(57)【要約】      （修正有）【課題】電磁アクチュエータの小型化【解決手段】電磁アクチュエータ１０は、ハウジング１２と、ハウジング１２内に配置され、端部プレートによって固定されたポールピースと、電機子およびこの電機子に結合された永久磁石を有する電機子アセンブリと、を含んでいる。電機子は第１の位置と第２の位置との間で移動可能である。電磁アクチュエータ１０はさらに、電機子アセンブリの周りに位置し、ハウジング１２内に配置されたワイヤコイルを含んでいる。第１の位置と第２の位置との間の電機子の作動位置は、ワイヤコイルに印加される電流の大きさに比例する。【選択図】図１
2017169433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置されたポールピースと、
電機子および前記電機子に結合された永久磁石を含み、前記電機子が第１の位置と第２の位置との間で移動可能である、電機子アセンブリと、
前記電機子アセンブリ周りに配置されるとともに、前記ハウジング内に配置されたワイヤコイルと、を備え、
前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記電機子の作動位置が、前記ワイヤコイルに印加される電流の大きさに比例する、電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記永久磁石が磁石の厚さを規定し、前記電機子が電機子の厚さを規定する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記磁石の厚さに対する前記電機子の厚さの比が約３より大である、請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記永久磁石が磁石の体積を規定し、前記電機子が電機子の体積を規定する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
前記磁石の体積に対する前記電機子の体積の比が約３より大である、請求項４に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
前記ポールピースがフランジ部分およびテーパ表面を含む、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
前記フランジ部分が径方向外側に延び、前記テーパ表面が、前記フランジ部分から、前記端部プレートから離れる方向に軸方向に延びる、請求項６に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項８】
前記電機子アセンブリがソレノイドチューブ内に滑動可能に受領され、前記ソレノイドチューブが、前記ハウジングによって規定されたハウジングボア内に受領される、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項９】
前記ソレノイドチューブが、前記ポールピースに隣接するソレノイドチューブの端部において径方向内側に延びる電機子プラットフォームを含んでいる、請求項８に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１０】
前記電機子アセンブリがさらに、前記電機子に結合されたプッシュピンを含む、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１１】
前記プッシュピンが、前記第１の位置と前記第２の位置との間における前記電機子の動きに応じて、前記ハウジングから延び、また、前記ハウジング内に後退するように構成されている、請求項１０に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１２】
前記永久磁石が前記電機子の第２の端部に結合されている、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１３】
前記永久磁石が前記電機子の第１の端部に結合されている、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１３】
前記永久磁石が前記電機子に取外し可能に結合されている、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１４】
前記永久磁石が前記電機子に組み込まれている、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１５】
前記永久磁石が前記電機子に接着剤によって取り付けられている、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１６】
前記電機子が前記電機子の外周周りに周方向に配置された複数のベアリングスロットを含み、前記複数のベアリングスロットは各々がベアリングを受領するように構成され、前記複数のベアリングスロットは各々が、前記電機子の第１の端部から、前記電機子の前記第１の端部と第２の端部との間の位置に軸方向に延びる前記電機子内に径方向凹部を規定する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１７】
前記電流が前記ワイヤコイルから除去された際に、前記第２の位置から前記第１の位置に前記電機子を後退させるように、前記電機子と係合しているバネをさらに備えた、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１９】
前記電磁アクチュエータが比例可変力ソレノイドである、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２０】
前記ハウジング、前記電機子、および前記ポールピースが磁性材料で形成されている、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２１】
前記ポールピース、前記ワイヤコイル、および前記電機子アセンブリの内の少なくとも１つを前記ハウジング内に保持するように、前記ハウジングに固定された端部プレートをさらに備えた、請求項１に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】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年３月１７日に出願された、「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ａｃｔｕａｔｏｒ」と題する米国仮特許出願第６２／３０９，５０５号に基づくとともに、その優先権を主張する。この文献はその全体が、参照することにより、本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（連邦政府資金による研究開発の記載）
適用されず。
【０００３】
本開示は概して電磁アクチュエータに関し、より詳細には、永久磁石を有する可変力ソレノイドに関する。
【背景技術】
【０００４】
電磁アクチュエータ（たとえば、可変力ソレノイド）は通常、ハウジング内において可動電機子の周りに位置するワイヤコイルを含んでいる。磁界を生じさせるために電流をワイヤコイルに印加することができ、次いで磁界により、可動電機子をハウジングに対して動作（すなわち移動）させることができる。現在のトレンドは、電磁アクチュエータの出力および効率を向上させることに繋げることである。しかし、このことは、たとえば電磁アクチュエータ内のエアギャップを低減することにより、磁気損失を低減することを必要としている。電磁アクチュエータ内のこのエアギャップの低減は、始動磁束がますます高く（たとえば、ソレノイドハウジング内に完全に後退したピン）なり得、この理由は、磁気回路のリラクタンスがすべての作動条件下でより低くなり得るためである。エアギャップの低減の結果としてのより高い始動磁束は、磁気飽和を防止するためのより広いエリア（たとえば、増大した厚み、より大きい直径など）を要求する磁束を保持する部品（たとえば、ハウジング、電機子など）を必要とする場合がある。磁束を保持する構成要素のエリアを増大させることは、さらなる材料に起因して、費用の増大に繋がり得、また、より広い空間をも必要とし、このことは、電磁アクチュエータを小型化することによる所望の結果を相殺する。
【０００５】
さらに、エアギャップの低減は、許容誤差およびクリアランスを著しく狭め得、このことは、製造上の目的のために、法外に費用を増大させ得る。さらに、エアギャップの低減は、電機子が完全に中心に維持されていない場合、側面荷重力（すなわち、所望の動作方向に対してほぼ垂直な力）が高くなることに繋がり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電磁アクチュエータの電機子に結合された永久磁石を有する電磁アクチュエータを提供する。永久磁石により、電磁アクチュエータ全体にわたる磁束を低減することができ、それにより、電磁アクチュエータがより小さい磁束を保持する構成要素を利用することを可能にする。永久磁石は、電磁アクチュエータが、より低いアンペアターン（すなわち、ワイヤコイルにおける銅のより少ない巻き線）を利用して（永久磁石を含まない電磁アクチュエータと）同様の性能を得ることを可能にする出力ブースタとしても作動する（すなわち、永久磁石を含まない電磁アクチュエータに比べ、電磁アクチュエータの出力を増大させる）ことができる。
【０００７】
一態様では、本発明により、ハウジングと、ハウジング内に配置され、端部プレートによって固定されたポールピースと、電機子およびこの電機子に結合された永久磁石を有する電機子アセンブリと、を含む電磁アクチュエータが提供される。電機子は第１の位置と第２の位置との間で移動可能である。電磁アクチュエータはさらに、電機子アセンブリの周りに位置し、ハウジング内に配置されたワイヤコイルを含んでいる。第１の位置と第２の位置との間の電機子の作動位置は、ワイヤコイルに印加される電流の大きさに比例する。
【０００８】
本発明の上述および他の態様および利点が、以下の詳細な説明から明らかになる。詳細な説明において、本明細書の一部を形成する添付図面を参照する。この添付図面において、説明のために、本発明の好ましい実施形態が示されている。そのような実施形態は、必ずしも本発明の全範囲を示すものではないが、したがって、特許請求の範囲が参照される。そのような実施形態は、本明細書においては、本発明の範囲を解釈するためのものである。
【０００９】
以下の本発明の詳細な説明を考慮すれば、本発明はよりよく理解され、上で説明したのとは別の特徴、態様、および利点が明らかになる。そのような詳細な説明は、以下の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る電磁アクチュエータの底面、前面、および左側の等角図である。
【図２】図２は、図１の電磁アクチュエータの左側、前面、底面の分解等角図である。
【図３】図３は、部分的に断面が抜粋された、図１の電磁アクチュエータの左側、前面、底面の分解等角図である。
【図４】図４は、線４−４に沿って取られた図１の電磁アクチュエータの断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る、様々な大きさの電流における、電機子の位置またはストロークの関数としての、図１の電磁アクチュエータの電機子に作用する出力を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る、位置またはストロークの関数としての、図１の電磁アクチュエータおよび、永久磁石のない電磁アクチュエータの出力を示すグラフである。
【図７】図７は、電磁アクチュエータのワイヤコイルに高電流が印加された場合の図１の電磁アクチュエータの磁束を示す図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態に係る、様々な大きさの電流における、位置またはストロークの関数としての、図１の電磁アクチュエータおよび、永久磁石のない電磁アクチュエータの磁束を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に係る電磁アクチュエータの底面、前面、右側の等角図である。
【図１０】図１０は、線９−９に沿って取られた図９の電磁アクチュエータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明はその用途が、以下の詳細な説明に説明されるか、添付図面に図示された構造の詳細および構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態にも適用可能であり、様々な方法で実行または実施することが可能である。また、本明細書に使用される言回しおよび用語は、説明を目的とするものであり、限定的ものとして解されるべきではないことを理解されたい。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、およびそれらの変形の使用は本明細書において、その後ろに列挙されるアイテムおよびその均等、ならびに追加のアイテムの包含を意味する。別様に特定されるか限定されていない限り、「取り付けられる（ｍｏｕｎｔｅｄ）」、「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「支持される（ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ）」、および「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、ならびにそれらの変形は、広範囲に使用され、直接的と間接的との両方の取付け、接続、支持、および結合を包含している。さらに、「接続される」および「結合される」は、物理的または機械的な接続または結合に制限されない。
【００１２】
以下の議論は、当業者が本発明の実施形態を作成および使用することを可能にするために提供されている。説明される実施形態に対する様々な変形は、当業者には容易に明らかになり、本明細書の包括的な原理は、本発明の実施形態から逸脱することなく、他の実施形態および用途に適用可能である。したがって、本発明の実施形態は、図示の実施形態に限定されることは意図されていないが、本明細書に開示の原理および特徴と調和する最も広い範囲に一致するものとする。以下の詳細な説明は、図面を参照して読まれるものとし、図中、異なる図における同様の要素は同様の参照符号を有する。図は必ずしも拡縮されている必要はなく、選択された実施形態を示すものであり、本発明の実施形態の範囲を限定することは意図されていない。当業者は、本明細書に提供された例には多くの有用な代替形態があり、本発明の実施形態の範囲内に含まれることを理解するであろう。
【００１３】
「第１の位置と第２の位置との間」およびその変形のフレーズの使用は本明細書において、指向性を暗示するものではなく、たとえば、第１の位置から第２の位置への移動、および第２の位置から第１の位置への移動を含み得る。さらに、「第１の位置と第２の位置との間」およびその変形のフレーズは、不連続性を暗示するものではなく、たとえば、第１の位置から第２の位置への移動、および／または第２の位置から第１の位置への移動、ならびにそれらの間の位置すべてを含み得る。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る電磁アクチュエータ１０を示している。いくつかの非限定的な例では、電磁アクチュエータ１０は、可変力ソレノイドである場合がある。図１および２に示すように、電磁アクチュエータ１０は、ボビン１４および電機子アセンブリ１６を受領するように構成されたハウジング１２を含み得る。ハウジング１２は、磁性材料（たとえば、磁性のスチール、鉄、ニッケルなど）で形成することができ、ほぼ筒形状を規定することができる。他の実施形態では、ハウジング１２は所望に応じて別の形状、たとえば、矩形形状を規定することができる。ハウジング１２は部分的にオーバーモールド１７内に受領され得る。ボビン１４は非磁性材料（たとえば、プラスチック）から形成することができる。
【００１５】
電機子アセンブリ１６は、電機子１８、プッシュピン２０、および永久磁石２２を含み得る。電機子１８は、磁性材料（たとえば、磁性のスチール、鉄、ニッケルなど）で形成することができ、ほぼ筒形状を規定することができる。電機子１８は、電機子１８の周囲の周りに円周状に配置された複数のベアリングスロット２４を含み得る。複数のベアリングスロット２４の各々は、電機子内に径方向の凹部を規定することができる。この径方向の凹部は、電機子１８の第１の端部２６から、電機子１８の第１の端部と第２の端部２８との間の位置に向かって軸方向に延びている。複数のベアリングスロット２４の各々は、電機子１８の動作の間、摩擦を低減するために、対応するベアリング３０をその中に受領するように構成されている。
【００１６】
プッシュピン２０は、電機子１８とともに作動するために、電機子１８に結合され得、電機子１８の第２の端部２８から突出し得る。永久磁石２２は、概して環状の形状を規定し、中心穴３２を含んでいる。中心穴３２からは、プッシュピン２０が突出することができる。他の実施形態では、永久磁石２２が中心穴３２を含まない場合があることを理解されたい。永久磁石２２は、電機子１８とともに作動するために、電機子１８の第２の端部２８に結合され得る。いくつかの実施形態では、永久磁石２２は電機子１８の第２の端部２８に、たとえば接着剤によって取り付けられ得る。他の実施形態では、たとえば永久磁石２２と電機子１８との間の磁気による吸引により、永久磁石２２を電機子１８の第２の端部２８に取外し可能に結合することができる。さらに他の実施形態では、永久磁石２２は、電機子１８の第２の端部２８に結合されていない場合があり、代わりに、第２の端部２８に隣接する電機子１８に組み込まれている。
【００１７】
オーバーモールド１７は、非磁性材料（たとえばプラスチック）から形成することができ、一対の両側の取付穴３３を含み得る。一対の両側の取付穴３３は、設置の際にある表面に電磁アクチュエータ１０を固定するための取付要素（図示せず）を受領するように構成され得る。
【００１８】
引き続き図２を参照すると、電磁アクチュエータ１０は、バネ３４、ソレノイドチューブ３６、ポールピース３８、および端部プレート４０を含み得る。バネ３４は、電機子１８とソレノイドチューブ３６との間に配置され得、電機子１８を後退させ、それによりプッシュピン２０を延びた位置、すなわち作動位置から後退させるように構成することができる。いくつかの設備では、プッシュピン２０は、延びた位置、すなわち作動位置から（たとえば外力付加機能を介して）自動的に後退させられ得ることを理解されたい。これらの設備では、バネ３４が電磁アクチュエータ１０に含まれない場合がある。
【００１９】
ソレノイドチューブ３６は、磁性材料（たとえば、磁性のスチール、鉄、ニッケルなど）で形成することができ、ほぼ筒形状を規定することができる。ソレノイドチューブ３６は、電機子アセンブリ１６を受領するように構成することができる。ポールピース３８は、磁性材料（たとえば、磁性のスチール、鉄、ニッケルなど）で形成することができ、ほぼ環状形状を規定することができる。ポールピース３８は、ポール穴４２、フランジ部分４４、およびテーパ表面４６を含み得る。ポール穴４２は、ソレノイドチューブ３６を受領するように寸法を設定することができる。フランジ部分４４は径方向外側に延びることができ、テーパ表面４６はフランジ部分４４から、端部プレート４０から離れる方向に軸方向に延びることができる。端部プレート４０は、ボビン１４およびポールピース３８をハウジング１２内に固定するように構成することができる。端部プレート４０は、磁性材料（たとえば、磁性のスチール、鉄、ニッケルなど）で形成することができ、ほぼ環状形状を規定することができる。端部プレート４０は、ソレノイドチューブ３６を受領するように寸法が設定されたプレート穴４８を含み得る。
【００２０】
図３に移ると、電磁アクチュエータ１０は、ハウジング１２内に配置されたワイヤコイル５０を含み得る。ボビン１４は、組み立てられた際にワイヤコイル５０が電機子アセンブリ１６周りに延びるように、ワイヤコイル５０をハウジング１２内に位置決めするように寸法が設定されたコイル凹部５２を規定することができる。ワイヤコイル５０は、たとえば、磁界を生成するように構成され得る銅製のコイルから形成され得、それにより、ワイヤコイル５０に電流が印加されるのに応じて力を印加する。ワイヤコイル５０によって生成される磁界および力の方向および大きさは、ワイヤコイル５０に印加される電流の方向および大きさによって判定され得る。
【００２１】
電機子１８は、第１の端部２６から第２の端部２８に電機子１８を通って長手方向に延びる中心穴５３を規定することができる。プッシュピン２０は、電機子１８の中心穴５３内に受領され得、それにより、プッシュピン２０を電機子１８に結合する。電機子プラットフォーム５４は、ポールピース３８に隣接するソレノイドチューブ３６の端部において、径方向内側に向かって延びている。電機子プラットフォーム５４は、ピン穴５６を規定している。電磁アクチュエータ１０の動作の間、ピン穴５６を通ってプッシュピン２０が延びることができ、後退することができる。
【００２２】
電磁アクチュエータ１０が組み立てられると、図３に示すように、電機子アセンブリ１６が滑動可能にソレノイドチューブ３６内に受領され得る。ソレノイドチューブ３６および電機子アセンブリ１６は、ハウジング１２のハウジングボア５８内に固定されるとともにワイヤコイル５０によって囲まれ得る。ワイヤコイル５０は、ボビン１４によってハウジング１２内に固定され得、ポールピース３８は、ボビン１４および端部プレート４０により、電機子プラットフォーム５４に隣接するソレノイドチューブ３６の周りに固定され得る。ソレノイドチューブ３６の周りに固定されたポールピース３８により、テーパ表面４６は、テーパ表面４６がフランジ部分４４から、端部プレート４０から離れる方向に延びるようにテーパ付けされている。
【００２３】
図４に最もよく示されているように、電機子１８と永久磁石２２とは、同軸とする（すなわち、電機子１８によって規定される共通の長手方向軸を共有する）ことができる。電機子１８は、電機子の厚さＴａおよび、電機子の体積ＶＡを規定することができる。同様に、永久磁石２２は、磁石の厚さＴｍおよび磁石の体積Ｖｍを規定することができる。
【００２４】
作動時には、電磁アクチュエータ１０は、所望の大きさおよび所望の方向でワイヤコイル５０に電流を印加するように構成することができるコントローラ（図示せず）と通信することができる。電機子１８、そしてひいては永久磁石２２およびプッシュピン２０は、第１の位置（実線）と第２の位置（破線）との間で、ワイヤコイル５０に印加される電流に応じて移動可能とすることができる。すなわち、電流をワイヤコイル５０に印加することによって生成される磁界は、第１の位置と第２の位置との間で電機子１８に力を加えることができる。第１の位置と第２の位置との間における電機子１８の作動により、たとえばプッシュピン２０によって発揮される出力（すなわち、電機子１８、そしてひいてはプッシュピン２０に下方向６０に作用する力）を生成することができる。
【００２５】
電磁アクチュエータ１０の構成により、電機子１８が、ワイヤコイル５０に印加される電流の大きさに対して比例的に作動することを可能にすることができる。図５は、ワイヤコイル５０に印加される電流の様々な大きさにおける、電機子１８の位置（ストローク）の関数としての、電機子１８に下方向６０に作用する出力のグラフを示している。具体的には、図４のグラフは４つの線６２、６４、６６、および６８を含んでいる。線６２、６４、６６、および６８は各々が、異なる大きさの電流がワイヤコイル５０に印加された際の、電機子１８に作用する下方向６０の出力を示している。線６２は、ワイヤコイル５０に電流が印加されていないことを示し得る。線６４および６６は、ワイヤコイル５０に印加される中間電流を示し得、線６６は線６４より電流が大である。線６８は、ワイヤコイル５０に印加される高レベルの電流を示し得る。
【００２６】
図５に示すように、下方向６０の電機子１８の出力は、ワイヤコイル５０に印加される電流の大きさが増大するにつれて増大し得る（すなわち、線６８の大きさが線６６より大きく、線６６の大きさが線６４より大きいなど）。さらに、線６２、６４、６６、および６８の各々は、下方向６０における電機子１８上の、電機子１８の位置（ストローク）に応じた、概して平坦、すなわち概して一定の出力を規定する。線６２、６４、６６、および６８によって規定された概して平坦な出力のプロファイルは、ワイヤコイル５０に印加される電流の大きさに応じた電機子１８の作動の比例性に相関することができる。換言すると、ワイヤコイル５０に印加される電流の大きさにより、第１の位置と第２の位置との間の電機子１８の位置を判定することができる。
【００２７】
電磁アクチュエータ１０によって達成される電機子１８の作動の比例性に加え、電機子１８に取り付けられた永久磁石２２の使用により、永久磁石２２のない電磁アクチュエータに比べ、電磁アクチュエータ１０がさらなる出力を提供することを可能にすることができる。このさらなる出力は、図６に示すことができる。この図６は、出力と、電磁アクチュエータ１０（すなわち、永久磁石２２を伴う電機子１８上の出力）および、永久磁石２２のない電磁アクチュエータに関する位置（ストローク）との関係を示している。具体的には、図６のグラフは、ワイヤコイル５０に高電流が印加されている、電磁アクチュエータ１０の出力を示し得る線７０と、ワイヤコイルに同じ高電流が印加されている、永久磁石２２がない電磁アクチュエータの出力を示し得る線７２とを含んでいる。図６に示すように、線７０の大きさは、第１の位置と第２の位置との間の作動領域のほぼ全体にわたって線７２の大きさより実質的に大である。増大した出力は、線７０の大きさがおよそ１０の因数だけ線７２より大である作動領域の端部に向かって（すなわち、第２の位置に隣接する位置で）特に顕著である。明らかに、永久磁石２２により、電磁アクチュエータ１０に増大した出力が提供される。このことにより、ワイヤコイル５０および電磁アクチュエータ１０が、永久磁石２２のない電磁アクチュエータと同様の性能を達成するためのより少ないアンペアターン（すなわち、ワイヤコイル５０におけるより少ない銅線の巻き線）を有することを可能にする。したがって、同様の性能を達成するために、電磁アクチュエータ１０は、より少ない銅を必要とし得、費用を低減し、また、サイズを小さくすることができる。永久磁石２２は、ワイヤコイル５０に電流が印加されるのに応じた、電磁アクチュエータ１０の磁性構成要素を通る可変磁束を誘導することもできる。ワイヤコイル５０に高電流が印加され、電機子１８が第２の位置にある場合、図７に示すように、ワイヤコイル５０によって生じる磁束は、永久磁石２２によって生じる磁束によって部分的に相殺され得る。より詳細には、ワイヤコイル５０によって生じた磁束は、電機子１８を通ってポールピース３８に入り、次いで端部プレート４０およびハウジング１２の周りを通る磁束通路を規定することができる。ワイヤコイル５０によって生成されたこの通路は、永久磁石２２によって生じた磁束によって相殺され得る。永久磁石２２によって生じた磁束は、永久磁石２２から生じ、ワイヤコイル５０によって規定された磁束経路の方向と比べて逆方向に流れる磁束経路を規定し得る。
【００２８】
永久磁石２２によって生じるワイヤコイル５０からの磁界の相殺により、電磁アクチュエータ１０の磁性構成要素すべての磁気飽和を低減することになり得る。すなわち、永久磁石２２が電磁アクチュエータ１０の磁性構成要素の磁気飽和を防止するように作用し得る。これにより、より小さい／より薄い／より軽量な磁性構成要素（たとえば、ハウジング１２、端部プレート４０、ポールピース３８など）の使用が可能になり得る。
【００２９】
電磁アクチュエータ１０の永久磁石２２の使用によって生じる低減された磁束レベルは、図８にさらに示すことができる。図８は、様々な電流の大きさにおける電磁アクチュエータ１０および、永久磁石２２のない電磁アクチュエータの位置またはストロークの関数としての磁束を示している。具体的には、図８のグラフは、電磁アクチュエータ１０を通る磁束を示し得る線７４および７６と、永久磁石２２のない電磁アクチュエータを通る磁束を示し得る線７８および８０とを含み得る。線７４はワイヤコイル５０に電流が印加されていない場合を示し得、線７６はワイヤコイル５０に高電流が印加されている場合を示し得る。線７８はワイヤコイルに電流が印加されていない場合を示し得、線８０は、永久磁石２２のない電磁アクチュエータのワイヤコイルに同じ高電流が印加された場合を示し得る。
【００３０】
図８に示されるように、永久磁石２２は、線７４によって示すように、ワイヤコイル５０に電流が印加されていない場合、電磁アクチュエータ１０に負の磁束を誘導し得る。さらに、上述の永久磁石２２による、ワイヤコイル５０によって生じた磁束の相殺は、永久磁石２２のない電磁アクチュエータ（線８０）と比べての電磁アクチュエータ１０（線７６）によって提供される、第１の位置と第２の位置との間の作動領域全体にわたる実質的に低減された磁束レベルによって図示することができる。したがって、永久磁石２２の使用により、電磁アクチュエータ１０が、電流の全領域および作動領域全体にわたって低減された磁束レベルを提供することを可能にする。
【００３１】
電磁アクチュエータ１０の永久磁石２２によって提供される低減された磁束レベルは、電機子１８および永久磁石２２の適切な幾何学設計によって達成され得る。すなわち、以下に記載する特定の幾何学比により、電磁アクチュエータ１０が性能特性を向上させることを可能とし得、磁束の低減の設計がこれらの比の外側にある場合、この幾何学比は性能に負の影響を生じる場合がある。磁束レベルの低減は、電機子の厚さＴａと、電機子の体積Ｖａと、磁石の厚さＴｍと、磁石の体積Ｖｍとの間の幾何学的関係によって左右され得る。すなわち、厚さの比Ｒｔは、磁石の厚さＴｍに対する電機子の厚さＴａの比として規定され得、体積比Ｒｖは、磁石の体積Ｖｍに対する電機子の体積Ｖａの比として規定され得る。いくつかの実施形態では、厚さの比Ｒｔは、約３より大とすることができ、体積比Ｒｖは約３より大とすることができる。他の実施形態では、厚さの比Ｒｔは、約８から１８の間とすることができ、体積比Ｒｖは約８から１８の間とすることができる。さらに他の実施形態では、厚さの比Ｒｔは、約１０から１５の間とすることができ、体積比Ｒｖは約１０から１５の間とすることができる。
【００３２】
上述の電磁アクチュエータ１０は、プッシュピン２０において下方向６０に外力を提供することができる。換言すると、電磁アクチュエータ１０は、プッシュピン２０が、押す方向、すなわち下方向６０に外力を提供するように構成され得る場合、プッシュアクチュエータとすることができる。電磁アクチュエータ１０は、プルアクチュエータとして構成される場合があることを理解されたい。すなわち、いくつかの非限定的な例では、電磁アクチュエータ１０は、上方向１００でプッシュピン２０上に外力を提供するように構成され得る。この非限定的な例では、電機子１８、そしてひいてはプッシュピン２０が、第１の位置（実線）と第２の位置（破線）との間で移動可能であり得る。電機子１８、そしてひいてはプッシュピン２０が第１の位置と第２の位置との間で移動すると、プッシュピン２０は、ハウジング１２内に後退する場合がある。
【００３３】
図９および１０に示すように、永久磁石２２の位置は、図１から８のプッシュアクチュエータと比べて、変更することができる。図９および１０の非限定的な例では、電磁アクチュエータ１０が、図２から４に示す第２の端部２８とは対照的に、電機子１８の第１の端部２６に結合された永久磁石２２を含んでいる。さらに、バネ３４は、電機子１８の第１の端部２６と係合させることができ、また、磁石の吸引方向とは反対側に電機子をバイアスするように構成することができる。この構成により、上述のように、同じ外力と、磁束レベルの低減による利点が提供されるが、プッシュアクチュエータとは対照的に、プルアクチュエータとして作動する。
【００３４】
この明細書では、各実施形態は、明確で簡潔な明細書が書かれることを可能にするような方法で記載されているが、各実施形態は、本発明から離れることなく、様々に組み合わせるか、分けることができることが意図されており、また、このことを理解されたい。たとえば、本明細書に記載の好ましい特徴のすべてが、本明細書に記載の本発明のすべての態様に適用可能であることを理解されたい。
【００３５】
したがって、本発明は特定の実施形態および例と組み合わせて記載したが、本発明は必ずしもそのように限定はされず、その複数の他の実施形態、例、使用、変形形態、ならびに、実施形態、例、および使用からの逸脱が、本明細書に添付される特許請求の範囲によって包含されることが意図される。本明細書に挙げられた特許および公報の各々の開示全体は、そのような特許または公報の各々が参照することによって個別に本明細書に組み込まれているかのように、参照することによって組み込まれる。
【００３６】
本発明の様々な特徴および利点は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【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】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年1月30日(2017.1.30)
【手続補正１】
【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】
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置されたポールピースと、
電機子および前記電機子に結合された永久磁石を含み、前記電機子が第１の位置と第２の位置との間で移動可能である、電機子アセンブリと、
前記電機子アセンブリ周りに配置されるとともに、前記ハウジング内に配置されたワイヤコイルと、を備え、
前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記電機子の作動位置が、前記ワイヤコイルに印加される電流の大きさに比例する、電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記永久磁石が磁石の厚さを規定し、前記電機子が電機子の厚さを規定する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記磁石の厚さに対する前記電機子の厚さの比が約３より大である、請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記永久磁石が磁石の体積を規定し、前記電機子が電機子の体積を規定する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
前記磁石の体積に対する前記電機子の体積の比が約３より大である、請求項４に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
前記ポールピースがフランジ部分およびテーパ表面を含む、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
前記フランジ部分が径方向外側に延び、前記テーパ表面が、前記フランジ部分から、前記端部プレートから離れる方向に軸方向に延びる、請求項６に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項８】
前記電機子アセンブリがソレノイドチューブ内に滑動可能に受領され、前記ソレノイドチューブが、前記ハウジングによって規定されたハウジングボア内に受領される、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項９】
前記ソレノイドチューブが、前記ポールピースに隣接するソレノイドチューブの端部において径方向内側に延びる電機子プラットフォームを含んでいる、請求項８に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１０】
前記電機子アセンブリがさらに、前記電機子に結合されたプッシュピンを含む、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１１】
前記プッシュピンが、前記第１の位置と前記第２の位置との間における前記電機子の動きに応じて、前記ハウジングから延び、また、前記ハウジング内に後退するように構成されている、請求項１０に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１２】
前記永久磁石が前記電機子の第２の端部に結合されている、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１３】
前記永久磁石が前記電機子の第１の端部に結合されている、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１４】
前記永久磁石が前記電機子に取外し可能に結合されている、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１５】
前記永久磁石が前記電機子に組み込まれている、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１６】
前記永久磁石が前記電機子に接着剤によって取り付けられている、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１７】
前記電機子が前記電機子の外周周りに周方向に配置された複数のベアリングスロットを含み、前記複数のベアリングスロットは各々がベアリングを受領するように構成され、前記複数のベアリングスロットは各々が、前記電機子の第１の端部から、前記電機子の前記第１の端部と第２の端部との間の位置に軸方向に延びる前記電機子内に径方向凹部を規定する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１８】
前記電流が前記ワイヤコイルから除去された際に、前記第２の位置から前記第１の位置に前記電機子を後退させるように、前記電機子と係合しているバネをさらに備えた、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１９】
前記電磁アクチュエータが比例可変力ソレノイドである、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２０】
前記ハウジング、前記電機子、および前記ポールピースが磁性材料で形成されている、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項２１】
前記ポールピース、前記ワイヤコイル、および前記電機子アセンブリの内の少なくとも１つを前記ハウジング内に保持するように、前記ハウジングに固定された端部プレートをさらに備えた、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【外国語明細書】
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【選択図】図２
【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】
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【図１０】
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