WO2006028126A1

WO2006028126A1 - 電磁アクチュエータ

Info

Publication number: WO2006028126A1
Application number: PCT/JP2005/016409
Authority: WO
Inventors: Yasuhiro Matsumoto; Nobutaka Kubota; Takeshi Noda; Kazuhiro Matsuo; Kenji Kato; Mitsutaka Homma; Takao Wakabayashi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2007-03-07
Also published as: JP2006108615A; US20070257756A1; CN101010755B; US7605680B2; CN101010755A; EP1788591A4; EP1788591A1

Abstract

　磁束漏れを少なくして、高効率の電磁アクチュエータを提供する。　電磁アクチュエータは、第１のコイル３１と、第１のコイル３１の中心軸上を移動する可動子２と、前記第１のコイル３１の上面、下面、および外周面を覆う第１の固定子１１と、可動子２をその可動区間の終端で固着ラッチする永久磁石１５とを備えている。第１の固定子１１に連続して、永久磁石１５からの磁束を制御する第２の固定子１２が設けられている。この第２の固定子１２を設けたことにより、固着ラッチ状態の可動子２を解放するとき、永久磁石１５に対して直接逆励磁することはなく、永久磁石１１が減磁しない。

Description

明細書

電磁ァクチユエータ

技術分野

[0001] 本発明は、近接する電子機器や磁性体部材へ悪影響を及ぼさな!/ヽ電磁ァクチユエータに関する。

背景技術

[0002] 従来、永久磁石により吸引状態を保持する電磁ァクチユエータとして、いくつかの構成の物が提案されている。

[0003] その一つの電磁ァクチユエータは、図 38に示すように固定子 1と可動子 2とを有し、固定子 1と可動子 2はその対称軸を境にした断面が「日」の字状の磁気回路を形成している。日の字の 2つの空間にそれぞれコイル 31、 32が設けられ、中央の線に相当する半径方向突出部 14に、磁ィ匕した永久磁石 15が設けられている（例えば、特許文献 1参照)。

[0004] 図 38において、第 1の空隙 41の空隙長が第 2の空隙 42の空隙長よりも小さいために永久磁石 15が生成する磁束は第 1の空隙 41を含む磁気回路に多く流れ、これにより左向きの磁気吸引力が可動子 2に発生して可動子 2を左のラッチ位置に固定することが出来る。ラッチを解除するときにはコイル 31、 32に電流を流し、第 1の空隙 41 の磁束を減じ、第 2の空隙 42の磁束を増力!]させ、可動子 2を左方向に移動させる駆動力を発生させる。

[0005] また別の電磁ァクチユエータは、図 39に示すようにコイル 3と前記コイル 3の中心軸上を移動する可動子 2と、前記コイル 3の上面、下面、および外周面を覆うように設けた固定子 1とを有して!/、る。永久磁石 15が前記固定子 1と前記可動子 2で囲まれた空隙に配置され、前記永久磁石 15が発生する磁界によって前記可動子 2を前記固定子 1に吸着させている（例えば、特許文献 2参照)。

[0006] 図 39において、ラッチを解除するときにはコイル 3に電流を流し、永久磁石 15の磁束を減じ、可動子 2に働く下向きの吸引力を減じればラッチが解除され、負荷により可動子 2は上昇する。特許文献 1：特開平 7— 37461号広報

特許文献 2：特開 2002— 289430号広報

[0007] 前述した特許文献 1に記載の電磁ァクチユエータにおいて、コイル 31、 32が作る磁路中に永久磁石 15が設けられているため、ラッチ解除時に永久磁石 15を直接逆励磁する事になり、減磁する可能性があるという問題がある。

[0008] また、特許文献 2に記載の電磁ァクチユエータにおいて、永久磁石 15の発生する磁束がァクチユエータの外部に漏れ、近接する電子機器や磁性体部材に悪影響を及ぼす可能性があるという問題がある。

[0009] また、電磁ァクチユエ一タは高効率であることが望まれており、作動時の電流は出来るだけ少なくしたいという要望がある。

発明の開示

[0010] 本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、コイルの発生する磁束がラッチ解除時に永久磁石を逆励磁して減磁する可能性がなぐかつ、永久磁石の磁束もれを最小限にして、近接する電子機器や磁性体部材へ悪影響を及ぼさな!/、電磁ァクチユエータを提供することを目的とする。

[0011] 本発明は、第 1のコイルと、第 1のコイルの中心軸に沿って移動する円筒状の可動子と、第 1のコイルの上面に設けられた第 1の板材と、第 1のコイルの下面に設けられた第 1の中空板材と、第 1のコイルの外周面を覆う第 1の円筒とを有する第 1の固定子と、可動子を移動端部で固着する永久磁石と、第 1の固定子に連続して設けられ、永久磁石の磁束を制御する第 2の固定子と、を備えたことを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0012] 本発明は、第 2の固定子は第 1の固定子の第 1の中空板材に連続する第 2の円筒と、第 2の円筒の永久磁石側端部に設けられた第 2の中空板材と、第 2の円筒内に配置された内円筒とを有することを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0013] 本発明は、可動子はプランジャーと、プランジャー力半径方向外方に突出する突出板材とを有し、内円筒にこの突出板材を受ける受け部を設けたことを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0014] 本発明は、永久磁石は第 1の固定子の第 1の中空板材に設けられ、第 2の固定子は永久磁石に当接するフランジ部を有する円筒体を有することを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0015] 本発明は、永久磁石は第 1の固定子の第 1の中空板材に設けられ、第 2の固定子は永久磁石に当接する第 3の中空板材を有することを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0016] 本発明は、永久磁石の近傍に、永久磁石の磁束をショートさせるショートリングが設けられて、ることを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0017] 本発明は、第 1のコイルの中心に、第 1の板材に連結されたポールピースを設けたことを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0018] 本発明は、ポールピースの長さは、第 1のコイルの中心まで達する最長長さと、この最長長さから可動子のストロークの半分だけ短くした最小長さとの間に設定されたことを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0019] 本発明は、可動子の外径と、前記ポールピースの外径との差は、可動子の外径の

± 15 %以内であることを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0020] 本発明は、可動子の断面積と、前記ポールピースの断面積との差は、可動子の断面積の ± 15%以内であることを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0021] 本発明は、第 1の板材のうち可動子の外径と、同一径の円筒状断面積は、可動子の断面積と同一力 2倍以内であることを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0022] 本発明は、第 1のコイルの外周を覆う第 1の円筒の断面積は、可動子の断面積と同一か 2倍以内であることを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0023] 本発明は、第 1の中空板材の中空面の断面積と、可動子の断面積との差は、第 1の中空板材の中空面の断面積の ± 15%以内であることを特徴とする電磁ァクチユエ一タである。

[0024] 本発明は、前記第 2の固定子のうち永久磁石の磁束に垂直な断面積と、永久磁石の断面積との差は、第 2の固定子の断面積の ± 15%以内であることを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0025] 本発明は、前記第 1のコイルと第 1の固定子との間のギャップは、 3mm以内であることを特徴とする電磁ァクチユエータである。 [0026] 本発明は、前記第 1の固定子の第 1の中空板材の中空面と、可動子の外周面とのギャップは、 3mmから 5mmであることを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0027] 本発明は、可動子の突出板材の断面積と、プランジャーの断面積との差は、突出板材の断面積の ± 15%以内であることを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0028] 本発明は、可動子の突出板材の断面積と、第 2円筒の受け部の内周面の断面積との差は、突出板材の断面積の ± 15%以内であることを特徴とする電磁ァクチユエ一タである。

[0029] 本発明は、可動子のプランジャーの外周面と、第 2の固定子との間のギャップは lm mから 5mmであることを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0030] 本発明は、第 1のコイルと同軸上に第 2のコイルを設けたことを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0031] 本発明は、第 1のコイルと第 2のコイルは半径方向に並んで配置されていることを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0032] 本発明は、第 1のコイルと、第 1のコイルの中心軸に沿って移動する円筒状の可動子と、第 1のコイルの上面に設けられた第 1の板材と、第 1のコイルの下面に設けられた第 1の中空板材と、第 1のコイルの外周面を覆う第 1の円筒とを有する第 1の固定子と、前記可動子をその作動終端位置で前記第 1の固定子に吸着して固着ラッチする永久磁石と、前記第 1の固定子に連続して設けられ、前記永久磁石の発する磁束を制御する第 2の固定子とを備え、前記永久磁石は、前記可動子が前記第 1の固定子カゝら離れて開放終端位置にあるとき、可動子の近傍に位置することを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0033] 本発明は、第 2の固定子は第 1の固定子の第 1の中空板材に連続する第 2の円筒と、第 2の円筒の永久磁石側端部に設けられた第 2の中空板材と、第 2の円筒内に配置された内円筒とを有することを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0034] 本発明は、前記永久磁石は、前記可動子が前記第 1の固定子から離れて開放終端位置にあるとき、可動子の開放終端側の端部近傍に配置されたことを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0035] 本発明は、可動子はプランジャーと、プランジャー力半径方向外方に突出する突出板材とを有し、内円筒にこの突出板材を受ける受け部を設けたことを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0036] 本発明は、前記可動子のプランジャー力半径方向外方に突出する突出部材の厚さと、前記永久磁石の厚さとの差は、突出部材の厚さの ± 15%以内であることを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0037] 本発明は、前記永久磁石は、前記可動子が前記第 1の固定子から離れて開放終端位置にあるとき、可動子のプランジャーから半径方向外方に突出する突出部材の近傍に配置されたことを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0038] 本発明は、前記第 1の固定子の第 1の中空板材と前記第 2の固定子の内円筒との間に空間が形成されていることを特徴とする電磁ァクチユエータである。

[0039] 本発明は、前記第 1の固定子の第 1の中空板材と前記第 2の固定子の内円筒との間の空間に、第 2のコイルを設けたことを特徴とする電磁ァクチユエータである。図面の簡単な説明

[0040] [図 1]本発明による電磁ァクチユエ一タの第 1の実施の形態を説明する断面図。

[図 2]本発明の第 1の実施の形態において、可動子が永久磁石により固着ラッチされた状態を説明する図。

[図 3]本発明の第 1の実施の形態において、ショートリングによりラッチ状態が解除される時の作用を説明する図。

[図 4]本発明の第 1の実施の形態において、第 1および第 2のコイルに通電してラッチ状態が解除される時の作用を説明する図。

[図 5]本発明の第 1の実施の形態において、ラッチ解除状態の電磁ァクチユエータの状態を説明する図。

[図 6]本発明の第 1の実施の形態において、第 1のコイルに通電してラッチ解除状態の可動子がポールピースに吸引される時の作用を説明する図。

[図 7]本発明の第 1の実施の形態において、第 1のコイルに通電してラッチ解除状態の可動子がポールピースに吸引されてラッチされる時の作用を説明する図。

[図 8]本発明による電磁ァクチユエ一タの第 2の実施の形態を説明する断面図。

[図 9]本発明の第 2の実施の形態において、可動子が永久磁石により固着ラッチされた状態を説明する図。

圆 10]本発明の第 2の実施の形態において、ショートリングによりラッチ状態が解除される時の作用を説明する図。

[図 11]本発明の第 2の実施の形態において、第 1および第 2のコイルに通電してラッチ状態が解除される時の作用を説明する図。

圆 12]本発明の第 2の実施の形態において、ラッチ解除状態の電磁ァクチユエータの状態を説明する図。

圆 13]本発明の第 2の実施の形態において、第 1のコイルに通電してラッチ解除状態の可動子がポールピースに吸引される時の作用を説明する図。

圆 14]本発明の第 2の実施の形態において、第 1のコイルに通電してラッチ解除状態の可動子がポールピースに吸引されてラッチされる時の作用を説明する図。

圆 15]本発明による電磁ァクチユエ一タの第 3の実施の形態を説明する断面図。圆 16]本発明の第 3の実施の形態において、可動子が永久磁石により固着ラッチされた状態を説明する図。

圆 17]本発明の第 3の実施の形態において、ショートリングによりラッチ状態が解除される時の作用を説明する図。

[図 18]本発明の第 3の実施の形態において、第 1および第 2のコイルに通電してラッチ状態が解除される時の作用を説明する図。

圆 19]本発明の第 3の実施の形態において、ラッチ解除状態の電磁ァクチユエータの状態を説明する図。

圆 20]本発明の第 3の実施の形態において、第 1のコイルに通電してラッチ解除状態の可動子がポールピースに吸引される時の作用を説明する図。

圆 21]本発明の第 3の実施の形態において、第 1のコイルに通電してラッチ解除状態の可動子がポールピースに吸引されてラッチされる時の作用を説明する図。

圆 22]本発明による電磁ァクチユエ一タの第 4の実施の形態を説明する断面図。圆 23]本発明の第 4の実施の形態において、可動子が永久磁石により固着ラッチされた状態を説明する図。

圆 24]本発明の第 4の実施の形態において、ショートリングによりラッチ状態が解除される時の作用を説明する図。

[図 25]本発明の第 4の実施の形態において、第 1および第 2のコイルに通電してラッチ状態が解除される時の作用を説明する図。

[図 26]本発明の第 4の実施の形態において、ラッチ解除状態の電磁ァクチユエータの状態を説明する図。

[図 27]本発明の第 4の実施の形態において、第 1のコイルに通電してラッチ解除状態の可動子がポールピースに吸引される時の作用を説明する図。

[図 28]本発明の第 4の実施の形態において、第 1のコイルに通電してラッチ解除状態の可動子がポールピースに吸引されてラッチされる時の作用を説明する図。

[図 29]本発明による電磁ァクチユエ一タの第 5の実施の形態を説明する断面図。

[図 30]本発明による電磁ァクチユエ一タの第 6の実施の形態を説明する断面図。

[図 31]本発明の第 6の実施の形態において、第 1のコイルに通電して可動子がポールピースに吸引される時の作用を説明する図。

[図 32]本発明の第 6の実施の形態において、第 1のコイルに通電して可動子が作動し、ポールピースに吸着完了した時の状態を説明する図。

[図 33]本発明の第 6の実施の形態において、第 2のコイルに通電してラッチ状態が解除される時の作用を説明する図。

[図 34]本発明による電磁ァクチユエ一タの第 7の実施の形態を説明する断面図。

[図 35]本発明の第 7の実施の形態において、第 1のコイルに通電して可動子がポールピースに吸引される時の作用を説明する図。

[図 36]本発明の第 7の実施の形態において、第 1のコイルに通電して可動子が作動し、ポールピースに吸着完了した時の状態を説明する図。

[図 37]本発明の第 7の実施の形態において、第 2のコイルに通電してラッチ状態が解除される時の作用を説明する図。

[図 38]従来の電磁ァクチユエータを説明する断面図。

[図 39]従来の電磁ァクチユエータを説明する断面図。

発明を実施するための最良の形態

(第 1の実施の形態）本発明による電磁ァクチユエ一タの第 1の実施の形態を図 1乃至図 7により説明する。

[0042] 図 1は本発明による電磁ァクチユエータの断面図であってラッチ解除状態を示している。

[0043] 電磁ァクチユエータは、第 1のコイル 31と、第 1のコイル 31の中心軸上を移動する可動子 2と、第 1のコイルの上下面、外周及び内側に配置されて第 1のコイル 31を保持し、前記可動子 2とともに第 1のコイル 31が発生する磁束を誘導するための磁気回路を構成する第 1の固定子 11と、第 1のコイル 31の同心上で可動子 2より離れた位置に設けられ、その磁束が前記可動子 2の移動方向と平行に着磁されたリング状の永久磁石 15と、前記第 1の固定子 11に連結され、前記永久磁石 15の磁束を前記可動子 2に誘導するための磁性材料力もなる第 2の固定子 12とを備えている。

[0044] 第 2の固定子 12の近傍には前記可動子 2の外周の空隙に第 1のコイル 31と同軸上に第 2のコイル 32が設けられ、また図示して、な、駆動機構の作用により第 2の固定子の内部を可動子 2と同一方向にショートリング 4が摺動するようになって、る。

[0045] 図 1において、可動子 2は磁性体で構成され、可動子 2は可動子 2の端部に取り付けられた非磁性の軸 5を介して可動子 2を下方に押し下げる負荷 Wに接続されている

[0046] 第 1の固定子 11は、全て磁性材料で構成されている。すなわち第 1の固定子 11は第 1のコイル 31の上端面を覆う板材 (第 1の板材） 112と、第 1の板材 112に連結され、第 1のコイル 31の中心近傍まで延びる凸型のポールピース 111と、第 1のコイル 31 の外周を覆う円筒（第 1の円筒） 113と、第 1のコイル 31の下端面を覆う中空板材 (第 1の中空板材） 114とを有している。ポールピース 111は、第 1のコイル 31の中心まで達する長さを最長長さとし、この最長長さから可動子 2のストローク Xの半分だけ短くした長さを最小長さとして、その間の所望長さに設定されている。

[0047] 第 2の固定子 12も、全て磁性材料で構成され、第 1の固定子 11の第 1の中空板材 114に接続する円筒（第 2の円筒） 121と、円筒 121に取り付けられた中空板材 (第 2 の中空板材） 122と、円筒 121内に配置されその内面 123aが可動子 2の外周にわず力な空隙を開けて近接する円筒（内円筒） 123とを有し、永久磁石 15は前記中空板材 122と円筒 123の間に固定されている。

[0048] 第 1の固定子 11の第 1の中空板材 114と第 2の固定子 12の内円筒 123との間には

、第 2のコイル 32が可動子 2を取り囲むように設けられて!/、る。

[0049] 図 1に示すように、高効率の電磁ァクチユエータを実現するため、ポールピース 111 と可動子 2の外径は同一となっており、ポールピース 111の A— A断面と可動子 2の B B断面それぞれの断面積もほぼ等しくなつている。

[0050] 本明細書にぉ、て「ほぼ等し、」とは、ずれか一方の値に対して ± 15%以内の差を指して言う事とする。第 1の板材 112の断面 C— Cに沿った円筒断面積と円筒 113 の断面 D— Dの断面積は、可動子 2の B— B断面の断面積とほぼ等、か 2倍以下となっている。

[0051] 第 1の中空板材 114の中空面 E— Eの断面積はポールピース 111の A— A断面の断面積とほぼ等しくなつている。また、第 1の中空板材 114の内面と可動子 2とのギヤップ G1は、ラッチ状態における永久磁石 15の磁束を効率的にポールピース 111と可動子 2の吸着面に集中させるため 3〜5mmが適当である。第 2の円筒 121の F—F 断面における断面積と、第 2の中空板材 122の G— G断面に沿った円筒断面積と、内円筒 123の H— H断面における断面積と、永久磁石 15の断面積は、可動子 2の B —B断面における断面積とほぼ等しくなつている。内円筒 123の対向面 J Jの面積は、可動子 2がポールピース 111に近接した状態で、可動子 2の B— B断面における断面積とほぼ等、かそれ以上とする。

[0052] 第 1のコイル 31の導体あるいは第 2のコイル 32の導体と、それらを囲む周囲の磁性体 112、 113、 114、 121、 123とのギャップ G2は、それぞれのコィノレ 31、 32力 S発生する磁束を効率よく利用できるよう、 3mm以下となっている。

[0053] 次にこのような構成力もなる実施の形態の作用について説明する。

[0054] 図 2に示すように、可動子 2とポールピース 111との間のギャップ X力Oあるいは極めて小さいとき、永久磁石 15に発生する磁束は矢印 61のように第 1の固定子 11と、第 2の固定子 12と、可動子 2との間に磁路を形成し、可動子 2にポールピース 111方向に吸引力 Pが発生し、負荷 Wに抗してラッチ状態となる。

[0055] 図 2の状態でショートリング 4を永久磁石 15の近傍にスライドさせると、永久磁石 15 が発生する磁束の一部が図 3の矢印 62のようにバイパスされ、ポールピース 111と可動子 2の間の磁束が減少し、吸引力 Pより負荷 Wが勝って、可動子 2のラッチ状態が解除され可動子 2が下降する。

[0056] また、図 2に示す状態で、図 4に示すように、第 1のコイル 31および第 2のコイル 32 のうち、一方あるいはその両方に永久磁石 15の磁束をうち消すように電流を流すと、第 1のコイル 31が発生する矢印 63で示す磁束、および第 2のコイル 32が発生する矢印 64で示す磁束により、可動子 2、第 1の固定子 11、および第 2の固定子 12の中を通る永久磁石 15による磁束 61が減少し、可動子 2に働、てヽた吸引力 Pより負荷 W が勝り、可動子 2のラッチ状態が解除され可動子 2が下降する。

[0057] また、図 5に示すように、可動子 2がラッチ解除状態でストローク Xだけポールピース 111から離れた状態では、可動子 2と第 1の中空板材 114との間の空隙の方が可動子 2とポールピース 111との距離より小さいため、永久磁石 15の磁束は矢印 65の様に磁路を形成して可動子 2に吸引力 Pは発生しない。

[0058] ここで図 6に示すように、第 1のコイル 31に電流を流して永久磁石 15の磁束と同方向に磁束を発生させると、磁束は矢印 66の様に流れ、可動子 2はポールピース 111 側へ吸着される。図 7に示すように、可動子 2がポールピース 111に吸着完了した状態で、永久磁石 15の磁束は矢印 61の状態になり、第 1のコイル 31の電流を切っても、図 2に示すように永久磁石 15が発生する磁束により可動子 2はポールピース 111に吸着したままの状態、即ちラッチ状態を保つことが出来る。

[0059] 以上のように本実施の形態によれば、いずれの状態においても永久磁石 15は、第 1のコイル 31あるいは第 2のコイル 32から発生する磁束により逆励磁されることがない。また、永久磁石 15、第 1のコイル 31、および第 2のコイル 32は、強磁性体製の第 1の固定子 11、第 2の固定子 12、および可動子 2によりほぼ囲まれているため、磁束が漏れることはない。

[0060] (第 2の実施の形態）

次に本発明の第 2の実施の形態を図 8乃至図 14により説明する。

[0061] 図 8乃至図 14に示す第 2の実施の形態において、図 1乃至図 7に示す第 1の実施の形態と同一部分には同一符号を符して詳細な説明は省略する。 [0062] 図 8乃至図 14において、可動子 2は磁性体で構成され第 1のコイル 31の中心軸上を移動するプランジャー 21と、負荷 Wに接続された非磁性の軸 5と反対側に設けられプランジャー 21から半径方向外方へ突出する磁性体の板材 (突出板材) 22とを有している。

[0063] 第 2の固定子 12のうち、第 2の円筒 121と第 2の中空板材 122とは第 1の実施の形態と同一構成であるが、内円筒 123は段部をなす受け部 124を有する 2段円筒形状となっている。

[0064] すなわちラッチ状態において、可動子 2の突出板材 22と内円筒 123の受け部 124 とが接触するようになって、る。

[0065] 以上の構成で、例えば永久磁石 15の N極が上、 S極が下を向くように配置されていたとすると、ポールピース 111には S極力内円筒 123の受け部 124には N極が現れ、ラッチ状態では SN2極で可動子 2を吸引することになる。

[0066] 図 8乃至図 14において高効率の電磁ァクチユエータを実現するため、ポールピース 111とプランジャー 21の外径は同一であり、かつポールピース 111の A— A断面とプランジャー 21の B' -B'断面はそれぞれほぼ等しい断面積を有する。

[0067] 第 1の板材 112の断面 C— Cに沿った円筒断面積と、第 1の円筒 113の断面 D— D の断面積は、プランジャー 21の B'— B'断面の断面積とほぼ等しいか 2倍以下となつている。第 1の中空板材 114の中空面 E—Eの断面積は、ポールピース 111の A— A 断面の断面積とほぼ等しくなつている。第 2の円筒 121の F—F断面における断面積と、第 2の中空板材 122の G— G断面に沿った円筒断面積と、内円筒 123の H— H断面における断面積と、永久磁石 15の断面積と、内円筒 123の J J断面に沿った円筒断面積と、可動子 2の板材 22の K K断面に沿った円筒断面積と、突出板材 22と内円筒 123の受け部 124が接触する面積 Q— Qは、プランジャー 21の B—B断面における断面積とほぼ等しくなつている。

[0068] また、第 1の中空板材 114の内面と可動子 2とのギャップ G1と、プランジャー 21と内円筒 123とのギャップ G3と、可動子 2の突出板材 22と内円筒 123のギャップ G4は、ラッチ状態における永久磁石 15の磁束を効率的にポールピース 111とプランジャー 21の間と可動子 2の突出板材 22と内円筒 123の受け部 124の間に収集させるため、ギャップ Glは 3〜5mm、ギャップ G3とギャップ G4は l〜5mmとなっている。

[0069] 次にこのような構成力もなる本実施の形態の作用について説明する。図 9に示すように、プランジャー 21とポールピース 111との間、および可動子 2の突出板材 22と内円筒 123の受け部 124との間のギャップ Xが 0あるいは極めて小さいとき、永久磁石 1 5が発生する磁束は矢印 71に示すように第 1の固定子 11と、第 2の固定子 12と、可動子 2に磁路を形成し、可動子 2にポールピース 111方向に吸引力 Pが発生し、負荷 Wに抗してラッチ状態となる。

[0070] また、図 9に示す状態でショートリング 4を永久磁石 15の近傍にスライドさせると、永久磁石 15が発生する磁束の一部が図 10の矢印 72のようにバイパスされ、ポールピース 111とプランジャー 21の間、および可動子 2の突出板材 22と内円筒 123の受け部 124との間の磁束が減少し、吸引力 Pより負荷 Wが勝り可動子 2のラッチ状態が解除され可動子 2が下降する。

[0071] また、図 9に示す状態で、図 11に示すように第 1のコイル 31および第 2のコイル 32 のうち一方、あるいはその両方に永久磁石 15の磁束をうち消すように電流を流すと、第 1のコイル 31が発生する矢印 73で示す磁束や、第 2のコイル 32が発生する矢印 7 4で示す磁束により、可動子 2、第 1の固定子 11、および第 2の固定子 12の中を通る永久磁石の磁束が減少し、可動子 2に働いていた吸引力 Pより負荷 Wが勝り可動子 2 のラッチ状態が解除され可動子 2が下降する。

[0072] また、図 12に示すように、プランジャー 21がラッチ解除状態でストローク Xだけポールピース 111から離れた状態では、プランジャー 21と第 1の中空板材 114および内円筒 123との空隙の方力プランジャー 21とポールピース 111との間、または可動子 2の突出板材 22と内円筒 123の受け部 124との間の距離より小さいため、永久磁石 15の磁束は主に矢印 75の様に磁路を形成するため可動子 2に吸引力 Pは発生しない。

[0073] ここで図 13に示すように、第 1のコイル 31に電流を流して永久磁石 15の磁束と同方向の磁束を発生させると、磁束は矢印 76の様に流れ、可動子 2はポールピース 11 1へと吸着される。図 14に示すように、可動子 2がポールピース 111および内円筒 12 3の受け部 124に吸着完了した状態で第 1のコイル 31の電流を切っても、図 9のように永久磁石 15により、可動子 2はポールピース 111と内円筒 123の受け部 124に吸着されたままの状態、即ちラッチ状態を保つことが出来る。

[0074] 以上のように本実施の形態によれば、いずれの状態においても永久磁石 15は、第 1のコイル 31あるいは第 2のコイル 32から発生する磁束により逆励磁されることがない。また、永久磁石 15、第 1のコイル 31、および第 2のコイル 32は強磁性体製の第 1 の固定子 11、第 2の固定子 12、および可動子 2でほぼ囲まれているため、磁束が漏れることはない。さらに、ラッチ時には永久磁石 15の SN2極で可動子 2を吸引するため、少ない永久磁石でラッチ力を確保できる。

[0075] (第 3の実施の形態）

次に本発明の第 3の実施の形態を図 15乃至図 21により説明する。図 15乃至図 21 において、図 1乃至図 7に示す第 1の実施の形態と同一部分には同一符号を符して詳細な説明は省略する。

[0076] 図 15乃至図 21において、永久磁石 15は第 1の固定子 11の第 1の中空板材 114に取り付けられている。そして、第 2の固定子 12は、円筒体 125を有し、この円筒体 12 5は永久磁石 15に当接するフランジ 125bを有している。円筒体 125の内面 125aは、可動子 2の外周にわずかな空隙を開けて近接している。第 2のコイル 32は第 2の固定子 12の円筒体 125内部に配置されている。またショートリング 4力円筒体 125のフランジ 125b付近力も永久磁石 15の外周付近まで摺動可能に設けられている。

[0077] 図 15乃至図 21に示すように、高効率の電磁ァクチユエータを実現するため、ポールピース 111と可動子 2の外径は同一であり、かつポールピース 111の A— A断面と、可動子 2の B— B断面はそれぞれほぼ等、断面積を有する。

[0078] 第 1の板材 112の断面 C— Cに沿った円筒断面積と、第 1の円筒 113の断面 D— D の断面積は、可動子 2の B— B断面の断面積とほぼ等しいか、 2倍以下となっている。第 1の中空板材 114の中空面 E— Eの断面積は、ポールピース 111の A— A断面の断面積とほぼ等しくなつている。円筒体 125の F—F断面に沿った円筒断面積は、永久磁石 15の断面積とほぼ等しくなつている。円筒体 125の内面 125aと可動子 2の対向面 J -Jの断面積は、可動子 2がポールピース 111に近接した状態で、可動子 2の B —B断面における断面積とほぼ等、かそれ以上となって、る。 [0079] また、第 1の中空板材 114の内面と可動子 2とのギャップ Glは、ラッチ状態における永久磁石 15の磁束を効率的にポールピース 111と可動子 2の吸着面に集中させるため 3〜5mmとなっている。第 1の中空板材 114の外径、永久磁石 15の外径、および円筒体 125のフランジ 125bの外径は互いに同一となっており、永久磁石 15と第 1 の中空板材 114の内径差 G5は 3mm以上となって!/、る。

[0080] 第 1のコイル 31の導体と周囲の磁性体 112、 113、 114との間隔は、第 1のコイル 3 1が発生する磁束を効率よく利用できるよう、 3mm以下となっている。また第 2のコィル 32とフランジ 125bを有する円筒体 125との間隔は、第 2のコイル 32が発生する磁束を効率よく利用できるよう、径方向、軸方向とも 3mm以下となっている。

[0081] 次にこのような構成力なる本実施の形態の作用について説明する。図 16に示すように、プランジャー 21とポールピース 111との間のギャップ X力 Oある!/、は極めて小さいとき、永久磁石 15が発生する磁束は矢印 81に示すように、第 1の固定子 11と、第 2の固定子 12と、可動子 2に磁路を形成し、可動子 2にポールピース 111方向に吸引力 Pが発生し、負荷 Wに抗してラッチ状態となっている。

[0082] また、図 16に示す状態でショートリング 4を永久磁石 15の近傍にスライドさせると、永久磁石 15が発生する磁束の一部が図 17の矢印 82のようにバイパスされ、ポールピース 111と可動子 2の間の磁束が減少し、吸引力 Pより負荷 Wが勝り、可動子 2のラツチ状態が解除され可動子 2が下降する。

[0083] また、図 16の状態で、図 18に示すように第 1のコイル 31および第 2のコイル 32のうち一方、あるいはその両方に永久磁石 15の磁束をうち消すように電流を流すと、第 1 のコイル 31が発生する矢印 83で示す磁束、および第 2のコイル 32が発生する矢印 8 4で示す磁束により、可動子 2、第 1の固定子 11、および第 2の固定子 12の中を通る永久磁石の磁束が減少し、可動子 2に働いていた吸引力 Pより負荷 Wが勝り、可動子 2のラッチ状態が解除され可動子 2が下降する。

[0084] また、図 19に示すように、可動子 2がラッチ解除状態でストローク Xだけポールピース 111から離れた状態では、可動子 2と第 1の中空板材 114との空隙の方が、可動子 2とポールピース 111との間の距離より小さいため、永久磁石 15の磁束は矢印 85の様に磁路を形成し、このため可動子 2に吸引力 Pは発生しない。 [0085] 図 20に示すように、第 1のコイル 31に電流を流して永久磁石 15の磁束と同方向の磁束を発生させると、磁束は矢印 86の様に流れ、可動子 2はポールピース 111へと吸着される。図 21に示すように、可動子 2がポールピース 111に吸着完了した状態で第 1のコイル 31の電流を切っても、図 16に示すように永久磁石 15が発生する磁束により可動子 2はポールピース 111に吸着したままの状態、即ちラッチ状態を保つことが出来る。

[0086] 以上のように本実施の形態によれば、いずれの状態においても永久磁石 15は、第 1のコイル 31あるいは第 2のコイル 32から発生する磁束によって逆励磁されることがない。また、永久磁石 15を電磁ァクチユエータの最外周に配置したことにより、磁束密度の小さい安価な磁石を使用でき、このため近年の高性能な磁石に代えて、安価な電磁ァクチユエータを提供できる。

[0087] (第 4の実施の形態）

次に本発明の第 4の実施の形態を図 22乃至図 28により説明する。図 22乃至図 28 において、図 1乃至図 7に示す第 1の実施の形態と同一部分には同一符号を符して詳細な説明は省略する。

[0088] 図 22乃至図 28において、可動子 2は実施例 2のものと同一の構成を有している。

すなわち可動子 2は磁性体で構成され第 1のコイル 31の中心軸上を移動するプランジャー 21と、負荷 Wに接続された非磁性の軸 5と反対側に設けられプランジャー 21 から半径方向へ突出する磁性体の板材 (突出板材) 22とを有している。第 2の固定子 12は中空板材 (第 3の中空板材） 126のみからなり、永久磁石 15は、第 1の固定子 1 1の中空板材 114と第 2の固定子 12の第 3の中空板材 126との間に挟まれて、る。第 3の中空板材 126は永久磁石 15の下側に現れる磁極から発せられる磁束を調整し、可動子 2の突出板材 22へ整えて流すように作用する。第 2のコイル 32は第 1の固定子 11の外側に配置され、ショートリング 4が第 3の中空板材 126付近力永久磁石 15の外周付近までに摺動可能に設けられている。

[0089] 図 22乃至図 28において、例えば永久磁石 15の S極が上、 N極が下を向くように配置されていたとすると、ポールピース 111には S極が、中空板材 126の下側には N極が現れ、ラッチ状態では SN2極で可動子 2を吸引することになる。 [0090] 図 22乃至図 28に示すように、高効率の電磁ァクチユエータを実現するため、ポールピース 111とプランジャー 21の外径は同一となっており、ポールピース 111の A— A断面と、プランジャー 21の B'—B'断面はそれぞれほぼ等しい断面積を有する。また板材 112の断面 C Cに沿った円筒断面積と、円筒 113の断面 D— Dの断面積は、プランジャー 21の B'—B'断面の断面積とほぼ等しいか、 2倍以下となっている。第 1の中空板材 114の中空面 E— Eの断面積は、ポールピース 111の A— A断面の断面積とほぼ等しくなつている。第 3の円筒 126の F—F断面に沿った円筒断面積と、可動子 2の突出板材 22の G— G断面に沿った円筒断面積と、突出板材 22と第 3の中空板材 126が接触する面積 H—Hは、永久磁石 15の断面積とほぼ等しくなつている。また、第 1の中空板材 114の中空面とプランジャー 21とのギャップ G1と、第 3の中空板材 126の中空面とプランジャー 21とのギャップ G3は、ラッチ状態における永久磁石 15の磁束を効率的にポールピース 111とプランジャー 21の吸着面および第 3の中空板材 126と可動子 2の突出板材 22の接触面に集中させるため、 G1は 3〜5mm、 G3は l〜5mmとなっている。さらに第 3の中空板材 114の外径と永久磁石 15の外径と、円筒 125のフランジの外径は同一となっている。永久磁石 15の内径は第 1の中空板材 114の内径より 3mm以上大きくなつている。

[0091] 第 1のコイル 31および第 2のコイル 32の導体と、周囲の磁性体 112、 113、 114、 1 26との間隔は、それぞれのコイル 31、 32が発生する磁束を効率よく利用できるよう、 3mm以下となっている。

[0092] 次にこのような構成力もなる本実施の形態の作用について説明する。

[0093] 図 23に示すように、プランジャー 21とポールピース 111との間のギャップ X力 Oあるいは極めて小さいとき、永久磁石 15が発生する磁束は矢印 91に示すように第 1の固定子 11と、第 2の固定子 12と、可動子 2に磁路を形成し、可動子 2にポールピース 1 11方向に吸引力 Pが発生し、負荷 Wに抗してラッチ状態となって、る。

[0094] また、図 23に示す状態でショートリング 4を永久磁石 15の近傍にスライドさせると、永久磁石 15が発生する磁束の一部が図 33の矢印 92のようにバイパスされる。このときポールピース 111と可動子 2の間の磁束が減少し、吸引力 Pより負荷 Wが勝り、可動子 2のラッチ状態が解除され可動子 2が下降する。 [0095] また、図 23の状態で、図 25に示すように第 1のコイル 31および第 2のコイル 32のうち一方、あるいはその両方に永久磁石 15の磁束をうち消すように電流を流すと、第 1 のコイル 31が発生する矢印 93で示す磁束、および第 2のコイル 32が発生する矢印 9 4で示す磁束により、可動子 2、第 1の固定子 11、および第 2の固定子 12の中を通る永久磁石の磁束が減少し、可動子 2に働いていた吸引力 Pより負荷 Wが勝り、可動子 2のラッチ状態が解除され可動子 2が下降する。

[0096] また、図 26に示すように、可動子 2がラッチ解除状態となってストローク Xだけポールピース 111から離れた状態では、プランジャー 21と第 1の中空板材 114や第 3の中空板材 126の空隙の方力プランジャー 21とポールピース 111や可動子 2の突出板材 22と第 3の中空板材 126との距離より小さいため、永久磁石 15の磁束は矢印 95 の様に磁路を形成し、このため可動子 2に吸引力 Pは発生しない。図 27に示すように、第 1のコイル 31に電流を流して永久磁石 15の磁束と同方向の磁束を発生させると、磁束は矢印 96の様に流れ、可動子 2はポールピース 111へと吸着される。図 28に示すように可動子 2がポールピース 111に吸着完了した状態で第 1のコイル 31の電流を切っても、図 23のように永久磁石 15の発生する磁束で可動子 2はポールピース 111に吸着したままの状態、即ちラッチ状態を保つことが出来る。

[0097] 以上のように本実施の形態によれば、いずれの状態においても永久磁石 15は、第 1のコイル 31あるいは第 2のコイル 32から発生する磁束によって逆励磁されることがない。また、永久磁石 15を電磁ァクチユエータの最外周に配置したことにより、磁束密度の小さい安価な磁石を使用でき、このため近年の高性能な磁石に代えて、安価な電磁ァクチユエータを提供できる。さらに、ラッチ時には永久磁石 15の SN2極で可動子 2を吸弓 Iするため、少な、永久磁石でラッチ力を確保できる。

[0098] (第 5の実施の形態）

次に本発明の第 5の実施の形態を図 29により説明する。第 5の実施の形態はコィルの配置を入れ替えたものであり、他は上述した第 1の実施の形態〜第 4の実施の形態と同一である。

[0099] 第 1〜第 4の実施の形態において、第 2のコイル 32を省略し、第 1のコイル 31に流す電流方向を切替える事により電磁ァクチユエータを作動させることが出来る。 [0100] また、図 29に示すように、第 2のコイル 32を第 1のコイル 31の外周部分に設けてもよい。図 29において、可動子 2をポールピース 111へ吸引するときは第 1のコイル 31 のみか、第 1と第 2のコイル 31、 32の両方かに電流を流す。一方、可動子 2の永久磁石 15によるラッチを解除するときは、第 1のコイル 31か第 2のコイル 32かあるいはその両方に電流をながして、電磁ァクチユエータを作動させる。

[0101] (第 6の実施の形態）

次に本発明の第 6の実施の形態を図 30乃至図 33により説明する。図 30乃至図 33 に示す第 6の実施の形態において、図 1乃至図 7に示す第 1の実施の形態と同一部分には同一符号を符して詳細な説明は省略する。

[0102] 図 30は本発明の第 6の実施の形態を示す電磁ァクチユエータの断面図であって、開放状態を示している。

[0103] 電磁ァクチユエータは、第 1のコイル 31と、第 1のコイル 31の中心軸上を移動する可動子 2と、第 1のコイル 31の上下面、外周及び内側に配置され、前記可動子 2とともに第 1のコイル 31が発生する磁束を誘導する磁気回路を構成する第 1の固定子 11 と、第 1のコイル 31の同心上に第 1のコイル 31から所定距離をおいて設けられ、磁束が前記可動子 2の移動方向と平行に着磁されたリング状の永久磁石 15と、前記第 1 の固定子 11に連続し、前記永久磁石 15の磁束を前記可動子 2に誘導する磁性材料で構成された第 2の固定子 12と、前記第 2の固定子 12内であって前記可動子 2の外周に設けられた第 2のコイル 32とを備えて、る。

[0104] このうち可動子 2は磁性体で構成され、可動子 2の端部に取り付けられた非磁性の軸 5により駆動される。

[0105] また第 1の固定子 11は、全て磁性材料で構成され、第 1のコイル 31の中心近傍より上側から上端面まで設けられた凸型のポールピース 111と、第 1のコイル 31の上端面を覆う第 1の板材 112と、第 1のコイル 31の外周を覆う第 1の円筒 113と、第 1のコィル 31の下端面を覆う第 1の中空板材 114とを有している。

[0106] 第 2の固定子 12も、全て磁性材料で構成され、第 1の固定子 11の第 1の中空板材 114に接続する第 2の円筒 121と、第 2の円筒 121に取り付けられた第 2の中空板材 122と、その内面 123aが可動子 2の外周にわずかな空隙を開けて近接する内円筒 1 23とを有している。永久磁石 15は第 2の中空板材 122と内円筒 123の間に固定されている。

[0107] 第 1の固定子 11の第 1の中空板材 114と第 2の固定子 122の内円筒 123との間には第 2のコイル 32が可動子 2を取り囲むように設けられて、る。

[0108] 次にこのような構成力もなる本実施の形態の作用について説明する。図 30に示すように、可動子 2とポールピース 111が離れていて、可動子 2の下側の端面近傍に永久磁石 15が配置されていると、永久磁石 15が発生する磁束は磁気抵抗の少ない磁性体である可動子 2の中を矢印 62のように通る。このとき、磁石 15により作用する上向きと下向きの磁気吸引力 71、 72が平衡して可動子 2はポールピース 111とのギヤップカ ¾となる位置で保持される。

[0109] 次に図 30の状態で第 1のコイル 31に電流を流し、図 31の矢印 61のように磁束を発生させる。この場合、可動子 2に第 1のコイル 31の電流の大きさに応じた上向きの力 7 3が作用し、可動子 2が上昇し始める。可動子 2が上昇すると、永久磁石 15により可動子 2に作用している上向きと下向きの磁気吸引力 71、 72の平衡状態が崩れ、下向きの磁気吸引力 72が可動子 2の上昇量に応じて急激に大きくなり、一定上昇量で飽和し、それ以上上昇すると急激に減少する。

[0110] この間、可動子 2の上昇量は、極めて微少となる。上向きの吸引力 73が永久磁石 1 5により生じる下向きの磁気吸引力 72の飽和した値を上回ると、可動子 2はポールピース 111とのギャップ Xが 0になるまで上昇する（図 32)。

[0111] 図 32は可動子 2とポールピース 111のギャップ Xが 0になり、可動子 2がポールピース 111に吸着して、る状態を示して、る。この状態で永久磁石 15が発生する磁束は主に矢印 63のように、内円筒 123の内面から可動子 2の外面に入り上面からポールピース 111の端面に入った後に第 1の固定子 11の第 1の板材 112、第 1の円筒 113 、第 1の中空板材 114、第 2の固定子 12の第 2の円筒 121、第 2の中空板材 122を通つた後に再び永久磁石 15に戻る経路をたどる。永久磁石 15の吸引力 74は可動子 2 の端面に作用するため、第 1のコイル 31の電流を切っても、可動子 2はポールピース 111に吸着したままの状態、即ちラッチ状態を保つことができる。

[0112] 次に図 32に示す状態から図 33に示すように可動子 2の軸 5に負荷 Wを作用させ、第 2のコイル 32に矢印 63で示すような永久磁石 15の磁束をうち消すように電流を流す。このとき第 2のコイル 32が発生する矢印 64で示す磁束により、可動子 2、第 1の固定子 11、および第 2の固定子 12の中を通る永久磁石 15の磁束が減少し、可動子 2 に働いていた吸引力 Pに比べて負荷 Wが勝り可動子 2のラッチ状態が解除され可動子 2が下降する。

[0113] 以上のように本実施の形態によれば、いずれの状態においても、永久磁石 15が第 1のコイル 31あるいは第 2のコイル 32に発生する磁束により逆励磁されることはない。また、永久磁石 15、および第 1のコイル 31、第 2のコイル 32が、強磁性体製の第 1の固定子 11、第 2の固定子 12、および可動子 2により囲まれているため、磁束が漏れることはない。また、それぞれ独立した第 1のコイル 31および第 2のコイル 32に個別に電流を印可して可動子 2を作動させるため、単純な電源により可動子 2を作動させることができ、この作動方向を高速度に切り換える事も容易に行える。また、ァクチユエータを解放状態で可動子 2の近傍に永久磁石 15を配置したので、可動子 2との間で回路を作る永久磁石 15の磁束により、可動子 2に働く電磁吸引力を平衡状態に保つことができ、これにより可動子 2がポールピース 111とギャップ Xを開けた状態で保持される。

[0114] 以上のように電磁ァクチユエータは、第 1のコイル 31と第 1のコイル 31の中心軸上を移動する可動子 2と、第 1のコイル 31の上面、下面、および外周面に設けた第 1の固定子 11と、可動子 2をその作動終端位置で前記第 1の固定子 11に吸着して固着ラッチする永久磁石 15とを備えている。永久磁石 15は、可動子 2が第 1の固定子 11から離れて開放終端位置にある状態で可動子 2の近傍に配置されている。このため開放終端位置に有る可動子 2を永久磁石 15の磁力で固着することができる。また、作動終端位置に有る可動子 2を解放するとき、永久磁石 15に直接逆励磁せず前記永久磁石 15が減磁することはなぐまた、永久磁石 15や第 1のコイル 31による磁束漏れを少なくすることが出来る。

[0115] (第 7の実施の形態）

次に本発明の第 7の実施の形態を図 34乃至図 37により説明する。図 34乃至図 37 に示す第 7の実施の形態において、図 1乃至図 7に示す第 1の実施の形態と同一部分には同一符号を符して詳細な説明は省略する。

[0116] 図 34は本発明の第 7の実施の形態を示す電磁ァクチユエータの断面図であって、開放状態を示している。

[0117] 可動子 2は磁性体で構成され、第 1のコイル 31の中心軸上を移動する磁性体からなるプランジャー 21と、プランジャー 21のうち軸 5と反対側に設けられ、プランジャー 21から半径方向外方に突出する突出板材 25とを有している。突出板材 22の厚さと、永久磁石 15の厚さとの差は、突出板材 25の厚さの ± 15%以内となっている。

[0118] 第 2の固定子 12のうち、第 2の円筒 121と第 2の中空板材 122は第 1の実施の形態と同一の構成を有して、るが、内円筒 123は段部をなす受け部 124を有する 2段円筒形状となっている。

[0119] 可動子 2のプランジャー 21とポールピース 111が接触すると、可動子 2の突出板材 22と内円筒 123の受け部 124とが接触するようになっている。

[0120] また永久磁石 15は、たとえば N極が上、 S極が下を向くように配置されている。この場合、可動子 2の突出板材 22が磁石 15から離れているとき、ポールピース 111には S極が、円筒 123の受け部 124には N極が現れ、可動子 2の突出板材 22が磁石 15 近傍にあってラッチ状態では S極と N極によって可動子 2を吸引することになる。

[0121] 次にこのような構成力もなる本実施の形態の作用について説明する。

[0122] 図 34において、可動子 2のプランジャー 21がポールピース 111と離れていて、可動子 2の突出板材 22が永久磁石 15の近傍に有る。このとき、永久磁石 15が発生する磁束は、磁気抵抗の少ない磁性体力もなる可動子 2の突出板材 11の中を矢印 62に示すように通り、可動子 2は磁石 15により作用する上向きと下向きの磁気吸引力 71、 72が平衡してポールピース 111とのギャップが Xとなる位置で保持される。

[0123] 図 34に示す状態で第 1のコイル 31に電流を流し、図 35の矢印 61に示すように磁束を発生させる。このとき、可動子 2に第 1のコイル 31の電流の大きさに応じた上向きの力 73が作用し、可動子 2が上昇し始める。可動子 2が上昇すると、永久磁石 15により可動子 2に作用している上向きと下向きの磁気吸引力 71、 72の平衡状態が崩れ、下向きの磁気吸引力 72が可動子 2の上昇量に応じて急激に大きくなり、一定上昇量で飽和し、それ以上上昇すると急激に減少する。 [0124] この間、可動子 2の上昇量は、極めて微小である。上向きの吸引力 73が永久磁石 1 5により生じる下向きの磁気吸引力 72の飽和した値を上回ると、可動子 2はポールピース 111とのギャップ Xが 0になるまで上昇する（図 36)。

[0125] 図 36は可動子 2とポールピース 111のギャップ Xが 0になり、プランジャー 21がポールピース 111に吸着して、る状態を示して、る。この状態で永久磁石 15が発生する磁束は主に矢印 63のように内円筒 123の受け部 124から可動子 2の突出板材 22に入りプランジャー 21からポールピース 111の端面に入った後に第 1の固定子 11の第 1の板材 112、第 1の円筒 113、第 1の中空板材 114、第 2の固定子 12の第 2の円筒 121、第 2の中空板材 122を通った後に再び永久磁石 15に戻る経路をたどる。永久磁石 15の吸引力 74はプランジャー 21の端面と突出板材 22と受け部 124の接触面に作用するため、第 1のコイル 31の電流を切っても、プランジャー 21はポールピース 111に、可動子 2の板材 22は円筒 123の受け部 124にそれぞれ吸着したままの状態を保持できる。

[0126] 次に、図 36に示す状態から図 37のように可動子 2の軸 5に負荷 Wを作用させ、第 2 のコイル 32に矢印 63で示すような永久磁石 15の磁束をうち消すように電流を流す。このとき、第 2のコイル 32が発生する矢印 64で示す磁束により、可動子 2、第 1の固定子 11、および第 2の固定子 12の中を通る永久磁石 15の磁束が減少し、可動子 2 に働いていた吸引力 Pに比べて負荷 Wが勝り可動子 2のラッチ状態が解除され可動子 2が下降する。

[0127] 以上説明したように、本実施の形態によれば、いずれの状態においても、永久磁石 15が第 1のコイル 31あるいは第 2のコイル 32に発生する磁束により逆励磁されることはない。また、永久磁石 15、及び第 1のコイル 31、第 2のコイル 32が、強磁性体製の第 1の固定子 11、第 2の固定子 12、および可動子 2でほぼ囲まれているため、磁束が漏れることはない。また、それぞれ独立した第 1のコイル 31、および第 2のコイル 32 に個別に電流を印可して可動子 2を作動させるため、単純な電源により可動子を作動させることができ、この作動方向を高速度に切り換える事も容易に行える。また、ァクチユエータを開放状態で可動子 2の近傍に永久磁石 15を配置したので、可動子 2 との間で回路を作る永久磁石 15の磁束により、可動子 2に働く電磁吸引力を平衡状態に保つことができる。これにより可動子 2がポールピース 111とギャップ Xを開けた状態で保持される。

Claims

請求の範囲

[1] 第 1のコイルと、

第 1のコイルの中心軸に沿って移動する円筒状の可動子と、

第 1のコイルの上面に設けられた第 1の板材と、第 1のコイルの下面に設けられた第 1の中空板材と、第 1のコイルの外周面を覆う第 1の円筒とを有する第 1の固定子と、可動子を移動端部で固着する永久磁石と、

第 1の固定子に連続して設けられ、永久磁石の磁束を制御する第 2の固定子と、を備えたことを特徴とする電磁ァクチユエータ。

[2] 第 2の固定子は第 1の固定子の第 1の中空板材に連続する第 2の円筒と、第 2の円筒の永久磁石側端部に設けられた第 2の中空板材と、第 2の円筒内に配置された内円筒とを有することを特徴とする請求項 1記載の電磁ァクチユエータ。

[3] 可動子はプランジャーと、プランジャー力半径方向外方に突出する突出板材とを有し、内円筒にこの突出板材を受ける受け部を設けたことを特徴とする請求項 2記載の電磁ァクチユエータ。

[4] 永久磁石は第 1の固定子の第 1の中空板材に設けられ、第 2の固定子は永久磁石に当接するフランジ部を有する円筒体を有することを特徴とする請求項 1記載の電磁ァクチユエータ。

[5] 永久磁石は第 1の固定子の第 1の中空板材に設けられ、第 2の固定子は永久磁石に当接する第 3の中空板材を有することを特徴とする請求項 1記載の電磁ァクチユエータ。

[6] 永久磁石の近傍に、永久磁石の磁束をショートさせるショートリングが設けられていることを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれか記載の電磁ァクチユエータ。

[7] 第 1のコイルの中心に、第 1の板材に連結されたポールピースを設けたことを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれかに記載の電磁ァクチユエータ。

[8] ポールピースの長さは、第 1のコイルの中心まで達する最長長さと、この最長長さから可動子のストロークの半分だけ短くした最小長さとの間に設定されたことを特徴とする請求項 7に記載の電磁ァクチユエータ。

[9] 可動子の外径と、前記ポールピースの外径との差は、可動子の外径の ± 15%以内であることを特徴とする請求項 7または 8のいずれかに記載の電磁ァクチユエータ。

[10] 可動子の断面積と、前記ポールピースの断面積との差は、可動子の断面積の ± 15 %以内であることを特徴とする請求項 7乃至 9のいずれかに記載の電磁ァクチユエ一タ。

[11] 第 1の板材のうち可動子の外径と、同一径の円筒状断面積は、可動子の断面積と同一か 2倍以内であることを特徴とする請求項 1乃至 10のいずれかに記載の電磁ァクチユエータ。

[12] 第 1のコイルの外周を覆う第 1の円筒の断面積は、可動子の断面積と同一か 2倍以内であることを特徴とする請求項 1乃至 11のいずれかに記載の電磁ァクチユエータ。

[13] 第 1の中空板材の中空面の断面積と、可動子の断面積との差は、第 1の中空板材の中空面の断面積の ± 15%以内であることを特徴とする請求項 1乃至 12のいずれかに記載の電磁ァクチユエータ。

[14] 前記第 2の固定子のうち永久磁石の磁束に垂直な断面積と、永久磁石の断面積との差は、第 2の固定子の断面積の ± 15%以内であることを特徴とする請求項 1乃至 1

3の!、ずれかに記載の電磁ァクチユエータ。

[15] 前記第 1のコイルと第 1の固定子との間のギャップは、 3mm以内であることを特徴とする請求項 1乃至 14のいずれかに記載の電磁ァクチユエータ。

[16] 前記第 1の固定子の第 1の中空板材の中空面と、可動子の外周面とのギャップは、

3mmから 5mmであることを特徴とする請求項 1乃至 15のいずれかに記載の電磁ァクチユエータ。

[17] 可動子の突出板材の断面積と、プランジャーの断面積との差は、突出板材の断面積の ± 15%以内であることを特徴とする請求項 3乃至 16のいずれかに記載の電磁ァクチユエータ。

[18] 可動子の突出板材の断面積と、第 2円筒の受け部の内周面の断面積との差は、突出板材の断面積の ± 15%以内であることを特徴とする請求項 3乃至 17のいずれかに記載の電磁ァクチユエータ。

[19] 可動子のプランジャーの外周面と、第 2の固定子との間のギャップは lmmから 5m mであることを特徴とする請求項 3乃至 18のいずれかに記載の電磁ァクチユエータ。

[20] 第 1のコイルと同軸上に第 2のコイルを設けたことを特徴とする請求項 1乃至 19のいずれかに記載の電磁ァクチユエータ。

[21] 第 1のコイルと第 2のコイルは半径方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項 20に記載の電磁ァクチユエータ。

[22] 第 1のコイルと、

第 1のコイルの上面に設けられた第 1の板材と、第 1のコイルの下面に設けられた第 1の中空板材と、第 1のコイルの外周面を覆う第 1の円筒とを有する第 1の固定子と、前記可動子をその作動終端位置で前記第 1の固定子に吸着して固着ラッチする永久磁石と、

前記第 1の固定子に連続して設けられ、前記永久磁石の発する磁束を制御する第 2の固定子とを備え、

前記永久磁石は、前記可動子が前記第 1の固定子から離れて開放終端位置にあるとき、可動子の近傍に位置することを特徴とする電磁ァクチユエータ。

[23] 第 2の固定子は第 1の固定子の第 1の中空板材に連続する第 2の円筒と、第 2の円筒の永久磁石側端部に設けられた第 2の中空板材と、第 2の円筒内に配置された内円筒とを有することを特徴とする請求項 22記載の電磁ァクチユエータ。

[24] 前記永久磁石は、前記可動子が前記第 1の固定子から離れて開放終端位置にあるとき、可動子の開放終端側の端部近傍に配置されたことを特徴とする請求項 22記載の電磁ァクチユエータ。

[25] 可動子はプランジャーと、プランジャー力半径方向外方に突出する突出板材とを有し、内円筒にこの突出板材を受ける受け部を設けたことを特徴とする請求項 22記載の電磁ァクチユエータ。

[26] 前記可動子のプランジャーから半径方向外方に突出する突出部材の厚さと、前記永久磁石の厚さとの差は、突出部材の厚さの ± 15%以内であることを特徴とする請求項 25記載の電磁ァクチユエータ。

[27] 前記永久磁石は、前記可動子が前記第 1の固定子から離れて開放終端位置にあるとき、可動子のプランジャーから半径方向外方に突出する突出部材の近傍に配置されたことを特徴とする請求項 25または 26のいずれか記載の電磁ァクチユエータ。

[28] 前記第 1の固定子の第 1の中空板材と前記第 2の固定子の内円筒との間に空間が形成されてヽることを特徴とする請求項 22乃至 27のヽずれか記載の電磁ァクチユエータ。

[29] 前記第 1の固定子の第 1の中空板材と前記第 2の固定子の内円筒との間の空間に、第 2のコイルを設けたことを特徴とする請求項 28記載の電磁ァクチユエータ。