JP6669040B2 - 電磁アクチュエータ - Google Patents
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Description
出力ピンは、基端部(61)から先端部(64)に向かう軸方向に前進後退可能に設けられている。
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、永久磁石との間に反発力が発生して、出力ピンを移動させる。
筒状に形成されており、永久磁石を収容し、永久磁石を経由する磁気回路を形成する。
筒部は、筒状に形成されている。
軸受部は、筒部の径方向外側から径方向内側に筒部から延びて出力ピンを支持する。
本発明の一態様では、先端部側の軸受部の端面(741)は、筒部の軸に対し傾斜している。また、本発明の別の一態様では、先端部側の軸受部の角部(742)は、曲面を含む。
図1および図2に示すように、バルブリフト調整装置50は、スライダ51、カムシャフト94、吸気バルブリフト52および電磁アクチュエータ101を備える。
また、スライダ51は、カムシャフト94の軸方向に相対移動可能に一体に設けられている。
さらに、スライダ51は、係合溝511が外周に形成されている。
係合溝511は、回転角度に応じて紙面の奥行き方向位置が徐変するように形成されている。
また、小リフトカム58と大リフトカム59とは、回転方向の一方で基準円に対し、外側に偏心している。
大リフトカム59は、小リフトカム58よりも基準円からの偏心量が大きくなるように形成されている。
電磁アクチュエータ101は、一体となったスライダ51とカムシャフト94と接触されており、電磁アクチュエータ101の出力ピン60が、係合溝511の直上に位置している。
吸気バルブリフト52に接触する小リフトカム58または大リフトカム59のトルクによって、吸気バルブリフト52が押し下げられる。これにより、シリンダヘッド53の吸気バルブ91がリフト量L1またはリフト量L2だけ開弁する。
電磁アクチュエータ101の構成について、図3から図10を参照して説明する。
図3および図4に示すように、電磁アクチュエータ101は、静止部13と、可動部14と、で構成されている。
コイル31は、ボビン30の外周に巻線が巻回されている。
ボビン30は、ステータ32に外挿されており、樹脂で形成されている。
また、ボビン30は、コイル31の巻線とステータ32とを絶縁する。
コイル31は、図示しない外部の電源からコネクタ部17のターミナル18を経由して通電されることによって、磁界を生成可能である。
ステータ対向部34は、外径が比較的大きく形成されており、リアプレート44と広い面積で対向する。
ヨーク35は、ステータ32と接触または近接する部位において、相互に磁気が伝達されることによって、ステータ32および可動部14のフロントプレート45を経由する磁気回路を形成する。
ヨーク35のガイド70側の開口部には、エンジンヘッド90への取り付けに用いられる鍔部39が形成されている。
基部71は、エンジンヘッド90の取付穴92に挿入される。基部71の外周には、取付穴92の内周との間のシールを確保するシールリングが設けられている。
エンジン内のオイルは、オイル通路95を経由して可動部14の周囲に流入出する。また、エンジン内のオイルは、出力ピン60が移動したとき、出力ピン60とガイド70との間を経由して、可動部14の周囲に流入出する。
永久磁石40は、径方向の断面形状が円形の板状に形成されており、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ている。
また、永久磁石40は、中心軸Oに沿って、出力ピン60の基端部61が挿入される磁石挿入穴401を有する。
また、リアプレート44の外壁は、ヨーク35の内壁と対向している。
さらに、リアプレート44は、基端部61が挿入されるリア挿入穴441を有する。
また、フロントプレート45の外壁は、ヨーク35の内壁と対向している。
さらに、フロントプレート45は、基端部61が挿入されるフロント挿入穴451を有する。
出力ピン60は、基端部61から先端部64に向かう軸方向に対して前進後退可能である。
さらに、出力ピン60の先端部64は、係合溝511の形状に合うように、径が小さくなるように形成されている。
電磁アクチュエータ101は、エンジンヘッド90の取付穴92に取り付けられ、バルブリフト調整装置50のカムシャフト94に対して出力ピン60が作動する。以下、出力ピン60がカムシャフト94に近づく方向に作動することを「前進する」といい、出力ピン60がカムシャフト94から離れる方向に作動することを「後退する」という。
コイル31が非通電状態のとき、リアプレート44とステータ対向部34との間の磁気吸引力により、可動部14は後退限に保持される。この磁気吸引力は、少なくとも、引込みストロークLuに対応する引込み位置から後退限まで可動部14を吸引可能となるように設定されている。
磁気回路ΦMは、「永久磁石40のN極→リアプレート44→ステータ32→ヨーク35→フロントプレート45→永久磁石40のS極」というルートで生成される。
図23(a)に示すように、比較例としての電磁アクチュエータ900では、ボビン905に収容されているコイル901が電磁力を発生する。この電磁力により永久磁石902を含む可動部903が移動し、ステータ906に接触している出力ピン904が移動する。この出力ピン904に、出力ピン904の径が一部小さくなるように、くびれ部907が形成されている。くびれ部907より径が大きい出力ピン904の部分をストレート部909とする。くびれ部907により出力ピン904とヨークと一体となっているガイド908との隙間が大きくなっている。
第1軸受部74は、基端部61側に設けられ、第2軸受部75は、先端部64側に設けられる。
第1軸受部74および第2軸受部75は、筒部73の径方向外側から径方向内側に筒部73の内壁から延びており、出力ピン60を支持する。
また、第1軸受部74および第2軸受部75は、筒部73と一体になって形成されている。
第1隙間76および第2隙間77は、出力ピン60とガイド70との隙間で最小の部位である。図6において、第1隙間76および第2隙間77の所在を明確にするため、出力ピン60およびガイド70を誇張して記載している。
第1軸受部74と第2軸受部75との間に凹部78が形成されている。
第1軸受部74の端面741は、出力ピン60の前進方向に向かって、筒部73の内径が大きくなるように、筒部73の軸に対して対称に傾斜するテーパ形状に形成されている。
また、第1軸受部74は、先端部64側で、筒部73の内側に角部742を含む。
図7に示すように、第1軸受部74の角部742は、R形状の曲面を含む。
第2軸受部75の端面751は、出力ピン60の前進方向に向かって、筒部73の内径が小さくなるように、筒部73の軸に対して対称に傾斜するテーパ形状に形成されている。
第2軸受部75の角部752は、第1軸受部74の角部742と同様に、R形状の曲面を含む。なお、第1軸受部74および第2軸受部75は、筒部73の径方向外側から径方向内側に向かって、第1軸受部74および第2軸受部75の大きさが小さくなるようなテーパ形状に形成されてもよい。
くびれ部65は、出力ピン60の径方向外側から径方向内側に向かって、出力ピン60の径が小さくなるように形成されている。くびれ部65は、出力ピン60の外側面に部分的に形成される溝であってもよい。
くびれ部65の径よりも大きい出力ピン60の部分をストレート部66とする。
先端部64側のくびれ部65の端面652は、出力ピン60の前進方向に向かって、出力ピン60の径が拡大するように、出力ピン60の軸に対して対称に傾斜するテーパ形状に形成されている。
また、くびれ部65は、出力ピン60の外側に、角部653、654を含む。
くびれ部65の角部653、654は、第1軸受部74の角部742と同様に、R形状の曲面を含む。
第2軸受部75からストレート部66までの距離を第2隙間距離G2とする。
くびれ部65から凹部78までの距離を第3隙間距離G3とする。
出力ピン60およびガイド70は、第3隙間距離G3が第1隙間距離G1の2倍以上、すなわち、G3>2×G1 となるように形成されている。
出力ピン60およびガイド70は、第3隙間距離G3が第2隙間距離G2の2倍以上、すなわち、G3>2×G2 となるように形成されている。
[1]ガイド70は、第1軸受部74および第2軸受部75を有し、凹部78が形成されている。この構成により、出力ピン60が移動しても、出力ピン60、第1軸受部74および第2軸受部75の摺動面67の大きさが一定となる。このため、出力ピン60の移動の影響をうけないで、出力ピン60、第1軸受部74および第2軸受部75の摺動面67の大きさを最小にできる。
第2実施形態の構成では、第1軸受部の端部の位置とくびれ部の端部の位置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、第2実施形態の電磁アクチュエータ102のガイド70の第1軸受部74の角部742は、初期状態のとき、基端部61側のくびれ部65の角部653よりも基端部61側に設けられている。
このような構成においても、第1実施形態と同様である。
第3実施形態の構成では、静止部および可動部の形態が異なる点を除き、第1実施形態と同様である。
図12に示すように、第3実施形態の電磁アクチュエータ103は、可動部114および静止部113を備える。
電機子180は、磁性体で形成され、接合部181および電機子対向部182を有し、出力ピン160とともに前進後退可能に設けられている。
電機子180の大部分は、コイル131の径方向内側に位置している。
接合部181は、軸方向に延びる有底穴183を含む。有底穴183に基端部61が挿入され、接合部181と基端部61とが嵌合され接合されている。
また、電機子対向部182は、対向部溝184が形成されている。
対向部溝184は、出力ピン160の径方向の断面が環状で、軸方向の断面が台形形状である。なお、対向部溝184は、断面が円形形状もしくは多角形形状であってもよく、対向部溝184の形状は、限定されない。
また、電機子180に、軸方向に延びる穴185が設けられている。穴185によって、電機子180が前進後退するときの空気抵抗が減少し、電機子180の前進後退が滑らかになる。
コイル131は、ボビン130の外周に巻線が巻回されており、図示しない外部電源から通電されることによって、磁界を生成可能である。
ボビン130は、電機子180に外挿され、樹脂で形成されており、コイル131の巻線と電機子180とを絶縁する。
ヨーク135は、電機子180と接触または近接する部位において、相互に磁気が伝達されることによって、電機子180、リアプレート144およびエンドプレート148を経由する磁気回路を形成する。
ガイド170は、基部171、筒部173、第1軸受部174および第2軸受部175を有する。
第1軸受部174と第2軸受部175との間に凹部178が形成されている。
また、リアプレート144は、ストッパ146が挿入されるリア挿入穴441を有する。リアプレート144の外壁は、ヨーク135の内壁と対向して接触しており、圧入または溶接によってリアプレート144はヨーク135と嵌合され固定されている。
また、フロントプレート145は、ストッパ146が挿入されるフロント挿入穴451を有する。
また、ストッパ146は、ストッパ146の端面が電機子対向部182に対向しており、端面が露出するように設けられている。
また、エンドプレート148は、コイル131に対し接合部181側に設けられており、接合部181側のボビン130に接合されている。
さらに、エンドプレート148の外壁が基部71側のヨーク135の内壁と対向して接触しており、エンドプレート148は、ヨーク135と嵌合され固定されている。ヨーク135、フロントプレート145、リアプレート144およびエンドプレート148に用いられる磁性体は、高炭素クロム軸受が用いられる。
第1実施形態の思想を共有する他の実施形態を以下に示す。
(i)図13に示すように、電磁アクチュエータ104のガイド70は、第1軸受部74のみ有していてもよい。ガイドに設けられる軸受部の数は、3つ以上でもよい。軸受部の数に限定されず、第1実施形態と同様の効果を奏する。
また、基端部61側のくびれ部365の端面651は、出力ピン360の軸に対し、垂直であってもよい。ここで、「垂直」は、常識的な誤差範囲を含む。
また、出力ピンを偏心して配置するような構成も考えられる。この場合、第1実施形態のような出力ピンがカムシャフトに形成されている係合溝に係合するものではなく、出力ピンの他に係合ピンが設けられることがある。この係合ピンが第1実施形態の出力ピンに相当し、カムシャフトの係合溝に係合する。
出力ピン821、822は、ステータ861、862の内周面に沿って軸方向に前進後退する。出力ピン821、822の中心軸をO1、O2とする。出力ピン821、822の前進方向を「前」とし、出力ピン821、822の後退方向を「後」とする。
なお、係合ピン811、812は、出力ピン821、822に固定されている永久磁石841、842またはフロントプレート851、852に固定されてもよい。すなわち、係合ピン811、812は可動部801、802の少なくとも一部に固定されていればよい。
このような構成においても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
中心軸P1、P2は、出力ピン821、822の中心軸O1、O2と異なる位置に設けることが可能である。これにより、2組の係合ピン811、812の間の距離を小さくできる。また、可動部801、802を2組以上備える電磁アクチュエータ107を小型化可能になる。
第1軸受部574および第2軸受部575は、圧入によって、筒部573と嵌合されている。
また、図19に示すように、第1軸受部574のみが筒部573と別部材であってもよい。
さらに、図20に示すように、第2軸受部575のみが筒部573と別部材であってもよい。
35、135 ・・・ヨーク、
40、140 ・・・永久磁石、
60、160 ・・・出力ピン、
61 ・・・基端部
64 ・・・先端部、
70、170、270、370、470、570、670、770 ・・・案内部(ガイド)、
73、173、273、373、473、573、673、773 ・・・筒部、
74、174、274、374、474、574、674 ・・・軸受部(第1軸受部)、
75、175、375、475、575 ・・・軸受部(第2軸受部)。
Claims (11)
- 基端部(61)から先端部(64)に向かう軸方向に前進後退可能に設けられている出力ピン(60、160)と、
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た板状の永久磁石(40、140)と、
通電時、前記永久磁石の磁界と逆方向の磁界を生成し、前記永久磁石との間に反発力が発生して、前記出力ピンを移動させるコイル(31、131)と、
筒状に形成されており、前記永久磁石を収容し、前記永久磁石を経由する磁気回路を形成するヨーク(35、135)と、
筒状に形成されている筒部(73、173、273、473、573、673、773)および前記筒部の径方向外側から径方向内側に前記筒部から延びて前記出力ピンを支持する軸受部(74、75、174、175、274、474、475、574、575、674)を有し、前記出力ピンの軸方向に沿って前記出力ピンが移動するように前記出力ピンを案内する案内部(70、170、270、470、570、670、770)と、
を備え、
前記先端部側の前記軸受部の端面(741)は、前記筒部の軸に対し傾斜している電磁アクチュエータ。 - 前記先端部側の前記軸受部の角部(742)は、曲面を含む請求項1に記載の電磁アクチュエータ。
- 基端部(61)から先端部(64)に向かう軸方向に前進後退可能に設けられている出力ピン(60、160)と、
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た板状の永久磁石(40、140)と、
通電時、前記永久磁石の磁界と逆方向の磁界を生成し、前記永久磁石との間に反発力が発生して、前記出力ピンを移動させるコイル(31、131)と、
筒状に形成されており、前記永久磁石を収容し、前記永久磁石を経由する磁気回路を形成するヨーク(35、135)と、
筒状に形成されている筒部(73、173、273、373、473、573、673、773)および前記筒部の径方向外側から径方向内側に前記筒部から延びて前記出力ピンを支持する軸受部(74、75、174、175、274、374、375、474、475、574、575、674)を有し、前記出力ピンの軸方向に沿って前記出力ピンが移動するように前記出力ピンを案内する案内部(70、170、270、370、470、570、670、770)と、
を備え、
前記先端部側の前記軸受部の角部(742)は、曲面を含む電磁アクチュエータ。 - 基端部(61)から先端部(64)に向かう軸方向に前進後退可能に設けられている出力ピン(60、160)と、
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た板状の永久磁石(40、140)と、
通電時、前記永久磁石の磁界と逆方向の磁界を生成し、前記永久磁石との間に反発力が発生して、前記出力ピンを移動させるコイル(31、131)と、
筒状に形成されており、前記永久磁石を収容し、前記永久磁石を経由する磁気回路を形成するヨーク(35、135)と、
筒状に形成されている筒部(73、173、273、373、473、573、673、773)および前記筒部の径方向外側から径方向内側に前記筒部から延びて前記出力ピンを支持する軸受部(74、75、174、175、274、374、375、474、475、574、575、674)を有し、前記出力ピンの軸方向に沿って前記出力ピンが移動するように前記出力ピンを案内する案内部(70、170、270、370、470、570、670、770)と、
を備え、
前記出力ピンは、前記出力ピンの径方向外側から径方向内側に前記出力ピンの径が小さくなるように形成されているくびれ部(65、365)を有し、
前記出力ピンが初期状態のとき、
前記先端部側の前記軸受部の角部(742)の位置は、前記基端部側の前記くびれ部の角部(653)の位置と一致している、
または、
前記先端部側の前記軸受部の角部(742)は、前記基端部側の前記くびれ部の角部(653)よりも前記基端部側に設けられており、
前記出力ピンが前記先端部側への前進が完了したとき、
前記先端部側の前記軸受部の角部(742)は、前記基端部側の前記くびれ部の角部(653)よりも前記基端部側に設けられている電磁アクチュエータ。 - 基端部(61)から先端部(64)に向かう軸方向に前進後退可能に設けられている出力ピン(60、160)と、
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た板状の永久磁石(40、140)と、
通電時、前記永久磁石の磁界と逆方向の磁界を生成し、前記永久磁石との間に反発力が発生して、前記出力ピンを移動させるコイル(31、131)と、
筒状に形成されており、前記永久磁石を収容し、前記永久磁石を経由する磁気回路を形成するヨーク(35、135)と、
筒状に形成されている筒部(73、173、273、373、473、573、673、773)および前記筒部の径方向外側から径方向内側に前記筒部から延びて前記出力ピンを支持する軸受部(74、75、174、175、274、374、375、474、475、574、575、674)を有し、前記出力ピンの軸方向に沿って前記出力ピンが移動するように前記出力ピンを案内する案内部(70、170、270、370、470、570、670、770)と、
を備え、
前記出力ピンは、前記出力ピンの径方向外側から径方向内側に前記出力ピンの径が小さくなるように形成されているくびれ部(65、365)を有し、
前記基端部側の前記くびれ部の角部(653)は、曲面を含む電磁アクチュエータ。 - 前記基端部側の前記くびれ部の端面(651)は、前記出力ピンの前進方向に向かって、径が小さくなるように傾斜している請求項4または5に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記先端部側の前記軸受部の端面(741)は、前記筒部の軸に対し傾斜している請求項項4から6のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記先端部側の前記軸受部の角部(742)は、曲面を含む請求項4から7のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記軸受部は、前記基端部側および前記先端部側に設けられ、
前記案内部は、2つの前記軸受部の間に凹部(78、178)が内側に形成されている請求項1から8のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。 - 前記出力ピンは、磁性体で形成されている請求項1から9のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記案内部(570)は、前記筒部(573)と前記軸受部(574、575)とが別部材で形成されている請求項1から10のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
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