(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記従来技術の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、部品点数の削減、構造の簡素化、小型化等を図りつつ、所望の保持力又は起動力を発生することができ、所定の回転範囲を回動して外部に駆動力を出力することのできる電磁アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の電磁アクチュエータは、ベースと、ベースに固定された少なくとも一つの永久磁石と、ベースに保持されると共に環状に成形されて空芯部を有する励磁用の空芯コイルと、空芯コイルの空芯部に通されると共にベースに回動自在に支持され空芯コイルへの通電により両端側にそれぞれ異なる磁極を生じる可動ヨークと、可動ヨークに連結されて外部に回転力を出力する出力部を備え、上記可動ヨークは、略一定の断面積をなすと共に略L字状に屈曲して形成され、ベースに回動自在に支持される被支持側端部と、所定の角度範囲を回動すると共に永久磁石との間に磁気的作用力を及ぼし合う可動側端部とを有する、ことを特徴としている。
この構成によれば、例えば、回動範囲の一端側にのみ永久磁石が配置されている場合、空芯コイルに非通電の状態では、可動ヨークは回動範囲の一端側の休止位置に位置してその可動側端部と永久磁石との間に作用する磁気的吸引力により、可動ヨークはその休止位置に位置決めされて保持され、空芯コイルに一方向の通電を行うと、可動ヨークの可動側端部に一方の磁極(S極又はN極)が生じ、休止位置において対向していた永久磁石の磁極(S極又はN極)との間に電磁的反発力を生じて、可動ヨークの可動側端部は所定の角度範囲を回転して回動範囲の他端側まで移動し、空芯コイルを非通電にするか又は他方向の通電を行うと、可動側端部と永久磁石との間に作用する磁気的吸引力により、可動側端部は一端側の休止位置に戻る。また、例えば、回動範囲の一端側及び他端側にそれぞれ永久磁石が配置されている場合、空芯コイルに非通電の状態では、可動ヨークは回動範囲の一端側の休止位置に位置してその可動側端部と永久磁石との間に作用する磁気的吸引力により、可動ヨークはその休止位置に位置決めされて保持され、空芯コイルに一方向の通電を行うと、可動ヨークの可動側端部に一方の磁極(S極又はN極)が生じ、休止位置において対向していた永久磁石の磁極(S極又はN極)との間に電磁的反発力を生じて、可動ヨークの可動側端部は所定の角度範囲を回転して回動範囲の他端側の休止位置まで移動し、ここで空芯コイルを非通電にすると、可動ヨークは他端側の休止位置に位置してその可動側端部と対向する永久磁石との間に作用する磁気的吸引力により、その他端側の休止位置に位置決めされて保持される。一方、空芯コイルに他方向の通電を行うと、可動ヨークの可動側端部に他方の磁極(N極又はS極)が生じ、休止位置において対向していた永久磁石の磁極(N極又はS極)との間に電磁的反発力を生じて、可動ヨークの可動側端部は所定の角度範囲を回転して、回動範囲の一端側の休止位置まで移動し、ここで空芯コイルを非通電にすると、可動ヨークは一端側の休止位置に位置してその可動側端部と対向する永久磁石との間に作用する磁気的吸引力により、その一端側の休止位置に位置決めされて保持される。
このように、可動ヨーク及び空芯コイルにより電磁石を構成することにより、従来のように永久磁石を可動させる場合に比べて、部品点数の削減、構造の簡素化、小型化等を達成でき、又、休止位置において所望の保持力を得ることができ、さらに、回転起動時には電磁石と永久磁石との反発力により大きな回転起動力を得ることができ、それ故に、所定の回転範囲を回動して外部に駆動力を出力することができる。
特に、可動ヨークを、被支持側端部から可動側端部まで略一定の断面積をなすように形成することで、磁力線の分布に乱れを生じさせることなく磁力線を束として有効に利用することができ、強力な電磁力を発生させることができる。
【0007】
上記構成において、ベースは、可動ヨークの被支持側端部を回動自在に支持する軸受部及び空芯コイルの一端面を受けるコイル受部を有する本体ベースと、本体ベースに対して着脱自在に連結されると共に空芯コイルの他端面を受けるコイル受部を有するカバーベースを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、本体ベースのコイル受部に空芯コイルを載せてその上から、可動ヨーク(の被支持側端部)を軸受部に回動自在に嵌め込むと共に、カバーベースを連結するだけで、空芯コイルを脱落しないように保持することができると共に、可動ヨークを回動自在に組み付けることができる。
【0008】
上記構成において、カバーベースは、可動ヨークの回動軸線の方向における移動を規制する規制部を有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、本体ベースに可動ヨークを組み付けた後に、カバーベースを組み付けるだけで、可動ヨークを、その回動軸線方向に移動するのを規制しつつ回動自在に支持することができる。
【発明の効果】
【0009】
上記構成をなす電磁アクチュエータによれば、部品点数の削減、構造の簡素化、小型化等を達成しつつ、所望の保持力又は起動力を発生することができ、所定の回転範囲を回動して外部に駆動力を出力することのできる電磁アクチュエータを得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
この実施形態に係る電磁アクチュエータは、
図1及び
図2(a),(b)に示すように、ベースの一部をなす本体ベース10、ベースの一部をなすカバーベース20、本体ベース10に固定される軸受部としての軸受部材(カラン)30、カバーベース20に固定される二つの永久磁石40,50、励磁用の空芯コイル60、本体ベース10,カバーベース20,及び軸受部材30により回動自在に支持された可動ヨーク70、可動ヨーク70に連結されて外部に回転力を出力する出力部80等を備えている。
【0012】
本体ベース10は、樹脂材料等を用いて形成されており、
図1及び
図2(a),(b)に示すように、平坦なコイル受部11、出力部80を回動自在に挿入する扇状の貫通孔12、軸受部材30を嵌合させる嵌合穴13、カバーベース20の被掛止部26に掛止する4つの掛止爪14等を備えている。
【0013】
コイル受部11は、空芯コイル60の一端面62を受けて保持するように形成されている。
嵌合穴13は、軸受部材30を嵌め込んで堅固に固定するように形成されると共に、その底部により、可動ヨーク70の被支持側端部71の回転軸線L方向における移動を規制する(スラスト軸受の役割をなす)ように形成されている。
4つの掛止爪14は、カバーベース20の4つの被掛止部26に対してスナップフィットにより掛止されるように弾性変形可能に形成されている。
【0014】
カバーベース20は、樹脂材料等を用いて形成されており、
図1及び
図2(a),(b)に示すように、空芯コイル60の他端面63を受けて保持するコイル受部21、可動ヨーク70の可動側端部72の回動を許容する凹部22、可動ヨーク70の可動側端部72の近傍に当接して可動ヨーク70の回動軸線L方向における移動を規制する規制部23、永久磁石40,50をそれぞれ嵌め込んで固定する凹状固定部24,25、本体ベース10の4つの掛止爪14をそれぞれ掛止する4つの被掛止部26等を備えている。
【0015】
コイル受部21は、空芯コイル60の他端面63を受けて保持するように形成されている。
凹部22は、可動ヨーク70の被支持側端部71を上側斜め方向から挿入して可動側端部72が回動軸線L回りに所定の回動範囲を回動し得るように形成されている。
規制部23は、凹部22を画定する上面壁の内側において円弧状に突出する突条として形成されており、可動ヨーク70の外周の一部が摺動し得るように形成されている。
凹状固定部24,25は、直方体状の永久磁石40,50を嵌め込んで、例えば接着剤等を用いて固定し得るように形成されている。
ここでは、カバーベース20に、可動ヨーク70の回動軸線Lの方向における移動を規制する規制部23を設けることにより、本体ベース10に(軸受部材30を介して)可動ヨーク70を組み付けつつカバーベース20を組み付けるだけで、可動ヨーク70を、その回転軸線L方向に移動するのを規制しつつ回動自在に支持することができる。
【0016】
軸受部材30は、例えば金属等の高剛性の材料により円筒状に形成されており、本体ベース10の軸受穴13に嵌め込まれて固定されると共に、その内側に可動ヨーク70の被支持側端部71が回動自在に支持され、又、その外側に空芯コイル60の空芯部61が外嵌されるようになっている。
【0017】
永久磁石40は、
図1及び
図2(a)に示すように、直方体形状に形成されており、可動側端部72の回動方向において二極に着磁され、S極が可動ヨーク70の可動側端部72に対向するようにして、カバーベース20の凹状固定部24に嵌め込まれて固定されるようになっている。
永久磁石50は、
図1及び
図2(a)に示すように、直方体形状に形成されており、可動側端部72の回動方向において二極に着磁され、N極が可動ヨーク70の可動側端部72に対向するようにして、カバーベース20の凹状固定部25に嵌め込まれて固定されるようになっている。
【0018】
空芯コイル60は、
図1ないし
図3に示すように、所定の巻数にて予め環状に成形されており、空芯部61、環状の一端面62、環状の他端面63を備えている。
そして、空芯コイル60が組み込まれた状態においては、空芯部61に軸受部材30が挿入され、一端面62に本体ベース10のコイル受部11が当接され、他端面63にカバーベース20のコイル受部21が当接されるようになっている。
【0019】
可動ヨーク70は、
図1ないし
図3に示すように、磁性材料を用いて、略一定の断面積をなすと共に略L字状に屈曲して形成され、本体ベース10に(固定された軸受部材30を介して)回動自在に支持される被支持側端部71、所定の角度範囲を回動すると共に永久磁石40,50との間に磁気的作用力を及ぼし合う可動側端部72を備えている。
そして、可動ヨーク70は、被支持側端部71が空芯コイル60の空芯部61に通されると共に本体ベース10に(軸受部材30を介して)回動自在に支持され、空芯コイル60への一方向への通電により可動側端部72にN極及び被支持側端部71にS極を生じ、空芯コイル60への他方向への通電により可動側端部72にS極及び被支持側端部71にN極を生じる、すなわち、両端側にそれぞれ異なる磁極を生じるようになっている。
このように、可動ヨーク70を、被支持側端部71から可動側端部72まで略一定の断面積をなすように形成することで、空芯コイル60と協働して電磁石が形成される構成において、
図3に示すように、磁力線の分布に乱れを生じさせることなく磁力線を束として有効に利用することができ、強力な電磁力を発生させることができる。
【0020】
出力部80は、樹脂材料等の非磁性材料を用いて形成されており、
図1及び
図2(a),(b)に示すように、可動ヨーク70の可動側端部72に嵌め込まれて固定される嵌合固定部81、嵌合固定部81から回動軸線Lと平行な方向に伸長して本体ベース10の貫通孔12を挿通する連結部82を備えている。
【0021】
次に、上記構成をなす電磁アクチュエータの組付手順について説明する。
先ず、軸受部材30を嵌め込んで固定した本体ベース10、永久磁石40,50を固定したカバーベース20、空芯コイル60、出力部80を固定した可動ヨーク70を準備する。
そして、空芯コイル60の空芯部61に軸受部材30を通すようにして一端面62を本体ベース10のコイル受部11に当接させる。
続いて、可動ヨーク70の被支持側端部71をカバーベース20の斜め上方から凹部22に通すようにして組み込み、可動ヨーク70の被支持側端部71を軸受部材30に嵌め込むと同時に、カバーベース20を本体ベース10に向けて押し込んで、4つの掛止爪14を対応する4つの被掛止部26に掛止させる。
【0022】
これにより、空芯コイル60の一端面62及び他端面63が本体ベース10のコイル受部11とカバーベース20のコイル受部21により挟持されて保持され、又、可動ヨーク70の可動側端部72の一部がカバーベース20の規制部23に摺動自在に接触して、回動軸線Lの方向における可動ヨーク70の移動が規制される(スラスト方向において支持される)。
以上により組付けが完了し、可動ヨーク70は、回動軸線L回りにおいて所定の回動範囲を回動自在に支持された状態となる。
このように、ベースを、本体ベース10及びカバーベース20により構成することにより、コイル受部11に空芯コイル60を載せてその上から、可動ヨーク70(の被支持側端部71)をカバーベース20の凹部22に通した後に軸受部材30に回動自在に嵌め込むと共に、カバーベース20を連結するだけで、空芯コイル60を脱落しないように保持することができると共に、可動ヨーク70を回動自在に組み付けることができる。
【0023】
次に、上記構成をなす電磁アクチュエータの動作について、
図4ないし
図7を参照しつつ説明する。
空芯コイル60に非通電の状態で、可動ヨーク70が回動範囲の一端側の休止位置に位置しているとき、可動側端部72と永久磁石40との間に作用する磁気的吸引力により、可動ヨーク70は永久磁石40(又はカバーベース20の一部)に当接してその休止位置に位置決めされて保持されている。
【0024】
続いて、空芯コイル60に一方向の通電を行うと、
図4(a),(b)に示すように、可動ヨーク70の可動側端部72に一方の磁極(S極)が生じ、休止位置において対向していた永久磁石40の磁極(S極)との間に電磁的反発力を生じて、可動ヨーク70(の可動側端部72)は、
図5(a),(b)に示すように、所定の角度範囲を回転して回動範囲の他端側の休止位置まで移動し、永久磁石50(又はカバーベース20の一部)に当接してその休止位置に位置決めされる。ここで、空芯コイル60を非通電にすると、可動ヨーク70は、他端側の休止位置に位置してその可動側端部72と対向する永久磁石50との間に作用する磁気的吸引力により、その他端側の休止位置に位置決めされて保持される。
【0025】
一方、空芯コイル60に他方向の通電を行うと、
図6(a),(b)に示すように、可動ヨーク70の可動側端部72に他方の磁極(N極)が生じ、休止位置において対向していた永久磁石50の磁極(N極)との間に電磁的反発力を生じて、可動ヨーク70(の可動側端部72)は、
図7(a),(b)に示すように、所定の角度範囲を回転して回動範囲の一端側の休止位置まで移動し、永久磁石40(又はカバーベース20の一部)に当接してその休止位置に位置決めされる。ここで、空芯コイル60を非通電にすると、可動ヨーク70は、一端側の休止位置に位置してその可動側端部72と対向する永久磁石40との間に作用する磁気的吸引力により、その一端側の休止位置に位置決めされて保持される。
【0026】
このように、可動ヨーク70及び空芯コイル60により電磁石を構成することにより、従来のように永久磁石を可動させる場合に比べて、部品点数の削減、構造の簡素化、小型化等を達成でき、又、休止位置において所望の保持力を得ることができ、さらに、回転起動時には電磁石と永久磁石40,50との反発力により大きな回転起動力を得ることができ、それ故に、所定の回転範囲を回動して外部に駆動力を出力することができる。特に、可動ヨーク70を、被支持側端部71から可動側端部72まで略一定の断面積をなすように形成することで、磁力線の分布に乱れを生じさせることなく磁力線を束として有効に利用することができ、強力な電磁力を発生させることができる。
【0027】
図8(a),(b)は、本発明に係る電磁アクチュエータの他の実施形態を示すものであり、一つの永久磁石40を採用し、カバーベース20´の形状を一部変更した以外は、前述の実施形態と同一である。
すなわち、この実施形態においては、
図8(a),(b)に示すように、カバーベース20´は、コイル受部21、凹部22、規制部23、永久磁石40を嵌め込んで固定する一つの凹状固定部24、4つの被掛止部26、(前述の実施形態の凹状固定部25に替えて)可動側端部72が当接して位置決めされる当接部27を備えている。
【0028】
上記構成をなす電磁アクチュエータの動作について説明すると、空芯コイル60に非通電の状態では、可動ヨーク70は、回動範囲の一端側の休止位置に位置してその可動側端部72と永久磁石40との間に作用する磁気的吸引力により、その休止位置に位置決めされて保持されている。
続いて、空芯コイル60に一方向の通電を行うと、可動ヨーク70の可動側端部72に一方の磁極(S極)が生じ、休止位置において対向していた永久磁石40の磁極(S極)との間に電磁的反発力を生じて、可動ヨーク70(の可動側端部72)は、所定の角度範囲を回転して回動範囲の他端側まで移動し当接部27に当接して位置決めされ、空芯コイル60を非通電にするか又は他方向の通電を行うと、可動側端部72と永久磁石40との間に作用する磁気的吸引力により、可動ヨーク70(の可動側端部72)は一端側の休止位置に戻り、その休止位置において位置決めされて保持される。
【0029】
この実施形態においても、前述同様に、可動ヨーク70及び空芯コイル60により電磁石を構成することにより、従来のように永久磁石を可動させる場合に比べて、部品点数の削減、構造の簡素化、小型化等を達成でき、又、休止位置において所望の保持力を得ることができ、さらに、回転起動時には電磁石と永久磁石40との反発力により大きな回転起動力を得ることができ、それ故に、所定の回転範囲を回動して外部に駆動力を出力することができる。特に、可動ヨーク70を、被支持側端部71から可動側端部72まで略一定の断面積をなすように形成することで、磁力線の分布に乱れを生じさせることなく磁力線を束として有効に利用することができ、強力な電磁力を発生させることができる。
【0030】
図9(a),(b)は、本発明に係る電磁アクチュエータのさらに他の実施形態を示すものであり、本体ベース10´及びカバーベース20´´を一部変更し、出力部80´の取り付け位置を変更し、軸受部材30を廃止した以外は、前述の
図1ないし
図7に示す実施形態と同一である。
すなわち、この実施形態においては、
図9(a),(b)に示すように、本体ベース10´は、樹脂材料等を用いて形成されており、
図9(a),(b)に示すように、U字状をなす平坦なコイル受部11、出力部80´を回動自在に挿通させると当時に回動範囲の両端を規制するべく出力部80´を当接させる貫通孔12´、可動ヨーク70´の被支持側端部71を直接嵌め込んで回動自在に支持する軸受穴13´、4つの掛止爪14、出力部80´を回動自在にガイドするガイド凹部15等を備えている。
カバーベース20´は、
図9(a),(b)に示すように、コイル受部21、凹部22、規制部23、凹状固定部24,25、4つの被掛止部26、可動ヨーク70´を回動自在に支持するべくC状に形成された軸受部28等を備えている。
可動ヨーク70´は、被支持側端部71、前述の実施形態よりも短く形成された可動側端部72´を備えている。
軸受部28は、可動ヨーク70´(の被支持側端部71)をカバーベース20´の斜め上方から凹部22に挿入する際に、そのC状に切り欠かれた部分から押し込んでスナップフィットすることにより、可動ヨーク70´の屈曲側に近い領域を回動自在に支持するように形成されている。
出力部80´は、可動ヨーク70´の被支持側端部71の領域において、可動ヨーク70´と一体的に回転するように嵌め込まれるように形成された嵌合固定部81´、貫通孔12´に挿入される連結部82´を備えている。
【0031】
この実施形態によれば、可動ヨーク70´の可動側端部72´の長さを短くできると共に、出力部80´を被支持側端部71の近傍に固定するため、可動ヨーク70´を回動軸線Lに対して傾かせるようなモーメントを減らすことができ、可動ヨーク70´をより円滑に回動させることができる。
また、前述の実施形態と同様に、可動ヨーク70´及び空芯コイル60により電磁石を構成することにより、従来のように永久磁石を可動させる場合に比べて、部品点数の削減、構造の簡素化、小型化等を達成でき、又、休止位置において所望の保持力を得ることができ、さらに、回転起動時には電磁石と永久磁石40,50との反発力により大きな回転起動力を得ることができ、それ故に、所定の回転範囲を回動して外部に駆動力を出力することができる。特に、可動ヨーク70´を、被支持側端部71から可動側端部72´まで略一定の断面積をなすように形成することで、磁力線の分布に乱れを生じさせることなく磁力線を束として有効に利用することができ、強力な電磁力を発生させることができる。
【0032】
上記実施形態においては、カバーベース20,20´,20´´において、凹部22の下方に形成された環状のコイル受部21を設けた場合を示したが、コイル受部21の一部を切り欠いた構成を採用してもよい。この場合、可動ヨーク70,70´を回転軸線Lに垂直な横方向から近づけて組み込むことができ、より円滑な組付けを行うことができる。
上記実施形態においては、可動ヨーク70の可動側端部72を永久磁石40,50に当接させてそれぞれの休止位置に位置決めする構成を示したが、これに限定されるものではなく、永久磁石40,50と非接触とし、カバーベース20,20´等に設けられた他の当接部に当接させて位置決めするようにしてもよい。