JPS6328577Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は、ドアロツク用アクチユエータに係
り、特に自動車のドアを電気的操作スイツチによ
り自動的にロツクおよびアンロツクする装置のア
クチユエータに関するものである。 電気操作スイツチにより自動的にドアをロツク
およびアンロツクする装置は、高級車を中心に実
用化されている。このドアロツク装置の機種は
種々あるが、一般的なものとしては例えば自動車
工学便覧（自動車技術会編）に記載されているも
のが知られている。 すなわち、アクチユエータのシヤフトに取り付
けられたロツドは、ドア側のフツクに固定され、
このフツクがボデイ側に取り付けられた、いわゆ
るヒンジと係合することによりロツクおよびアン
ロツクの状態となる。フツクにはトーシヨンバー
やコイルバネが取り付けられており、ロツクおよ
びアンロツクの過程においてその動作には節度が
持たされている。 従つて、ロツクおよびアンロツクとも、この節
度を乗り越してしまえば逆戻りしないようになつ
ている。通常、この節度を乗り越えるまでのアク
チユエータのシヤフトの動作距離は、全ストロー
クの半分以下に設定されており、アクチユエータ
には上記距離の間に節度を乗り越えうる推力が必
要とされている。 上記アクチユエータには種々のものがあるが、
前記自動車工学便覧図２−398に記載されている
電磁ソレノイド方式のものが多く使用されてい
る。この電磁ソレノイド方式のアクチユエータ
は、応答性において優れているが、次のような欠
点がある。すなわち、この方式のものは、可動鉄
心とこれと軸方向において相対向するヨーク端面
間の電気吸引力に基づいて推力が発生する。 第１図はこの発生推力と可動鉄心の動作ストロ
ークとの関係を示すもので、同図に示すように押
動作、引動作とも図中矢印のように動作開始点
（〇印）から動作終端（◎印）に行くに従い発生
推力が増加し、よつて動作終端での作動音が大き
く、しかも衝撃的である。 そこで、この作動音を吸収するために、吸音材
をヨーク端面もしくは可動鉄心の端面に装着する
と、電磁吸引力を発生するギヤツプ長が長くなつ
て発生推力が低下してしまう。さらに、ロツクお
よびアンロツクの動作にそれぞれ別個の電磁コイ
ルを必要とするため、容量および重量が共に大と
なつてしまう欠点がある。 ところで、電磁式のアクチユエータとしては、
例えば米国特許第3149255号明細書に記載されて
いるような可動磁石式のものも知られている。し
かるに、この電磁モータは商用交流電源を入力と
してポンプや振動機器に用いられるものであり、
ドアロツク用アクチユエータのように直流電源を
入力とするものではない。また、この電磁モータ
は永久磁石の磁束を有効に利用するためにエアギ
ヤツプを磁極片とオーバーラツプさせることを特
徴としており、推力−ストローク特性については
特に考慮がなされていない。 本考案の目的は、上記の従来技術の欠点を解消
し、所望の推力−ストローク特性が得られ、小型
でかつ軽量なドアロツク用アクチユエータを提供
することである。 本考案のドアロツク用アクチユエータは、軸を
含む平面における縦断端面を略Ｅ形に形成した軟
磁性材料からなる固定ヨーク内に２個の電磁コイ
ルを相隣る部分に同極が発生するように配設し、
前記固定ヨーク中空部に軸方向に着磁した希土類
コバルト磁石と、その両端に該磁石とほぼ同等の
外径を有する環状部と円錐台状部からなる磁極片
を保持してなる可動子を軸方向移動自在に配設す
るとともに、前記固定ヨークの両側内周面を前記
磁極片の円錐台状部と相似形状に形成してなるド
アロツク用アクチユエータにおいて、前記固定ヨ
ークの外径寸法Doと前記磁石の外径寸法Dmとの
関係を1.75≦Do／Dm≦2.1としたことを特徴として いる。 以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。 第２図は本考案のドアロツク用アクチユエータ
の一実施例を示す縦断面図である。 第２図において、軟磁性体からなる筒状ヨーク
１内には、中央部に軟磁性体よりなる中央磁極片
２が固定され、該中央磁極片２の両側には端部磁
極片３，３ａをそれぞれ内側に向けて突設する軟
磁性体からなるサイドプレート５，５ａが固定さ
れており、これら部材により軸を含む平面におけ
る縦断端面を略Ｅ形に形成した固定ヨーク４が形
成される。 固定ヨーク４内には、コイルボビン６，６ａに
それぞれ収納された２個の電磁コイル７，７ａが
配設され、これらコイル７，７ａは相隣る部分に
同極が発生するように直列もしくは並列に結線さ
れている。固定ヨーク４の中央部には軸９に装着
した可動子８が配置され、軸９によりそれぞれ軸
受１０，１０ａを介してサイドプレート５，５ａ
に軸方向移動自在に支持されている。可動子８は
軸方向に着磁されたリング状の希土類コバルト磁
石からなる永久磁石１１の両端に磁極片１２，１
２ａをそれぞれ装着して形成されている。なお１
３，１３ａは磁極片固定用のストツプリングであ
り、１６，１６ａは吸音材である。 磁極片１２，１２ａは、それぞれ環状部１４，
１４ａならびに円錐台状部１５，１５ａからなつ
ている。また、端部磁極片３，３ａの内周面はそ
れぞれ円錐台状部１５，１５ａと略相似形状に形
成されている。 上記構成によるアクチユエータの動作は次の通
りである。まず、中央磁極片２の磁極部にＳ極
が、そして端部磁極片３，３ａの磁極部にそれぞ
れＮ極が発生するように電磁コイル７および７ａ
に通電すると、磁極片１２は端部磁極片３の磁極
部と磁気的に反発し、一方磁極片１２ａは端部磁
極片３ａの磁極部に磁気的に吸引される。このこ
とから、可動子８は図示矢印×方向への推力が与
えられる。また、電磁コイル７，７ａへの通電方
向を切換えると、上記とは逆の磁気的関係が生じ
て可動子８には図示矢印Ｙ方向への推力が与えら
れる。 ここで、上記推力の大きさは固定ヨークの磁極
部と可動子磁極片の相対位置関係によつて変化す
る。すなわち、発生推力は永久磁石の磁束量なら
びに電磁コイルに流れる電流の大きさに比例する
ことはもちろんであるが、この外にストローク各
位置における推力は上記の相対位置関係の影響を
受ける。 すなわち、最大推力が得られるストローク位置
は、磁気回路のパーミアンスの変化分が最大の位
置になるところである。その位置は可動子の磁極
片と固定ヨーク磁極部のエツヂ部が互いに異極同
志で対向する位置である。そして上記のアクチユ
エータにおいては、この位置関係をドアのロツク
およびアンロツクに必要かつ効率的な最適推力特
性となるように設定したため、第４図に示すよう
な全動作距離の前半部に節度を乗り越えるのに必
要な大推力を有し、大推力の不要な後半部におい
ては発生推力が小さいという推力特性となつてい
る。 この場合、第４図に示すような推力特性を得る
ためには、固定ヨーク４と可動子８の寸法関係を
次のように設定することが好ましい。第３図イ，
ロはこの寸法関係を説明するための第２図の要部
拡大断面図である。第３図イにおいて、Ａは固定
ヨーク４の端部磁極片３，３ａ間の軸方向の距
離、Ｂは固定ヨーク４の中央磁極片２の軸方向の
長さ、Ｃは可動子磁極片１２，１２ａ間の軸方向
の間隔、Ｄは可動子磁極片１２，１２ａの外側端
間の軸方向の距離すなわち可動子８の軸方向の長
さ、lgは固定ヨーク４の内周面と可動子磁極片１
２，１２ａの外周面とのギヤツプ寸法をそれぞれ
示している（単位：mm）。 これらの寸法要素間において、下記(1)式、(2)式
および(3)式の寸法関係を設定することが、ドアの
ロツクおよびアンロツクに必要かつ効率的推力特
性を得る上で好ましい。 Ｄ，Ａ＞Ｂ＞Ｃ≧lg ……(1) ０≦Ｌ／２−Ｂ−Ｃ／２≦２ ……(2) ０≦｜Ｄ−Ａ｜≦２ ……(3) ここで、上記(1)，(2)，(3)式の意味を説明する。 まず、(1)式は全動作距離（ストローク）の前半
部に大推力を得、かつ後半部においては推力が小
さいという推力特性を得るための固定ヨーク４の
磁極片２，３，３ａと可動子磁極片１２，１２ａ
の全体的関係を規定する条件式である。 次に(2)式は第３図ロに示すl₁寸法を規定する式
である。ここでl₁を第３図イに示すＢ，Ｃおよび
第３図ロに示すＬを用いて表わすとl₁＝Ｌ／２− Ｂ−Ｃ／２と表記される。(2)式はこのl₁を０〜２mm の範囲に規定し、固定ヨーク４の中央磁極片２と
可動子磁極片１２ａとの間でのストローク位置に
おけるパーミアンスの最大変化位置、すなわち最
大推力の発生位置を規定するものである。 また(3)式は、第３図ロに示すl₂寸法を規定する
式である。ここでl₂を第３図イに示すＡ，Ｄおよ
び第３図ロに示すＬを用いて表わすとl₂＝Ｌ／２＋ Ａ−Ｄ／２と表記される。(3)式は０≦｜Ｄ−Ａ｜≦ ２としたものであるから、l₂を全動作距離（スト
ローク）Ｌの半分位置±１mmの位置範囲に規定
し、固定ヨーク４の端部磁極片３と可動子磁極片
１２との間でのストローク位置におけるパーミア
ンスの最大変化位置、すなわち最大推力の発生位
置を規定するものである。 以上の(1)，(2)，(3)式の条件が全て満足されるこ
とにより初めて、全動作距離（ストローク）の前
半部に必要とされる大推力を有し、また後半部に
は小さな推力を有する好適な推力特性が効率的に
得られるものである。ただし、上記各式の寸法関
係は、あくまで固定ヨークの磁極部と可動子の磁
極片との磁気的関係を構成する上で、必要な磁極
片に対して設定されたものである。 ドアロツク用アクチユエータは小形、軽量であ
ることはもちろん、車のドアの内部の狭い空間に
取り付けられるため特に外径寸法を小さくするこ
とが要求される。また特に最近の車は、ドアの厚
み自体の縮小化およびパワーウインドウ等付加部
品の多様化により、増々ドアロツク用アクチユエ
ータの径小化の要求の度合が強まり、従来外径
40φでも取り付け可能であつたものが、現在では
外径を35φ以下に抑えなければ取り付けができな
いという状況になつている。 本考案は、ドアロツク用アクチユエータの外径
を小さくするための寸法条件、特に30φ〜35φ程
度の径小にするための寸法条件として、アクチユ
エータの外径寸法Doと永久磁石としての希土類
コバルト磁石の外径寸法Dmとの関係を、1.75≦
Do／Dm≦2.1としたものである。 以下、下記のように規定した本考案について説
明する。 まずドアロツク用アクチユエータの外径寸法を
決める主要因としては下記の５項目がある。 (1) 永久磁石の外径寸法（永久磁石の磁束量） (2) ギヤツプ（lg）寸法 (3) 中央磁極片の厚み寸法 (4) コイル巻線（入力NI量） (5) 外周ヨークの厚み寸法 以上の内(2)，(3)および(5)項目については、磁気
回路設計における常識的判断および機械的精度等
により必然的に決まつてくる項目である。 一方(1)および(4)項については、ドアロツク用ア
クチユエータの発生推力の大きさを決定する項目
であり、該発生推力は下記に示す比例関係が成立
する。 FΦm×NI ……(4) Ｆ：発生推力 Φm：永久磁石の磁束量 NI：コイルへ入力するアンペア・ターン 従つて所定の推力を有しかつ最小外径寸法のド
アロツク用アクチユエータを得るには(4)式のΦm
×NI積を最も効率的に得られる関係を求めれば
よい。 ここにおいて、Φmは永久磁石の磁束密度と断
面積の積であり、該磁束密度については希土類コ
バルト磁石の最適値に設計されるので、ほぼ所定
の値に決められてしまうため永久磁石の断面積、
つまり永久磁石の外径寸法Dmにより左右され、
しかも２乗比例で影響されることになる。 一方NIについては、コイル抵抗値は所定の値
に決められてしまうため、電流値Ｉは一定と考え
ねばならず、巻数Ｎのみが要因となり、このＮに
ついては線径の太い線材を巻けば容易に大きくす
ることができる。しかしアクチユエータの外径寸
法を径小に押えねばならないため、外径を大きく
する方向には巻線空間を拡張できない。また仮に
軸方向に巻線空間を拡張すると、当然のことなが
らアクチユエータの重量増大となり軽量化に反す
る。 本考案は、以上の考察を元にして種々計算、実
験を行つた結果、ドアロツク用アクチユエータの
外径寸法を30φ〜35φと径小にして小型、軽量化
し、かつ所定の推力特性を有するものを得ること
ができる条件として、アクチユエータの外径寸法
Doと永久磁石の外径寸法Dmの寸法比を前記のよ
うに1.75≦Do／Dm≦2.1としたものである。 本考案における実験の一例を第１表に示す。

【表】 なお第１表において、ｍ×NI積を指数比で示
したが、ドアロツク用アクチユエータに必要とさ
れる推力を得るには、上記指数比で80以上が必要
である。 次に本考案のドアロツク用アクチユエータに用
いる希土類コバルト磁石にはその減磁特性の性質
から大別すると、RCo₅系統とR₂Co₁₇系統の２種
類がある。第５図に各系統の磁石の代表的減磁特
性を示す。第５図に示す特性から言えることは、
RCo₅系統の磁石は保磁力が高いことから減磁の
影響を受けにくい。一方R₂Co₁₇系統の磁石は保
磁力が低いことから、減磁の影響を受けやすいと
言うことである。 ドアロツク用アクチユエータは、瞬間的な通電
により作動を行うため、かなり大きな電流を流す
ことが可能であり、このことにより小形、軽量化
も可能になつている。しかしその反面、この大電
流（８〜15Aに達する場合もある）のため永久磁
石に加わる減磁界が非常に大きいという欠点もあ
る。そしてこの減磁界の大きさは約7000〜
8000Oeに達する場合もある。一方減磁界の大き
さは、永久磁石の厚み寸法Lm、およびコイル入
力NIとの間に次の関係がある。 HexNI／Lm ……(4) Hex：減磁界 Ｎ：コイル巻数 Ｉ：コイル電流 Lm：永久磁石の厚み寸法 また減磁界の影響を少なくするには磁気回路の
パーミアンス係数を高くする必要がある。ここで
パーミアンス係数は、永久磁石断面積Amと永久
磁石厚み寸法Lmとの間において次の関係があ
る。 PLm／Am ……(5) Ｐ：パーミアンス係数 Am：永久磁石の断面積 Lm：永久磁石の厚み寸法 また発生推力は永久磁石の磁束量、つまり永久
磁石の磁束密度と永久磁石の断面積の積に比例す
る。 以上のことから、必要な推力を得るには永久磁
石の断面積Amは所定の大きさが必要であり、一
方減磁界の影響を少なくするには永久磁石の厚み
寸法Lmを大きくする必要がある。 ここにおいて、第５図に示したR₂Co₁₇系統の
磁石は保磁力が小さいので、減磁界の影響を少な
くするためにはRCo₅系統の磁石に比較して約２
倍以上の永久磁石厚み寸法Lmを必要とする。 本考案においては上述した必要推力を得ると共
に減磁界の影響を最低限に抑え、かつ最小体積の
永久磁石にてドアロツク用アクチユエータの機能
を達成しうる条件として、RCo₅系統の希土類コ
バルト磁石においては、その外径寸法Dmと厚み
寸法Lmの寸法比を5.5≦Dm／Lm≦7.5とすること、 またR₂Co₁₇系統の希土類コバルト磁石において
は、上記寸法比を2.0≦Dm／Lm≦4.0とすることが有 効であることを実験により確認した。 ここで、各々の寸法比条件において、Dm／Lm＜ 5.5あるいはDm／Lm＜2.0となつた場合、大推力を得 ることおよび減磁界の影響を少なくすることにつ
いては有利であるが、反面ドアロツク用アクチユ
エータの体積および重量が増加してしまう。一
方、Dm／Lm＞7.5あるいはDm／Lm＞4.0となつた場合 は、減磁界の影響を大きく受ける条件となつてし
まい実用に耐えない。 以上述べたように、RCo₅系統およびR₂Co₁₇系
統の希土類コバルト磁石のDm／Lm寸法比を上記の ように設定することは、ドアロツク用アクチユエ
ータの必要機能を確保しかつ最小体積、最小重量
で効率的に製作する上で好適な条件である。 以上に記述したように、本考案は総合して次の
ような効果を奏するドアロツク用アクチユエータ
を得ることができるものであつて、実用的効果に
優れた考案ということができる。 (1) ドアロツク用アクチユエータに必要かつ十分
な推力特性が得られ、しかも小型、軽量化を達
成することができる。 (2) 動作終端での推力が小さく設定できるため作
動音が小さい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電磁ソレノイド式ドアロツク用
アクチユエータの推力特性図、第２図は本考案の
ドアロツク用アクチユエータの一実施例を示す縦
断面図、第３図イ，ロは第２図の要部拡大断面
図、第４図は本考案ドアロツク用アクチユエータ
の推力特性図、第５図は希土類コバルト磁石の減
磁特性図である。 １：筒状ヨーク、２：中央磁極片、３，３ａ：
端部磁極片、４：固定ヨーク、５，５ａ：サイド
プレート、６，６ａ：コイルボビン、７，７ａ：
電磁コイル、８：可動子、９：軸、１１：永久磁
石、１２，１２ａ：磁極片。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 軸を含む平面における縦断端面を略Ｅ形に形
   成した軟磁性材料からなる固定ヨーク内に２個
   の電磁コイルを相隣る部分に同極が発生するよ
   うに配設し、前記固定ヨークの中空部に軸方向
   に着磁した希土類コバルト磁石と、その両端に
   該希土類コバルト磁石とほぼ同等の外形を有す
   る環状部と円錐台状部からなる磁極片を保持し
   てなる可動子を軸方向移動自在に配設するとと
   もに、前記固定ヨークの両側内周面を前記磁極
   片の円錐台状部と相似形状に形成してなるドア
   ロツク用アクチユエータにおいて、前記固定ヨ
   ークの外径寸法Doと前記希土類コバルト磁石
   の外径寸法Dmとの関係を1.75≦Do／Dm≦2.1とし たことを特徴とするドアロツク用アクチユエー
   タ。 ２ 希土類コバルト磁石としてR₁Co₅系統の磁石
   を用い、かつ該磁石の外径寸法Dmと厚み寸法
   Lmの寸法比を5.5≦Dm／Lm≦7.5としたことを特 徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の
   ドアロツク用アクチユエータ。 ３ 希土類コバルト磁石としてR₂Co₁₇系統の磁
   石を用い、かつ該磁石の外径寸法Dmと厚み寸
   法Lmの寸法比を、2.0≦Dm／Lm≦4.0としたこと を特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記
   載のドアロツク用アクチユエータ。 ４ 固定ヨークと可動子との寸法関係を下記の如
   く定めたことを特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第１項ないし第３項のうちのいずれかに記
   載のドアロツク用アクチユエータ。 Ｄ，Ａ＞Ｂ＞Ｃ≧lg ０≦Ｌ／２−Ｂ−Ｃ／２≦２ ０≦｜Ｄ−Ａ｜≦２ ただし、 Ａ：固定ヨークの端部磁極片間の軸方向の距離
   （mm） Ｂ：固定ヨークの中央磁極片の軸方向の長さ
   （mm） Ｃ：可動子磁極片の内側の軸方向の間隔（mm） Ｄ：可動子の軸方向の長さ（mm） Ｌ：ストローク（mm） lg：固定ヨークの内周面と可動子の外周面との
   間隙（mm）。