JPH05191959A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きな推進力の得られるリニアアクチュエー
タを得る。 【構成】 コイル５６，５８に電流を流すと、その流さ
れる電流の大きさＩに基づいた推進力Ｆ１，Ｆ２が出力
される。これら推進力Ｆ１，Ｆ２の合力によってボビン
５０および軸２４が移動させられる。コイル配置用の溝
を２個設けると、１個の場合より磁気抵抗が大きくなる
ため閉磁路の磁束が少なくなり、磁束の飽和が回避され
磁束の漏れが少なくなる。したがって、溝の数を増やし
てもその分だけ磁束密度が低下するわけではない。一
方、溝の数を増やすことによってコイルを長くすること
ができるため、従来より大きな推進力を得ることができ
る。また、推進力が従来と同じでよい場合には小型化す
ることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リニアアクチュエータ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リニアアクチュエータは高応答性と優れ
たリニア性とを有しているため、電磁制御弁等に使用さ
れている。本出願人は、リニアアクチュエータを用いた
スプール式電磁圧力制御弁を特願平３─１７７６６４号
明細書において開示した。この明細書に記載されたスプ
ール式電磁圧力制御弁は、リニアアクチュエータのコイ
ル部に供給される電流に基づいてスプールの位置を制御
するものである。このリニアアクチュエータを図２に示
す。

【０００３】円筒状のハウジング２１０の内周面には円
筒状のヨーク２１２が移動不能に固定されている。ヨー
ク２１２の中心部には貫通孔２１４が形成されており、
その貫通孔２１４には段付き軸２１６がその大径部２１
７においてベアリング２１８，２２０を介して摺動可能
に嵌合されている。また、ヨーク２１２には円環状の長
さｎの溝２２２が形成され、その溝２２２にはボビン２
２４の円筒部２２６が軸方向に移動可能に嵌入させられ
ている。ボビン２２４は有底円筒状を成しており、その
円筒部２２６に長さＬの線が巻かれてコイル２２７が形
成されている。この巻線の長さＬのコイル２２７の長さ
と称することとする。また、ボビン２２４の底部２２８
の中央部には穴２２９が形成されている。

【０００４】軸２１６の大径部側端部は貫通孔２１４か
ら突出させられ、ハウジング２１０の底面に当接してい
る。また、他端部は小径部２３０とされ、その中間部に
はボビン２２４が貫通孔２２９において嵌合され、底部
２２８が軸２１６の大径部２１７と小径部２３０との段
部２３２とナット２３４とに挟まれることによって固定
されている。したがって、ボビン２２４と軸２１６とは
一体的に移動する。

【０００５】また、小径部２３０の端部はハウジング２
１０の端面に形成された貫通孔２３６を貫通して図示し
ないスプールに係合させられている。したがって、軸２
１６およびボビン２２４の移動によってスプールが移動
させられ、そのスプールの移動量は軸２１６およびボビ
ン２２４の移動量の制御によって制御される。

【０００６】ヨーク２１２の溝２２２の外周側には円環
状の永久磁石２４０が設けられており、永久磁石２４
０，ヨーク２１２，溝２２２，ヨーク２１２，永久磁石
２４０を循環する閉磁路Ｐが形成されている。溝２２２
には磁束密度Ｂの磁界が生じており、同一円周上では一
定である。

【０００７】このように構成されたリニアアクチュエー
タにおいて、コイル２２７に電流が供給されると、その
電流の大きさＩに基づいた推進力Ｆが生じ、一体化され
たボビン２２４と軸１１６とが矢印Ｑの方向に移動させ
られるとともにスプールが移動させられる。この場合の
推進力Ｆは、式 Ｆ＝Ｂ・Ｉ・Ｌ で表される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記明細書に
記載されたリニアアクチュエータにおいては、推進力Ｆ
を十分大きくすることができなかった。前記式から明ら
かなように、推進力Ｆを大きくするには、磁束密度Ｂ，
電流Ｉ，コイルの長さＬの少なくとも１個を増大させな
ければならないのであるが、以下の理由から従来のリニ
アアクチュエータにおいてはこれらをこれ以上大きくす
ることが困難であったのである。

【０００９】第１に磁束密度Ｂについてであるが、上記
リニアアクチュエータにおいては、図２のヨーク２１２
内の破線で囲まれたＡ部において磁束が飽和状態に達し
ており、磁束の漏れが多くなっている。そのため、これ
以上磁束をふやすことはできず、溝２２２における磁束
密度Ｂを大きくすることはできない。

【００１０】第２に電流Ｉについてであるが、電流Ｉを
増加させるとコイルの発熱量が増加するため、コイルの
発熱量を考慮するとそれほど電流Ｉを大きくすることが
できない。

【００１１】第３にコイルの長さＬについてであるが、
溝２２２に長さがＬ以上のコイルを備えたコイル部を嵌
入させるには、コイルの断面積を小さくしなければなら
ない。しかし、コイルの断面積を小さくすると、電流に
よるコイルの発熱量が大きくなるため、大きな電流Ｉを
流すことができなくなる。そのため、コイルの断面積を
小さくして巻かれるコイルを長くしても推進力を増大さ
せることはできない。

【００１２】一方、コイルの断面積を同じにしてコイル
の長さＬを長くするには、上記リニアアクチュエータを
改良して図３に示すように溝の長さｎを長くしなければ
ならない。図３に示すリニアアクチュエータは、ヨーク
２６０に長さ２ｎの溝２６２を形成し、その溝２６２
に、ボビン２６４の円筒部２６６に形成された長さ２Ｌ
のコイル２６８を嵌入させたものである。

【００１３】溝２６２の長さが長くなると溝２６２の断
面積が大きくなるため、閉磁路Ｒの磁気抵抗が小さくな
り、閉磁路Ｒの磁束が増大し、出力される推進力が大き
くなるはずである。しかし、前述の図２のＡ部と同様に
図３のＣ部でも磁束が飽和状態に達してしまうため、閉
磁路Ｒの磁束を増やすことができない。ヨーク２１２と
ヨーク２６０とは同じ材料から成っているので、飽和磁
束密度の値はほぼ同じであり、飽和状態においては、閉
磁路Ｐの磁束と閉磁路Ｒの磁束とはほぼ同じになる。し
たがって、溝２６２の断面積を溝２２２の断面積の２倍
にすれば、磁束密度は２分の１になってしまい、コイル
の長さを長くした効果が失われて推進力を増大させるこ
とができないのである。

【００１４】以上の事情を背景として、本発明は、でき
る限り大きな推進力を得ることができるリニアアクチュ
エータを得ることを課題としてされたものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明のリニアアクチュエータは、（ａ）少なくと
も１個の磁気発生部と、その磁気発生部と隙間を隔てて
設けられた少なくとも１個の磁性材料製磁路形成部と、
それら磁気発生部および磁路形成部を一体的に結合する
結合手段とを有し、全体として複数の隙間を通る閉磁路
を形成する第１部材と、（ｂ）磁気発生部および少なく
とも１個の磁性材料製磁路形成部の互いに隣接する同士
の間にそれぞれ１個ずつ形成された複数の間隙の各々
に、磁気発生部によって形成される磁路と交差する方向
に巻かれるとともに中心線が互いにほぼ平行な複数のコ
イル部を有し、それらコイル部が一体的に結合された第
２部材と、（ｃ）その第２部材と第１部材とのコイル部
の中心線にほぼ平行な方向の相対移動を案内する案内手
段とを含むように構成される。

【００１６】

【作用】第２部材のコイル部に電流を流すと、その流さ
れた電流の大きさと、第１部材の磁気発生部によって生
じる各々の間隙の磁束密度と、それぞれのコイル部を形
成するコイルの長さとに基づいた推進力が発生し、案内
手段によって第１部材と第２部材とのいずれか一方が第
１部材と第２部材との他方に対して相対移動させられ
る。推進力はそれぞれの間隙のコイル部に発生し、これ
らの推進力の和が全体の推進力となる。

【００１７】第２部材においては複数個のコイル部が一
体的に結合されているため、コイル部の数を増やすこと
によって全体のコイルを長くするのと同じことになる。
また、コイル部の中心線が互いに平行であるため、コイ
ル部に生じる推進力の方向も互いに平行となり、同一方
向に推進力が出力されることになる。

【００１８】第１部材においては閉磁路の途中に間隙が
複数個設けられているため、従来のように間隙が１個の
場合より閉磁路の磁気抵抗が大きくなり、閉磁路の磁束
が少なくなる。そのため、磁性材料製磁路形成部内の磁
束の飽和が回避されるとともに磁束の漏れが少なくな
る。本発明のリニアアクチュエータにおける間隙の磁束
密度は、従来のリニアアクチュエータの磁束密度より間
隙の数が増えた分低下するが、磁束の漏れが少なくなっ
た分増加する。そして、間隙を多くすればそれだけ多く
のコイルが配置できるため、従来のように１個の間隙に
１個のコイルを配置する場合より大きな推進力が得られ
ることとなる。

【００１９】磁気発生部は永久磁石単体であっても、永
久磁石と磁性材料部とを備えたものであっても、磁性材
料部にコイルが巻かれて形成されたものであってもよ
い。

【００２０】

【発明の効果】本発明のリニアアクチュエータによれ
ば、第１部材の間隙における磁束密度をそれほど低下さ
せずに第２部材のコイルの長さを長くすることができる
ため、推進力を増大させることができる。

【００２１】また、本発明のリニアアクチュエータは、
従来のリニアアクチュエータより大きな推進力を出力す
ることができるため、推進力が従来と同じでよい場合に
は小型化することができる。第１部材の磁気発生部の起
磁力を小さくすることが可能となるため、永久磁石や磁
性材料製磁路形成部を小さくすることができ、また、第
２部材の１個のコイル部のコイルの長さを短くすること
が可能となるためその分間隙を小さくできるからであ
る。さらに、永久磁石を小さくしたり、コイルを短くし
たりすることによってコストを低減させることができ
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明をスプール式電磁制御圧力弁の
リニアアクチュエータに適用した場合の一実施例を図面
を用いて詳細に説明する。図１において、１０，１２は
有底円筒状のハウジングであり、円筒状のヨーク１４が
ハウジング１０の肩面１６とハウジング１２とに挟まれ
て固定されている。ヨーク１４の中心部には貫通孔１８
が形成されており、貫通孔１８にはベアリング２０，２
２を介して段付き軸２４がその大径部２６において摺動
可能に嵌合されている。

【００２３】ヨーク１４には円環状の溝３０が形成され
ており、溝３０の半径方向の中間部には円筒部材３２が
設けられて、溝３０が内周側溝３４と外周側溝３６とに
分けられている。円筒部材３２は非磁性材料製の円環３
８と磁性材料製の円環４０とが同心状に接合されて形成
されており、溝３０の底面に非磁性材料製の円環３８が
固定されている。したがって、磁性材料製の円環４０は
ヨーク１４から磁気的に絶縁された状態で固定されるこ
とになる。ヨーク１４の外周側溝３６より外周側の部分
には円環状の永久磁石４２が設けられており、その永久
磁石４２の外周側はハウジング１０に嵌合され、その内
周側には断面がＴ字形の非磁性材料製のリテーナ４４を
介して前記円環３８が固定されている。

【００２４】このように、磁気発生部としての永久磁石
４２を設けたヨーク１４、磁路形成部としての円環４
０、結合手段としての非磁性材料製の円環３８，リテー
ナ４４等によって第１部材が構成され、閉磁路Ｓが、永
久磁石４２，ヨーク１４，外周側溝３６，円環４０，内
周側溝３４，ヨーク１４，永久磁石４２の順に循環して
形成されている。内周側溝３４，外周側溝３６の磁束密
度はそれぞれＢ１，Ｂ２となっており、同一円周上では
一定である。

【００２５】ボビン５０は筒部が２重の有底円筒状部材
であって、内周側筒部５２が内周側溝３４に、外周側筒
部５４が外周側溝３６にそれぞれ嵌入させられており、
その各筒部５２，５４にはそれぞれ長さＬ１，Ｌ２の線
が巻かれてコイル５６，５８が形成され、Ｌ１＋Ｌ２＝
２Ｌとされている。筒部５２，５４にコイル５６，５８
が巻かれてコイル部が形成されるのである。コイル５
６，５８の中心線は軸２４の中心線と同一である。ま
た、ボビン５０の底部６０の中心部には貫通孔６２が形
成されている。

【００２６】また、軸２４の大径部２６側一端部は貫通
孔１８から突出させられハウジング１０の底面に当接し
ている。他端部は小径部６４とされ、その中間部にはボ
ビン５０が貫通孔６２において嵌合させられ、その底部
６０が軸２４の大径部２６と小径部６４との段部６６と
ナット６８とに挟まれて固定されている。

【００２７】また、小径部６４の端部はハウジング１２
の端面に形成された貫通孔７０を経て、図示しないスプ
ールに係合させられている。したがって、軸２４および
ボビン５０の移動に伴ってスプールが移動させられる。
このように、コイル５６，５８，軸２４，ボビン５０等
が第２部材を構成しており、ベアリング２０，２２が案
内手段を構成しているのである。

【００２８】以上のように構成されたリニアアクチュエ
ータにおいて、コイル５６，５８に電流が供給される
と、コイル５６，５８には、流される電流の大きさＩに
基づいた推進力Ｆ１，Ｆ２がそれぞれ出力される。コイ
ル５６，５８の中心線は同一であるため、それら２つの
推進力Ｆ１，Ｆ２を合わせた力（Ｆ１＋Ｆ２）によって
ボビン５０および軸２４が移動させられ、それに伴って
図示しないスプールが移動させられる。

【００２９】本発明のリニアアクチュエータと従来のリ
ニアアクチュエータとの推進力を比較した結果を表に示
す。ここでは従来のリニアアクチュエータにおける各デ
ータを１とした。

【００３０】表から明らかなように、本実施例のリニア
アクチュエータでは、ヨーク内の磁束の飽和を良好に回
避できるとともに磁束の漏れを少なくすることができる
ため、磁束密度が溝数の増加分だけは小さくならない。
そのため、コイルを長くすることにより推進力を大きく
することができる。

【００３１】なお、上記実施例においては円環状の溝を
２個設けたが、３個以上設けてもよい。また、ボビン５
０を固定しヨーク１４を移動可能としてもよい。

【００３２】さらに、上記実施例においてはコイル５
６，５８が直列に巻かれ、同時に同じ大きさの電流が供
給されるようにされていたが、必ずしもそのようにする
必要はなく、コイル５６，５８の電流を個々に制御し得
るようにすることも可能である。例えば、一方のコイル
のみに電流を流したり、それぞれのコイルに異なる大き
さの電流を流し得るようにすることも可能なのである。
そして、後者の場合には、本リニアアクチュエータを車
両用ブレーキ装置のスプール式電磁制御弁に使用し、１
つのコイルには踏力センサの信号に基づいた電流が供給
されるようにし、他のコイルには加速度センサの信号に
基づいた電流が供給されるようにすれば、スプールの位
置を両センサの出力に基づいて制御することが可能とな
る。

【００３３】その他、いちいち例示することはしない
が、特許請求の範囲を逸脱することなく当業者の知識に
基づいて種々の変形，改良を施した態様で本発明を実施
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるリニアアクチュエータ
の正面断面図である。

【図２】従来のリニアアクチュエータの正面断面図であ
る。

【図３】コイルを長くするために変形したリニアアクチ
ュエータの正面断面図である。

【符号の説明】

１４ ヨーク ２０，２２ ベアリング ２４ 軸 ２６ ボビン ３４ 内周側溝 ３６ 外周側溝 ３８ 磁性材料製円環 ４０ 非磁性材料製円環 ５６ コイル ５８ コイル

フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・エヴァンス 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 吉田 浩朗 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１個の磁気発生部と、その磁
   気発生部と隙間を隔てて設けられた少なくとも１個の磁
   性材料製磁路形成部と、それら磁気発生部および磁路形
   成部を一体的に結合する結合手段とを有し、全体として
   前記複数の隙間を通る閉磁路を形成する第１部材と、 前記磁気発生部および少なくとも１個の磁性材料製磁路
   形成部の互いに隣接するもの同士の間にそれぞれ１個ず
   つ形成された複数の前記間隙の各々に、前記磁気発生部
   によって形成される磁路と交差する方向に巻かれるとと
   もに中心線が互いにほぼ平行な複数のコイル部を有し、
   それらコイル部が一体的に結合された第２部材と、 その第２部材と前記第１部材との前記コイル部の中心線
   にほぼ平行な方向の相対移動を案内する案内手段とを含
   むことを特徴とするリニアアクチュエータ。