が移動する場合は、開閉器の接点に接触加重が作用しない駆動初期の負荷トルクは小さく、接点が接触する駆動後半に負荷トルクが大きくなる。開閉器の接点を「入り」から「切り」にするために、図２に示す第１の安定位置または図３に示す第２の安定位置から図１に示す中立安定位置に可動子５が移動する場合、開閉器の接点を引き離すまでの駆動初期に負荷トルクが大きく、接点が離れた駆動後半に負荷トルクが小さくなる。

次に、電磁アクチュエータ１の動作について説明する。
図１の中立安定位置から図２の第１の安定位置に可動子５を移動させる場合には、駆動コイル４２Ａ、４２Ｂに電流を供給する。これにより駆動コイル４２Ａ、４２Ｂの周りに磁束が発生し、この磁束による電磁力により可動子５が反時計回りに回動し始める。可動子５が第１の安定位置まで達すると、可動子５の反時計回り方向の端部は第１のストッパ４３Ａと第２のストッパ３０とに当接し停止する。可動子５の停止とともに駆動コイル４２Ａ、４２Ｂの電流供給を遮断する。なお、磁束の流れについての詳細は後述する。

図２の第１の安定位置から図１の中立安定位置に可動子５を移動させる場合には、駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆに電流を供給する。これにより駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆの周りに磁束が発生し、この磁束による電磁力により可動子５が時計回りに回動し始める。中立安定位置では可動子５を押し止めるストッパがないため、可動子５は駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆによる電磁力のみで停止する。可動子５の停止とともに駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆの電流供給を遮断する。

左右対称構造であるため、図１の中立安定位置から図３の第２の安定位置への移動、また第２の安定位置から中立安定位置への移動の動作説明は省略するが、上記のように電流を供給する駆動コイル４２Ａ〜４２Ｆを切り替えることにより、可動子５は図１の中立安定位置、図２の第１の安定位置、図３の第２の安定位置の間を往復運動することができる。

このような動作において、可動子５を中立安定位置へ移動させるための駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆが巻回された磁極４１Ｅ、４１Ｆをバルク部６Ａ、６Ｂとしたことにより生じる本実施の形態１の電磁アクチュエータ１の特徴について、磁極がバルク部でない電磁アクチュエータ（以下比較例の電磁アクチュエータとする）と比較しながら以下詳述する。

まず、比較例の電磁アクチュエータについて図５を参照して説明する。比較例の電磁アクチュエータ１００は本実施の形態１の電磁アクチュエータ１とほとんど同じ構成であるが、固定子１０４に設けられた磁極１４１が全て電磁鋼板の積層体からなり、本実施の形態１のようにバルク部を含まない構成である。
このような比較例の電磁アクチュエータ１００を、接点の負荷状態が図４となるような開閉器と連結し、開閉器の接点を「入り」から「切り」に動作する場合、すなわち例えば可動子１０５を第１の安定位置から中立安定位置に移動する場合の可動子１０５のストローク波形の模擬図を図６に示す。縦軸は可動子１０５のストローク位置を角度で示したものであり、開閉器接点が「切り」の位置である中立安定位置に可動子１０５がある場合を中心（０位置）とし、第１の安定位置にある場合を１、中立安定位置よりも第２の安定位置側に移動した場合をマイナスで示している。横軸は可動子１０５の移動開始からの時間を示している。本実施の形態１と同様、可動子１０５を中立安定位置へ移動させるための駆動コイル１４２Ｅ、１４２Ｆに電流を供給することにより電磁力を発生させ、可動子１０５の移動を開始する。
開閉器の接点が接触している間は負荷トルクが大きいため可動子１０５の速度は遅いが、接点が離れて負荷トルクが小さくなった瞬間に可動子１０５の速度が速くなり、可動子１０５の慣性力は増大する。中立安定位置まで移動した可動子１０５は大きな慣性力を持っているため中立安定位置を行き過ぎ、行き過ぎた可動子１０５は駆動コイル１４２Ｅ、１４２Ｆによる電磁力により中立安定位置へ戻ろうとする。図６に示すように、ストローク波形は中立安定位置を中心に振動しながら最終的に中立安定位置で停止する。

図７〜９は、本実施の形態１の電磁アクチュエータ１を第１の安定位置から中立安定位置まで移動させる場合に、駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆを励磁した際に発生する磁束の流れを示す断面図である。図７の状態から順次図８、図９の状態へと移動する場合について説明する。
図７に示すように、可動子５が第１の安定位置にある状態で駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆの励磁を開始すると、発生する磁束により駆動コイル４２Ｅの周りには固定子４のヨーク部４０、バルク部６Ａ、可動子５、補助磁極４３を経由する磁路Ａが形成される。この磁束による電磁力により可動子５は中立安定位置方向へ移動する。
図８は可動子５の時計回り方向の端部が駆動コイル４２Ｆ付近まで移動した時の磁束の様子を示している。両駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆによる磁束により、磁路Ａに加え、固定子４のヨーク部４０、バルク部６Ｂ、可動子５、バルク部６Ａを経由する磁路Ｂが形成される。これらの磁束による電磁力により可動子５はさらに中立安定位置方向へ移動する。
図９は可動子５が中立安定位置まで移動した時の磁束の様子を示している。両駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆによる磁束により、磁路Ａ、磁路Ｂに加え、固定子４のヨーク部４０、補助磁極４３、可動子５、バルク部６Ｂを経由する磁路Ｃが形成される。なお、各磁路を示す磁束線の本数は磁束量の大きさを示している。

一般に磁束が通過する磁路には、その磁束を打ち消すように渦電流が発生する。そして、磁束が打ち消されることにより電磁力が減少する。
このような渦電流の発生を抑制する方法として磁路を積層体で形成することが知られている。渦電流は渦電流が流れる通路の抵抗に大きく依存する。従って、磁路を磁束の流れる方向に積層した積層体（図２１参照）で形成すると、積層間に接触抵抗が発生し渦電流が流れる通路の抵抗が大きくなり、渦電流が小さくなる。そして渦電流を抑制することにより効率よく電磁力を発生させることができる。
これに対し、渦電流が流れる通路を塊状のバルクで形成すると、積層体で形成した場合に比べ通路の抵抗が小さく、渦電流は大きくなる。渦電流によりバルクの表皮深さ以上に磁束が入ることができず、電磁力の発生が減少する。

本実施の形態１では、可動子５が中立安定位置方向へ移動する場合、可動子５がどの位置にある時でも、駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆによる磁束は、塊状のバルクで形成されたバルク部６Ａ、または６Ｂを通過する。これにより、バルク部６Ａ、６Ｂで渦電流の発生を増加させ、渦電流の増加に伴い電磁力が減少する。

次に、渦電流と可動子５の移動速度との関係について説明する。
渦電流は磁束の時間変化で生じるため次式で表される。

ここで、Ｉｅｄｄｙは渦電流、Ｅは渦電流の起電力、Ｒは渦電流が流れる経路の抵抗、ωは駆動コイルに流れる電流の周波数、Ｌは渦電流が流れる経路のインダクタンスである。渦電流の起電力Ｅは、電流による磁場変動（右辺第１項）と、可動子の動きに伴う磁場変動（右辺第２項）により発生する。可動子の動きに伴う磁場変動は可動子の移動速度が速くなるほど大きくなる。可動子の移動速度が速くなるほど起電力Ｅも大きくなり、このため渦電流Ｉｅｄｄｙも大きくなる。なお、電流による磁場変動はＤＣ通電であれば生じないが、ＡＣ通電やコンデンサ通電にすることで生じる。

本実施の形態１においては、図７から図８への駆動初期は負荷トルク（図４参照）が大きいとともに可動子５が静止状態から動き出すため移動速度は遅く、図８から図９への駆動後半は負荷トルクが小さくなるとともに可動子５が慣性力を持つため移動速度が速くなる。従って駆動初期の渦電流は小さく、駆動後半になるにつれ渦電流が大きくなる。渦電流の増加に伴い電磁力は減少する。
このように、本実施の形態１では、バルク部６Ａ、６Ｂを設けたことによる渦電流の増加と、可動子５の移動速度に伴う渦電流の増加により、駆動後半の電磁力が大幅に減少する。

電磁アクチュエータ１の可動子５が図７から図９へ移動する際の電磁力特性を図１０に示す。また可動子５の移動速度を左右する負荷トルクについても図中に示す。さらに、本実施の形態１の電磁アクチュエータ１と比較するため、磁極がバルク部でない比較例の電磁アクチュエータ１００の電磁力特性を併せて示す。縦軸は電磁力、負荷力を示し、横軸は可動子５の移動距離を示し、可動子の位置が第１安定位置にある場合を０とし、図９の中立安定位置まで移動した場合を１としている。
まず本実施の形態１の電磁アクチュエータ１の電磁力の推移（図中▲印で結ぶ線が示す）について説明する。負荷トルクの高い駆動初期は可動子５の移動による磁場変動が小さく渦電流の発生も少ない。渦電流の発生が少ない駆動初期は渦電流による影響をほとんど受けないため、可動子５が駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆに近づくことなどにより電磁力が増加している。負荷トルクの小さい駆動後半になると、可動子５の速度が速くなるため磁場変動が大きくなり、渦電流が大きくなる。また、磁束がバルク部６Ａ、６Ｂを経由することによりバルク部６Ａ、６Ｂに発生する渦電流が増加する。このため、駆動後半は中立安定位置に可動子５が近づくにつれて電磁力が大幅に減少している。
これに対し、比較例の電磁アクチュエータ１００では、磁路が積層体で形成されているため渦電流の発生を抑制し、渦電流の影響をほとんど受けない。従って図中■印で結ぶ線が示すように、本実施の形態１と比較して高い電磁力を保っている。磁場変動が小さい駆動初期は比較例に対する本実施の形態１の電磁力の低減率は小さく、磁場変動が大きい駆動後半の低減率は大きくなる。
このように、本実施の形態１の電磁アクチュエータ１では磁極４１Ｅ、４１Ｆをバルク部６Ａ、６Ｂとしたため、磁極が積層体からなる比較例の電磁アクチュエータ１００と比して、特に駆動後半の電磁力を大幅に減少させることができる。

以上のように、本実施の形態１の電磁アクチュエータ１では、中立安定位置と対面する位置に配置された駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆの励磁により形成される磁路の一部にバルク部を設けたため、可動子５の慣性力が大きくなる駆動領域である駆動後半に電磁力が大幅に減少し、可動子５を駆動する力を低減する。これにより可動子５が持つ慣性力の増加を抑え、可動子５が中立安定位置を行き過ぎることを抑制することができる。
上述の図６で説明したように、比較例の電磁アクチュエータ１００の可動子１０５は、中立安定位置を行き過ぎ振動を繰り返しながら中立安定位置に停止する。これに対し、本実施の形態１の電磁アクチュエータ１では、可動子５の行き過ぎを十分抑制できるため、比較的速やかに中立安定位置に可動子５を停止させることができ、停止に要する時間も大幅に短縮できる。これにより、余分なエネルギーの使用を抑制することができる。また、エネルギー消費量の減少に伴い、電磁アクチュエータの小型化を図ることができる。
また、可動子５の行き過ぎ量が小さいため、停止位置が中立安定位置よりずれた位置で停止してしまうことを防止することができる。

なお、本実施の形態１では中立安定位置と対面する位置に配置された駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆが巻回された磁極４１Ｅ、４１Ｆをバルク部６Ａ、６Ｂとしたが、バルク部を設ける位置はこれに限られるものではない。その別例を以下に示す。

図１１は本実施の形態１の別例の電磁アクチュエータ１Ａであり、駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆが巻回された磁極４１Ｅ、４１Ｆの間に突設された補助磁極４３をバルクで形成しバルク部６Ｃとしている。
図１２は本実施の形態１の他の別例の電磁アクチュエータ１Ｂであり、駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆが巻回された磁極４１Ｅ、４１Ｆの間のヨーク部４０をバルクで形成しバルク部６Ｄとしている。
このような電磁アクチュエータ１Ａ、１Ｂにおいても、可動子５の位置に対応して、駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆによる磁束が、バルク部６Ｃ、６Ｄを経由する磁路を形成する。これにより上記実施の形態１と同様に特に可動子の慣性力が大きくなる駆動領域である駆動後半の電磁力を減少させることができる。

実施の形態２．
図１３はこの発明の実施の形態２における電磁アクチュエータ１Ｃの構成を示す断面図である。上記実施の形態１では駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆによる磁路のうち固定子４の一部分をバルク部としたが、本実施の形態２では可動子５にバルク部を設けている。なお、本実施の形態１と同様の部分については、同一符号を付して説明を省略する。

図１３に示すように、可動子５は周方向中央部分をバルクで形成したバルク部６Ｅを備えている。バルク部６Ｅを挟んで両側は電磁鋼板等の積層体から形成されておりこれを積層部５０とする。このような構成の可動子５を第１の安定位置から中立安定位置に移動する場合の磁束の流れを図１４〜図１８を参照して説明する。
図１４に示すように、可動子５が第１の安定位置にある状態で駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆに電流を供給すると、駆動コイル４２Ｅの周りにはヨーク部４０、磁極４１Ｅ、可動子５の積層部５０、補助磁極４３を経由する磁路Ｄが形成される。この磁束による電磁力により可動子５は中立安定位置方向へ移動する。図１５〜図１８は中立安定位置まで移動する際の可動子５の各位置に対応した磁束の流れ（磁路Ｄ〜磁路Ｇ）を示している。
図に示すように、可動子５の位置が負荷トルクの大きい駆動初期の位置（図１４、図１５参照）にある場合には、磁路内にバルク部６Ｅをほとんど含まず、可動子５の位置が負荷トルクの小さい駆動後半にある場合には（図１６〜図１８参照）、磁路内にバルク部６Ｅを含むような構成となっている。

以上のように、本実施の形態２の電磁アクチュエータは、可動子５の周方向中央部にバルク部６Ｅを設けたため、可動子５の慣性力が増大する領域でのみ磁束がバルク部６Ｅを経由する。このため、可動子５の慣性力が小さい駆動領域である駆動初期には電磁力を減少させることなく可動子５の移動を効率よく行い、慣性力が増大する駆動後半には電磁力を大幅に減少させることができる。
なお、バルク部６Ｅの位置は必ずしも周方向中央部にする必要はなく、例えば周方向端部に配置しても、慣性力が大きい駆動後半の電磁力を減少させるという効果は得られる。

実施の形態３．
図１９はこの発明の実施の形態３における電磁アクチュエータ１Ｄの構成を示す断面図である。本実施の形態３は上記実施の形態１の駆動コイル４２Ａ、４２Ｄに換えて、第２の駆動コイル４４Ａ、４４Ｂを配置している。それ以外の部分については実施の形態１と同様であり、同一符号を付して説明を省略する。
本実施の形態３では、第２の駆動コイル４４Ａ、４４Ｂは、可動子５の回動範囲の両端部に配置されており、可動子５が第１の安定位置または第２の安定位置にあるとき、可動子５を径方向に囲むように巻装されている。中心部材３の外周面には第２の駆動コイル４４Ａ、４４Ｂの配置位置に対応する位置に凹部が形成され、第２の駆動コイル４４Ａ、４４Ｂを巻装するための空間を設けている。

例えば図１９が示すように可動子５が第１の安定位置にある場合には、第２の駆動コイル４４Ａにより発生する磁束は可動子５の外周側と内周側の両方を通過する磁路Ｈを形成する。このため、第２の駆動コイル４４Ａによる電磁力を効率よく回転エネルギーに換えることができ、可動子５の回動を効率的に行える。
なお、第２の駆動コイル４４Ａ、４４Ｂの配置はこれに限られるものではない。可動子５の回動範囲のうち中立安定位置以外の位置に配置すればよく、例えば第１および第２の安定位置用の駆動コイル４２Ｂ、４２Ｃに換えて配置してもよい。
また、本実施の形態３は上記実施の形態１の電磁アクチュエータ１に駆動コイル４４Ａ、４４Ｂを配置したが、この構成は例えば上記実施の形態１の別例の電磁アクチュエータ１Ａ、他の別例の電磁アクチュエータ１Ｂ、実施の形態２の電磁アクチュエータ１Ｃ等に適用できることは当然である。

実施の形態４．
図２０はこの発明の実施の形態４における電磁アクチュエータの構成を示す断面図である。上記実施の形態１では磁場遮蔽部として駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆが巻回された磁極４１をバルクで形成したが、本実施の形態４の磁場遮蔽部は積層体からなる磁極４１Ｅ、４１Ｆに遮蔽板が配設されている。なお、本実施の形態１と同様の部分については、同一符号を付して説明を省略する。

図に示すように、磁極４１Ｅ、４１Ｆは、他の磁極４１Ａ〜４１Ｄと同様電磁鋼板の積層体である。磁極４１Ｅ、４１Ｆには、駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆによる磁束の磁路Ａ〜Ｃに対して直交する方向に遮蔽板７が配設されている。本実施の形態４では遮蔽板７は磁路の方向に沿って４枚配設されている。
図２１は遮蔽板７を含む磁極４１Ｅの一部を拡大した斜視図である。磁束Φが流れる方向を遮断するように遮蔽板７が配設されている。図中のＺ方向は積層体の積層方向である。このように遮蔽板７を配置することにより、渦電流が流れる経路の抵抗を低下させ渦電流を大きくする効果がある。

以上のように本実施の形態４では、中立安定位置と対面する位置に配置される駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆの励磁により形成される磁路の一部である磁極４１Ｅ、４１Ｆに遮蔽板７を設けたため、上記実施の形態１のようにバルク部を設けた場合と同様、渦電流を増加させることができる。このため上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
なお、遮蔽板７の配設位置は磁極４１Ｅ、４１Ｆに限られず、駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆの励磁により形成される磁路の一部であればどこに配置してもよい。例えば上記実施の形態１の別例や他の別例で示したバルク部６Ｃ、６Ｄが配置される位置に配置してもよく、また実施の形態２で示したバルク部６Ｅが配置される位置に配置してもよい。ただし、配設方向は駆動コイル４２Ｅ、４２Ｆによる磁束の磁路に対して直交する方向である必要がある。
また、遮蔽板７の厚みや配設枚数は、減少させる電磁力の量等に合わせて必要に応じて設定すればよい。ただし、遮蔽板７の厚みは遮蔽板の材料の表皮厚以上の厚みで構成する必要がある。
また、遮蔽板７を備える構成は上記実施の形態３の電磁アクチュエータ１Ｄにも適用できることは当然である。

１，１Ａ〜１Ｅ電磁アクチュエータ、４固定子、５可動子、
６Ａ〜６Ｅバルク部（磁場遮蔽部）、７遮蔽板（磁場遮蔽部）、
４１，４１Ａ〜４１Ｆ磁極、４２，４２Ａ〜４２Ｆ駆動コイル、
４４Ａ，４４Ｂ第２の駆動コイル。

Claims

円筒状を成し中心方向に向けて複数の磁極が突設された固定子と、上記固定子の内側に配置され周方向に延び、上記固定子の内周側に沿って往復回動可能に支持された可動子と、上記各磁極に巻回され上記可動子を回動範囲内の所定の安定位置に移動させる複数の駆動コイルとを備え、
上記駆動コイルのうち上記安定位置と対面する位置に配置された駆動コイルの励磁により形成される上記固定子および可動子内の磁路の一部に磁場遮蔽部を設けたことを特徴とする電磁アクチュエータ。
円筒状を成し中心方向に向けて複数の磁極が突設された固定子と、上記固定子の内側に配置され周方向に延び、上記固定子の内周側に沿って往復回動可能に支持された可動子と、上記各磁極に巻回され上記可動子を回動範囲の一端側である第１の安定位置、他端側である第２の安定位置、および上記第１の安定位置と第２の安定位置との中間位置である中立安定位置、の各位置に移動させる複数の駆動コイルとを備え、
上記駆動コイルのうち上記中立安定位置と対面する位置に配置された駆動コイルの励磁により形成される上記固定子および可動子内の磁路の一部に磁場遮蔽部を設けたことを特徴とする電磁アクチュエータ。
上記磁場遮蔽部はバルクにより形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁アクチュエータ。
上記磁場遮蔽部は遮蔽板により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁アクチュエータ。
上記可動子の回動範囲のうち上記安定位置以外の位置に、上記可動子を径方向に囲むように巻装され上記可動子を駆動する第２の駆動コイルを設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ。