(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動部材を駆動する少なくとも１つの電磁駆動要素を備えた電磁アクチュエータであって、
前記電磁駆動要素は、前記被駆動部材に取り付けられた可動部材と、この可動部材に対向する固定部材とを有し、
前記可動部材は第１極性の第１磁極と第２極性の第２磁極を持った可動側磁石を含み、
また前記固定部材は、第１極性の第１磁極と第２極性の第２磁極を持ちその第１磁極が前記可動側磁石の第１磁極に対向して前記可動側磁石に電磁反発力を与える固定側磁石と、前記固定側磁石の第１磁極と前記可動側磁石の第１磁極との間にそれらに対してそれぞれ空隙を介して対向するように配置された制御コアと、前記固定側磁石の第１磁極と前記可動側磁石の第１磁極との間にそれらから離れて配置されそれらの各第１磁極を結ぶ線の周りで前記制御コアの周りに巻回されてその励磁電流によって前記可動側磁石に制御電磁力を与える制御コイルとを含み、
前記可動側磁石が、前記電磁反発力と前記制御電磁力とを加え合わせたトータル電磁力によって駆動されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記固定側磁石の第２磁極に、磁性体からなるプレートが配置された請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記制御コイルを流れる励磁電流の少なくとも大きさが変化され、この励磁電流の大きさの変化に応じて、前記制御電磁力の大きさが変化し、前記トータル電磁力が変化する請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記制御コイルの励磁電流の方向と大きさが変化され、この励磁電流の方向と大きさの変化に応じて、前記制御電磁力の方向と大きさが変化し、前記トータル電磁力が変化する請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
前記制御コイルの励磁電流の方向と大きさの変化に応じて、前記トータル電磁力が、前記固定部材が前記可動部材に電磁反発力を与える範囲で調整される請求項４記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
前記制御コイルの励磁電流の方向と大きさの変化に応じて前記トータル電磁力が、前記固定部材が前記可動部材に電磁反発力を与える状態から前記固定部材が前記可動部材に吸引力を与える状態まで変化する請求項４記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
支持点を中心に揺動可能に配置された被駆動部材、前記支持点の一側に配置され前記被駆動部材を駆動する第１電磁駆動要素、および前記支持点の他側に配置され前記被駆動部材を駆動する第２電磁駆動要素を備えた電磁アクチュエータであって、
前記第１、第２電磁駆動要素は、それぞれ、前記被駆動部材に取り付けられた可動部材と、この可動部材に対向する固定部材とを有し、
前記可動部材は第１極性の第１磁極と第２極性の第２磁極を持った可動側磁石を含み、
また前記固定部材は、第１極性の第１磁極と第２極性の第２磁極を持ちその第１磁極が前記可動側磁石の第１磁極に対向して前記可動側磁石に電磁反発力を与える固定側磁石と、前記固定側側磁石の第１磁極と前記可動側磁石の第１磁極との間にそれらに対してそれぞれ空隙を介して対向するように配置された制御コアと、前記固定側磁石の第１磁極と前記可動側磁石の第１磁極との間にそれらから離れて配置されそれらの各第１磁極を結ぶ線の周りで前記制御コアの周りに巻回されてその励磁電流によって前記可動側磁石に制御電磁力を与える制御コイルとを含み、
前記各電磁駆動要素の可動側磁石が、それぞれの前記電磁反発力と前記制御電磁力とを加え合わせたトータル電磁力によって駆動されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項８】
前記第１、第２電磁駆動要素の制御コイルが互いに関連して制御される請求項７記載の電磁アクチュエータ。
【請求項９】
前記第１電磁駆動要素がその制御コイルによリ、その可動側磁石に与える電磁反発力を増加するように制御される場合に、前記第２電磁駆動要素がその制御コイルにより、その可動側磁石に与える電磁反発力を減少するように制御される請求項７記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１０】
前記第１電磁駆動要素がその制御コイルによリ、その可動側磁石に与える電磁反発力を増加するように制御される場合に、前記第２電磁駆動要素がその制御コイルにより、その可動側磁石に与える電磁反発力を減少してそれに吸引力を与えるように制御される請求項７記載の電磁反発形アクチュエータ。
【請求項１１】
前記第１、第２電磁駆動要素の制御コイルが互いに独立して制御される請求項７記載の電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車に搭載されるレーダの反射ミラーを駆動するのに使用される比較的小型の電磁アクチュエータに関するものである。
【０００２】
図８、図９は従来のこの種のアクチュエータを示す。図８は、ボイスコイル形と呼ばれる一対の電磁駆動要素を用いたアクチュエータである。このボイスコイル形の各電磁駆動要素は、固定された筒状コア１の底面上に磁石２を配置し、この磁石２の上に棒状コア３を設け、この棒状コア３と筒状コア１との間の環状の空隙に筒状の可動コイル４を設け、この可動コイル４を被駆動部材５に連結したものである。被駆動部材５は、ベアリング６によって支持された回転軸７を中心に回転可能とされ、可動コイル４によって駆動される。
【０００３】
このボイスコイル形のアクチュエータでは、可動コイル４を流れる電流の方向および電流値に応じて可動コイルに垂直に発生する駆動力により、被駆動部材を上下何れの方向にも駆動することができるが、可動コイル４を使用するために不都合がある。例えば可動部に配置される可動コイル４への配線４ａが必要であり、また可動部を高速で動かすためには、可動部を構成する可動コイルを軽量にする必要があり、このため、可動コイル４の巻回数を増やすのに制約があり、また可動コイル４の線径を太くするにも制約があり、可動コイル４による磁束を大きくできない。このため電磁駆動要素による電磁駆動力を大きくするには、磁石２を強くすること、筒状コア１の磁気抵抗を小さくすること、可動コイル４と筒状コア１との空隙を小さくすることなどが必要であり、その組み立てに高い組み立て精度が要求される。
【０００４】
図９の従来のアクチュエータは、ソレノイド形と呼ばれる一対の電磁駆動要素を用いたもので、各電磁駆動要素は、固定された筒状コア１内に筒状の固定コイル８を設け、被駆動部材５に取り付けた可動コア９を、固定コイル８内に吸引するように構成される。このソレノイド形のアクチュエータは構造が簡単であるが、可動コア９を固定コイル８によって吸引する方向にしか駆動できず、その駆動には制約があり、また可動コア９のために可動部の重量が大きくなり、被駆動部材を高速で制御するには問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、かかる従来の電磁アクチュエータの不都合を改善し、被駆動部材に取り付けた可動部材を固定部材に設けた制御コイルによって連続的に駆動力を制御でき、しかも可動部材を軽量化し、併せて高い組み立て精度を必要としない改良された電磁アクチュエータを提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明による電磁アクチュエータは、被駆動部材を駆動する少なくとも１つの電磁駆動要素を備えた電磁アクチュエータであって、前記電磁駆動要素は、前記被駆動部材に取り付けられた可動部材と、この可動部材に対向する固定部材とを有し、前記可動部材は第１極性の第１磁極と第２極性の第２磁極を持った可動側磁石を含み、また前記固定部材は、第１極性の第１磁極と第２極性の第２磁極を持ちその第１磁極が前記可動側磁石の第１磁極に対向して前記可動側磁極に電磁反発力を与える固定側磁石と、前記固定側磁石の第１磁極と前記可動側磁石の第１磁極との間にそれらに対してそれぞれ空隙を介して配置された制御コアと、前記固定側磁石の第１磁極と前記可動側磁石の第１磁極との間にそれらから離れて配置されそれらの各第１磁極を結ぶ線の周りで前記制御コアの周りに巻回されてその励磁電流によって前記可動側磁石に制御電磁力を与える制御コイルとを含み、前記可動側磁石が、前記電磁反発力と前記制御電磁力とを加え合わせたトータル電磁力によって駆動されることを特徴とするものである。
【０００７】
また、この発明による電磁アクチュエータは、前記固定側磁石の第２磁極に、磁性体からなるプレートが配置されたものである。
【０００９】
また、この発明による電磁アクチュエータは、前記制御コイルを流れる励磁電流の少なくとも大きさが変化され、この励磁電流の大きさの変化に応じて、前記制御電磁力の大きさが変化し、前記トータル電磁力が変化するものである。
【００１０】
また、この発明による電磁アクチュエータは、前記制御コイルの励磁電流の方向と大きさが変化され、この励磁電流の方向と大きさの変化に応じて、前記制御電磁力の方向と大きさが変化し、前記トータル電磁力が変化するものである。
【００１１】
また、この発明による電磁アクチュエータは、前記制御コイルの励磁電流の方向と大きさの変化に応じて、前記トータル電磁力が、前記固定部材が前記可動部材に電磁反発力を与える範囲で調整されるものである。
【００１２】
また、この発明による電磁アクチュエータは、前記制御コイルの励磁電流の方向と大きさの変化に応じて前記トータル電磁力が、前記固定部材が前記可動部材に電磁反発力を与える状態から前記固定部材が前記可動部材に吸引力を与える状態まで変化するものである。
【００１３】
また、この発明による電磁アクチュエータは、支持点を中心に揺動可能に配置された被駆動部材、前記支持点の一側に配置され前記被駆動部材を駆動する第１電磁駆動要素、および前記支持点の他側に配置され前記被駆動部材を駆動する第２電磁駆動要素を備えた電磁アクチュエータであって、前記第１、第２電磁駆動要素は、それぞれ、前記被駆動部材に取り付けられた可動部材と、この可動部材に対向する固定部材とを有し、前記可動部材は第１極性の第１磁極と第２極性の第２磁極を持った可動側磁石を含み、また前記固定部材は、第１極性の第１磁極と第２極性の第２磁極を持ちその第１磁極が前記可動側磁石の第１磁極に対向して前記可動側磁石に電磁反発力を与える固定側磁石と、前記固定側磁石の第１磁極と前記可動側磁石の第１磁極との間にそれらに対してそれぞれ空隙を介して配置された制御コアと、前記固定側磁石の第１磁極と前記可動側磁石の第１磁極との間にそれらから離れて配置されそれらの各第１磁極を結ぶ線の周りで前記制御コアの周りに巻回されてその励磁電流によって前記可動側磁石に制御電磁力を与える制御コイルとを含み、前記各電磁駆動要素の可動側磁石が、それぞれの前記電磁反発力と前記制御電磁力とを加え合わせたトータル電磁力によって駆動されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、この発明による電磁アクチュエータは、前記第１、第２電磁駆動要素の制御コイルが互いに関連して制御されるものである。
【００１５】
また、この発明による電磁アクチュエータは、前記第１電磁駆動要素がその制御コイルによリ、その可動側磁石に与える電磁反発力を増加するように制御される場合に、前記第２電磁駆動要素がその制御コイルにより、その可動側磁石に与える電磁反発力を減少するように制御されるものである。
【００１６】
また、この発明による電磁アクチュエータは、前記第１電磁駆動要素がその制御コイルによリ、その可動側磁石に与える電磁反発力を増加するように制御される場合に、前記第２電磁駆動要素がその制御コイルにより、その可動側磁石に与える電磁反発力を減少してそれに吸引力を与えるように制御されるものである。
【００１７】
さらに、この発明による電磁アクチュエータは、前記第１、第２電磁駆動要素の制御コイルが互いに独立して制御されるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明による電磁アクチュエータの実施の形態１を示す。この電磁アクチュエータは、被駆動部材１０を駆動するものであり、被駆動部材１０は、例えば自動車に搭載されるレーダの反射ミラーである。このレーダは、自動車の周辺を監視するのに使用されるレーダであり、電波を自動車の周辺に発射してその反射波から自動車の周辺の障害物などを検知する。またこのレーダは、光を自動車の周辺に照射し、その反射光によって自動車の周辺を監視するように、構成することもできる。何れにせよ、反射ミラー１０は電波または光を自動車の周辺に向けて発射し、またその反射波を受信するために使用され、電波、または光の照射方向を変更するために、その向きまたは角度が変化される。反射ミラー１０は、重力や外乱振動などに影響されないように、その中央部の重心近傍に支点１１を有し、この支点を中心にして、揺動可能に支持されている。支点１１はベアリング１２で回転可能に支持された回転軸１３であり、この回転軸１３を中心にして、反射ミラー１０が回転可能に支持される。ベアリング１２はプレート１４上に載置かれた支持台１５上に固定されている。支持台１５上には、反射ミラー１０の位置を検出する位置センサ１６が付設されている。この位置センサ１６は、例えば磁気を利用した磁気センサ、または光を利用した光センサである。
【００１９】
図１の電磁アクチュエータは、反射ミラー１０の左右両側に一対の電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂを有する。第１の電磁駆動要素２０Ａは反射ミラー１０の支点１２の右側に配置され、その右端部を駆動し、また第２の電磁駆動要素２０Ｂは反射ミラー１０の支点１２の左側に配置され、その左端部を駆動する。これらの電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂは互いに同じ構成を有し、それぞれ可動部材３０と固定部材４０を有している。各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの各可動部材３０は、被駆動部材である反射ミラー１０に取り付けられた可動側磁石３２を有する。この可動側磁石３２は円柱状に作られた磁石であり、Ｎ極として着磁された第１磁極３２ａと、Ｓ極として着磁された第２磁極３２ｂを有し、第２磁極（Ｓ極）３２ｂを反射ミラー１０に接合して取り付けられている。もちろん、第１磁極３２ａをミラー１０に接合するように、変更可能である。
【００２０】
電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの各固定部材４０は、各可動部材３０に対向して配置される。この各固定部材４０は、支持台１５を載せたプレート１４の左右両側上に固定される。このプレート１４は、磁性材料、例えば鉄板で作られている。各固定部材４０は、先ず固定側磁石４２を有する。この固定側磁石４２は、可動側磁石３２と同様に、円柱状に作られており、Ｎ極として着磁された第１磁極４２ａと、Ｓ極として着磁された第２磁極４２ｂを持っている。この各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの固定側磁石４２は、各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの各可動側磁石３２と対向する位置に配置されており、それぞれの第２磁極（Ｓ極）４２ｂをプレート１４に接合して固定されている。結果として、各固定側磁石４２の第１磁極（Ｎ極）４２ａは、各可動側磁石３２の第１磁極（Ｎ極）３２ａと対向する。もちろん、可動側磁石３２の第１磁極３２ａが反射ミラー１０に接合されるように変更される場合には、固定側磁石４２もそれに合わせて、第１磁極４２ａがプレート１４に接合される。
【００２１】
各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの固定部材４０は、さらに樹脂で作られたボビン４４、制御コア４６、および制御コイル４８を有する。ボビン４４は、固定側磁石４２を覆うように設けられ、固定側磁石４２の上に制御コア４６を保持する。この制御コア４６は、円形断面を持った棒状の鉄心であり、可動側磁石３２の第１磁極（Ｎ極）３２ａと、固定側磁石４２の第１磁極（Ｎ極）４２ａとの間に配置されている。制御コア４６の上端は空隙５０を介して可動側磁石３２の第１磁極（Ｎ極）３２ａに対向しており、またその下端と固定側磁石４２の第１磁極（Ｎ極）４２ａとの間にも空隙５２が形成されている。ボビン４４は、制御コア４６の外周に、巻枠４４ａを有し、この巻枠４４ａに制御コイル４８が巻回されている。結果として、制御コイル４８は、可動側磁石３２の第１磁極３２ａと、固定側磁石４２の第１磁極４２ａとを結ぶ直線の周りに巻回され、前記直線に沿って磁束を発生する。なお、符号４８ａは、制御コイル４８に対する接続リード線であり、制御コイル４８はこれらの接続リード線４８ａを経て、励磁回路に接続される。
【００２２】
各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの各固定部材４０は、それぞれの可動部材３０に対して第１、第２の２つの電磁力Ｆ１、Ｆ２をトータルした電磁力Ｆ０を与える。第１の電磁力Ｆ１は、固定側磁石４２から可動側磁石３２に与えられる電磁力である。固定側磁石４２の第１磁極（Ｎ極）４２ａが、可動側磁石３２の同極性の第１磁極（Ｎ極）３２ａに向き合っているために、固定側磁石４２から可動側磁石３２に与えられる第１の電磁力Ｆ１は、可動部材３０を固定部材４０から引き離す方向の反発電磁力であり、この反発電磁力は磁石３２、４２が永久磁石であるために、常時ほぼ一定の電磁力である。
【００２３】
各固定部材４０から対応する各可動部材３０に対して与えられる第２の電磁力Ｆ２は、制御コイル４８によって発生される。制御コイル４８は、各磁石３２、４２の第１磁極３２ａ、４２a を結ぶ直線に沿って磁束を発生し、この磁束に基づいて可動部材３０に与えられる電磁力Ｆ２は、制御コイル４８に流れる励磁電流の方向と大きさに比例して、その電磁力の方向と大きさが制御される。制御コイル４８にある方向の励磁電流を流せば、この制御コイル４８による電磁力Ｆ２は、固定側磁石４２と同方向に、すなわち可動部材３０を固定部材４０から引き離す方向に、可動部材３０に与えられ、その強さはその励磁電流の大きさに比例する。制御コイル４８の励磁電流の方向を上記と逆にすれば、制御コイル４８による電磁力Ｆ２は、固定側磁石４２による反発力とは逆に、可動部材３０を固定部材４０に吸引する方向の電磁力となり、その大きさは励磁電流に比例する。
【００２４】
固定側磁石４２による反発方向の電磁力Ｆ１の方向を正極性とすると、トータル電磁力Ｆ０＝Ｆ１±Ｆ２となり、制御コイル４８の励磁電流の方向と大きさを変えることによって、トータル電磁力Ｆ０を幅広く制御することができる。反射ミラー１０は、各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂからのトータル電磁力のバランスで、その向きまたは角度が制御される。
【００２５】
この実施の形態１において、制御コイル４８は固定部材４０に設けられているので、その巻回数を大きくして、制御コイル４８による磁束を大きくする上で特別な制限はない。また制御コイル４８の線径を大きくして、充分大きな励磁電流を流し、その磁束を大きくするにも、特別な制約はない。このため、制御コイル４８の巻回数と線径を大きくし、制御コイル４８による電磁力Ｆ２を充分に大きくできる。また、制御コア４６は、制御コイル４８による電磁力をより大きくするのに有効であるが、この制御コア４６も固定部材４０に設けられているので、可動部材３０の重量を増やす心配がなく、可動部材３０を可能なかぎり軽量とすることにより、より高速で駆動することが可能となる。
【００２６】
さらに、制御コイル４８が可動側磁石３２の第１磁極３２ａと、固定側磁石４２の第１磁極４２ａとの間に設けられていることも重要である。制御コイル４８はこれらの磁極３２ａ、４２ａの間にあるため、制御コイル４８と磁極３２a 、４２ａとの間に、必要な間隔を取ることが可能となる。この間隔に基づき、制御コイル４８による磁束を磁石３２、４２に直接流さずに、少なくともその磁束の一部を磁石３２、４２を側路するように流すことができる。この結果、制御コイル４８の磁束が磁石３２、４２による磁束と逆方向に流れる場合においても、制御コイル４８による磁石３２、４２の保持力の減少を軽減することができ、したがって、固定部材４０から必要な電磁力を可動部材３０により正確に与えて、被駆動部材１０をより正確に駆動できる。
【００２７】
また制御コア４６と磁石３２との空隙５０および制御コア４６と磁石４２との空隙５２も、制御コイル４８による制御性を向上するのに有効である。これらの空隙５０、５２は、制御コイル４８による磁束に対する磁石３２、４２による磁束の影響をより少なくし、制御コイル４８による磁束の変化をより大きくし、その励磁電流による制御性能を向上させる。また、磁性板からなるプレート１４は、固定側磁石４２の第２磁極４２ｂが接合されており、磁極板の作用をする。このプレート１４は第２磁極４２ｂからの磁束および制御コイル４８による磁束をこの磁極４２ｂの周辺に拡げ、固定側磁石４２と可動側磁石３２との磁気的結合および制御コイル４８と可動側磁石３２との磁気的結合を強化して、可動部材３０への電磁力を、より大きくする。
【００２８】
図２は、電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの各制御コイル４８に対する励磁回路を示す。この励磁回路は、一対のスイッチング回路６０、７０を有し、これらの各スイッチング回路６０、７０は直流電源の正極端子Ｅ１と負極端子Ｅ２の間にそれぞれ接続されている。負極端子Ｅ２はアース電位とされている。スイッチング回路６０は、一対のスイッチ素子６１、６２を含み、これらのスイッチ素子６１、６２は例えばＮＰＮ形のパワートランジスタで構成される。スイッチ素子６１のコレクタは正極端子Ｅ１に接続され、そのエミッタはスイッチング回路６０の出力端子６３に接続されている。スイッチ素子６２のコレクタは、前記出力端子６３に、またそのエミッタは負極端子Ｅ２にそれぞれ接続される。スイッチング回路７０は一対のスイッチ素子７１、７２を含み、これらはＮＰＮ形パワートランジスタで構成される。スイッチ素子７１のコレクタは正極端子８１に、そのエミッタはスイッチング回路７０の出力端子７３にそれぞれ接続される。スイッチ素子７２のコレクタは出力端子７３に、またそのエミッタは負極端子Ｅ２にそれぞれ接続される。スイッチ素子６１、６２、７１、７２として、パワーＦＥＴと呼ばれるフィールドエフェクトトランジスタを使用することができる。
【００２９】
電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの各制御コイル４８は、スイッチング回路６０の出力端子６３と、スイッチング回路７０の出力端子７３との間に、互いに直列に接続されており、互いに関連して制御される。スイッチ素子６２、７１がオフし、スイッチ素子６１、７２がオンした第１の状態では、各制御コイル４８に、出力端子６３から出力端子７３に向かって、各制御コイル４８に直列に電流が流れ、逆にスイッチ素子６１、７２がオフし、スイッチ素子６２、７１がオンした第２の状態では、出力端子７３から出力端子６３に向かって、各制御コイル４８に電流が流れる。各制御コイル４８の励磁極性は、各コイル４８に付したドットで正極を示したように、互いに逆方向となっている。このため、直列接続された各制御コイル４８に流れる電流によって、電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの一方の、例えば電磁駆動要素２０Ａの制御コイル４８が、その固定側磁石４２と同極性に、その可動部材３０に反発力（＋Ｆ２）を与えるときには、他方の電磁駆動要素２０Ｂの制御コイル４８は、その固定側磁石４２と逆極性に、その可動部材３０に吸引力（−Ｆ２）を与える結果となる。この場合、電磁駆動要素２０Ａのトータル電磁力はＦ０＝Ｆ１＋Ｆ２、電磁駆動要素２０Ｂのトータル電磁力はＦ０＝Ｆ１−Ｆ２となる。
【００３０】
制御コイル４８による電磁力Ｆ２の大きさを、電磁力Ｆ１の大きさより小さい範囲で調整するモードでは、各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂはともに、可動部材３０に反発力を与える範囲で、その反発力の大きさが互いに逆方向に調整される。例えばスイッチ素子６１、７２がオンとなる第１の状態において、一方の電磁駆動要素２０Ａのトータル電磁力Ｆ０＝Ｆ１＋Ｆ２が、固定側磁石４２による反発力Ｆ１を増大するときには、他方の電磁駆動要素２０Ｂのトータル電磁力Ｆ０＝Ｆ１−Ｆ２は、その固定側磁石４２から可動部材３０への反発力Ｆ１を減少させるように、調整される。図１のアクチュエータにおいて、第１電磁駆動要素２０Ａによる反発力が増大し、第２電磁駆動要素２０Ｂによる反発力が減少すると、反射ミラー１０は、回転軸１５を中心に、反時計方向に回動される。スイッチ素子６２、７１がオンとなる第２の状態では、逆方向の調整が行われ、反射ミラー１０は時計方向に回動される。何れにせよ、反射ミラー１０は、２つの電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの各トータル電磁力Ｆ０のバランスで、その向きまたは角度が制御される。
【００３１】
制御コイル４８による電磁力Ｆ２の大きさを、電磁力Ｆ１の大きさを超える範囲で調整するモードを採用することもできる。このモードでは、例えばスイッチ素子６１、７２がオンとなる第１の状態において、電磁駆動要素２０Ａのトータル電磁力Ｆ０が、その固定側磁石４２による反発力Ｆ１の２倍以上の反発力となるよう調整されるときには、他方の電磁駆動要素２０Ｂのトータル電磁力は、その固定側磁石４２による反発力Ｆ１と反対方向の吸引力となり、反射ミラー１０は反時計方向に、より大きく動かされる。スイッチ素子６２、７１がオンとなる第２の状態でも、逆方向の調整が行われ、反射ミラー１０は大きく時計方向に動かされる。
【００３２】
各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの制御コイル４８の励磁電流の大きさは、例えば各スイッチ素子のオン時間比率を変化させることによって、調整される。例えばスイッチ素子６１、７２がオンする第１の状態について、その単位時間にこれらのスイッチ素子６１、７２がオンする比率が変化させられると、そのオン時間比率に応じた大きさの励磁電流が各制御コイル４８に供給される。同様に、スイッチ素子６２、７１がオンとなる第２の状態において、これらのスイッチ素子６２、７１の単位時間当たりのオン時間比率を調整することにより、励磁電流の大きさが変えられる。これらのオン時間比率の調整は、各スイッチ素子のベースへの駆動パルスの幅を変えることによって行われる。
【００３３】
実施の形態１の電磁アクチュエータは、一対の電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの各制御コイル４８の励磁電流のバランスにより、反射ミラー１０の角度を制御するものであり、オープン制御で制御可能であるが、アクチュエータを高速で駆動する場合には、位置センサ１６からの信号によって制御コイル４８をフィードバック制御する。このフィードバック制御は、各スイッチ素子６１、６２、７１、７２のベース駆動電流を制御することによって行われる。
【００３４】
実施の形態２．
図３はこの発明による電磁アクチュエータの実施の形態２の励磁回路を示す。電磁アクチュエータの構成は、図１と同じ構成が採用される。この実施の形態２の励磁回路では、各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの制御コイル４８が、スイッチング回路６０、７０の出力端子６３、７３の間に、互いに並列に接続され、図２の励磁回路と同様に、互いに関連して、互いに逆極性の電磁力Ｆ２をそれぞれの電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂに与えるように制御される。
【００３５】
図３の励磁回路は、各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの制御コイル４８が互いに並列接続されている結果、図２の励磁回路に比べ、電源端子Ｅ１、Ｅ２に同じ電源電圧を与える場合に、より多くの励磁電流を制御コイル４８に流すことができ、駆動力を大きくすることができる。また、例え、一方の制御コイル４８が断線した場合にも、他方の制御コイル４８への励磁電流を確保して、反射ミラー１０の駆動を達成できる。
【００３６】
実施の形態３．
図４はこの発明による電磁アクチュエータの実施の形態３の励磁回路を示す。この実施の形態３では、各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの制御コイル４８が、互いに独立した励磁回路８０Ａ、８０Ｂによって励磁される。電磁駆動要素２０Ａの制御コイル４８は、励磁回路８０Ａによって、また電磁駆動要素２０Ｂの制御コイル４８は、励磁回路８０Ｂによって、励磁される。励磁回路８０Ａ、８０Ｂは、電源端子Ｅ１、Ｅ２の間に、互いに並列に接続され、それぞれ図２、図３と同様に、一対のスイッチング回路６０、７０を含んで構成される。なお、図１に示したアクチュエータの構成は、この実施の形態３でも、同様に採用される。
【００３７】
電磁駆動要素２０Ａの制御コイル４８は、励磁回路８０Ａの各スイッチング回路６０、７０の出力端子６３、７３の間に接続され、電磁駆動要素２０Ｂの制御コイル４８は、励磁回路８０Ｂの各スイッチング回路６０、７０の出力端子６３、７３の間に接続される。この図４に示す励磁回路では、各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの制御コイル４８を、互いに独立した方向、大きさの励磁電流で励磁することができ、各駆動要素で独立した電磁力を反射ミラー１０に与えることができる。
【００３８】
図４の励磁回路によって、例えば、各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂから互いにほぼ等しい反発力を反射ミラー１０に与える場合に、各駆動要素による反発力をともに小さくすれば、反射ミラー１０に対する機械的な駆動系の共振周波数を小さくすることができ、僅かの電磁力の差によって、簡単に反射ミラー１０を駆動できる。各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂから互いにほぼ等しい反発力を反射ミラー１０に与える場合に、反対に、各駆動要素２０Ａ、２０Ｂによる反発力を大きくすると、その共振周波数を大きくすることができる。
【００３９】
実施の形態４．
図５はこの発明による電磁アクチュエータの実施の形態４の励磁回路を示す。図１に示した電磁アクチュエータの構成は、この実施の形態５でも採用される。この実施の形態５は、各電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂの制御コイル４８を、それぞれ１つのパワートランジスタ９１Ａ、９１Ｂによって互いに独立して励磁する。この実施の形態４は、最も簡単な励磁回路であり、各制御コイル４８の励磁電流の大きさは、各トランジスタ９１Ａ、９１Ｂのオン時間比率を変えることにより、変えることができるが、その励磁電流の方向は変えることができない。
【００４０】
しかし、電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂにおいて、励磁電流による励磁極性を互いに同じにすれば、各駆動要素２０Ａ、２０Ｂから互いに同じ極性のトータル電磁力を与えることができる。例えば、各駆動要素２０Ａ、２０Ｂからともに反発力を与えたり、ともに吸引力を与えたりすることができる。また、電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂにおいて、励磁電流による励磁極性を互いに逆にすれば、一方の駆動要素により反発力を、また他方の駆動要素により吸引力を与えることも可能である。
【００４１】
実施の形態５．
図１の電磁アクチュエータは、１つの被駆動部材１０を、一対の電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂで駆動するものであるが、駆動要素の数を変更することは可能である。１つの被駆動部材１０に対して、少なくとも１つの電磁駆動要素を設ければ、被駆動部材１０の駆動は達成できる。例えば、図１の駆動要素２０Ａ、２０Ｂの一方だけを使用しても、被駆動部材１０を駆動できる。また、１つの被駆動部材１０に対して、４つの電磁駆動要素を設けることも可能である。例えば、図１では、被駆動部材１０が回転軸１３を中心に回転可能に支持されたものにおいて、その左右両側に一対の電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂを設けているが、被駆動部材１０を玉軸受けによってあらゆる方向に揺動可能に支持し、その支点１１を通る直交２軸上に、支点１１の両側に合計４つの電磁駆動要素を配置すれば、被駆動部材１０をより広い範囲で動かすことが可能となる。もちろん、この４つの電磁駆動要素のそれぞれは、この発明に従い、図１に示す電磁駆動要素２０Ａ、２０Ｂと同様に構成される。
【００４２】
実施の形態６．
図６、 図７は、この発明による電磁アクチュエータの実施の形態６を示し、特にその位置センサ１６の、より具体的構成を示している。この位置センサ１６は、反射ミラー１０に取り付けたセンサ用磁石１７とそれに近接して支持台１５上に配置された磁気センサ１８とを有する。センサ用磁石１７はその両端にＮおよびＳ極の磁極を有し、磁気センサ１８は例えば、センサチップであり、例えばホール素子１９である。図６は位置センサ１６の１つの具体的構成例であり、図７はその他の構成例である。図６のように、センサ用磁石１７のサイドに磁気センサ１８を配置すれば、反射ミラー１０の可動方向における磁気センサ１８の出力の直線性を向上できるが、図７のように、センサ用磁石１７の１つの磁極に近接して、磁気センサ１８を取り付けることもできる。もちろん、位置センサ１６は
、光を利用した光位置センサとすることもできる。なお、符号１９ａは、ホール素子１９に対するリード線である。
【００４３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明による電磁アクチュエータは、可動部材の可動側磁石が、固定部材の固定側磁石による電磁反発力と、固定部材の制御コイルによる制御電磁力とを加え合わせたトータル電磁力によって駆動されるものであり、固定部材に設けた制御コイルによって連続的に可動部材に対する駆動力を制御することができ、この制御コイルは固定部材に設けているので、巻回数および線径を必要に応じて大きくして、充分な制御駆動力を得ることができ、しかも可動部材は可動側磁石を用いているので、充分な軽量化を図り、併せて固定部材にも高い組み立て制度を不要とできる。また、制御コイルが固定側磁石の第１磁極と可動側磁石の第１磁極との間に配置されているので、制御コイルの磁束による固定側磁石の保持力の低下を軽減し、固定側磁石から可動側磁石に充分な反発電磁力を与えることができる。併せて固定側磁石の第１磁極と可動側磁石の第１磁極との間にそれらに対してそれぞれ空隙を介して制御コアを配置し、それらの各第１磁極を結ぶ線の周りでこの制御コアの周りに制御コイルを巻回しているので、制御コイルによる磁束に対する可動側磁石、および固定側磁石の影響を少なくして、制御コイルによる制御電磁力の制御性を改善でき、制御コイルによる磁束をより効果的に、可動側磁石に与え、より大きな制御電磁力を与えることができる。また、制御コイルを固定側磁石の第１磁極と可動側磁石の第１磁極との間に、各第１磁極から離れて配置したので、制御コイルの磁束による固定側磁石の保持力の低下を確実に軽減でき、固定側磁石から可動側磁石に充分な反発電磁力を与えることができる。
【００４４】
また、固定側磁石の第２磁極に磁性体からなるプレートを配置したものでは、固定側磁石と可動側磁石との間、および制御コイルと可動側磁石との間の磁気的結合を強くし、可動側磁石により大きな反発電磁力と制御電磁力を与えることができる。
【００４６】
また、制御コイルの励磁電流の少なくとも大きさを変化させてトータル電磁力を変化させるものでは、励磁電流の大きさを連続的に変化させることにより、トータル電磁力も連続的に変化させることができる。
【００４７】
また、制御コイルの励磁電流の方向と大きさを変化させてトータル電磁力を変化させるものでは、励磁電流の方向に加えて、大きさを連続的に変化させることにより、トータル電磁力もより幅の広い範囲で連続的に変化させることができ、この場合トータル電磁力が固定部材が可動部材に反発電磁力を与える範囲で調整されるものでは、反発電磁力を与える範囲で幅広くトータル電磁力を調整でき、さらに固定部材が可動部材に反発力を与える状態から、吸引力を与える状態まで、より幅広く、トータル電磁力を調整できる。
【００４８】
また、被駆動部材の支持点の一側の第１電磁駆動要素と、その他側の第２電磁駆動要素のそれぞれについて、可動部材の可動側磁石が、固定部材の固定側磁石による電磁反発力と、固定部材の制御コイルによる制御電磁力とを加え合わせたトータル電磁力によって駆動されるものでは、各電磁駆動要素のそれぞれの固定部材に設けた制御コイルによって連続的に可動部材に対する駆動力を制御することができ、またそれぞれの制御コイルは固定部材に設けているので、巻回数および線径を必要に応じて大きくして、充分な制御駆動力を得ることができ、しかもそれぞれの可動部材は可動側磁石を用いているので、充分な軽量化を図り、併せて固定部材にも高い組み立て制度を不要とできる。また、それぞれの制御コイルが固定側磁石の第１磁極と可動側磁石の第１磁極との間に配置されているので、制御コイルの磁束による固定側磁石の保持力の低下を軽減し、固定側磁石から可動側磁石に充分な反発電磁力を与えることができる。
【００４９】
また、第１、第２電磁駆動要素の各制御コイルが互いに関連して制御されるものでは、各電磁駆動要素のバランスにより、被駆動部材の向きまたは角度を制御でき、また第１電磁駆動要素の制御コイルがその可動側磁石に与える電磁反発力を増加する場合に、第２電磁駆動要素の制御コイルがその可動側磁石に与える電磁反発力を減少させるものでは、各電磁駆動要素からの反発電磁力のバランスによって、被駆動部材の向きまたは角度を制御でき、さらに第１電磁駆動要素の制御コイルがその可動側磁石に与える電磁反発力を増加する場合に、第２電磁駆動要素の制御コイルがその可動側磁石に吸引力を与えるものでは、各電磁駆動要素からの反発電磁力のバランスによって、より広い範囲で被駆動部材の向きまたは角度を制御できる。
【００５０】
さらに、第１、第２電磁駆動要素の制御コイルが互いに独立して制御されるものでは、要求に応じた駆動を行うことができ、例えば被駆動部材の機械的駆動系の共振周波数の調整も行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による電磁アクチュエータの実施の形態１を示す断面図。
【図２】  実施の形態１の励磁回路図。
【図３】  この発明による電磁アクチュエータの実施の形態２の励磁回路図。
【図４】  この発明による電磁アクチュエータの実施の形態３の励磁回路図。
【図５】  この発明による電磁アクチュエータの実施の形態４の励磁回路図。
【図６】  この発明による電磁アクチュエータの実施の形態５の位置センサの具体的構成図。
【図７】  この発明による電磁アクチュエータの実施の形態５の位置センサの他の具体的構成図。
【図８】  従来の電磁アクチュエータの断面図。
【図９】  従来の他の電磁アクチュエータの断面図。
【符号の説明】
１０  被駆動部材             １１  支持点
１４  磁性体プレート          ２０Ａ 第１電磁駆動要素
２０Ｂ  第２電磁駆動要素      ３０  可動部材
３２  可動側磁石             ３２ａ  第１磁極
３２ｂ  第２磁極             ４０  固定部材
４２  固定側磁石             ４２ａ  第１磁極
４２ｂ  第２磁極             ４４  ボビン
４６  制御コア               ４８  制御コイル
５０、５２  空隙              ６０、７０ スイッチング回路
６１、６２、７１、７２  スイッチ素子
６３、７３  出力端子          ８０Ａ、８０Ｂ 励磁回路
９１Ａ、９１Ｂ  スイッチ素子。
【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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