JPWO2016194207A1 - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

電磁アクチュエータ（１）は、プランジャ（１１ａ，１１ｂ）のそれぞれに対応づけて配置されたセンサマグネット（２１ａ，２１ｂ）と、複数のセンサマグネット（２１ａ，２１ｂ）の磁束が流れ得る位置に配置された磁性体のセンサコア（２２）と、センサコア（２２）において複数のセンサマグネット（２１ａ，２１ｂ）の磁束が共通して流れ得る部分に設置されて複数のプランジャ（１１ａ，１１ｂ）の位置に応じて変化する磁束を検知する磁気センサ（２３）とを備える。

Description

この発明は、可動子であるプランジャの位置を検知可能な電磁アクチュエータに関するものである。

電磁アクチュエータの中には、可動子の位置を検知する機能を備えているものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された電磁アクチュエータは、起磁力発生源であるコイルと、磁路となるヨークと、可動子となるコアと、コアと係合可能なプラグナットと、コアをプラグナットから離れた位置に向かって押圧するスプリングと、ヨークに互いに反対方向の磁束を生じさせる大型マグネットおよび小型マグネットと、ヨークを流れる磁束の方向を検知する磁気センサとから構成されている。

初期状態においては、コアがスプリングに付勢されて、プラグナットから離れた初期位置に保持される。この初期状態において、磁気センサ付近のヨークを流れる磁束は大型マグネットからの磁束が支配的であり、磁気センサは大型マグネットからの磁束の方向を検知する。

コイルの起磁力によってコアが初期状態から移動してプラグナットに係合されると、大型マグネットからの磁束は、磁気センサ付近のヨークを迂回して、プラグナットとコアを流れるようになる。この状態においては、磁気センサ付近のヨークを流れる磁束は小型マグネットからの磁束が支配的になり、磁気センサは小型マグネットからの磁束の方向を検知する。

大型マグネットと小型マグネットは互いに反対方向の磁束を生じさせるよう配置されているため、磁気センサによりヨークを流れる磁束の方向の変化を検知することで、コアのプラグナットに対する位置が分かる。

特開平７−９４３２２号公報

上記特許文献１では、１つの可動子の位置検出に２つのマグネットが必要であり、構造が複雑であった。また、複数の可動子を備えた電磁アクチュエータについては考慮されておらず、複数の可動子の位置検知を１つの磁気センサで行うことはできないという課題があった。

電磁アクチュエータの中には、例えば内燃機関において吸気用または排気用のバルブのリフト量を調整するために、カムシャフトのハイカムとローカムとを切り替えるために用いられるものがある。この電磁アクチュエータは２つの可動子を備えて２つのシャフトを作動させる構成であり、一方のシャフトを作動させることによりハイカムからローカムへの切り替えを行い、もう一方のシャフトを作動させることによりローカムからハイカムへの切り替えを行う。このような２つの可動子を備えた電磁アクチュエータに対して、上記特許文献１の位置検知機能を適用した場合、２つの可動子それぞれの位置を検知するためには、２組のマグネットと２つの磁気センサが必要になる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、電磁アクチュエータが備える複数の可動子の位置を、１つの磁気センサを用いて検知す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、磁性体のプランジャと、プランジャを一方向に付勢するスプリングと、磁性体のコアと、スプリングの付勢方向とは反対の方向へプランジャを移動させる磁束をコアに発生させるコイルと、を複数組備える電磁アクチュエータであって、プランジャのそれぞれに対応づけて配置されたセンサマグネットと、複数のセンサマグネットの磁束が流れ得る位置に配置された磁性体のセンサコアと、センサコアにおいて複数のセンサマグネットの磁束が共通して流れ得る部分に設置されて、複数のプランジャの移動位置に応じて変化する磁束を検知する磁気センサとを備えるものである。

この発明によれば、センサコアにおいて複数のセンサマグネットの磁束が共通して流れ得る部分に設置された磁気センサにより、複数のプランジャの移動位置に応じて変化する磁束を検知するようにしたので、複数のプランジャの位置を１つの磁気センサを用いて検知することができる。

この発明の実施の形態１に係る電磁アクチュエータの構成例を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。 実施の形態１に係る電磁アクチュエータにおいて、２組のソレノイド部の動作状態と磁気センサが検知する磁束密度との関係を模式的に表したグラフである。 この発明の実施の形態２に係る電磁アクチュエータの位置検知部の構成例を示し、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）と図３（ｃ）は正面図である。 実施の形態２に係る電磁アクチュエータにおいて２組のソレノイド部の動作状態を模式的に表した平面図である。 実施の形態２に係る電磁アクチュエータの位置検知部の変形例を示す平面図である。 この発明の実施の形態３に係る電磁アクチュエータの位置検知部の構成例を示す平面図である。 実施の形態３に係る電磁アクチュエータにおいて、２組のソレノイド部の動作状態と磁気センサが検知する磁束密度との関係を模式的に表したグラフである。 実施の形態３に係る電磁アクチュエータにおいて磁力の異なるセンサマグネットを用いた場合の、２組のソレノイド部の動作状態と磁気センサが検知する磁束密度との関係を模式的に表したグラフである。 この発明の実施の形態４に係る電磁アクチュエータの位置検知部の構成例を示す正面図である。 この発明の実施の形態５に係る電磁アクチュエータの構成例を示し、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は断面図である。 実施の形態５に係る電磁アクチュエータの位置検知部の構成例を示す平面図である。 実施の形態５に係る電磁アクチュエータの位置検知部の変形例を示す平面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電磁アクチュエータ１の構成例を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。なお、図１（ａ）では、ケース３を取り外して位置検知部２０を露出させてある。
図１および後述する各図において、２組のソレノイド部１０ａ，１０ｂが並ぶ方向をＸ軸方向、プランジャ１１ａ，１１ｂが移動する方向をＹ軸方向、およびＸ軸とＹ軸とに直交する方向をＺ軸方向とする。また、電磁アクチュエータ１においてコア１３ａ，１３ｂが設置された側を上、ボス１５ａ，１５ｂが設置された側を下と呼ぶ。

電磁アクチュエータ１は、樹脂等で構成されたケース２，３，４の内部に収容されている。この電磁アクチュエータ１は、２組のソレノイド部１０ａ，１０ｂを備えている。
ソレノイド部１０ａは、磁性体のプランジャ１１ａと、プランジャ１１ａをＹ軸方向上側に付勢するスプリング１２ａと、磁性体のコア１３ａと、スプリング１２ａの付勢方向とは反対のＹ軸方向下側へプランジャ１１ａを移動させる磁束をコア１３ａに発生させるコイル１４ａとを含む。

ケース２には、磁性体のヨーク５が埋設されている。また、このケース２の内部には、コイル１４ａが固定されている。そして、コイル１４ａの内側に配置された筒状のコア１３ａとボス１５ａとで、プランジャ１１ａを摺動可能に保持している。ソレノイド部１０ａの磁気回路は、起磁力源としてのコイル１４ａと、磁路となるコア１３ａと、ボス１５ａと、ヨーク５とから構成される。これらコア１３ａ、ボス１５ａ、ヨーク５、およびコイル１４ａは、固定子である。

可動子であるプランジャ１１ａは、筒状に形成されており、その内部にスプリング１２ａとピン１６ａが設置されている。ピン１６ａの下端部にはリンク１７ａを介してシャフト１８ａが取り付けられている。プランジャ１１ａの上端面には、センサマグネット２１ａが設置されている。プランジャ１１ａが上下移動すると、センサマグネット２１ａ、ピン１６ａ、リンク１７ａおよびシャフト１８ａも上下移動する。

コネクタ６へ引き出されたターミナルを介してコイル１４ａに通電することで、コア１３ａに磁束が発生し、その磁束がコア１３ａ、プランジャ１１ａ、ボス１５ａ、ヨーク５、コア１３ａの経路で流れる。その際、プランジャ１１ａとボス１５ａの間のエアギャップに磁束が流れて、プランジャ１１ａにＹ軸方向下向きの電磁力が発生する。この電磁力により、プランジャ１１ａがスプリング１２ａの付勢力に抗してＹ軸方向下側へ移動する。コイル１４ａが無通電状態になると、スプリング１２ａの付勢力により、プランジャ１１ａはＹ軸方向上側へ移動する。

ソレノイド部１０ｂも、ソレノイド部１０ａと同様の構成であり、プランジャ１１ｂと、スプリング１２ｂと、コア１３ｂと、コイル１４ｂとを含む。また、プランジャ１１ｂには、センサマグネット２１ｂとピン１６ｂが取り付けられており、プランジャ１１ｂが上下移動すると、センサマグネット２１ｂ、ピン１６ｂ、およびこのピン１６ｂにリンク１７ｂを介して取り付けられているシャフト１８ｂも上下移動する。

ケース２の上面には、センサマグネット２１ａ，２１ｂの磁束が共通して流れ得る磁性体のセンサコア２２と、センサコア２２を流れる磁束を検知する磁気センサ２３が設置されている。この磁気センサ２３は、センサコア２２の途中に形成されたエアギャップに介在している。センサマグネット２１ａ，２１ｂは、互いに反対方向の磁束を生じさせるように配置される。例えば、センサマグネット２１ａのセンサコア２２側を向く上面がＳ極、センサマグネット２１ａのピン１６ａ側を向く下面がＮ極であり、センサマグネット２１ｂのセンサコア２２側を向く上面がＮ極、センサマグネット２１ｂのピン１６ｂ側を向く下面がＳ極である場合、センサコア２２を流れるセンサマグネット２１ａ，２１ｂの磁束は図１（ｂ）に矢印で示す向きになる。

センサマグネット２１ａ，２１ｂ、センサコア２２、および磁気センサ２３は、プランジャ１１ａ，１１ｂの位置を検知する位置検知部２０である。実施の形態１の位置検知部２０は、センサコア２２と磁気センサ２３が、プランジャ１１ａ，１１ｂの移動方向と平行なＸＹ平面上に並べて配置され、センサマグネット２１ａ，２１ｂの磁束は当該ＸＹ平面上を流れる構成になっている。

次に、１つの磁気センサ２３を用いて、２つのプランジャ１１ａ，１１ｂの位置を検知する方法について説明する。
この電磁アクチュエータ１においては、２組のソレノイド部１０ａ，１０ｂのＯＮ状態とＯＦＦ状態の組み合わせにより、（ＯＦＦ／ＯＦＦ）、（ＯＮ／ＯＦＦ）、（ＯＦＦ／ＯＮ）、（ＯＮ／ＯＮ）の４つの動作状態が存在する。ただし、実施の形態１では（ＯＮ／ＯＦＦ）と（ＯＦＦ／ＯＮ）を区別せず、１つの動作状態として扱う。
ソレノイド部がＯＦＦ状態のとき、当該ソレノイド部のプランジャはスプリングの付勢力を受けてＹ軸方向上側にある。反対に、ソレノイド部がＯＮ状態のとき、当該ソレノイド部のプランジャは固定子の電磁力を受けてＹ軸方向下側にある。図１では、ソレノイド部１０ａがＯＮ状態、ソレノイド部１０ｂがＯＦＦ状態になっている。

磁気センサ２３は、プランジャ１１ａ，１１ｂと一体に移動するセンサマグネット２１ａ，２１ｂを起磁力源とする、センサコア２２の磁束密度の変化を検知することで、プランジャ１１ａ，１１ｂの位置を検知する。位置検知部２０の磁気回路は、起磁力源としてのセンサマグネット２１ａ，２１ｂと、磁路となるセンサコア２２と、プランジャ１１ａ，１１ｂと、コア１３ａ，１３ｂと、ボス１５ａ，１５ｂと、ヨーク５とから構成される。このうち、ボス１５ａ，１５ｂはなくてもよい。

図２は、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの動作状態と磁気センサ２３が検知する磁束密度との関係を模式的に表したグラフである。
ソレノイド部１０ａ，１０ｂの両方がＯＦＦ状態で、プランジャ１１ａ，１１ｂの両方がＹ軸方向上側にあるときは、センサマグネット２１ａ，２１ｂとセンサコア２２の間のエアギャップが小さいので、位置検知部２０の磁気回路の磁気抵抗が小さい。よって、磁気センサ２３を通過する磁束密度は大きい。
ソレノイド部１０ａ，１０ｂの両方がＯＮ状態で、プランジャ１１ａ，１１ｂの両方がＹ軸方向下側にあるときは、センサマグネット２１ａ，２１ｂとセンサコア２２の間のエアギャップが大きくなり、位置検知部２０の磁気回路の磁気抵抗が大きくなる。よって、磁気センサ２３を通過する磁束密度は小さくなる。
ソレノイド部１０ａ，１０ｂのいずれか一方がＯＮ状態、もう一方がＯＦＦ状態で、プランジャ１１ａ，１１ｂのいずれか一方がＹ軸方向下側、もう一方がＹ軸方向上側にあるときは、位置検知部２０の磁気回路の磁気抵抗は中間の値となり、磁気センサ２３を通過する磁束密度も中間の値となる。

磁気センサ２３が検知する大、小、その中間の３つのレベルの磁束密度を例えば閾値判定することにより、磁束密度が大レベルであればプランジャ１１ａ，１１ｂの両方がＹ軸方向上側にあり、磁束密度が中間レベルであればプランジャ１１ａ，１１ｂのいずれか一方がＹ軸方向下側、もう一方がＹ軸方向上側にあり、磁束密度が小レベルであればプランジャ１１ａ，１１ｂの両方がＹ軸方向下側にあると判別できる。
例えば特許文献１のように、従来は２つのプランジャ１１ａ，１１ｂの位置を検知するために２つの磁気センサが必要になるため、コネクタ６に磁気センサ２つ分のターミナルを設ける必要があった。これに対し、実施の形態１では２つのプランジャ１１ａ，１１ｂの位置を１つの磁気センサ２３で検知できるため、コネクタ６のターミナルを磁気センサ１つ分減らすことができる。また、従来は２つのプランジャ１１ａ，１１ｂの位置を検知するために大小２組のマグネットが必要になるが、実施の形態１ではプランジャと同数のセンサマグネット２１ａ，２１ｂがあればよい。よって、位置検知のための構成を簡素にできる。

なお、実施の形態１では、ソレノイド部１０ａ，１０ｂのいずれか一方のみがＯＮ状態になっている場合、つまり（ＯＮ／ＯＦＦ）と（ＯＦＦ／ＯＮ）の場合、磁気センサ２３が検知する磁束密度に基づいてプランジャ１１ａ，１１ｂの位置を判別することはできないが、コイル１４ａ，１４ｂのどちらに通電したか検出することによりプランジャ１１ａ，１１ｂの位置を判別することが可能である。

以上より、実施の形態１によれば、電磁アクチュエータ１は、プランジャ１１ａ，１１ｂのそれぞれと対応づけて配置されたセンサマグネット２１ａ，２１ｂと、複数のセンサマグネット２１ａ，２１ｂの磁束が流れ得る位置に配置された磁性体のセンサコア２２と、センサコア２２において複数のセンサマグネット２１ａ，２１ｂの磁束が共通して流れ得る部分に設置されて複数のプランジャ１１ａ，１１ｂの移動位置に応じて変化する磁束を検知する磁気センサ２３とを備える構成にしたので、複数のプランジャ１１ａ，１１ｂの位置を１つの磁気センサ２３を用いて検知することができる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る電磁アクチュエータ１の位置検知部２０の構成例を示し、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はソレノイド部１０ａのＯＦＦ状態の正面図、図３（ｃ）はソレノイド部１０ａのＯＮ状態の正面図である。実施の形態２に係る電磁アクチュエータ１のうち、図３で図示を省略した部分は、図１に示した実施の形態１の電磁アクチュエータ１と同じ構成であるため図１を援用する。

図３（ａ）に示すように、実施の形態２の位置検知部２０は、センサコア２２と磁気センサ２３が、プランジャ１１ａ，１１ｂの移動方向に対して垂直なＸＺ平面上に並べて配置され、センサマグネット２１ａ，２１ｂの磁束は当該ＸＺ平面上を流れる構成になっている。センサコア２２を流れるセンサマグネット２１ａ，２１ｂの磁束は、図３（ａ）に矢印で示す向きになる。

また、センサコア２２には、センサマグネット２１ａが入り込むエアギャップ部２２ａと、センサマグネット２１ｂが入り込むエアギャップ部２２ｂとが形成されている。センサマグネット２１ａは、プランジャ１１ａと一体に移動して、エアギャップ部２２ａに入り込む。センサマグネット２１ｂは、プランジャ１１ｂと一体に移動して、エアギャップ部２２ｂに入り込む。

図３（ｂ）に示すように、ソレノイド部１０ａがＯＦＦ状態のとき、ソレノイド部１０ａのプランジャ１１ａはスプリング１２ａの付勢力を受けてＹ軸方向上側にある。このとき、センサマグネット２１ａは、エアギャップ部２２ａに入り込み、位置検知部２０の磁気回路内にある。よって、センサマグネット２１ａは、位置検知部２０の磁気回路の起磁力源となり、センサコア２２に磁束が流れる。
図３（ｃ）に示すように、ソレノイド部１０ａがＯＮ状態のとき、ソレノイド部１０ａのプランジャ１１ａは固定子の電磁力を受けてＹ軸方向下側にある。このとき、センサマグネット２１ａは、エアギャップ部２２ａから出て、位置検知部２０の磁気回路の外にある。よって、センサマグネット２１ａは、位置検知部２０の磁気回路の起磁力源とはならず、センサコア２２に流れる磁束が減少する。

図示は省略するが、ソレノイド部１０ｂもソレノイド部１０ａと同様に、ソレノイド部１０ｂがＯＦＦ状態のときにセンサマグネット２１ｂがエアギャップ部２２ｂに入り込んで位置検知部２０の磁気回路の起磁力源となる。反対に、ソレノイド部１０ｂがＯＮ状態のときは、センサマグネット２１ｂがエアギャップ部２２ｂから出るので、位置検知部２０の磁気回路の起磁力源とはならない。

実施の形態２では、センサマグネット２１ａ，２１ｂが位置検知部２０の磁気回路内で起磁力源となるか否かに応じて、磁気センサ２３が設置されているセンサコア２２を流れる磁束の密度が変化する。そのため、磁気センサ２３が磁束密度の変化を検知することにより、プランジャ１１ａ，１１ｂの位置を検知できる。

図４は、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの動作状態を模式的に表した図である。
図４（ａ）に示すように、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの両方がＯＦＦ状態で、センサマグネット２１ａ，２１ｂの両方がセンサコア２２のエアギャップ部２２ａ，２２ｂにあるときは、磁気センサ２３を通過する磁束密度は大きい。
図４（ｃ）に示すように、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの両方がＯＮ状態で、センサマグネット２１ａ，２１ｂの両方がセンサコア２２のエアギャップ部２２ａ，２２ｂにないときは、磁気センサ２３を通過する磁束密度は小さい。
図４（ｂ）に示すように、ソレノイド部１０ａ，１０ｂのいずれか一方がＯＮ状態、もう一方がＯＦＦ状態で、センサマグネット２１ａ，２１ｂのいずれか一方がセンサコア２２のエアギャップ部２２ａ，２２ｂにあり、もう一方がエアギャップ部２２ａ，２２ｂにないときは、磁気センサ２３を通過する磁束密度は中間の値となる。

なお、実施の形態２でも、上記実施の形態１と同様に、ソレノイド部１０ａ，１０ｂのいずれか一方のみがＯＮ状態になっている場合、コイル１４ａ，１４ｂのどちらに通電したか検出することによりプランジャ１１ａ，１１ｂの位置を判別することが可能である。

電磁アクチュエータ１においては、コイル１４ａ，１４ｂを起磁力源とするソレノイド部１０ａ，１０ｂの磁気回路と、センサマグネット２１ａ，２１ｂを起磁力源とする位置検知部２０の磁気回路とが存在する。位置検知部２０の磁気回路は、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの磁気回路とは別回路であるとはいえ、コイル通電時にソレノイド部１０ａ，１０ｂを流れる磁束の影響を受ける。
ここで、図４（ｃ）に示すように、センサコア２２をエアギャップ部２２ａ，２２ｂで分割された分割コア２２Ａ，２２Ｂと呼ぶ。分割コア２２Ａは磁気抵抗が小さいため、コイル通電時の磁束は主にこの分割コア２２Ａを流れる。一方、分割コア２２Ｂは、磁気センサ２３の設置部分がエアギャップとなり、分割コア２２Ａに比べて磁気抵抗が大きいため、コイル通電時の磁束が流れにくい。よって、磁気センサ２３に対するコイル通電時の磁束の影響を低減することが可能である。

以上より、実施の形態２によれば、センサコア２２と磁気センサ２３を、プランジャ１１ａ，１１ｂが移動する方向に対して垂直なＸＺ平面上に並べて配置した場合にも、複数のプランジャ１１ａ，１１ｂの位置を１つの磁気センサ２３を用いて検知することができる。

なお、上記実施の形態２では、センサマグネット２１ａ，２１ｂをプランジャ１１ａ，１１ｂに固定したが、プランジャ１１ａ，１１ｂが移動する方向に対して垂直なＸＺ平面上に固定してもよい。この変形例を、図５に示す。

図５は、実施の形態２に係る電磁アクチュエータ１の位置検知部２０の変形例を示す正面図である。ＸＺ平面上に配置されたセンサコア２２にエアギャップ部２２ａが形成され、センサマグネット２１ａは、このエアギャップ部２２ａに入り込んだ状態で固定されている。

図５（ａ）に示すソレノイド部１０ａのＯＦＦ状態では、プランジャ１１ａがＹ軸方向上側へ移動し、センサコア２２に固定されているセンサマグネット２１ａに近づくため、センサマグネット２１ａの磁束がプランジャ１１ａへ流れる。そのため、磁気センサ２３が検知する磁束密度は小さくなる。
図５（ｂ）に示すソレノイド部１０ａのＯＮ状態では、プランジャ１１ａがＹ軸方向下側へ移動し、センサコア２２に固定されているセンサマグネット２１ａから遠ざかるため、センサマグネット２１ａの磁束がセンサコア２２へ流れる。そのため、磁気センサ２３が検知する磁束密度は大きくなる。

ソレノイド部１０ｂもソレノイド部１０ａと同様の構成であるため、プランジャ１１ａ，１１ｂの両方がセンサマグネット２１ａ，２１ｂに近づいたときに磁気センサ２３を通過する磁束密度が小さくなり、プランジャ１１ａ，１１ｂの両方がセンサマグネット２１ａ，２１ｂから遠ざかったときに磁気センサ２３を通過する磁束密度が大きくなり、プランジャ１１ａ，１１ｂのいずれか一方だけがセンサマグネット２１ａ，２１ｂに近づいたときに磁気センサ２３を通過する磁束密度がこれらの間の値になる。

このように、図５の変形例では、磁気センサ２３が磁束密度の変化を検知することにより、プランジャ１１ａ，１１ｂの位置を検知できる。また、センサマグネット２１ａ，２１ｂが、プランジャ１１ａ，１１ｂの移動方向に対して垂直なＸＺ面上に固定されるため、センサマグネット２１ａ，２１ｂをプランジャ１１ａ，１１ｂに固定した場合に比べて、プランジャ１１ａ，１１ｂの上下移動時の振動により破損する可能性を低減でき、電磁アクチュエータ１の信頼性が向上する。

実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３に係る電磁アクチュエータ１の位置検知部２０の構成例を示す正面図である。実施の形態３に係る電磁アクチュエータ１のうち、図６で図示を省略した部分は、図１に示した電磁アクチュエータ１と同じ構成であるため図１を援用する。

実施の形態３の位置検知部２０は、プランジャ１１ａ，１１ｂが移動する方向と平行なＸＹ平面上に配置された、３つのセンサコア２２−１，２２−２，２２−３を有している。また、センサコア２２−１，２２−２，２２−３は、当該ＸＹ平面上において、プランジャ１１ａ，１１ｂが移動する方向に並べて配置されている。
センサコア２２−１は第１のセンサコア、センサコア２２−２は第２のセンサコア、センサコア２２−３は第３のセンサコアである。

センサマグネット２１ａ，２１ｂは、互いに反対方向の磁束を生じさせるように、プランジャ１１ａ，１１ｂの上端面に設置されている。センサコア２２−１，２２−２，２２−３を流れるセンサマグネット２１ａ，２１ｂの磁束は、図６（ａ）、図６（ｂ）および図６（ｃ）に矢印で示す向きになる。センサコア２２−２は、センサマグネット２１ａ，２１ｂの磁束が共通して流れ得るセンサコアである。

実施の形態３では、磁束の密度および磁束の向きを検知可能な磁気センサ２３を使用する。この磁気センサ２３は、センサコア２２−２に設置され、センサコア２２−２を流れる磁束の密度と向きを検知する。以下では、磁気センサ２３は、センサコア２２−２を図６の紙面左向きに流れる磁束密度をプラスの値として検知し、図６の紙面右向きに流れる磁束密度をマイナスの値として検知するものとする。

図７は、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの動作状態と磁気センサ２３が検知する磁束密度との関係を模式的に表したグラフである。このグラフでは、図６の構成において磁気センサ２３が検知した磁束密度を四角印で示す。また、比較のため、上記実施の形態１の図１の構成において磁気センサ２３が検知した磁束密度を丸印で示す。

図６（ａ）に示すように、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの両方がＯＦＦ状態のとき、プランジャ１１ａ，１１ｂの両方はスプリング１２ａ，１２ｂの付勢力を受けてＹ軸方向上側に移動する。このとき、センサマグネット２１ａ，２１ｂは、Ｙ軸方向上側のセンサコア２２−３付近にあり、磁気センサ２３が設置されているセンサコア２２−２に紙面左向きに磁束が流れ、磁束を強め合う。よって、磁気センサ２３が検知する磁束密度は、プラスの値になる。

図６（ｃ）に示すように、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの両方がＯＮ状態のとき、プランジャ１１ａ，１１ｂの両方は固定子の電磁力を受けてＹ軸方向下側に移動する。このとき、センサマグネット２１ａ，２１ｂは、Ｙ軸方向下側のセンサコア２２−１付近にあり、磁気センサ２３が設置されているセンサコア２２−２に紙面右向きに磁束が流れ、磁束を強め合う。よって、磁気センサ２３が検知する磁束密度は、マイナスの値になる。

図６（ｂ）に示すように、ソレノイド部１０ａ，１０ｂのいずれか一方がＯＮ状態、もう一方がＯＦＦ状態のとき、プランジャ１１ａ，１１ｂのいずれか一方はＹ軸方向上側、もう一方はＹ軸方向下側に移動する。このとき、センサマグネット２１ａ，２１ｂのいずれか一方はＹ軸方向上側のセンサコア２２−３付近にあり、もう一方はＹ軸方向下側のセンサコア２２−１付近にある。そのため、磁気センサ２３が設置されているセンサコア２２−２に紙面右向きの磁束と紙面左向きの磁束が流れ、磁束を打ち消しあう。よって、磁気センサ２３が検知する磁束密度は、中間の値、つまりゼロになる。
このように、磁気センサ２３が、センサコア２２−２を流れる磁束の密度と向きの変化を検知することにより、プランジャ１１ａ，１１ｂの位置を検知できる。

図６の構成によれば、ソレノイド部１０ａ，１０ｂがＯＮ状態のときと、ソレノイド部１０ａ，１０ｂがＯＦＦ状態のときとで、磁気センサ２３を流れる磁束の向きを逆にすることができるので、図１の構成に比べて、プランジャ１１ａ，１１ｂの位置に応じた磁束密度の変化を大きくすることができる。そのため、たとえコイル通電時の磁束がセンサコア２２−２へ流れたとしても、コイル通電時の磁束の影響を低減することが可能である。
図７のグラフに示すように、センサコア２２−２を流れる磁束密度がコイル通電時の磁束による影響を受けると、矢印Ａで示す範囲の磁束密度の変動が起こり得るが、コイル通電時の磁束が影響したとしても、（ＯＦＦ／ＯＦＦ）と（ＯＦＦ／ＯＮ）とに矢印Ｂで示す磁束密度の差が存在するため、コイル通電時の磁束に対する耐性が向上する。

上記では同じ磁力のセンサマグネット２１ａ，２１ｂを使用した場合を説明したが、異なる磁力のセンサマグネット２１ａ，２１ｂを使用してもよい。異なる磁力のセンサマグネット２１ａ，２１ｂを使用することで、ソレノイド部１０ａ，１０ｂのどちらがＯＮ状態になっているか、判別することが可能となる。
ここで、図８に、実施の形態３に係る電磁アクチュエータ１において磁力の異なるセンサマグネット２１ａ，２１ｂを用いた場合の、２組のソレノイド部１０ａ，１０ｂの動作状態と磁気センサ２３が検知する磁束密度との関係を模式的に表したグラフを示す。例えば、センサマグネット２１ａの磁力：センサマグネット２１ｂの磁力＝２：１の関係にあるとき、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの（ＯＦＦ／ＯＮ）と（ＯＮ／ＯＦＦ）の動作状態を判別することが可能となる。よって、ソレノイド部１０ａ，１０ｂのいずれか一方のみがＯＮ状態になっている場合の、プランジャ１１ａ，１１ｂの位置を判別することが可能である。

説明は省略するが、上記実施の形態１，２および後述する実施の形態４，５においても、磁力の異なるセンサマグネット２１ａ，２１ｂを用いることにより、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの（ＯＦＦ／ＯＮ）と（ＯＮ／ＯＦＦ）の動作状態を判別することが可能となる。

なお、上記実施の形態１と同様に、ソレノイド部１０ａ，１０ｂのいずれか一方のみがＯＮ状態になっている場合、コイル１４ａ，１４ｂのどちらに通電したか検出することによりプランジャ１１ａ，１１ｂの位置を判別することも可能である。

また、図６に示したセンサコア２２−１を、電磁アクチュエータ１のケース４に埋設されているヨーク５の一部として利用してもよい。ヨーク５の一部をセンサコア２２−１で構成した場合、このセンサコア２２−１は、コイル通電時にコア１３ａ，１３ｂに発生した磁束が流れるショートカット磁気回路になる。一方、センサコア２２−２と磁気センサ２３は、当該ショートカット磁気回路の外にあるため、コイル通電時の磁束の影響を低減することが可能である。
また、図６に示したセンサコア２２−３を、ヨーク５の一部として利用してもよい。この場合、図６に示したセンサコア２２−３の両端部を、後述する図９に示すセンサコア２２−２の両端部のようにコイル１４ａ，１４ｂに磁気的に接続し、コイル通電時の磁束が流れるショートカット磁気回路にする。この構成にした場合にも、センサコア２２−２と磁気センサ２３はショートカット磁気回路の外にあるため、コイル通電時の磁束の影響を低減することが可能である。

実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４に係る電磁アクチュエータ１の位置検知部２０の構成例を示す正面図である。実施の形態４に係る電磁アクチュエータ１のうち、図９で図示を省略した部分は、図１に示した電磁アクチュエータ１と同じ構成であるため図１を援用する。

実施の形態４の位置検知部２０は、プランジャ１１ａ，１１ｂの移動方向と平行なＸＹ平面上に、互いに平行に配置された２つのセンサコア２２−１，２２−２を有している。センサコア２２−１は、プランジャ１１ａ，１１ｂに固定されたセンサマグネット２１ａ，２１ｂと向かい合う位置に配置されている。このセンサコア２２−１は、コイル通電時にコア１３ａ，１３ｂに発生した磁束が流れるショートカット磁気回路になる。

センサコア２２−２は、センサコア２２−１の上側に配置されている。センサコア２２−２の両端部は、下向きに曲がった形状になっており、その先端がコイル１４ａ，１４ｂに磁気的に接続している。よって、センサコア２２−２は、コイル通電時にコア１３ａ，１３ｂに発生した磁束が流れるショートカット磁気回路になる。
また、センサコア２２−２には、下に凸の凸部２４が形成され、磁気センサ２３が設置されている。凸部２４は、センサマグネット２１ａ，２１ｂの磁束が共通して流れ得る経路になる。

この磁気センサ２３を設置する部分は、凸部２４とセンサコア２２−１のエアギャップであり、磁気抵抗が大きいため、コイル通電時の磁束は、主に、当該エアギャップのないセンサコア２２−１とセンサコア２２−２のそれぞれに流れる。この磁束は、図９（ｃ）に一点鎖線の矢印で示す。
他方、コイル１４ａとコイル１４ｂの間にエアギャップ部１４ｃを設けることにより磁気抵抗が大きくなり、センサマグネット２１ａ，２１ｂの磁束は下側のセンサコア２２−１から凸部２４を通過して上側のセンサコア２２−２へ流れる。この磁束は、図９（ａ）、図９（ｂ）および図９（ｃ）に実線の矢印で示す。この矢印の実線の太さの違いは磁束密度の大きさの違いを表す。

図９の例では、上側のセンサコア２２−２に下に凸の凸部２４を設け、凸部２４と下側のセンサコア２２−１とが対面するエアギャップ部分に、磁気センサ２３を配置しているが、反対に、下側のセンサコア２２−１に上に凸の凸部を設けて磁気センサ２３を配置してもよい。

図９（ａ）に示すように、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの両方がＯＦＦ状態で、プランジャ１１ａ，１１ｂの両方がＹ軸方向上側にあるときは、センサマグネット２１ａ，２１ｂとセンサコア２２−１の間のエアギャップが小さいので、磁気抵抗が小さい。よって、磁気センサ２３を通過する磁束密度は大きい。
図９（ｃ）に示すように、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの両方がＯＮ状態で、プランジャ１１ａ，１１ｂの両方がＹ軸方向下側にあるときは、センサマグネット２１ａ，２１ｂとセンサコア２２−１の間のエアギャップが大きいので、磁気抵抗が大きい。よって、磁気センサ２３を通過する磁束密度は小さい。
図９（ｂ）に示すように、ソレノイド部１０ａ，１０ｂのいずれか一方がＯＮ状態、もう一方がＯＦＦ状態で、プランジャ１１ａ，１１ｂのいずれか一方がＹ軸方向下側、もう一方がＹ軸方向上側にあるときは、磁気抵抗は中間の値となり、磁気センサ２３を通過する磁束密度も中間の値となる。

この構成において、磁気センサ２３が凸部２４を流れる磁束密度の変化を検知することにより、プランジャ１１ａ，１１ｂの位置を検知できる。
また、実施の形態４でも、上記実施の形態１と同様に、ソレノイド部１０ａ，１０ｂのいずれか一方のみがＯＮ状態になっている場合、コイル１４ａ，１４ｂのどちらに通電したか検出することによりプランジャ１１ａ，１１ｂの位置を判別することが可能である。

実施の形態５．
図１０は、この発明の実施の形態５に係る電磁アクチュエータ１の構成例を示し、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は断面図である。図１０（ａ）では、ケース３を取り外してシールド部材２５を露出させてある。図１０において、図１と同一または相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。

実施の形態５に係る電磁アクチュエータ１は、図１に示した実施の形態１の電磁アクチュエータ１に対して、コア１３ａ，１３ｂから磁気センサ２３へ流れる磁束を遮蔽するシールド部材２５を追加した構成である。シールド部材２５は、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの磁気回路に接続してコイル通電時の磁束を流すことにより、センサマグネット２１ａ，２１ｂを起磁力源とする位置検知部２０の磁気回路をシールドするものである。これにより、コイル通電時の磁束が、磁気センサ２３を設置したセンサコア２２に流れず、センサマグネット２１ａ，２１ｂ以外の磁束の影響を低減することができる。

なお、図１０に示したシールド部材２５の形状は一例であり、コイル通電時に発生する磁束など、センサマグネット２１ａ，２１ｂ以外の磁束を遮蔽できる形状であればよい。同様に、上記実施の形態２〜４の電磁アクチュエータ１にシールド部材を設けてもよい。

また、センサマグネット２１ａ，２１ｂに対向するセンサコア２２の対向面の面積、つまり磁路断面積を、当該センサコア２２に対向するセンサマグネット２１ａ，２１ｂの対向面の面積より小さくすることによっても、センサマグネット２１ａ，２１ｂ以外の磁束の影響を低減することができる。
例えば、ソレノイド部１０ａ，１０ｂの磁気回路を構成するコア１３ａ，１３ｂとセンサコア２２の位置関係が図１の構成例になっている場合、センサコア２２のセンサマグネット２１ａ，２１ｂに対向する対向面の面積が大きいと、コア１３ａ，１３ｂとのエアギャップが狭まり、磁気抵抗が小さくなり、コイル通電時にセンサコア２２へ漏れる磁束が大きくなる。これに対し、センサコア２２のセンサマグネット２１ａ，２１ｂに対向する対向面の面積を小さくすれば、コイル通電時の漏れ磁束の影響を低減することができる。
また、位置検知部２０の磁気回路を構成する磁路の断面積が大きい方が、当該磁路の磁気抵抗が低減し、磁気センサ２３を通過する磁束密度が大きくなり、外部の影響を受けにくくなる。

ここで、図１１に、実施の形態５に係る電磁アクチュエータ１の位置検知部２０の構成例を示す。図１１の例では、センサマグネット２１ａに対向するセンサコア２２の対向面に、センサマグネット２１ａに近づくにつれて先細る形状の先細り部２６が形成されている。センサコア２２のセンサマグネット２１ｂに対向する面にも、同様の先細り部２６が形成されている。これにより、センサコア２２の磁路断面積を小さくすることによる磁気抵抗が大きくなる影響を抑制しつつ、センサマグネット２１ａ，２１ｂ以外の磁束の影響を低減することができる。

なお、図１１に示したセンサマグネット２１ａ，２１ｂに対向するセンサコア２２の対向面の形状は一例であり、センサコア２２の対向面の面積がセンサマグネット２１ａ，２１ｂの対向面の面積より小さくなる形状であればよい。
また、上記実施の形態２〜４の電磁アクチュエータ１においてセンサコアに先細り部２６を形成してもよい。図１２の正面図に、実施の形態２のセンサコア２２に先細り部２６を形成した例を示す。

上記実施の形態１〜５に係る電磁アクチュエータ１は、２組のソレノイド部１０ａ，１０ｂを備え、２つのプランジャ１１ａ，１１ｂの位置を１つの磁気センサ２３で検知する構成であったが、３組以上のソレノイド部を備え、３つ以上のプランジャの位置を１つの磁気センサで検知する構成であってもよい。例えば、３つのプランジャの位置を検知する場合、三角形の３つの頂点に３つのプランジャを配置し、当該３つのプランジャのそれぞれに対応づけて３つのセンサマグネットを配置し、三角形の３つの辺に３つのセンサコアを配置し、３つのプランジャの位置に応じて変化する３つのセンサコアを流れる磁束を１つの磁気センサにより検知する。あるいは３組のソレノイド部を備えた電磁アクチュエータにおいて２つの磁気センサを配置するものでもよい。即ち、ソレノイド部の数よりも少ない磁気センサを用いて、ソレノイド部の動作を検出するものとして構成することが可能である。

上記以外にも、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る電磁アクチュエータは、複数のプランジャの位置を検知するようにしたので、内燃機関において、吸気用または排気用のバルブのリフト量を調整するためにカムシャフトのハイカムとローカムとを切り替える電磁アクチュエータなどに用いるのに適している。

１ 電磁アクチュエータ、２〜４ ケース、５ ヨーク、６ コネクタ、１０ａ，１０ｂ ソレノイド部、１１ａ，１１ｂ プランジャ、１２ａ，１２ｂ スプリング、１３ａ，１３ｂ コア、１４ａ，１４ｂ コイル、１４ｃ エアギャップ部、１５ａ，１５ｂ ボス、１６ａ，１６ｂ ピン、１７ａ，１７ｂ リンク、１８ａ，１８ｂ シャフト、２０ 位置検知部、２１ａ，２１ｂ センサマグネット、２２，２２−１，２２−２，２２−３ センサコア、２２ａ，２２ｂ エアギャップ部、２２Ａ，２２Ｂ 分割コア、２３ 磁気センサ、２４ 凸部、２５ シールド部材、２６ 先細り部。

Claims (14)

1. 磁性体のプランジャと、
   前記プランジャを一方向に付勢するスプリングと、
   磁性体のコアと、
   前記スプリングの付勢方向とは反対の方向へ前記プランジャを移動させる磁束を前記コアに発生させるコイルと、
   を複数組備える電磁アクチュエータであって、
   前記プランジャのそれぞれに対応づけて配置されたセンサマグネットと、
   複数の前記センサマグネットの磁束が流れ得る位置に配置された磁性体のセンサコアと、
   前記センサコアにおいて複数の前記センサマグネットの磁束が共通して流れ得る部分に設置されて、複数の前記プランジャの移動位置に応じて変化する磁束を検知する磁気センサとを備えることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記センサコアと前記磁気センサは、前記プランジャが移動する方向に対して垂直な平面上に並べて配置されていることを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
3. 前記センサマグネットは、前記プランジャに固定されて前記プランジャと一体に移動することを特徴とする請求項２記載の電磁アクチュエータ。
4. 前記センサマグネットは、前記プランジャが移動する方向に対して垂直な前記平面上に固定されていることを特徴とする請求項２記載の電磁アクチュエータ。
5. 前記センサマグネットは、前記プランジャが移動する方向に対して垂直な前記平面上のうち、前記プランジャが前記センサコアに近づいたときに前記センサマグネットの磁束が前記プランジャへ流れ、前記プランジャが前記センサコアから遠ざかったときに前記センサマグネットの磁束が前記センサコアへ流れる位置に固定されていることを特徴とする請求項４記載の電磁アクチュエータ。
6. 前記センサコアと前記磁気センサは、前記プランジャが移動する方向と平行な平面上に並べて配置されていることを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
7. 前記センサコアは、前記プランジャが移動する方向と平行な前記平面上に配置された第１のセンサコアおよび第２のセンサコアを含み、
   前記第１のセンサコアは、前記コアに発生した磁束が流れるショートカット磁気回路を構成し、
   前記磁気センサは、前記ショートカット磁気回路の外に設置されていることを特徴とする請求項６記載の電磁アクチュエータ。
8. 前記センサコアは、前記プランジャが移動する方向と平行な前記平面上に、前記プランジャが移動する方向に並べて配置された第１のセンサコア、第２のセンサコアおよび第３のセンサコアを含み、
   前記磁気センサは、前記第１のセンサコアと前記第３のセンサコアの間に配置された前記第２のセンサコアに設置されていることを特徴とする請求項６記載の電磁アクチュエータ。
9. 前記コアに発生した磁束が流れる磁性体のヨークを備え、
   前記第１のセンサコアまたは前記第３のセンサコアの少なくとも一方は、前記ヨークの一部を構成することを特徴とする請求項８記載の電磁アクチュエータ。
10. 複数の前記センサマグネットは異なる磁力を有することを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
11. 前記コアから前記磁気センサへ流れる磁束を遮蔽するシールド部材を備えることを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
12. 前記磁気センサは磁束の密度および向きを検知することを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
13. 前記センサマグネットに向かい合う前記センサコアの対向面の面積は、前記センサコアに向かい合う前記センサマグネットの対向面の面積より小さいことを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
14. 前記センサマグネットに向かい合う前記センサコアの対向面に、前記センサマグネットに近づくにつれて先細る形状の先細り部が形成されていることを特徴とする請求項１３記載の電磁アクチュエータ。

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