(57)【要約】  センサコア（８）が、プランジャ（５ａ，５ｂ）におけるボス（６ａ，６ｂ）とは反対側の端部側でかつプランジャ（５ａ，５ｂ）の移動方向に垂直な平面（Ｐ１）に配置されている。磁気センサ（９）が、平面（Ｐ１）内における磁気回路（Ａ）の漏れ磁束の磁路（Ａ３）から外れた位置に配置されている。
2018011883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体のケース、前記ケース内に設けられた磁性体のコア、前記ケースに設けられて、前記コアと軸方向に対向する磁性体のボス、前記コアの外周に設けられたコイル、および前記コアの内周に設けられて、前記コイルへの通電により発生する磁束により前記ボスとの間に軸方向の磁気吸引力が作用して移動するプランジャを有する、複数のソレノイド部と、
前記ソレノイド部ごとに設けられたセンサマグネット、前記センサマグネットの磁束が流れる磁性体のセンサコア、および前記センサコアを流れかつ前記プランジャの位置によって変化する磁束を検出する単一の磁気センサを有する、磁気センサ回路と
を備え、
前記センサコアは、前記プランジャにおける前記ボスとは反対側の端部側でかつ当該プランジャの移動方向に垂直な平面に配置され、
前記磁気センサは、前記平面内における、前記コイルへの通電により発生してかつ前記センサコアを流れる漏れ磁束の磁路から外れた位置に配置されていること
を特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記センサマグネットは、前記プランジャにおける前記ボスとは反対側の端部側で前記センサコアに固定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。
【請求項３】
前記センサマグネットは、前記プランジャにおける前記ボスとは反対側の端部に取り付けられて前記プランジャとともに移動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。
【請求項４】
前記センサマグネットは、円柱形状であ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。
【請求項５】
前記センサマグネットは、角柱形状であ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。
【請求項６】
前記センサマグネットの端面の直径は、前記センサマグネットの外周部に対向する前記センサコアの面の幅よりも大きいことを特徴とする請求項４記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
前記センサコアは、
３本以上の脚を有する第１のセンサコア部と、
３本以上の脚を有し、前記第１のセンサコア部との間で前記３本以上の脚のうちの１本の脚同士を前記磁気センサを挟むように対向させ、残りの脚同士を前記センサマグネットを挟むように対向させて配置された第２のセンサコア部と
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。
【請求項８】
前記第１のセンサコア部と前記第２のセンサコア部との内脚の対向面積は、外脚の対向面積よりも小さいことを特徴とする請求項７記載の電磁アクチュエータ。
【請求項９】
前記センサコアは、積層鋼板で構成されていることを特徴とする請求項７記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１０】
前記センサマグネットは、円柱形状であることを特徴とする請求項３記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１１】
前記センサマグネットは、角柱形状であることを特徴とする請求項３記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１２】
前記センサマグネットは、多極マグネットであり、
前記プランジャとともに前記多極マグネットが移動することで、前記センサコアを流れる磁束の向きが変わること
を特徴とする請求項３記載の電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プランジャの位置を検出する機能を有した電磁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載される電磁アクチュエータは、コイル、ヨーク、プラグナット、コア、バネ、第１のマグネット、第２のマグネットおよび磁気センサを備えている。
コイルは、通電により起磁力を発生する。ヨークは、コイルを囲むように設けられた部材である。プラグナットは、コイルの中心軸上の一方の端部に固定される。コアは、プラグナットと同軸にコイル内に設けられて、プラグナットと係合する位置と、プラグナットから離れた位置との間を移動する。また、バネは、プラグナットとコアとの間に設けられて、コアをプラグナットから離れる方向に付勢する。【０００３】
第１のマグネットおよび第２のマグネットは、コアの位置検出に用いられるマグネットである。第１のマグネットは、第２のマグネットよりも大きく、コイルの軸線の一方側でヨークの一部に挟まれた状態になっている。また、第２のマグネットは、コイルの軸線の他方側でヨークの一部に挟まれた状態になっている。磁気センサは、コアの位置に応じて変化する磁束密度を検出するセンサであり、第２のマグネット側に設けられている。【０００４】
コイルへの通電がない初期状態のコアは、バネの付勢力でプラグナットから離れた位置に保持されている。このとき、磁気センサに検出される磁束は、第１のマグネットからの磁束が支配的である。コイルへの通電でコアに軸方向の電磁力が働くと、コアは、プラグナット側に移動してプラグナットと係合する。コアとプラグナットとが係合している状態で、磁気センサに検出される磁束は、第２のマグネットからの磁束が支配的となる。
第１のマグネットと第２のマグネットは、互いの磁束の向きが反対になるようにコイルの軸線の両側にそれぞれ配置されているので、磁束の向きからコアの位置が検出される。
なお、以降では、前述したコアをプランジャと言い換える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９４３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載される電磁アクチュエータでは、１つのプランジャの位置を検出するために２つのマグネットが必要であり、さらに１つの磁気センサで複数のプランジャの位置を検出することができない。
従って、特許文献１に記載された構造を、複数のプランジャを備える電磁アクチュエータに適用した場合、プランジャの２倍の個数のマグネットが必要となり、また複数の磁気センサが必要になる。このため、部品点数が増加する上、これに伴ってアクチュエータ自体が大型化するという課題があった。【０００７】
この発明は上記課題を解決するもので、複数のプランジャを備えても、部品点数の低減と、大型化を抑制することができる電磁アクチュエータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電磁アクチュエータは、複数のソレノイド部および磁気センサ回路を備える。ソレノイド部は、磁性体のケース、ケース内に設けられた磁性体のコア、ケースに設けられて、コアと軸方向に対向する磁性体のボス、コアの外周に設けられたコイル、およびプランジャを有する。プランジャは、コアの内周に設けられ、コイルへの通電により発生する磁束によりボスとの間に軸方向の磁気吸引力が作用して移動する。磁気センサ回路は、ソレノイド部ごとに設けられたセンサマグネット、センサマグネットの磁束が流れる磁性体のセンサコア、およびセンサコアを流れかつプランジャの位置によって変化する磁束を検出する単一の磁気センサを有する。
この構成において、センサコアは、プランジャにおけるボスとは反対側の端部側でかつ当該プランジャの移動方向に垂直な平面に配置され、磁気センサは、平面内における、コイルへの通電により発生してかつセンサコアを流れる漏れ磁束の磁路から外れた位置に配置されている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、センサコアが、プランジャにおけるボスとは反対側の端部側でかつ当該プランジャの移動方向に垂直な平面に配置されるので、センサコアにセンサマグネットの磁束が循環する。さらに、磁気センサが、この平面内における、コイルへの通電により発生しかつセンサコアを流れる漏れ磁束の磁路から外れた位置に配置されているので、コイルへの通電により発生した漏れ磁束の影響を低減できる。これにより、複数のプランジャを備えていても、単一の磁気センサで複数のプランジャの位置を検出できるため、部品点数の低減と、大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電磁アクチュエータを示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る電磁アクチュエータを、図１のａ−ａ線で切った様子を示す断面斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る電磁アクチュエータにおける磁気センサ回路を示す図である。
【図４】実施の形態１におけるソレノイド部の動作状態と磁気センサがある箇所の磁束密度との関係を示すグラフである。
【図５】実施の形態１における磁気センサ回路の変形例を示す図である。
【図６】図５の磁気センサ回路を備えた電磁アクチュエータにおけるソレノイド部の動作状態と磁気センサがある箇所の磁束密度との関係を示すグラフである。
【図７】この発明の実施の形態２に係る電磁アクチュエータを示す断面斜視図である。
【図８】図８Ａは、シャフトの端部にセンサマグネットを取り付ける構造の一例を示す断面図であり、図８Ｂは、シャフトの端部にセンサマグネットを取り付ける構造の別の例を示す断面図である。
【図９】実施の形態２に係る電磁アクチュエータにおける磁気センサ回路を示す斜視図である。
【図１０】センサマグネットがプランジャとともに移動する様子を示す側面図である。
【図１１】実施の形態２におけるソレノイド部の動作状態と磁気センサがある箇所の磁束密度との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２Ａは、実施の形態１におけるセンサマグネットとセンサコアとの関係を示す図である。図１２Ｂは、この発明の実施の形態３に係る電磁アクチュエータにおけるセンサマグネットとセンサコアとの関係を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係る電磁アクチュエータのセンサマグネットを示す斜視図である。
【図１４】図１４Ａは、実施の形態４における磁気センサ回路を示す斜視図（ソレノイド部の動作状態がＯＮ／ＯＮ）である。図１４Ｂは、実施の形態４における磁気センサ回路を示す斜視図（ソレノイド部の動作状態がＯＮ／ＯＦＦ）である。図１４Ｃは、実施の形態４における磁気センサ回路を示す図（ソレノイド部の動作状態がＯＦＦ／ＯＦＦ）である。
【図１５】実施の形態４におけるソレノイド部の動作状態と磁気センサがある箇所の磁束密度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明をより詳細に説明するため、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を示す斜視図である。図２は、電磁アクチュエータ１を、図１のａ−ａ線で切った様子を示す断面斜視図である。
電磁アクチュエータ１は、隣り合って配置された２つのソレノイド部と、ソレノイド部の上部に配置された磁気センサ回路を備えて構成される。これらのソレノイド部のうちの一方のソレノイド部は、ケース２ａ、コア３ａ、コイル４ａ、プランジャ５ａ、ボス６ａおよびばね１０ａを備え、他方のソレノイド部は、ケース２ｂ、コア３ｂ、コイル４ｂ、プランジャ５ｂ、ボス６ｂおよびばね１０ｂを備える。また、磁気センサ回路は、センサマグネット７ａ，７ｂ、センサコア８および磁気センサ９を備えて構成される。
【００１２】
ケース２ａ，２ｂは、磁性体で構成されており、図２に示すように、コア３ａ，３ｂの上端部とプランジャ５ａ，５ｂの上端部が通る穴部を有している。プランジャ５ａ，５ｂは、この穴部の軸ａ１，ｂ１に沿って移動する。コア３ａ，３ｂは、プランジャ５ａ，５ｂが内周側に配置された筒状の部材であり、ケース２ａ，２ｂと同様に磁性体で構成されている。コイル４ａ，４ｂは、コア３ａ，３ｂの外周側に設けられた図示しないボビンに巻回された電磁コイルである。
【００１３】
プランジャ５ａ，５ｂは、磁性体で構成された筒状の部材である。また、ボス６ａ，６ｂは、ケース２ａ，２ｂに設けられてコア３ａ，３ｂと軸ａ１，ｂ１方向に対向する部材であり、磁性体で構成されている。
ばね１０ａ，１０ｂは、図２に示すように、プランジャ５ａ，５ｂとボス６ａ，６ｂとの間に設けられた非磁性体のコイルばねである。プランジャ５ａ，５ｂは、コイル４ａ，４ｂが通電されていない状態で、ばね１０ａ，１０ｂにより矢印ＢのＯＦＦ方向、すなわち、ボス６ａ，６ｂから離れる方向に付勢されている。
【００１４】
例えば、コイル４ａのみが通電されると、コイル４ａで発生する磁束が、コア３ａからプランジャ５ａ、ボス６ａ、ケース２ａ、コア３ａの順で流れる推力発生用の磁気回路Ａが形成される。この磁気回路Ａによって、プランジャ５ａは、ボス６ａとの間に軸方向の磁気吸引力が発生する。これにより、プランジャ５ａは、矢印ＢのＯＮ方向、すなわち、ボス６ａ側に移動して、可動域の下端位置で保持される。
【００１５】
なお、ソレノイド部の動作状態としては、下記の３状態が考えられる。
まず、コイル４ａ，４ｂの両方が通電されていない状態（以下、ＯＦＦ／ＯＦＦと記載する）、一方のコイルが通電されている状態（以下、ＯＮ／ＯＦＦ、ＯＦＦ／ＯＮと記載する）、両方のコイルが通電されている状態（以下、ＯＮ／ＯＮと記載する）である。
【００１６】
ＯＦＦ／ＯＦＦの状態では、プランジャ５ａ，５ｂの両方が、ばね１０ａ，１０ｂからの付勢力のみを受けている。これにより、プランジャ５ａ，５ｂは、上端部がセンサマグネット７ａ，７ｂに近接した位置、すなわち可動域の上端位置に保持される。なお、図２は、ＯＦＦ／ＯＦＦの状態である。
ＯＮ／ＯＦＦまたはＯＦＦ／ＯＮの状態では、プランジャ５ａ，５ｂのうちの一方が、可動域の上端位置に保持され、他方が、可動域の下端位置に保持されている。
ＯＮ／ＯＮの状態では、プランジャ５ａ，５ｂの両方が、コイル４ａ，４ｂへの通電により発生する磁束によって可動域の下端位置に保持される。
電磁アクチュエータ１では、これらの３状態を判別してプランジャ５ａ，５ｂの位置を検出している。
【００１７】
図３は、電磁アクチュエータ１における磁気センサ回路を示す図である。図３の上部に電磁アクチュエータ１の上面図を記載している。また、電磁アクチュエータ１における、磁気センサ回路、プランジャ５ａ，５ｂおよびボス６ａ，６ｂをＢ１方向からみた様子を下部の中央に記載し、Ｂ２方向からみた様子を下部の左側に記載し、Ｂ３方向からみた様子を下部の右側に記載している。
【００１８】
センサマグネット７ａ，７ｂは、図３に示すように、プランジャ５ａ，５ｂの上部側、すなわち、ボス６ａ，６ｂとは反対側の端部側に配置された角柱形状の永久磁石である。
センサコア８は、第１のセンサコア部８ａと第２のセンサコア部８ｂとから構成され、プランジャ５ａ，５ｂにおけるボス６ａ，６ｂとは反対側の端部側でかつプランジャ５ａ，５ｂの移動方向に垂直な平面Ｐ１内に配置されている。
【００１９】
第１のセンサコア部８ａは、図１および図３に示すように、基部となる棒状の部材から同じ方向に２本の外脚と１本の内脚とが延びた略Ｍ字形状の部材であって、磁性体で構成されている。第２のセンサコア部８ｂも同様に、２本の外脚と１本の内脚とを有した略Ｍ字形状の部材であり、磁性体で構成されている。
第１のセンサコア部８ａと第２のセンサコア部８ｂは、センサマグネット７ａ，７ｂを挟むように外脚同士を対向させ、磁気センサ９を挟むように内脚同士を対向させて配置されている。なお、第１のセンサコア部８ａと第２のセンサコア部８ｂは、内脚を境として左右対称に形成されており、一方の外脚と内脚との間の距離と、他方の外脚と内脚との間の距離とは略等しくなっている。
【００２０】
また、実施の形態１に係る電磁アクチュエータ１では、センサマグネット７ａ，７ｂがプランジャ５ａ，５ｂにおけるボス６ａ，６ｂとは反対側の端部側でセンサコア８に固定されている。例えば、センサマグネット７ａ，７ｂは、第１のセンサコア部８ａの外脚と第２のセンサコア部８ｂの外脚との間に樹脂で一体化されてもよい。
【００２１】
このように、センサマグネット７ａ，７ｂを外脚同士の間に固定して配置することで、プランジャ５ａ，５ｂに取り付けるときの位置決めが不要となり、電磁アクチュエータ１の組み立てが容易になる。さらに、センサマグネット７ａ，７ｂをプランジャ５ａ，５ｂに取り付けないので、プランジャ５ａ，５ｂ自体が軽量となり、応答性が向上する。
また、センサマグネット７ａ，７ｂがプランジャ５ａ，５ｂとともに移動しないため、信頼性が向上する。
【００２２】
磁気センサ９は、センサコア８を流れかつプランジャ５ａ，５ｂの位置によって変化する磁束を検出する。また、磁気センサ９は、第１のセンサコア部８ａの内脚と第２のセンサコア部８ｂの内脚との間に設けられる単一の磁気センサである。
なお、第１のセンサコア部８ａと第２のセンサコア部８ｂとは、積層鋼板で構成された部材であってもよい。この場合、積層鋼板を略Ｍ字形状に打ち抜くだけでよいことから、金属材の削り出しよりも加工が容易であり、製造コストの低減を図ることができる。
【００２３】
図３に示すソレノイド部の動作状態はＯＮ／ＯＦＦであり、プランジャ５ａが可動域の下端位置、プランジャ５ｂが可動域の上端位置にある。この動作状態では、図３の上部に示すように、センサマグネット７ａを起磁力源とする磁気回路Ａ１と、センサマグネット７ｂを起磁力源とする磁気回路Ａ２とが、センサコア８に形成されている。
【００２４】
前述したように、センサコア８は、プランジャ５ａ，５ｂにおけるボス６ａ，６ｂとは反対側の端部側でかつプランジャ５ａ，５ｂの移動方向に垂直な平面Ｐ１内に配置されている。このため、センサマグネット７ａ，７ｂからの磁束は、プランジャ５ａ，５ｂの移動方向に垂直な方向に流れる。
【００２５】
図３において、プランジャ５ｂは可動域の上端位置にあり、プランジャ５ｂの上端部がセンサマグネット７ｂに近接する。これにより、センサマグネット７ｂで発生した磁束が磁路Ａ４を通ってプランジャ５ｂに流れる、いわゆる短絡を起こすことにより、磁気回路Ａ２を流れる磁束量が小さくなる。
一方、プランジャ５ａは可動域の下端位置にあり、プランジャ５ａの上端部とセンサマグネット７ａとの間隔が大きくなり磁気抵抗が大きくなる。これにより、センサマグネット７ａで発生した磁束が、プランジャ５ａ側に短絡され難くなり、磁気回路Ａ１を流れる磁束量が小さくならない。
【００２６】
図４は、実施の形態１におけるソレノイド部の動作状態と磁気センサ９がある箇所の磁束密度との関係を示すグラフである。図４に示すように、ソレノイド部の動作状態がＯＮ／ＯＮの状態である場合、磁気センサ９がある箇所の磁束密度が最大となる。ＯＦＦ／ＯＮまたはＯＮ／ＯＦＦの状態で磁気センサ９がある箇所の磁束密度が中程度の値となる。ＯＦＦ／ＯＦＦの状態で磁気センサ９がある箇所の磁束密度が最小となる。
このように、電磁アクチュエータ１では、センサマグネット７ａ，７ｂからの磁束が、プランジャ５ａ，５ｂの位置により変化する。従って、磁気センサ９によって磁束密度の変化を検出することで、ソレノイド部の動作状態を判別し、プランジャ５ａ，５ｂの位置を検出することができる。
【００２７】
なお、第１のセンサコア部８ａの内脚と第２のセンサコア部８ｂの内脚の対向面積は、図３に示すように、磁気センサ９へ流れるセンサマグネット７ａ，７ｂの磁束が多くなるように外脚の対向面積よりも小さくするとよい。これにより、磁気センサ９にはセンサマグネット７ａ，７ｂからの磁束が集中して流れる。従って、磁気センサ９に流れる磁束密度が大きくなって、プランジャ５ａ，５ｂの位置の違いによる磁束密度の差が大きくなる。これにより、磁気センサ９で磁束密度の差を容易に検出することができる。
【００２８】
また、実施の形態１における磁気センサ回路が上記平面Ｐ１に配置されることにより、センサマグネット７ａ，７ｂからの磁束がセンサコア８に流れるが、図２に示した磁気回路Ａの漏れ磁束もセンサコア８に流れる。
ただし、磁気回路Ａの漏れ磁束は、図３の上部と下部の中央に破線で示した磁路Ａ３を流れる。すなわち、磁気回路Ａの漏れ磁束は、第１のセンサコア部８ａと第２のセンサコア部８ｂとの太い基部に流れて内脚の部分には流れない。
これを鑑みて、磁気センサ９は、センサコア８の内脚同士が対向する位置、すなわち、平面Ｐ１内における磁気回路Ａの漏れ磁束の磁路Ａ３から外れた位置に配置される。
これにより、磁気センサ９を通過するセンサマグネット７ａ，７ｂの磁束量に対して、磁気センサ９を通過する磁気回路Ａの漏れ磁束の量が十分に小さいため、ソレノイド部の動作状態の誤検出が低減する。
【００２９】
図５は、実施の形態１における磁気センサ回路の変形例を示す図であり、３つのソレノイド部を備えた電磁アクチュエータ１における磁気センサ回路を示している。
第１のセンサコア部８Ａ１は、図５に示すように、基部となる棒状の部材から同じ方向に４本の脚が延びた部材であり、磁性体で構成されている。第２のセンサコア部８Ｂ１も同様に４本の脚を有した部材であり、磁性体で構成されている。
第１のセンサコア部８Ａ１は、第２のセンサコア部８Ｂ１との間で、４本の脚のうちの１本の脚同士を磁気センサ９を挟むように対向させ、残りの脚同士をセンサマグネット７ａ，７ｂ，７ｃを挟むように対向させて配置されている。
この磁気センサ回路は、３つのソレノイド部のプランジャの移動方向に垂直な平面Ｐ１に配置され、磁気センサ９は、平面Ｐ１内における磁気回路Ａの漏れ磁束の磁路から外れた位置に配置される。
【００３０】
図６は、図５の磁気センサ回路を備えた電磁アクチュエータにおけるソレノイド部の動作状態と磁気センサがある箇所の磁束密度との関係を示すグラフである。
図６に示すように、ソレノイド部の動作状態がＯＦＦ／ＯＦＦ／ＯＦＦである場合、磁気センサ９がある箇所の磁束密度が最大となる。ＯＦＦが２つ、ＯＮが１つの状態で磁気センサ９がある箇所の磁束密度が２番目に高い値となり、ＯＦＦが１つ、ＯＮが２つの状態で磁気センサ９がある箇所の磁束密度が３番目に高い値となる。そして、ＯＮ／ＯＮ／ＯＮの状態で磁気センサ９がある箇所の磁束密度が最小となる。なお、図５は、３つのソレノイド部の動作状態がＯＮ／ＯＮ／ＯＮである場合を示している。
センサマグネット７ａ，７ｂ，７ｃからの磁束は３つのソレノイド部の動作状態により変化する。従って、磁気センサ９によって磁束密度の変化を検出することで、ソレノイド部の動作状態を判別し、プランジャの位置を検出することができる。
【００３１】
このように、実施の形態１に係る電磁アクチュエータ１は、３つ以上のソレノイド部を備えた構成であってもよい。この場合、磁気センサ回路のセンサコアは、前述したように３本以上の脚をともに有した第１のセンサコア部と第２のセンサコア部から構成される。第２のセンサコア部は、第１のセンサコア部との間で３本以上の脚のうちの１本の脚同士を磁気センサを挟むように対向させ、残りの脚同士をセンサマグネットを挟むように対向させて配置される。このように構成することで、磁気センサ９で検出される磁束密度から３つ以上のプランジャの位置を検出することができる。
【００３２】
また、センサコア８の内脚同士が対向する位置に磁気センサ９を配置した場合を示したが、これに限定されるものではない。
すなわち、実施の形態１では、磁気センサ９が、平面Ｐ１内における磁気回路Ａの漏れ磁束の磁路Ａ３から外れた位置に配置されていればよい。
【００３３】
以上のように、実施の形態１に係る電磁アクチュエータ１において、センサコア８が、プランジャ５ａ，５ｂにおけるボス６ａ，６ｂとは反対側の端部側でかつプランジャ５ａ，５ｂの移動方向に垂直な平面Ｐ１に配置される。これにより、センサコア８にセンサマグネット７ａ，７ｂの磁束が循環する。さらに、磁気センサ９が、平面Ｐ１内における磁気回路Ａの漏れ磁束の磁路Ａ３から外れた位置に配置されているので、コイル４ａ，４ｂへの通電により発生した漏れ磁束の影響を低減できる。このように構成することで、複数のプランジャを備えていても、単一の磁気センサ９でプランジャの位置を検出できるため、部品点数の低減と、大型化を抑制することができる。
【００３４】
また、実施の形態１に係る電磁アクチュエータ１において、センサマグネット７ａ，７ｂは、プランジャ５ａ，５ｂにおけるボス６ａ，６ｂとは反対側の端部側でセンサコア８に固定されている。このように構成することで、プランジャ５ａ，５ｂに取り付けるときの位置決めが不要となり、電磁アクチュエータ１の組み立てが容易になる。
【００３５】
さらに、実施の形態１に係る電磁アクチュエータ１において、センサコア８が、２本の外脚と１本の内脚とを有する第１のセンサコア部８ａと、２本の外脚と１本の内脚とを有する第２のセンサコア部８ｂとを有する。第１のセンサコア部８ａと第２のセンサコア部８ｂは、センサマグネット７ａ，７ｂを挟むように外脚同士を対向させ、磁気センサ９を挟むように内脚同士を対向させて配置される。このように構成することで、センサコア８にセンサマグネット７ａ，７ｂの磁束が循環する。また、内脚同士は、平面Ｐ１内における、磁気回路Ａの漏れ磁束の磁路Ａ３から外れた位置で対向する。
【００３６】
さらに、実施の形態１に係る電磁アクチュエータ１において、第１のセンサコア部８ａと第２のセンサコア部８ｂとの内脚の対向面積は外脚の対向面積よりも小さくするとよい。このように構成することで、センサマグネット７ａ，７ｂからの磁束が集中して流れ、磁気センサ９に流れる磁束密度が大きくなる。これにより、プランジャ５ａ，５ｂの位置の違いによる磁束密度の差が大きくなるので、磁気センサ９で磁束密度の差を容易に検出することができる。
【００３７】
さらに、実施の形態１に係る電磁アクチュエータ１において、センサコア８は、積層鋼板で構成されている。これにより、積層鋼板をセンサコア部の形状に打ち抜くだけでよいことから、金属材の削り出しよりも加工が容易である。従って、製造コストの低減を図ることができる。
【００３８】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る電磁アクチュエータ１Ａを示す断面斜視図であり、電磁アクチュエータ１Ａを図１のａ−ａ線と同様な位置で切った様子を示している。
図８Ａは、シャフト１１ａ，１１ｂの端部にセンサマグネット７ａ，７ｂを取り付ける構造の一例を示す断面図である。また図８Ｂは、シャフト１１ａ，１１ｂの端部にセンサマグネット７ａ，７ｂを取り付ける構造の別の例を示す断面図である。
【００３９】
電磁アクチュエータ１Ａにおいて、センサマグネット７ａ，７ｂは、プランジャ５ａ，５ｂ側に取り付けられ、プランジャ５ａ，５ｂとともに移動する。
ただし、図７に示すように、プランジャ５ａ，５ｂとセンサマグネット７ａ，７ｂとの間には磁気的なギャップＣが設けられる。
これは、センサマグネット７ａ，７ｂからの磁束が、磁性体のプランジャ５ａ，５ｂに短絡することを防ぐためである。
【００４０】
このようなギャップＣを確保しつつ、センサマグネット７ａ，７ｂをプランジャ５ａ，５ｂ側に取り付ける構造としては、例えば、図８Ａのような構造が挙げられる。
シャフト１１ａ，１１ｂは、プランジャ５ａ，５ｂの内周部に通して固定された棒状の部材であり、非磁性体で構成されている。例えば、シャフト１１ａ，１１ｂは、プランジャ５ａ，５ｂの内周穴に圧入して固定される。
シャフト１１ａ，１１ｂの上端部には凹部１１ａ−１，１１ｂ−１が形成されている。
センサマグネット７ａ，７ｂは、接着剤１２を使用して凹部１１ａ−１，１１ｂ−１に固定される。
【００４１】
また、センサマグネット７ａ，７ｂをプランジャ５ａ，５ｂ側に取り付ける構造としては、図８Ｂに示す構造であってもよい。この構造では、センサマグネット７ａ，７ｂを、シャフト１１ａ，１１ｂの凹部に配置してから、非磁性体の蓋１３で覆っている。蓋１３は、プランジャ５ａ，５ｂの上端部に溶接１４で固定される。
このように構成しても、センサマグネット７ａ，７ｂがプランジャ５ａ，５ｂと一体に移動する。なお、図８Ａと図８Ｂの構造を組み合わせて蓋１３を接着剤１２で固定してもよい。また、凹部１１ａ−１，１１ｂ−１は、プランジャ５ａ，５ｂと一体に動く構成であれば、シャフト１１ａ，１１ｂと別体に構成されていてもよい。
【００４２】
図９は、電磁アクチュエータ１Ａにおける磁気センサ回路を示す斜視図である。
また、図１０は、センサマグネット７ａ，７ｂがプランジャ５ａ，５ｂとともに移動する様子を示す側面図である。なお、図９および図１０において、磁気センサ回路、プランジャ５ａ，５ｂおよびボス６ａ，６ｂ以外の構成の記載を省略している。また、これらの図では、ソレノイド部の動作状態がＯＮ／ＯＦＦの状態であるものとする。
【００４３】
例えば、プランジャ５ａが可動域の下端位置にある場合に、センサマグネット７ａは、図９および図１０に示すように、第１のセンサコア部８ａの外脚と第２のセンサコア部８ｂの外脚とが対向する位置よりも下方に移動している。このため、センサマグネット７ａとセンサコア８との間のギャップが増大して、磁気回路Ａ１の磁束量が小さくなる。
一方、プランジャ５ｂは可動域の上端位置にあるので、センサマグネット７ｂは、第１のセンサコア部８ａの外脚と第２のセンサコア部８ｂの外脚とが対向する位置にある。
このため、磁気回路Ａ２を流れる磁束量が小さくならない。
【００４４】
図１１は、実施の形態２におけるソレノイド部の動作状態と磁気センサ９がある箇所の磁束密度との関係を示すグラフである。図１１に示すように、ソレノイド部の動作状態がＯＦＦ／ＯＦＦの状態である場合、センサマグネット７ａ，７ｂの両方がセンサコア８と対向する。このため、磁気センサ９がある箇所の磁束密度が最大となる。
次いで、ＯＦＦ／ＯＮまたはＯＮ／ＯＦＦの状態では、磁気センサ９がある箇所の磁束密度が中程度の値となる。さらに、ＯＮ／ＯＮの状態では、センサマグネット７ａ，７ｂの両方が、センサコア８と対向した位置から外れるので、磁気センサ９がある箇所の磁束密度が最小となる。
このように、電磁アクチュエータ１Ａでは、センサマグネット７ａ，７ｂからの磁束がプランジャ５ａ，５ｂの位置により変化する。従って、磁気センサ９によって磁束密度の変化を検出することで、ソレノイド部の動作状態を判別し、プランジャ５ａ，５ｂの位置を検出することができる。
【００４５】
これまでソレノイド部が２つである場合を示したが、実施の形態２に係る電磁アクチュエータ１Ａは、３つ以上のソレノイド部を備えた構成であってもよい。
例えば、３つのソレノイド部を備えた電磁アクチュエータ１Ａに対して、図５に示した磁気センサ回路を設ければよい。この場合、センサマグネット７ａ，７ｂ，７ｃは、３つのソレノイド部の各プランジャに取り付けられる。
このように構成しても、センサマグネット７ａ，７ｂ，７ｃからの磁束は３つのソレノイド部の動作状態により変化する。従って、磁気センサ９によって磁束密度の変化を検出することで、ソレノイド部の動作状態を判別し、プランジャの位置を検出することができる。
【００４６】
以上のように、実施の形態２に係る電磁アクチュエータ１Ａにおいては、センサマグネット７ａ，７ｂが、プランジャ５ａ，５ｂにおけるボス６ａ，６ｂとは反対側の端部に取り付けられて、プランジャ５ａ，５ｂとともに移動する。このように構成することでも、実施の形態１と同様に、単一の磁気センサ９でプランジャの位置を検出できるため、部品点数の低減と、大型化を抑制することができる。
【００４７】
実施の形態３．
図１２Ａは、実施の形態１に係る電磁アクチュエータ１におけるセンサマグネット７ｂとセンサコア８との関係を示す図である。また、図１２Ｂは、この発明の実施の形態３に係る電磁アクチュエータ１Ｂにおけるセンサマグネット７ｂ１とセンサコア８Ａとの関係を示す図である。なお、図１２Ｂにはセンサマグネット７ｂ１側の構成のみを示したが、これに隣接するセンサマグネット７ａ１も同様の構成を有する。
【００４８】
図１２Ａにおいて、センサマグネット７ｂは角柱形状の永久磁石である。
また、第１のセンサコア部８ａの外脚の対向面８ａ−１は、センサマグネット７ｂの対向面Ｓ１ａと対向する面であって、第２のセンサコア部８ｂの外脚の対向面８ｂ−１は、センサマグネット７ｂの対向面Ｓ１ｂと対向する面である。
【００４９】
図１２Ａに矢印で示す右側の図は、対向面８ａ−１とセンサマグネット７ｂを示す上面図である。この図に示すように、センサマグネット７ｂが角柱形状であると、この四角形状の端面の辺７ｂ−１，７ｂ−２を用いて、センサコア８の対向面８ａ−１，８ｂ−１との間を位置決めすることができる。これにより、センサマグネット７ｂとセンサコア８とを容易に組み立てることが可能となる。これはセンサマグネット７ａ側でも同様である。
【００５０】
一方、電磁アクチュエータ１Ｂにおけるセンサマグネット７ａ１，７ｂ１は、円柱形状の永久磁石である。
図１２Ｂにおいて、第１のセンサコア部８ａ１の外脚の対向面８ａ１−１は、センサマグネット７ｂ１の対向面Ｓ２ａと対向する面であり、第２のセンサコア部８ｂ１の外脚の対向面８ｂ１−１は、センサマグネット７ｂ１の対向面Ｓ２ｂと対向する面である。
また、対向面８ａ１−１，８ｂ１−１は、センサマグネット７ｂ１の外周に沿った曲面を有している。
【００５１】
図１２Ｂの中央部に示すように、センサコア８Ａの対向面８ａ１−１は、センサマグネット７ｂ１の外周部である対向面Ｓ２ａに対向する。また、図１２Ｂに矢印で示す右側の図は、センサマグネット７ｂ１の対向面Ｓ２ａを幅方向に展開した図である。
センサマグネット７ａ１，７ｂ１を円柱形状とし、センサコア８Ａとセンサマグネット７ａ１，７ｂ１とを曲面同士で対向させることで、図１２Ａのように平面同士で対向させる構成よりも対向面積を増加させることができる。
このように、センサコア８Ａとセンサマグネット７ａ１，７ｂ１との対向面積が増加すると、磁気センサ回路に流れる磁束量が増大し、磁気センサ９における磁束密度の最大値が増大する。
【００５２】
なお、センサマグネットが円柱形状であれば、センサコアの対向面を平面とした場合であっても、図１２Ａのように平面同士で対向させる構成よりも対向面積を増加させることができる。
また、センサマグネットをプランジャに取り付ける電磁アクチュエータにおいて、プランジャが軸中心に回転しながら移動する構成であっても、センサマグネットが円柱形状であれば、センサコアとの接触を防止できる。
【００５３】
また、センサマグネット７ａ１，７ｂ１の端面の直径を、第１のセンサコア部８ａ１の対向面８ａ１−１および第２のセンサコア部８ｂ１の対向面８ｂ１−１の幅よりも大きくしてもよい。このように構成することで、センサマグネット７ａ１，７ｂ１が回転しても対向面積を確保することができるので、起磁力の低下を抑制できる。
【００５４】
以上のように、実施の形態３に係る電磁アクチュエータ１Ｂにおけるセンサマグネット７ａ１，７ｂ１は、円柱形状である。このように構成することで、センサマグネットとセンサコアとの対向面積を増加させることができる。これにより、磁気センサ回路に流れる磁束量が増大し、磁気センサ９における磁束密度の最大値を増大させることができる。
【００５５】
さらに、実施の形態３に係る電磁アクチュエータ１Ｂにおいて、センサマグネット７ａ１，７ｂ１の端面の直径Ｌ２が、センサマグネット７ａ１，７ｂ１の外周部に対向する、センサコア８Ａの対向面８ａ１−１，８ｂ１−１の幅Ｌ３よりも大きくなっている。
このように構成することで、センサマグネット７ａ１，７ｂ１が回転しても対向面積を確保することができるので、起磁力の低下を抑制できる。
【００５６】
実施の形態４．
図１３は、この発明の実施の形態４に係る電磁アクチュエータ１Ｃのセンサマグネット７ａ２，７ｂ２を示す斜視図である。図１３に示すセンサマグネット７ａ２，７ｂ２は、この発明における多極マグネットを具体化したものであり、多極着磁磁石、もしくは２極着磁磁石を２枚交互に重ねた構造を有する。また、センサマグネット７ａ２，７ｂ２は、実施の形態２と同様に、プランジャ５ａ，５ｂの上端部に取り付けられて使用される。
【００５７】
図１４Ａは、ソレノイド部の動作状態がＯＮ／ＯＮであるときの磁気センサ回路を示す斜視図である。図１４Ｂは、ソレノイド部の動作状態がＯＮ／ＯＦＦであるときの磁気センサ回路を示す斜視図である。図１４Ｃは、ソレノイド部の動作状態がＯＦＦ／ＯＦＦであるときの磁気センサ回路を示す図である。また、図１５は、実施の形態４におけるソレノイド部の動作状態と磁気センサ９がある箇所の磁束密度との関係を示すグラフである。図１５において、矢印Ｄ１で示すプロットは、図１１に示した電磁アクチュエータ１Ａの関係であり、矢印Ｄ２で示すプロットが、実施の形態４に係る電磁アクチュエータ１Ｃの関係である。
【００５８】
電磁アクチュエータ１Ｃでは、多極マグネットであるセンサマグネット７ａ２，７ｂ２を用いて、プランジャ５ａ，５ｂの位置の変化に応じて磁気回路Ａ１と磁気回路Ａ２との磁束の向きを変化させている。例えば、プランジャ５ａ，５ｂの位置が同じである場合、磁気センサ９を流れる磁束の向きが磁気回路Ａ１と磁気回路Ａ２とで同じになり、プランジャ５ａ，５ｂの位置が互いに異なるときには磁気回路Ａ１と磁気回路Ａ２の磁束の向きが反転するように構成されている。
【００５９】
ソレノイド部の動作状態がＯＮ／ＯＮであると、図１４Ａに示すように、磁気センサ９を流れる磁束の向きが、磁気回路Ａ１と磁気回路Ａ２とで同じになる。これにより、磁気センサ９では、センサマグネット７ａ２，７ｂ２からの磁束が強め合う。この向きの磁束密度を負の値で表すと、図１５に示すように、磁気センサ９に流れる磁束密度が負の方向に最大となる。
【００６０】
また、ソレノイド部の動作状態がＯＦＦ／ＯＮまたはＯＮ／ＯＦＦであると、図１４Ｂに示すように、磁気回路Ａ１および磁気回路Ａ２のうちの一方の磁束の向きが逆転する。
これにより、磁気センサ９では、センサマグネット７ａ２，７ｂ２からの磁束が打ち消し合う。従って、図１５に示すように、磁気センサ９に流れる磁束密度が０となる。
【００６１】
さらに、ソレノイド部の動作状態がＯＦＦ／ＯＦＦであると、図１４Ｃに示すように、磁気センサ９を流れる磁束の向きが磁気回路Ａ１と磁気回路Ａ２とで同じになる。これにより、磁気センサ９では、センサマグネット７ａ２，７ｂ２からの磁束が強め合う。この向きの磁束密度を正の値で表すと、図１５に示すように、磁気センサ９に流れる磁束密度が正の方向に最大となる。
【００６２】
図１５における矢印Ｄ１で示すプロットと矢印Ｄ２で示すプロットとを比べると明らかなように、実施の形態４に係る電磁アクチュエータ１Ｃでは、ソレノイド部の動作状態による磁束密度の差が大きくなっている。これにより、外部ノイズの影響を軽減することができる。
【００６３】
これまでソレノイド部が２つである場合を示したが、実施の形態４に係る電磁アクチュエータ１Ｃは、３つ以上のソレノイド部を備えた構成であってもよい。
例えば、３つのソレノイド部を備えた電磁アクチュエータ１Ｃに対して、図５に示した磁気センサ回路を設ければよい。この場合、センサマグネット７ａ，７ｂ，７ｃは、多極マグネットとなる。このように構成しても、センサマグネット７ａ，７ｂ，７ｃからの磁束は３つのソレノイド部の動作状態により変化する。従って、磁気センサ９によって磁束密度の変化を検出することで、ソレノイド部の動作状態を判別し、プランジャの位置を検出することができる。
【００６４】
以上のように、実施の形態４に係る電磁アクチュエータ１Ｃにおけるセンサマグネット７ａ２，７ｂ２は多極マグネットであり、プランジャ５ａ，５ｂとともに多極マグネットが移動することで、センサコア８を流れる磁束の向きが変わる。このように構成しても、実施の形態２と同様な効果を得ることができる。また、センサマグネット７ａ２，７ｂ２の位置に応じた磁束密度の差が大きくなるので、外部ノイズの影響を軽減することができる。
【００６５】
なお、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あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
この発明に係る電磁アクチュエータは、複数のプランジャを備えても、部品点数を低減し、小型化を図ることができるので、例えば、内燃機関のバルブリフト量を調整するカム切り替え機構に好適である。
【符号の説明】
【００６７】
１，１Ａ〜１Ｃ  電磁アクチュエータ、２ａ，２ｂ  ケース、３ａ，３ｂ  コア、４ａ，４ｂ  コイル、５ａ，５ｂ  プランジャ、６ａ，６ｂ  ボス、７ａ，７ａ１，７ａ２，７ｂ，７ｂ１，７ｂ２  センサマグネット、７ｂ−１，７ｂ−２  辺、８，８Ａ  センサコア、８ａ，８ａ１，８ａ２，８Ａ１  第１のセンサコア部、８ａ−１，８ａ１−１，８ｂ−１，８ｂ１−１  対向面、８ｂ，８ｂ１，８ｂ２，８Ｂ１  第２のセンサコア部、９  磁気センサ、１０ａ，１０ｂ  ばね、１１ａ，１１ｂ  シャフト、１１ａ−１，１１ｂ−１  凹部、１２  接着剤、１３  蓋、１４  溶接。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018011883.tif 000011
【図１０】
2018011883.tif 000012
【図１１】
2018011883.tif 000013
【図１２】
2018011883.tif 000014
【図１３】
2018011883.tif 000015
【図１４】
2018011883.tif 000016
【図１５】
2018011883.tif 000017
【国際調査報告】
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