(57)【要約】  固定子コアを複数の分割コア（４，５）に磁気的に分割することによってコイル（６）を鎖交する磁路の磁気抵抗を大きくし、プランジャ（８）の突部（８２）が分割コア（４，５）を磁気的に接続したときに永久磁石（７）の磁束が上記磁路を流れるようにしたので、分割コア（４，５）の隙間とプランジャ（８）との位置関係により、コイル（６）を鎖交する磁路の磁気抵抗が急激に変化し、この磁路を流れる磁束が急激に変化して、大きな逆起電圧が発生する。
2016181551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体で構成されたケースと、
前記ケース内に設置されたコアと、
前記コアに磁束を発生させるコイルと、
前記コアへの吸着力および反発力を発生する永久磁石と、
前記永久磁石と一体にされ、前記コイルが無通電のときは前記永久磁石が前記コアに吸着することで初期位置に保持され、前記コイルが通電されているときは前記永久磁石が前記コアに反発することで前記初期位置から移動するプランジャとを備え、
前記コアは、複数に磁気的に分割された分割コアが前記プランジャの移動方向に並んだ構造であって、前記複数の分割コアのうちの少なくとも最も前記永久磁石側にある分割コアには前記プランジャを通す穴が形成されており、
前記プランジャは、前記初期位置において、前記複数の分割コアのうちの少なくとも２つの分割コアを磁気的に接続する位置まで前記分割コアに形成された前記穴から前記コア内部へ入る形状であることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記コアは、２つの前記分割コアからな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】
前記プランジャは、前記複数の分割コアのうちの最も前記永久磁石側にある前記分割コアに当接する板部と、当該板部から突出して前記分割コアに形成された前記穴へ入る突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４】
前記複数の分割コアのうちの最も前記永久磁石側にある前記分割コアは、前記プランジャを通す穴が形成された板部と、前記穴の縁から他の分割コア側へ突出する筒状の突部とを有す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５】
前記複数の分割コアは、互いに隙間をあけて並んで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６】
前記プランジャは、前記永久磁石を間に挟む２つの磁性体で構成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７】
前記プランジャの前記突部は、円筒状または円柱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８】
前記プランジャを構成する前記２つの磁性体のうちの前記コアから遠い側の磁性体は、板状であ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。
【請求項９】
前記プランジャを構成する前記２つの磁性体のうち、
前記コアに近い側の磁性体は、前記永久磁石の一方の面を覆うと共に前記複数の分割コアのうちの最も前記永久磁石側にある前記分割コアに当接する板部と、当該板部から突出して前記分割コアに形成された前記穴へ入る突部とを有し、
前記コアから遠い側の磁性体は、前記永久磁石のもう一方の面を覆う板部を有す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。
【請求項１０】
前記プランジャを構成する前記２つの磁性体のうち、
前記コアに近い側の磁性体は、前記永久磁石の一方の面を覆うと共に前記複数の分割コアのうちの最も前記永久磁石側にある前記分割コアに当接する板部を有し、
前記コアから遠い側の磁性体は、前記永久磁石のもう一方の面を覆う板部と、当該板部から突出し前記永久磁石を貫通して前記分割コアに形成された前記穴へ入る突部とを有す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。
【請求項１１】
前記初期位置において前記プランジャの前記突部の端部と、前記複数の分割コアのうちの少なくとも２つの分割コアの分割部との位置が揃う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】
前記初期位置において前記プランジャの前記突部の端部と、前記複数の分割コアのうちの少なくとも２つの分割コアの分割部との位置がずれ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１３】
内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを動作させるカムの切り替えに用いられ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。
【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可能な電磁アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、吸気用および排気用のバルブを動作させるカムシャフトにハイカムとローカムの２種類のカムが設置されており、内燃機関の回転数に応じてハイカムとローカムを切り替えることによりバルブのリフト量が調整されるものがある。これらのカムの切り替えは、カムに形成された螺旋溝に規制ピンが係合して、カムをカムシャフトの軸方向にスライドさせることにより行われる。規制ピンの作動には、電磁アクチュエータが用いられる（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
特許文献１に記載された電磁アクチュエータは、２つの規制ピンに連結された２つのプランジャと、２つのプランジャをカムから退避させる方向に吸引する２つの永久磁石と、永久磁石の吸着力を低下させてプランジャをカム側へ前進可能にする１つのコイルと、２つのプランジャを前進させる２つのスプリングとを備えている。初期状態において、コイルへの通電はなく、２つのプランジャは２つの永久磁石に吸着されることで保持されている。２つの永久磁石の磁極は互いに反対になるように配置されているため、コイルに通電することで一方の永久磁石の吸着力が低下し、この永久磁石に吸引されていたプランジャがスプリングの付勢力によって前進して規制ピンがカムの螺旋溝に係合する。コイルへの通電を切断した後、規制ピンがカムにより押し戻されると、プランジャが永久磁石に吸引され初期位置に保持される。このように、コイルの通電方向を切り替えることで２つの永久磁石の一方に対して吸着力を低下させ、永久磁石の吸着力が低下した側の規制ピンを作動させている。【０００４】
また、特許文献１に記載された電磁アクチュエータは、プランジャ位置の検出機能を備えている。規制ピンが押し戻される際、プランジャが永久磁石に近づくにつれてコイルを鎖交する磁路に流れる永久磁石の磁束が増加することで、コイルの両端に逆起電圧が発生する。この逆起電圧を検知することで、プランジャの位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２３９５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された電磁アクチュエータは、プランジャが永久磁石に近づくにつれてコイルを鎖交する磁束が徐々に増加するため、逆起電圧が小さく、検知しにくいという課題があった。
また、２つの永久磁石が磁極を反対にして隣接して配置されているため、隣の磁極と短絡してしまい、コイルを鎖交する磁束が減少し、効率良く逆起電圧を発生することができない。さらに、カム側へ前進させるプランジャを選択するために、コイルの通電方向を切り替える装置が必要となる。【０００７】
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、大きな逆起電圧を発生することができる電磁アクチュエータを提供す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、磁性体で構成されたケースと、ケース内に設置されたコアと、コアに磁束を発生させるコイルと、コアへの吸着力および反発力を発生する永久磁石と、永久磁石と一体にされ、コイルが無通電のときは永久磁石がコアに吸着することで初期位置に保持され、コイルが通電されているときは永久磁石がコアに反発することで初期位置から移動するプランジャとを備え、コアは、複数に磁気的に分割された分割コアがプランジャの移動方向に並んだ構造であって、複数の分割コアのうちの少なくとも最も永久磁石側にある分割コアにはプランジャを通す穴が形成されており、プランジャは、初期位置において、複数の分割コアのうちの少なくとも２つの分割コアを磁気的に接続する位置まで分割コアに形成された穴からコア内部へ入る形状である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、コアを磁気的に分割することによってコイルを鎖交する磁路の磁気抵抗を大きくし、プランジャが分割コア間を磁気的に接続したときに永久磁石の磁束が上記磁路を流れるようにしたので、分割コアとプランジャとの位置関係により、コイルを鎖交する磁路の磁気抵抗が急激に変化し、この磁路を流れる磁束が急激に変化して、大きな逆起電圧が発生する。
【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の構成例を示す一部断面斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る電磁アクチュエータの構成例を示す断面図であり、通電状態である。
【図３】実施の形態１に係る電磁アクチュエータにおいて可動子の位置を検出する機能を説明する図である。
【図４】実施の形態１に係る電磁アクチュエータにおいて可動子の位置とコイルを鎖交する磁束との関係を示すグラフである。
【図５】実施の形態１に係る電磁アクチュエータの理解を助けるための参考例であり、固定子コアが分割されていない構成である。
【図６】実施の形態１に係る電磁アクチュエータの変形例として、分割コアの分割部とプランジャの突部との位置関係を変形した断面図を示す。
【図７】実施の形態１に係る電磁アクチュエータの変形例として、プランジャを変形した斜視図を示す。
【図８】実施の形態１に係る電磁アクチュエータの変形例として、可動子を変形した分解斜視図を示す。
【図９】実施の形態１に係る電磁アクチュエータの変形例として、固定子コアを変形した断面図を示す。
【図１０】実施の形態１に係る電磁アクチュエータの変形例として、プランジャガイドを追加した構成の断面図を示す。
【図１１】実施の形態１に係る電磁アクチュエータの変形例として、固定子コアと可動子を変形した断面図を示す。
【図１２】実施の形態１に係る電磁アクチュエータを適用したカム切替機構の例を示し、図１２（ａ）はハイカム使用時における要部の構成図、図１２（ｂ）はＧ−Ｇ線に沿って切断した断面図である。
【図１３】実施の形態１に係る電磁アクチュエータを適用したカム切替機構の例を示し、図１３（ａ）はローカム使用時における要部の構成図、図１３（ｂ）はＨ−Ｈ線に沿って切断した断面図である。
【図１４】実施の形態１に係る電磁アクチュエータを適用したカム切替機構においてハイカムからローカムに切替わる動作を示す説明図である。
【図１５】実施の形態１に係る電磁アクチュエータを適用したカム切替機構においてローカムからハイカムに切替わる動作を示す説明図である。
【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および図２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の構成例を示す図である。図示するように、電磁アクチュエータ１は、磁性体で構成された２，３と、ケース２，３内に設置された複数の分割コア４，５と、分割コア４，５に磁束を発生させるコイル６と、分割コア４，５への吸着力および反発力を発生する永久磁石７と、永久磁石７と一体化されたプランジャ８，９とを備えている。また、プランジャ９には規制ピン１１が取り付けられている。
【００１２】
固定子は、ケース２，３と、分割コア４，５と、コイル６とで構成されている。固定子コアは、分割コア４，５の２つに分割されている。可動子１０は、永久磁石７と、プランジャ８，９とで構成されている。図１に示す矢印Ａは可動子１０の移動方向を示しており、可動子１０と規制ピン１１とが一体に往復移動する。また、図１および図２では可動子１０が初期位置にある。
【００１３】
ケース２，３、分割コア４，５およびプランジャ８，９は磁性体である。ケース２の内部にはコイル６が固定され、コイル６の内側には分割コア４，５が固定されている。分割コア４，５は、可動子１０の移動方向Ａに沿って並んでいる。また、分割コア４と分割コア５は隙間をあけて配置されている。分割コア４，５の間の隙間は「分割部」である。永久磁石７から遠い側に配置される分割コア４は有底筒状である。永久磁石７に近い側に配置される分割コア５は、板部５１および突部５２を有している。これら板部５１と突部５２には、プランジャ８の突部８２を通す穴があいている。
なお、図示例では分割コア４が有底筒状に構成されているが、必ずしも有底である必要はなく、筒状であってもよい。
また、分割コア４は、径方向に複数に分割されたコアを圧入して１つの筒状のコアとして形成されていてもよい。この構成の場合、複数のコアが径方向に隙間なく配置されているため、磁気的には接続されている。分割コア５も同様に、径方向に複数に分割されたコアを圧入して１つの筒状のコアとして形成されていてもよい。
【００１４】
永久磁石７は、分割コア４，５に近い側がＮ極、遠い側がＳ極に着磁されている。また、永久磁石７は２つのプランジャ８，９の間に挟まれており、永久磁石７の分割コア４，５に近い側の面にプランジャ８が固定され、遠い側の面にプランジャ９が固定されている。プランジャ８は、板部８１および突部８２を有している。突部８２は、分割コア４，５と同軸に配置されており、分割コア５にあいた穴から分割コア４，５の内部へ入ることができる。プランジャ９は板状である。
【００１５】
コイル６に通電されていない無通電状態では、図１に示すように、永久磁石７が分割コア４，５に吸着することにより可動子１０が初期位置に保持される。
コイル６に通電されると、図２に示すように、分割コア４，５に磁束Ｂが発生して分割コア５、分割コア４、ケース２へと流れる。一方、永久磁石７の磁束Ｃは、プランジャ９、永久磁石７、プランジャ８へと流れている。そのため、通電開始直後に、分割コア５の板部５１とプランジャ８の板部８１との間に最大の反発力が発生し、可動子１０がケース３側へ移動する。そして、永久磁石７がケース３に吸着することにより、可動子１０が動作位置に保持される。
コイル６への通電が切断され、規制ピン１１を押し戻す力が外部から加わると、規制ピン１１と一体に可動子１０が初期位置まで押し戻されて、永久磁石７が分割コア４，５に吸着することにより保持される。規制ピン１１を押し戻す力は、例えば、後述するカム切替機構から与えられる。
【００１６】
次に、図３を用いて、可動子１０の位置を検出する機能について説明する。図３（ａ）は、可動子１０が動作位置にあるときの磁束を示し、図３（ｂ）は、可動子１０が動作位置から初期位置へ戻るときの磁束を示す。
分割コア４，５が隙間をあけて配置されているため、分割コア４，５が磁気的に分割され、コイル６を鎖交する磁束Ｄが流れる磁路の磁気抵抗が大きい。そのため、図３（ａ）に示すように可動子１０が分割コア４，５から離れた位置にあると、永久磁石７の磁束Ｃが分割コア４，５の磁路を通りにくい、つまりコイル６を鎖交する磁束Ｄが小さい。
【００１７】
分割コア４，５の隙間は、分割コア４，５を磁気的に分割する分割部である。
分割部は、磁気抵抗が大きく、かつ、分割部（断面積をＳとする）を通りコイル６を鎖交する磁路の磁気抵抗をＲ、コイル６の起磁力をＮＩとしたときにＮＩ／（Ｒ・Ｓ）で求められる磁束密度が固定子コアの飽和磁束密度よりも小さくなるような断面積を有するものである。
【００１８】
可動子１０が動作位置から初期位置へ移動すると、図３（ｂ）に示すように、分割コア４とプランジャ８とのエアギャップが小さくなり、分割コア４，５がプランジャ８を介して磁気的に接続される。これにより、コイル６を鎖交する磁束Ｄが流れる磁路の磁気抵抗が小さくなり、永久磁石７の磁束Ｃが分割コア４の磁路を通りやすい、つまりコイル６を鎖交する磁束Ｄが大きくなる。この初期位置において、プランジャ８の板部８１が分割コア５の板部５１に当接し、プランジャ８の突部８２の端部と分割コア４，５の分割部との位置が揃っている。
【００１９】
このように、分割コア４，５の分割部と可動子１０の突部８２との位置関係により、コイル６を鎖交する磁路の磁気抵抗が急激に変化し、この磁路を流れる磁束Ｄが急激に変化する。そして、コイル６を鎖交する磁束Ｄが急激に変化することで、コイル６の両端部に大きな逆起電圧が発生する。電圧計によりこの逆起電圧を検知することで、可動子１０の位置検出が可能となる。
【００２０】
図４は、可動子１０の位置とコイル６を鎖交する磁束Ｄとの関係を示すグラフである。グラフの縦軸はコイル６を鎖交する磁束Ｄを示し、このグラフでは縦軸の値が小さくなるほど磁束Ｄが大きくなるものとする。横軸は可動子１０の位置を示し、０［ｍｍ］は可動子１０が初期位置にあるとき、３６［ｍｍ］は可動子１０が動作位置にあるときに相当する。可動子１０が動作位置から初期位置へ移動する際、突部８２が分割コア４，５の分割部に到達して、分割コア４とプランジャ８とのエアギャップが狭まり磁気抵抗が小さくなることで、急激に磁束Ｄが変化し（図４のＥ）、大きな逆起電圧が発生する。この逆起電圧を検知することで、可動子１０が初期位置に戻ったことを検出可能となる。
【００２１】
一方、参考例の電磁アクチュエータ１ａのように磁束Ｄがリニアに変化する場合、逆起電圧が変化しないので、可動子１０の位置を検出することが困難である。
ここで、図５に、実施の形態１に係る電磁アクチュエータ１の理解を助けるための参考例として、分割コア４，５に分割されていないコア４ａを備えた電磁アクチュエータ１ａを示す。参考例の電磁アクチュエータ１ａは、コア４ａが分割されていない点を除いて、電磁アクチュエータ１と同じ構成である。参考例の電磁アクチュエータ１ａにおいては、可動子１０が動作位置から初期位置へ移動するにつれて、コア４ａの磁路を通る永久磁石７の磁束が徐々に増え、コイル６を鎖交する磁束Ｄが徐々に大きくなる。
【００２２】
なお、実施の形態１において、永久磁石７の着磁方向は図２に示した方向とは逆であってもよい。その場合、コイル６の通電方向も逆となる。
【００２３】
また、実施の形態１において、コイル６を鎖交する磁束Ｄが急激に変化する位置は、プランジャ８の突部８２の長さを調整することで容易に変更することができる。
ここで、図６に、電磁アクチュエータ１の変形例として、突部８２を長くした電磁アクチュエータ１ｂを示す。電磁アクチュエータ１ｂは、初期位置において突部８２ｂの端部が分割コア４，５の分割部よりもコア内部に入るよう突部８２ｂが長くなっている点を除いて、電磁アクチュエータ１と同じ構成である。電磁アクチュエータ１ｂにおいては、可動子１０が動作位置から初期位置へ移動する際に電磁アクチュエータ１の場合よりも手前で突部８２ｂが分割コア４，５の分割部に到達するため、２４［ｍｍ］の位置でコイル６を鎖交する磁束Ｄが急激に変化し（図４のＦ）、大きな逆起電圧が発生する。よって、初期位置より手前で可動子１０を検出できる。
【００２４】
次に、実施の形態１に係る電磁アクチュエータ１の変更例を説明する。
図７は、プランジャ８を変形したプランジャ８ｃ〜８ｅの構成例を示す斜視図である。電磁アクチュエータ１に用いるプランジャ８は、図７（ａ）に示すプランジャ８ｃのように円筒状の突部８２ｃを有する構成であってもよいし、図７（ｂ）に示すプランジャ８ｄのように角筒状の突部８２ｄを有する構成であってもよいし、図７（ｃ）に示すプランジャ８ｅのように角柱状の突部８２ｅを有する構成であってもよい。なお、突部８２は円柱または角柱以外の形状であってもよいし、中実または中空であってもよい。
【００２５】
図８は、可動子１０を変形した可動子１０ｆの構成例を示す分解斜視図である。電磁アクチュエータ１に用いる可動子１０は、図８（ａ）のように分割コア４，５に近い側のプランジャ８の板部８１に突部８２が形成された構成であってもよいし、図８（ｂ）に示す可動子１０ｆのように分割コア４，５から遠い側のプランジャ９ｆの板部９１ｆに突部９２ｆが形成された構成であってもよい。
【００２６】
図８（ａ）の場合、板部８１と突部８２が一体になっているため、永久磁石７の磁束が、板部８１と突部８２を通って分割コア４，５へ流れやすく、効率良く逆起電圧を発生することができるという利点がある。
図８（ｂ）の場合、プランジャ９ｆの突部９２ｆに、永久磁石７の穴と、板状のプランジャ８ｆの穴とを通して可動子１０ｆを構成するので、図８（ａ）の可動子１０に比べて組み立てやすいという利点がある。また、永久磁石７が突部９２ｆで位置決めされるため、偏心しにくくなるという利点もある。
【００２７】
なお、図示例ではプランジャ８，９の板部と永久磁石７とを同じ円盤形状にしたが、異なる形状であってもよい。その際、永久磁石７よりプランジャ８，９を大きくして、永久磁石７をプランジャ８，９で覆う構成が望ましい。これにより漏れ磁束を有効に使用することができる。また、衝撃に弱い永久磁石７を保護することができる。さらに、プランジャ８，９の板部を径方向に拡げてケース２の内壁面に近づけることにより、ケース２を永久磁石７の磁束が通る磁路として使用できる。
【００２８】
図９は、分割コア４，５を変形した電磁アクチュエータ１ｇ，１ｈの構成例を示す断面図である。図９（ａ）に示す電磁アクチュエータ１ｇでは、分割コア４と分割コア５とが接続部４ｇで接続されている。ただし、この接続部４ｇの厚みは分割コア４，５の厚みより薄くされているため、分割コア４，５が磁気的に分割され、図１のように隙間をあけて配置された分割コア４，５と同様にコイル６を鎖交する磁路の磁気抵抗が大きい。この接続部４ｇは、分割コア４，５の分割部である。
このように、分割部は、図１等で示したように固定子コアを物理的にも磁気的にも分割する隙間であってもよいし、図９で示したように物理的につながっていても磁気的には分割された薄板状のものであってもよい。さらに、図示は省略するが、固定子コアに複数の穴をあけ、物理的には一部がつながり一部が穴によって分割され、磁気的には分割された分割部にしてもよい。
【００２９】
また、図９（ｂ）に示す電磁アクチュエータ１ｈのように、固定子コアを、２つ以上の分割コア４ｈ−１，４ｈ−２，４ｈ−３，５に分割してもよい。分割数を多くするほど、磁気抵抗が大きくなる。さらに、図９（ｂ）では初期位置において４つの分割コアのうちの２つの分割コア４ｈ−３，５をプランジャ８により磁気的に接続する構成であるが、どの分割コアを磁気的に接続する構成にしてもよい。
【００３０】
図１０は、プランジャガイド１２を追加した電磁アクチュエータ１ｉの構成例を示す断面図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示す構成例では、プランジャガイド１２がケース３から分割コア４，５の内部へ突出している。このプランジャガイド１２を可動子１０に貫通させ、可動子１０の往復移動をガイドする。これにより、可動子１０の径方向の偏心を抑制できる。図１０（ａ）ではプランジャガイド１２をケース３に圧入することによって固定した構成例を示し、図１０（ｂ）ではプランジャガイド１２を分割コア４に圧入することによって固定した構成例を示す。
なお、図１０では可動子１０の内側でその移動をガイドするプランジャガイド１２の構成例を示したが、この構成に限定されるものではなく、可動子１０の外側でその移動をガイドするようにプランジャガイドを構成してもよい。
【００３１】
図１１は、分割コア４と可動子１０を変形した電磁アクチュエータ１ｊの構成例を示す断面図である。図１１に示す電磁アクチュエータ１ｊでは、中実の分割コア４ｊが用いられている。図１に示した中空の分割コア４に比べて、図１１に示す中実の分割コア４ｊの方が永久磁石７の磁束を多く流すことができるため、効率良く逆起電圧が発生するという利点がある。なお、プランジャ８ｊの板部８１ｊと突部８２ｊ、永久磁石７ｊ、およびプランジャ９ｊについても、中実にすることが可能である。
【００３２】
次に、実施の形態１に係る電磁アクチュエータ１を用いた内燃機関のカム切替機構の一例を説明する。
図１２および図１３は、内燃機関における吸気または排気バルブ用のカム切替機構を示している。図１２（ａ）は、ハイカム使用時のカム切替機構の要部を示している。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＧ−Ｇ線に沿って切断した断面図である。図１３（ａ）は、ローカム使用時のカム切替機構の要部を示している。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＨ−Ｈ線に沿って切断した断面図である。図１２および図１３においてｙ軸の方向は、図１に示した可動子１０の移動方向Ａと同じである。
【００３３】
図１２および図１３を参照して、実施の形態１の電磁アクチュエータ１を２つ用いたカム切替機構１００について説明する。
２つの電磁アクチュエータ１のそれぞれは、ケース２に収容されたコイル６にコネクタ１３から給電することで、可動子１０を動作させ、その可動子１０と一体になった規制ピン１１の先端部をケース３から押し出すものである。また、コネクタ１３への給電を停止して規制ピン１１をケース３に押し戻す際、コネクタ１３の両端電圧を電圧計等で計測することにより、コイル６の両端に発生する逆起電圧を検知して規制ピン１１が初期位置に戻ったことを検出可能である。
【００３４】
以下、電磁アクチュエータ１において、可動子１０が動作位置に移動して、ケース３からの規制ピン１１の突出長Ｌが最長となる規制ピン１１の軸方向の位置を「ＯＮ位置」という。また、可動子１０が初期位置に移動して、突出長Ｌが最短となる規制ピン１１の軸方向の位置を「ＯＦＦ位置」という。図１２（ａ）および図１３（ａ）は、２つの電磁アクチュエータ１の規制ピン１１がいずれもＯＦＦ位置にある状態を示している。
【００３５】
２つの電磁アクチュエータ１の規制ピン１１の先端部に対向して、２個の円柱状のカムピース１０２ａ，１０２ｂが配置されている。カムピース１０２ａ，１０２ｂの側周部には螺旋溝１０３ａ，１０３ｂが設けられている。一方のカムピース１０２ａの螺旋溝１０３ａと他方のカムピース１０２ｂの螺旋溝１０３ｂとは、螺旋の向きが互いに逆向きになっている。
【００３６】
また、２個の螺旋溝１０３ａ，１０３ｂの内側の終端部には、ゆるやかに盛り上がるテーパ面がそれぞれ形成されている。螺旋溝１０３ａ，１０３ｂのテーパ面により、カム切替機構１００の戻り機構が構成されている。
【００３７】
２つの電磁アクチュエータ１とカムピース１０２ａ，１０２ｂ間の間隔は、規制ピン１１がＯＮ位置にあるときに先端部が螺旋溝１０３ａ，１０３ｂに入り、かつ、規制ピン１１がＯＦＦ位置にあるときに先端部が螺旋溝１０３ａ，１０３ｂから出る間隔に設定されている。カムピース１０２ａ，１０２ｂの軸心に沿って、カムシャフト１０４が挿通されている。
【００３８】
カムピース１０２ａ，１０２ｂ間にハイカム１０５ａ，１０５ｂとローカム１０６ａ，１０６ｂが設けられている。ハイカム１０５ａ，１０５ｂとローカム１０６ａ，１０６ｂは近接して配置されている。図１２（ｂ）に示す如く、ハイカム１０５ｂの外周部には凸部１０５ｃが形成されている。図１３（ｂ）に示す如く、ローカム１０６ｂの外周部には凸部１０６ｃが形成されている。同様に、ハイカム１０５ａの外周部に凸部１０５ｃが、ローカム１０６ａの外周部に凸部１０６ｃが形成されている。ハイカム１０５ａ，１０５ｂの凸部１０５ｃは、ローカム１０６ａ，１０６ｂの凸部１０６ｃよりも高さが高くなっている。
【００３９】
カムピース１０２ａ，１０２ｂ、ハイカム１０５ａ，１０５ｂおよびローカム１０６ａ，１０６ｂにより、カム部１０７が構成されている。カム部１０７は、カムシャフト１０４に例えばスプライン結合されており、カムシャフト１０４を中心にカムシャフト１０４と一体に回転するようになっている。また、カム部１０７は、カムシャフト１０４の軸方向に沿ってカムシャフト１０４に対して直動自在に支持されている。
【００４０】
カム部１０７の周囲にバルブ１０８ａ，１０８ｂが配置されている。バルブ１０８ａ，１０８ｂを支持するロッカアーム１０９ａ，１０９ｂには、ロッカローラ１１０ａ，１１０ｂが設けられている。バルブ１０８ａ，１０８ｂは図示しないコイルバネ等によりカムシャフト１０４側に押圧されており、ロッカローラ１１０ａ，１１０ｂはカム部１０７の直動位置に応じてハイカム１０５ａ，１０５ｂとローカム１０６ａ，１０６ｂとのいずれか一方に当接するようになっている。
【００４１】
次に、図１２および図１３を参照して、このように構成されたカム切替機構１００によるバルブ１０８ａ，１０８ｂの開閉動作について説明する。
図１２に示す如く、ハイカム１０５ａ，１０５ｂがロッカローラ１１０ａ，１１０ｂに当接した状態でカム部１０７が回転する。このとき、ハイカム１０５ａ，１０５ｂの外周部に凸部１０５ｃが形成されており、凸部１０５ｃの回転位置に応じてロッカローラ１１０ａ，１１０ｂを押すことで、ロッカアーム１０９ａ，１０９ｂが一端部Ｊを中心に回動する。ロッカアーム１０９ａ，１０９ｂの回動に応じて、バルブ１０８ａ，１０８ｂがハイカム１０５ａ，１０５ｂの径方向、つまり図中ｙ軸に略沿う方向に直動する。
【００４２】
あるいは、図１３に示す如く、ローカム１０６ａ，１０６ｂがロッカローラ１１０ａ，１１０ｂに当接した状態でカム部１０７が回転する。このとき、ローカム１０６ａ，１０６ｂの外周部に凸部１０６ｃが形成されており、凸部１０６ｃの回転位置に応じてロッカローラ１１０ａ，１１０ｂを押すことで、ロッカアーム１０９ａ，１０９ｂが一端部Ｊを中心に回動する。ロッカアーム１０９ａ，１０９ｂの回動に応じて、バルブ１０８ａ，１０８ｂがローカム１０６ａ，１０６ｂの径方向、つまり図中ｙ軸に略沿う方向に直動する。
【００４３】
このとき、ハイカム１０５ａ，１０５ｂの凸部１０５ｃはローカム１０６ａ，１０６ｂの凸部１０６ｃよりも高さが高いため、図１２（ａ）に示すハイカム１０５ａ，１０５ｂ使用時のバルブ１０８ａ，１０８ｂの直動幅Ｌｈは、図１３（ａ）に示すローカム１０６ａ，１０６ｂ使用時のバルブ１０８ａ，１０８ｂの直動幅Ｌｌよりも大きくなる。
【００４４】
次に、図１２〜図１５を参照して、カム切替機構１００によるハイカム１０５ａ，１０５ｂとローカム１０６ａ，１０６ｂとの切替動作について説明する。
図１４に示す如く、ハイカム１０５ａ，１０５ｂがロッカローラ１１０ａ，１１０ｂに当接した状態において、カムピース１０２ｂの螺旋溝１０３ｂが直下に来たタイミングで図中右側の電磁アクチュエータ１が規制ピン１１をＯＦＦ位置からＯＮ位置に切替えることで、先端部を押し出して螺旋溝１０３ｂに入れる。
【００４５】
規制ピン１１の先端部が螺旋溝１０３ｂに入った状態でカム部１０７が回転することで、カム部１０７がカムシャフト１０４の軸に沿う一定方向、つまり図中ｘ軸の正方向に移動する。ここで、螺旋溝１０３ｂは、カム部１０７の移動幅がハイカム１０５ａ，１０５ｂとローカム１０６ａ，１０６ｂの中心部間の間隔Ｌｃと略等しくなるように設けられている。これにより、バルブ１０８ａ，１０８ｂの動作用のカムがハイカム１０５ａ，１０５ｂからローカム１０６ａ，１０６ｂに切替わる。
【００４６】
また、螺旋溝１０３ｂの終端部にはゆるやかに盛り上がるテーパ面が形成されており、カム部１０７の回転により規制ピン１１の先端部を電磁アクチュエータ１側へ押し戻すようになっている。この戻り機構により、電磁アクチュエータ１の規制ピン１１がＯＦＦ位置に戻り、カム切替機構１００は図１３（ａ）に示す状態になる。
【００４７】
同様に、図１５に示す如く、ローカム１０６ａ，１０６ｂがロッカローラ１１０ａ，１１０ｂに当接した状態において、カムピース１０２ａの螺旋溝１０３ａが直下に来たタイミングで図中左側の電磁アクチュエータ１が規制ピン１１をＯＦＦ位置からＯＮ位置に切替えることで、先端部を押し出して螺旋溝１０３ａに入れる。
【００４８】
規制ピン１１の先端部が螺旋溝１０３ａに入った状態でカム部１０７が回転することで、カム部１０７がカムシャフト１０４の軸に沿う一定方向、つまり図中ｘ軸の負方向に移動する。ここで、螺旋溝１０３ａは螺旋の向きが螺旋溝１０３ｂと逆向きであるため、カム部１０７は図１１０４に示す状態と逆方向に移動する。これにより、バルブ１０８ａ，１０８ｂの動作に用いるカムがローカム１０６ａ，１０６ｂからハイカム１０５ａ，１０５ｂに切替わる。
【００４９】
また、螺旋溝１０３ａの終端部には螺旋溝１０３ｂと同様にゆるやかに盛り上がるテーパ面が形成されており、カム部１０７の回転により規制ピン１１の先端部を電磁アクチュエータ１側へ押し戻すようになっている。この戻り機構により、電磁アクチュエータ１の規制ピン１１がＯＦＦ位置に戻り、カム切替機構１００は図１２（ａ）に示す状態になる。
【００５０】
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、磁性体で構成されたケース２，３と、ケース２，３内に設置された固定子コアと、固定子コアに磁束を発生させるコイル６と、固定子コアへの吸着力および反発力を発生する永久磁石７と、永久磁石７と一体にされてコイル６が無通電のときは永久磁石７が固定子コアに吸着することで初期位置に保持される一方でコイル６が通電されているときは永久磁石７が固定子コアに反発することで初期位置から移動するプランジャ８とを備える構成にした。そして、固定子コアは、複数に分割された分割コア４，５がプランジャ８の移動方向Ａに並んだ構造であって複数の分割コア４，５のうちの少なくとも最も永久磁石７側にある分割コア５はプランジャ８を通す穴が形成されており、プランジャ８は、初期位置において分割コア４，５を磁気的に接続する位置まで分割コア５に形成された穴から固定子コア内部へ入る形状にしたので、分割コア４，５の分割部とプランジャ８との位置関係により、コイル６を鎖交する磁路の磁気抵抗が急激に変化し、この磁路を流れる磁束Ｄが急激に変化して、大きな逆起電圧が発生する。
【００５１】
この逆起電圧を検知することで、プランジャ８の位置を検出可能となり、電磁アクチュエータ１の作動状態の監視および異常検知等に利用できる。
また、プランジャ８の位置変化によるコイル鎖交磁束の変化を大きくしたので、熱減磁等が起こって永久磁石７の磁束が低下またはばらついた場合でも、逆起電圧が発生し、プランジャ８の位置検出が可能である。
さらに、プランジャ８の移動速度が遅い場合でも位置の変化によりコイル鎖交磁束量を確保できるので、エアダンパ機能等を用いて可動子１０の移動速度を低下させることができる。これにより、可動子１０が分割コア５またはケース３に当接するときの異音を低減できる。
【００５２】
また、実施の形態１によれば、プランジャ８は、複数の分割コア４，５のうちの最も永久磁石７側にある分割コア５に当接する板部８１と、当該板部８１から突出して分割コア５に形成された穴へ入る突部８２とを有する構成にしたので、プランジャ８の板部８１が分割コア５に当接することにより大きな吸着力と反発力を得ることができる。また、板部８１を径方向に拡げることにより磁束をケース２へ流す磁路とする。
【００５３】
また、実施の形態１によれば、複数の分割コア４，５のうちの最も永久磁石７側にある分割コア５は、プランジャ８を通す穴が形成された板部５１と、穴の縁から他の分割コア４側へ突出する筒状の突部５２とを有する構成にしたので、分割コア５の板部５１がプランジャ８の板部８１に当接することにより大きな吸着力と反発力を得ることができる。また、分割コア５の板部５１を拡げることにより磁束をケース２へ流す磁路とする。
【００５４】
また、実施の形態１によれば、永久磁石７を間に挟む２つの磁性体によりプランジャ８，９を構成したので、永久磁石７の漏れ磁束を有効に使用することができる。また、永久磁石７を衝撃から保護することができる。
【００５５】
また、実施の形態１によれば、プランジャ８，９のうちの固定子コアから遠い側のプランジャ９を板状に構成したので、永久磁石７の漏れ磁束を有効に使用することができる。また、板状のプランジャ９を径方向に拡げることにより磁束をケース２へ流す磁路とする。
【００５６】
また、実施の形態１によれば、図８（ａ）に示したように、プランジャ８，９のうちの固定子コアに近い側のプランジャ８を、永久磁石７の一方の面を覆うと共に分割コア５に当接する板部８１と、当該板部８１から突出して分割コア５に形成された穴へ入る突部８２とで構成し、固定子コアから遠い側のプランジャ９を、永久磁石７のもう一方の面を覆う板状に構成した場合、効率良く逆起電圧を発生することができる。
【００５７】
一方、図８（ｂ）に示したように、プランジャ８，９のうちの固定子コアに近い側のプランジャ８ｆを、永久磁石７の一方の面を覆うと共に分割コア５に当接する板状に構成し、固定子コアから遠い側のプランジャ９ｆを、永久磁石７のもう一方の面を覆う板部９１ｆと、当該板部９１ｆから突出し永久磁石７を貫通して分割コア５に形成された穴へ入る突部９２ｆとで構成した場合、組み立てやすくなると共に、永久磁石７が偏心しにくくなる。
【００５８】
また、実施の形態１によれば、図２に示したように、初期位置においてプランジャ８の突部８２の端部と、分割コア４，５の分割部との位置が揃うように構成した場合には、初期位置の可動子１０を検出できる。
【００５９】
一方、図６に示したように、初期位置においてプランジャ８の突部８２の端部と、分割コア４，５の分割部との位置がずれるように構成した場合には、初期位置以外の可動子１０を検出できる。
【００６０】
なお、上記説明では、規制ピンが１つのタイプの電磁アクチュエータに対して実施の形態１の構成を適用したが、規制ピンが２つ以上のタイプの電磁アクチュエータに対しても適用可能である。
【００６１】
上記以外にも、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、または実施の形態の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】
【００６２】
この発明に係る電磁アクチュエータは、コイルに通電することで固定子コアに発生する磁極と永久磁石磁極との反発力を駆動源として初期位置から移動し、外部からの力により初期位置に戻るものなので、内燃機関のバルブリフト量を調整するカム切替機構などに用いるのに適している。
【符号の説明】
【００６３】
１，１ａ，１ｂ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊ  電磁アクチュエータ、２，３  ケース、４，５  分割コア、４ａ  コア、４ｇ  接続部、４ｈ−１〜４ｈ−３  分割コア、４ｊ  分割コア、５１  板部、５２  突部、６  コイル、７，７ｊ  永久磁石、８，８ｃ〜８ｆ，８ｊ，９，９ｆ，９ｊ  プランジャ、８１  板部、８２，８２ｂ〜８２ｅ，８２ｊ  突部、９１ｆ  板部、９２ｆ  突部、１０，１０ｆ  可動子、１１  規制ピン、１２  プランジャガイド、１３  コネクタ、１００  カム切替機構、１０２ａ，１０２ｂ  カムピース、１０３ａ，１０３ｂ  螺旋溝、１０４  カムシャフト、１０５ａ，１０５ｂ  ハイカム、１０５ｃ，１０６ｃ  凸部、１０６ａ，１０６ｂ  ローカム、１０７  カム部、１０８ａ，１０８ｂ  バルブ、１０９ａ，１０９ｂ  ロッカアーム、１１０ａ，１１０ｂ  ロッカローラ。
【図１】
2016181551.tif 000003
【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】
2016181551.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2016181551.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2016181551.tif 000014
【図１３】
2016181551.tif 000015
【図１４】
2016181551.tif 000016
【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年7月13日(2017.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明に係る電磁アクチュエータは、磁性体で構成されたケースと、ケース内に設置されたコアと、コアに磁束を発生させるコイルと、コアへの吸着力および反発力を発生する永久磁石と、永久磁石と一体にされ、コイルが無通電のときは永久磁石がコアに吸着することで初期位置に保持され、コイルが通電されているときは永久磁石がコアに反発することで初期位置から動作位置へ移動するプランジャとを備え、コアは、複数に磁気的に分割された分割コアがプランジャの移動方向に並んだ構造であって、複数の分割コアのうちの少なくとも最も永久磁石側にある分割コアにはプランジャを通す穴が形成されており、プランジャは、初期位置において、複数の分割コアのうちの少なくとも２つの分割コアを磁気的に接続する位置まで分割コアに形成された穴からコア内部へ入り、動作位置において、２つの分割コアを磁気的に分割する形状である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体で構成されたケースと、
前記ケース内に設置されたコアと、
前記コアに磁束を発生させるコイルと、
前記コアへの吸着力および反発力を発生する永久磁石と、
前記永久磁石と一体にされ、前記コイルが無通電のときは前記永久磁石が前記コアに吸着することで初期位置に保持され、前記コイルが通電されているときは前記永久磁石が前記コアに反発することで前記初期位置から動作位置へ移動するプランジャとを備え、
前記コアは、複数に磁気的に分割された分割コアが前記プランジャの移動方向に並んだ構造であって、前記複数の分割コアのうちの少なくとも最も前記永久磁石側にある分割コアには前記プランジャを通す穴が形成されており、
前記プランジャは、前記初期位置において、前記複数の分割コアのうちの少なくとも２つの分割コアを磁気的に接続する位置まで前記分割コアに形成された前記穴から前記コア内部へ入り、前記動作位置において、前記２つの分割コアを磁気的に分割する形状であることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記コアは、２つの前記分割コアからな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】
前記プランジャは、前記複数の分割コアのうちの最も前記永久磁石側にある前記分割コアに当接する板部と、当該板部から突出して前記分割コアに形成された前記穴へ入る突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４】
前記複数の分割コアのうちの最も前記永久磁石側にある前記分割コアは、前記プランジャを通す穴が形成された板部と、前記穴の縁から他の分割コア側へ突出する筒状の突部とを有す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５】
前記複数の分割コアは、互いに隙間をあけて並んで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６】
前記プランジャは、前記永久磁石を間に挟む２つの磁性体で構成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７】
前記プランジャの前記突部は、円筒状または円柱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８】
前記プランジャを構成する前記２つの磁性体のうちの前記コアから遠い側の磁性体は、板状であ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。
【請求項９】
前記プランジャを構成する前記２つの磁性体のうち、
前記コアに近い側の磁性体は、前記永久磁石の一方の面を覆うと共に前記複数の分割コアのうちの最も前記永久磁石側にある前記分割コアに当接する板部と、当該板部から突出して前記分割コアに形成された前記穴へ入る突部とを有し、
前記コアから遠い側の磁性体は、前記永久磁石のもう一方の面を覆う板部を有す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。
【請求項１０】
前記プランジャを構成する前記２つの磁性体のうち、
前記コアに近い側の磁性体は、前記永久磁石の一方の面を覆うと共に前記複数の分割コアのうちの最も前記永久磁石側にある前記分割コアに当接する板部を有し、
前記コアから遠い側の磁性体は、前記永久磁石のもう一方の面を覆う板部と、当該板部から突出し前記永久磁石を貫通して前記分割コアに形成された前記穴へ入る突部とを有す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。
【請求項１１】
前記初期位置において前記プランジャの前記突部の端部と、前記複数の分割コアのうちの少なくとも２つの分割コアのうち、前記永久磁石から遠い側の分割コアの分割部に近い側の端部との位置が揃う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】
前記初期位置において前記プランジャの前記突部の端部と、前記複数の分割コアのうちの少なくとも２つの分割コアの分割部との位置がずれ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１３】
内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを動作させるカムの切り替えに用いられ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。
【国際調査報告】
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