JP6311617B2 - 電磁アクチュエータ - Google Patents
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Description
例えば特許文献1に開示された電磁アクチュエータでは、永久磁石(24)、永久磁石の両側に接合されたプレート(22、26)、及び、永久磁石と両プレートとの中心穴を貫通するシャフト(28)が一体に形成され、可動部を構成する。一方、静止部では、コイルコアをなすステータ(16)の中心軸に沿って軸穴が形成されている。この軸穴にガイドされてシャフトが摺動することで、可動部の中心軸が位置決めされる。出力ピン(10)は、可動部の中心軸とは偏心した位置に設けられ、可動部の前進に伴い、前側のプレート(22)に押されて前進する。
しかし、シャフトが非磁性体であるため、可動部が前進した時、永久磁石とステータとの間の磁気伝達が急激に減少する。その結果、反発力、吸引力、誘導起電力等が十分に得られないという問題がある。
出力ピンは、バルブリフト調整装置のカムシャフトに対し前進可能に設けられ、且つ、カムシャフトに当接した先端部がカムシャフトのトルクにより後退方向に押し戻される。
ステータは、軟磁性体で形成され、永久磁石に対し出力ピンとは反対側に設けられ、軸方向のガイド穴を有する。
コイルは、通電時、永久磁石の磁界と逆方向の磁界を生成しステータと永久磁石との間に反発力を発生させる。
フロントプレートは、軟磁性体で形成され、永久磁石の出力ピン側で永久磁石に接合されて可動部の一部を構成し、永久磁石の外径より大きな外径を有する。
ヨークは、軟磁性体で筒状に形成され、ステータ及びフロントプレートを経由する磁気回路を形成する。
一実施形態の電磁アクチュエータの構成について、図1〜図6を参照して説明する。
図1〜図4に示すように、本実施形態の電磁アクチュエータ20は、「2ピン式」の電磁アクチュエータであり、2本の出力ピン601、602のいずれか一方をバルブリフト調整装置のカムシャフト94に対して作動させる。
その他、ヨークについては、部材全体を「ヨーク35」とした上で、第1コイル301を覆い第1静止部231を構成する部分を「第1ヨーク部351」、第2コイル302を覆い第2静止部232を構成する部分を「第2ヨーク部352」とする。
さらに、出力ピン60のカムシャフト94側の端部を先端部64といい、先端部64とは反対側の端部を基端部61という。
コイル31に対し可動部24と反対側には、コネクタ部27が設けられている。外部の電源からコネクタ部27のターミナルを経由して通電されることにより、コイル31は磁界を生成する。この磁界により発生する電磁力の作用については後述する。なお、図1、図2におけるコネクタ部27の断面図示を省略する。
切欠部353、354及び接続部355を除く部分では、ヨーク35は、ステータ32及びフロントプレート45を経由する磁気回路を形成する。
また、ヨーク35のスリーブ70側の開口部には、鍔部39が形成されている。
永久磁石40は、径方向の断面形状が円形の板状である。図1、図2に示すように、例えば第1永久磁石401は、リアプレート部43側がN極、フロントプレート45側がS極というように軸方向に着磁されている。逆に、第2永久磁石402は、リアプレート部43側がS極、フロントプレート45側がN極というように着磁されている。
なお、隣接する永久磁石401、402の磁極配置は同じ向きとしてもよい。
シャフト部42は、ステータ32のガイド穴33に摺動可能に収容されている。可動部24の作動時にシャフト部42がガイド穴33に案内されるため、可動部24は、位置決めされつつ直進する。図1、図2に示すように、可動部24の後退限から前進限までの移動範囲にわたって、シャフト部42の少なくとも一部がステータ32とラップする。
また、シャフト部42は、軸方向に貫通する呼吸穴425が形成されている。
フロントプレート45は、軟磁性体で形成され、永久磁石40の出力ピン60側で永久磁石40に接合されている。上述の第1永久磁石401の磁極配置の場合、リアプレート部43はN極、フロントプレート45はS極とみなされる。
さらに、永久磁石40及びフロントプレート45は、それぞれ中心部に、呼吸穴425に連通する連通穴405、455が形成されている。
また、リアプレート部43及びフロントプレート45の外周壁436、456は、永久磁石40と反対側の角部が面取りされている。
なお、図5、図6は、任意の方向の軸方向断面を表したものであり、バインド部材51は、必ずしも可動部24の全周にわたって設けられなくてもよい。すなわち、バインド部材51は、周方向の少なくとも一部に設けられればよい。
図5に示すように、永久磁石40の磁束は、リアプレート部43の後端面433からステータ32の対向部端面340に直接向かう経路ΦMd、及び、シャフト部42を経由しガイド穴33の内壁に向かう経路ΦMsの2つの磁気経路を通ってステータ32に伝達される。
一方、ヨーク35の内周壁36とリアプレート部43及び永久磁石40との間は、磁気が短絡することを防止するため、磁気ギャップを大きめに確保する必要がある。そのため、フロントプレート45の外径は、永久磁石40の外径よりも大きく形成されている。
すると、リアプレート部43とステータ32の対向部34とが同極となるため、リアプレート部43の後端面433とステータ32の対向部端面340との間に電磁力としての反発力が発生する。この反発力によって、可動部24は、後退限から前進する。そして、可動部24と共に出力ピン60が前進する。
可動部24の作動によってフロントプレート45の前端面457がスリーブ70の端面72に近づくと、図2に示すように、前端面457とスリーブ端面72とが磁気吸引力によって当接し、可動部24は前進限に保持される。
さらに、可動部24の作動時に、呼吸穴425及び連通穴405、455を経由して、ガイド穴33と作動室30との間を空気が自由に流通する。
本実施形態の電磁アクチュエータ20の効果について、図7、図8に示す比較例と対比しつつ説明する。図7、図8は、それぞれ本実施形態の図5、図6に対応する。この比較例は、本実施形態に対する3つの相違点を併せ持つ形態を便宜的に仮想したものである。
第三に、リアプレート44及びフロントプレート45の外周壁は、非磁性体の被溶接部材56を介して溶接により固定されている。図8における符号564は、被溶接部材56とリアプレート44との溶接部を示し、符号565は、被溶接部材56とフロントプレート45との溶接部を示している。
(1)比較例の電磁アクチュエータ209では、シャフト49が非磁性体であるため、シャフト49経由では磁気は伝達されない。すなわち、リアプレート44からステータ32への磁気伝達経路は、直接の経路ΦMdのみである。したがって、可動部249が前進した時、伝達される磁気が急激に減少する。その結果、反発力、吸引力、誘導起電力等が十分に得られなくなる。
それに対し本実施形態の電磁アクチュエータ20では、複合シャフト41のシャフト部42に呼吸穴425が形成され、また、永久磁石40及びフロントプレート45に連通穴405が形成されているため、可動部24の作動時にガイド穴33と作動室30との圧力平衡が維持され、作動が良好となる。
(4)出力ピンと可動部とが同軸に設けられる電磁アクチュエータの場合、出力ピンが可動部のガイド機能を兼ねるため、シャフト部を設けなくてもよい。ところが、多くの2ピン式の電磁アクチュエータ20では、必要な電磁力に応じてコイル31の大きさが決まるにもかかわらず、出力ピン601、602のピッチをそれ以上に小さくするように要求されるため、出力ピン60を可動部24に対し内側に偏心させる構造とせざるを得ない。そこで、出力ピン60と可動部24とが偏心した構成では、ステータ32の軸に対し可動部24の作動軸を位置決めするシャフト部42等の構成が必須となるため、本実施形態の構成が特に有効に適用される。
(ア)上記実施形態では複合シャフト41のシャフト部42に呼吸穴425を形成し、永久磁石40及びフロントプレート45に連通穴405、425を形成することにより、作動室30側に呼吸通路を確保している。その他の形態では、シャフト部に呼吸穴を形成せず、ガイド穴33からコネクタ部27側に貫通する呼吸通路を形成してもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明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。
24 ・・・可動部、
31 ・・・コイル、
32 ・・・ステータ、 33 ・・・ガイド穴、
35 ・・・ヨーク、
40 ・・・永久磁石、
41 ・・・複合シャフト、
42 ・・・シャフト部、 425・・・呼吸穴、
43 リアプレート部、 45 ・・・フロントプレート、
51 ・・・バインド部材、
60 ・・・出力ピン、 64 ・・・先端部、 94 ・・・カムシャフト。
Claims (5)
- 内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのリフト量を調整するバルブリフト調整装置に適用され、電磁力により出力ピンを駆動する電磁アクチュエータであって、
前記バルブリフト調整装置のカムシャフト(94)に対し前進可能に設けられ、且つ、前記カムシャフトに当接した先端部(64)が前記カムシャフトのトルクにより後退方向に押し戻される出力ピン(60)と、
前記出力ピンの基端側で軸方向の両端が互いに異なる極性となるように着磁され、前記出力ピンと共に移動する可動部(24)の一部を構成する板状の永久磁石(40)と、
軟磁性体で形成され、前記永久磁石に対し前記出力ピンとは反対側に設けられ、軸方向のガイド穴(33)を有するステータ(32)と、
通電時、前記永久磁石の磁界と逆方向の磁界を生成し前記ステータと前記永久磁石との間に反発力を発生させるコイル(31)と、
前記ステータの前記ガイド穴に摺動可能に収容されるシャフト部(42)、及び、前記永久磁石の前記コイル側で前記永久磁石に接合されるリアプレート部(43)が軟磁性体で一体に形成されて前記可動部の一部を構成し、前記可動部の後退限から前進限までの移動範囲にわたって、前記シャフト部の少なくとも一部が前記ステータとラップする複合シャフト(41)と、
軟磁性体で形成され、前記永久磁石の前記出力ピン側で前記永久磁石に接合されて前記可動部の一部を構成し、前記永久磁石の外径より大きな外径を有するフロントプレート(45)と、
軟磁性体で筒状に形成され、前記ステータ及び前記フロントプレートを経由する磁気回路を形成するヨーク(35)と、
を備えることを特徴とする電磁アクチュエータ。 - 前記複合シャフトは、前記シャフト部の軸方向に貫通する呼吸穴(425)が形成されており、
前記永久磁石及び前記フロントプレートは、前記呼吸穴に連通する連通穴(405、455)が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁アクチュエータ。 - 非磁性体で形成され、前記可動部の周方向の少なくとも一部において、前記複合シャフトの前記リアプレート部の外周壁(436)と前記フロントプレートの外周壁(456)とに跨ってかしめられるバインド部材(51)を備え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。
- 前記出力ピンの軸は、前記コイルの軸に対して偏心していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記コイル、前記ステータ及び前記可動部を複数組備え、複数の前記出力ピンを個別に駆動することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
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