特開 2022-42421 リニアアクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022042421

(43)【公開日】2022-03-14

(54)【発明の名称】リニアアクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 33/02 20060101AFI20220307BHJP

   H02K 41/02 20060101ALI20220307BHJP

   H02K 7/10 20060101ALI20220307BHJP

【ＦＩ】

H02K33/02 A

H02K41/02 Z

H02K7/10 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020147845

(22)【出願日】2020-09-02

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(74)【代理人】

【識別番号】100202728

【弁理士】

【氏名又は名称】三森 智裕

(72)【発明者】

【氏名】田尻 将大

(72)【発明者】

【氏名】角谷 武光

【テーマコード（参考）】

5H607

5H633

5H641

【Ｆターム（参考）】

5H607BB11

5H607DD02

5H607EE04

5H633BB03

5H633GG02

5H633HH03

5H633JB05

5H641BB06

5H641GG02

5H641HH03

(57)【要約】

【課題】可動子の移動制御を容易に行うことが可能なリニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】このリニアアクチュエータ１００は、軸方向に直線移動する環状の可動子１と、環状の固定子２と、固定子２に保持される複数のコイル部５と、を備える。固定子２は、複数のコイル部５の各々のＸ方向（軸方向）における両側に配置され、可動子１との間に磁束が通過可能な磁気ギャップを有する環状でかつ磁性体の複数の第１突出部２０を含む。また、固定子２は、Ｘ方向に隣り合う環状の第１突出部２０同士の間の空間の１つに設けられる環状の第１コイル配置部２１を含む。第１コイル配置部２１は、周状に並んで配置され、可動子１との間に磁束が通過可能な磁気ギャップを有する磁性体の複数の第２突出部２２を有する。複数のコイル部５は、複数の第２突出部２２の各々に巻回される第１コイル５ａを含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に直線移動する環状の可動子と、
前記環状の可動子に対して径方向の内側または外側のいずれか一方側に固定される環状の固定子と、
前記固定子に保持され、前記軸方向に並んで配置される複数のコイル部と、を備え、
前記固定子は、
前記軸方向において前記複数のコイル部の各々を挟むように配置され、前記可動子側に突出して前記可動子との間に磁束が通過可能な磁気ギャップを有する環状でかつ磁性体の複数の第１突出部と、
前記軸方向に隣り合う前記環状の第１突出部同士の間の空間の少なくとも１つに設けられる環状の第１コイル配置部と、を含み、
前記第１コイル配置部は、周状に並んで配置されるとともに前記可動子側に突出して前記可動子との間に磁束が通過可能な磁気ギャップを有する磁性体の複数の第２突出部を有し、
前記複数のコイル部は、前記複数の第２突出部の各々に巻回される第１コイルを含む、リニアアクチュエータ。

【請求項2】

前記第１コイル配置部において周方向に隣り合う前記第２突出部同士の間に設けられ、前記可動子の前記軸方向における位置を検出する位置センサをさらに備える、請求項１に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項3】

前記固定子は、前記第１コイルが配置される前記第１コイル配置部とは異なる環状の第２コイル配置部をさらに含み、
前記複数のコイル部は、前記環状の第２コイル配置部に沿って周状に巻回される第２コイルをさらに含む、請求項１または２に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項4】

前記第２コイルが配置される前記第２コイル配置部は、前記軸方向において前記第１コイルが配置される前記第１コイル配置部の両側に設けられている、請求項３に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項5】

前記可動子は、前記固定子と対向する表面に設けられる磁石を含むとともに、前記複数のコイル部の各々に電流が流れていない状態において、前記第１突出部および前記第２突出部と前記磁石との吸引力により、前記軸方向における少なくとも１点において位置が保持されるように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項6】

前記可動子は、前記軸方向に延びるシャフトの径方向外側において前記シャフトを取り囲むように環状に設けられるとともに、前記シャフトに対して摺動可能に構成されており、
前記可動子は、前記シャフトに対して回動可能に設けられるギア部材と係合されるとともに前記軸方向に突出するように設けられるドグ歯を有するドグクラッチを含む、請求項１～５のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リニアアクチュエータに関し、特に、複数のコイル部を備えるリニアアクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数のコイル部を備えるリニアアクチュエータが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、入力側ギアおよび出力側ギアが設けられる入力軸を備えるドグクラッチアクチュエータが開示されている。入力側ギアおよび出力側ギアの外周側には、軸方向に移動可能な中空円筒状のスリーブが配置されている。スリーブは、軸方向に移動することにより、入力側ギアのみ、または、入力側ギアおよび出力側ギアの両方に噛み合うように設けられている。また、ドグクラッチアクチュエータには、スリーブの外周側においてスリーブと一体的に移動する中空円筒状のプランジャが設けられている。また、ドグクラッチアクチュエータは、スリーブ（プランジャ）の外周側に設けられるヨークを備える。

【0004】

ヨークは、円筒部分と、円筒部分の両端において内周側に延びるドーナツ状の係合端側ティースおよび開放端側ティースと、円筒部分の中間部において内周側に延びる中間ティースと、を含む。また、係合端側ティースと中間ティースとの間の円筒状の空間には、係合用コイルが収容されている。また、開放端側ティースと中間ティースとの間の円筒状の空間には、解放用コイルが収容されている。係合用コイルに通電することによって、ヨークの係合端側ティース、中間ティース、およびプランジャを通る磁路が形成される。これにより、プランジャが係合側（係合端側ティース側）に吸引される。また、解放用コイルに通電することによって、ヨークの解放端側ティース、中間ティース、およびプランジャを通る磁路が形成される。これにより、プランジャが解放側（解放端側ティース側）に吸引される。すなわち、プランジャは、係合端側ティース、中間ティース、および開放端側ティースが並ぶ方向に直線移動する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８－２５６００７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記のように、上記特許文献１のドグクラッチアクチュエータ（リニアアクチュエータ）では、磁路（磁気ギャップ）を形成するために、開放端側ティース、中間ティース、および解放端側ティースが設けられている。ここで、プランジャとティース同士の間（円筒状の空間）との対向面積が大きい場合には、磁路が形成され難いので、コイルを貫く鎖交磁束量が少なくなる。このため、隣り合うティース同士（磁気ギャップ同士）の間の距離が大きい場合には、プランジャの直線移動方向におけるプランジャの位置によってコイルを貫く鎖交磁束量に大きな差（変動）が生じるという不都合がある。この場合、鎖交磁束量の変動に起因してプランジャ（可動子）に生じる推力の変動が大きくなり、可動子の移動制御が困難になる場合があるという問題点がある。

【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あり、この発明の１つの目的は、可動子の移動制御を容易に行うことが可能なリニアアクチュエータを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるリニアアクチュエータは、軸方向に直線移動する環状の可動子と、環状の可動子に対して径方向の内側または外側のいずれか一方側に固定される環状の固定子と、固定子に保持され、軸方向に並んで配置される複数のコイル部と、を備え、固定子は、軸方向において複数のコイル部の各々を挟むように配置され、可動子側に突出して可動子との間に磁束が通過可能な磁気ギャップを有する環状でかつ磁性体の複数の第１突出部と、軸方向に隣り合う環状の第１突出部同士の間の空間の少なくとも１つに設けられる環状の第１コイル配置部と、を含み、第１コイル配置部は、周状に並んで配置されるとともに可動子側に突出して可動子との間に磁束が通過可能な磁気ギャップを有する磁性体の複数の第２突出部を有し、複数のコイル部は、複数の第２突出部の各々に巻回される第１コイルを含む。

【0009】

この発明の一の局面によるリニアアクチュエータでは、上記のように、第１コイル配置部は、周状に並んで配置されるとともに可動子側に突出して可動子との間に磁束が通過可能な磁気ギャップを有する磁性体の複数の第２突出部を有し、複数のコイル部は、複数の第２突出部の各々に巻回される第１コイルを含む。これにより、第２突出部が設けられることにより、第１突出部のみが設けられる場合に比べて、隣り合う磁気ギャップ同士（突出部同士）の間の距離を小さくすることができる。その結果、可動子が軸方向に移動する際の鎖交磁束量の変動を小さくすることができる。これにより、鎖交磁束量の変動に起因して可動子に生じる推力の変動が大きくなるのを抑制することができる。その結果、可動子の移動制御を容易に行うことができる。

【0010】

また、第２突出部を設けることによって鎖交磁束量の変動が小さくなるので、鎖交磁束量の変動を小さくするためにコイルの巻き数を低減して第１突出部同士の間の間隔を狭くする必要がない。これにより、コイルの巻き数の減少を抑制しながら（略同数で）、鎖交磁束量の変動に起因して可動子に生じる推力の変動が大きくなるのを抑制することができる。

【0011】

上記一の局面によるリニアアクチュエータにおいて、好ましくは、第１コイル配置部において周方向に隣り合う第２突出部同士の間に設けられ、可動子の軸方向における位置を検出する位置センサをさらに備える。

【0012】

このように構成すれば、位置センサをコイル部と可動子との間に配置する場合に比べて、リニアアクチュエータの径方向の大きさが大きくなるのを抑制することができる。

【0013】

上記一の局面によるリニアアクチュエータにおいて、好ましくは、固定子は、第１コイルが配置される第１コイル配置部とは異なる環状の第２コイル配置部をさらに含み、複数のコイル部は、環状の第２コイル配置部に沿って周状に巻回される第２コイルをさらに含む。

【0014】

ここで、第２コイルを環状の第２コイル配置部に沿って周状に巻回することによって、第２コイルを配置する工程は、第１コイル配置部において複数の第２突出部の各々に第１コイルを巻回する工程に比べて、コイルを巻回する回数が少ない分、簡易である。その結果、第１コイル配置部と第２コイル配置部との両方が設けられることによって、第１コイル配置部のみが複数設けられている場合に比べて、コイル部の配置工程を簡略化（コイル部の配置工程に要する時間を短縮化）することができる。

【0015】

上記固定子が第２コイル配置部を含むリニアアクチュエータにおいて、好ましくは、第２コイルが配置される第２コイル配置部は、軸方向において第１コイルが配置される第１コイル配置部の両側に設けられている。

【0016】

このように構成すれば、固定子の構造を軸方向において左右対称にすることができる。その結果、軸方向の一方側および他方側においてコイル部の鎖交磁束量に差が生じるのを抑制することができるので、可動子の移動制御をより容易に行うことができる。

【0017】

上記一の局面によるリニアアクチュエータにおいて、好ましくは、可動子は、固定子と対向する表面に設けられる磁石を含むとともに、複数のコイル部の各々に電流が流れていない状態において、第１突出部および第２突出部と磁石との吸引力により、軸方向における少なくとも１点において位置が保持されるように構成されている。

【0018】

このように構成すれば、第１突出部および第２突出部の各々が設けられる位置に基づいて可動子が保持される位置を制御することができる。

【0019】

上記一の局面によるリニアアクチュエータにおいて、好ましくは、可動子は、軸方向に延びるシャフトの径方向外側においてシャフトを取り囲むように環状に設けられるとともに、シャフトに対して摺動可能に構成されており、可動子は、シャフトに対して回動可能に設けられるギア部材と係合されるとともに軸方向に突出するように設けられるドグ歯を有するドグクラッチを含む。

【0020】

このように構成すれば、ドグクラッチを含む可動子の移動制御が容易になるので、ドグクラッチとギア部材との係合を容易に制御することができる。

【0021】

なお、上記一の局面によるリニアアクチュエータにおいて、以下のような構成も考えられる。

【0022】

（付記項１）
すなわち、上記固定子が第２コイル配置部を含むリニアアクチュエータにおいて、好ましくは、軸方向において第１コイル配置部を挟むように設けられる第１突出部同士の間の距離は、軸方向において第２コイル配置部を挟むように設けられる第１突出部同士の間の距離よりも大きい。

【0023】

このように構成すれば、第１コイル配置部を比較的大きくすることができるので、第１コイル配置部において第２突出部を容易に配置することができる。

【0024】

（付記項２）
上記固定子が第２コイル配置部を含むリニアアクチュエータにおいて、好ましくは、第１コイルの直径は、第２コイルの直径よりも小さい。

【0025】

このように構成すれば、第１コイルの直径が比較的小さいので、第２突出部が設けられることにより第１コイル配置部のスペースが小さくなった場合にも、第１コイルのターン数が少なくなるのを抑制することができる。その結果、第１コイルにより発生する磁束に起因する可動子の推力が小さくなるのを抑制することができる。

【0026】

（付記項３）
上記一の局面によるリニアアクチュエータにおいて、好ましくは、複数の第１突出部の各々および第２突出部は、互いに別体として設けられている。

【0027】

このように構成すれば、複数の第１突出部の各々および第２突出部が別部材になるので、複数の第１突出部の各々および第２突出部の位置関係を容易に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】一実施形態によるリニアアクチュエータの構成を示す斜視図である。

【図2】一実施形態によるリニアアクチュエータの構成を示す分解斜視図である。

【図3】一実施形態によるリニアアクチュエータの構成を示す断面図である。

【図4】図３の固定子および可動子の近傍の部分拡大図である。

【図5】一実施形態による第１コイル配置部の構成を示す斜視図である。

【図6】一実施形態による位置センサの近傍の部分拡大斜視図である。

【図7】一実施形態による可動子がＡ点に位置する場合の固定子および可動子の構成を示す断面図である。

【図8】一実施形態による可動子がＣ点に位置する場合の固定子および可動子の構成を示す断面図である。

【図9】一実施形態による第２コイル配置部の構成を示す斜視図である。

【図10】一実施形態による無通電状態における可動子に発生する推力を示すシミュレーション結果の模式図である。

【図11】一実施形態による通電状態における可動子に発生する推力を示すシミュレーション結果の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0030】

［本実施形態］
図１～図１１を参照して、本実施形態におけるリニアアクチュエータ１００の構成について説明する。

【0031】

図１に示すように、リニアアクチュエータ１００は、直線移動する環状の可動子１を備える。本実施形態では、軸方向（可動子１の直線移動方向）をＸ方向として説明する。また、後述するシャフト１０１を中心とした径方向をＹ方向として説明する。

【0032】

可動子１は、Ｘ方向に延びるシャフト１０１の径方向外側（Ｙ１方向側）においてシャフト１０１を取り囲むように環状に設けられる。可動子１は、シャフト１０１に対して摺動可能に構成されている。具体的には、可動子１は、シャフト１０１に対してＸ方向の一方側（Ｘ１方向側）および他方側（Ｘ２方向側）に移動可能に構成されている。

【0033】

また、リニアアクチュエータ１００は、環状の固定子２を備える。固定子２は、環状の可動子１に対して径方向外側（Ｙ１方向側）に固定されている。すなわち、固定子２は、Ｘ方向から見て、可動子１を取り囲むように設けられている。

【0034】

本実施形態では、可動子１は、シャフト１０１に対して回動可能に設けられるギア部材（１０２ａ、１０２ｂ）と係合されるとともにＸ方向に突出するように設けられるドグ歯（３ａ、３ｂ）（図２および図３参照）を有するドグクラッチ３（図２参照）を含む。具体的には、ギア部材１０２ａは、可動子１に対してＸ１方向側に設けられる。また、ギア部材１０２ｂは、可動子１に対してＸ２方向側に設けられる。なお、ドグクラッチ３はあくまで一例であり、ドグクラッチ３の代わりに、たとえば摩擦クラッチを設けてもよい。

【0035】

ドグ歯３ａは、ギア部材１０２ａ側（Ｘ１方向側）に突出するように設けられている。ドグ歯３ａは、ギア部材１０２ａに設けられるギア歯１０２ｃ（図２参照）と係合する。ドグ歯３ａとギア歯１０２ｃとが係合した状態でギア部材１０２ａが回転することにより、ギア部材１０２ａの動力がドグクラッチ３に伝達される。

【0036】

また、ドグ歯３ｂは、ギア部材１０２ｂ側（Ｘ２方向側）に突出するように設けられている。ドグ歯３ｂは、ギア部材１０２ｂに設けられるギア歯１０２ｄ（図２参照）と係合する。ドグ歯３ｂとギア歯１０２ｄとが係合した状態でギア部材１０２ｂが回転することにより、ギア部材１０２ｂの動力がドグクラッチ３に伝達される。

【0037】

また、図３に示すように、可動子１は、プランジャ４を含む。プランジャ４は、ドグクラッチ３に連結されている。これにより、プランジャ４は、ドグクラッチ３と一体的に移動する。

【0038】

リニアアクチュエータ１００は、軸方向（Ｘ方向）に並んで配置される複数のコイル部５を備える。具体的には、３つのコイル部５がＸ方向に並んで配置されるように、固定子２に保持されている。

【0039】

図４に示すように、固定子２は、Ｘ方向において複数のコイル部５の各々を挟むように配置される環状でかつ磁性体（たとえば鉄）の複数の第１突出部２０を含む。具体的には、第１突出部２０は、Ｘ方向に沿って４つ並んで配置されている。複数の第１突出部２０の各々は、可動子１側（径方向内側）に突出して可動子１との間に磁束が通過可能な磁気ギャップを有する。詳細には、複数の第１突出部２０は、後述するケース２５から可動子１側（径方向内側）に突出している。

【0040】

また、固定子２は、Ｘ方向に隣り合う環状の第１突出部２０同士の間の空間の少なくとも１つに設けられる環状の第１コイル配置部２１を含む。本実施形態では、第１コイル配置部２１は、４つの第１突出部２０同士の間に形成される３つの空間のうち中央の空間に設けられる。

【0041】

ここで、本実施形態では、第１コイル配置部２１は、周状に並んで配置される（図５参照）とともに可動子１側に突出して可動子１との間に磁束が通過可能な磁気ギャップを有する磁性体の複数の第２突出部２２を有する。詳細には、複数の第２突出部２２は、後述するケース２５から可動子１側（径方向内側）に突出している。そして、複数のコイル部５は、複数の第２突出部２２の各々に巻回される第１コイル５ａを含む。すなわち、第１コイル５ａは、第２突出部２２のうち径方向（Ｙ方向）に延びるシャフト部分２２ａに複数ターン巻回されている。

【0042】

また、第２突出部２２は、シャフト部分２２ａと連結されているとともにシャフト部分２２ａの径方向外側（Ｙ１方向側）に設けられる外壁部２２ｂを含む。外壁部２２ｂは、円環状に形成されている。外壁部２２ｂは、複数のシャフト部分２２ａに共通に設けられている。すなわち、複数のシャフト部分２２ａは、外壁部２２ｂにより接続（連結）されている。

【0043】

また、第２突出部２２は、シャフト部分２２ａと連結されているとともにシャフト部分２２ａの径方向内側（Ｙ２方向側）に設けられる内壁部２２ｃを含む。内壁部２２ｃは、複数の第２突出部２２の各々に設けられている。内壁部２２ｃは、第１コイル５ａが径方向内側に移動するのを規制するために設けられている。これにより、第１コイル配置部２１から第１コイル５ａが飛び出すのを防止することが可能である。

【0044】

また、複数の第２突出部２２の各々には、絶縁部材２３が取り付けられている。絶縁部材２３は、第１コイル５ａと、シャフト部分２２ａ、外壁部２２ｂ、および内壁部２２ｃの各々とを絶縁するように設けられている。すなわち、絶縁部材２３は、シャフト部分２２ａを取り囲むように設けられる第１絶縁部分２３ａを含む。また、絶縁部材２３は、第１絶縁部分２３ａに接続され、外壁部２２ｂに沿って延びるように設けられる第２絶縁部分２３ｂを含む。また、絶縁部材２３は、第１絶縁部分２３ａに接続され、内壁部２２ｃに沿って延びるように設けられる第３絶縁部分２３ｃを含む。また、絶縁部材２３は、第３絶縁部分２３ｃに接続され、第３絶縁部分２３ｃから径方向内側に延びる補強部２３ｄを含む。補強部２３ｄが設けられていることにより絶縁部材２３の機械的強度を向上させることが可能である。なお、絶縁部材２３は、シャフト部分２２ａを取り囲むように設けられる円環状の部材である。

【0045】

また、固定子２は、第１コイル５ａが配置される第１コイル配置部２１とは異なる環状の第２コイル配置部２４を含む。具体的には、第２コイル配置部２４は、可動子１（シャフト１０１）を径方向外側から取り囲むように環状に設けられている。

【0046】

ここで、本実施形態では、複数のコイル部５は、環状の第２コイル配置部２４に沿って周状に巻回される第２コイル５ｂを含む。具体的には、第２コイル５ｂは、Ｘ方向に沿ってコイル線が複数並ぶように複数ターン巻回されている。

【0047】

ここで、第１コイル５ａの直径（符号付さず）は、第２コイル５ｂの直径（符号付さず）よりも小さい。具体的には、第１コイル５ａの直径は、第２コイル５ｂの直径の約１／２である。なお、第１コイル５ａの直径とは、第１コイル５ａを構成するコイル導線の直径である。また、第２コイル５ｂの直径とは、第２コイル５ｂを構成するコイル導線の直径である。なお、第１コイル５ａおよび第２コイル５ｂの各々は、丸線により構成されている。

【0048】

また、第２コイル配置部２４には、絶縁性のボビン２４ａが設けられている。ボビン２４ａは、可動子１（シャフト１０１）を径方向外側から取り囲むように環状に設けられている。ボビン２４ａは、第２コイル５ｂを収容することにより第２コイル５ｂをガイドするように環状（図９参照）に設けられている。

【0049】

なお、第２コイル配置部２４のボビン２４ａおよび第２コイル５ｂは、第１突出部２０の径方向内側（Ｙ２方向側）の端部に設けられる突起部２０ａにより、径方向内側に移動するのを規制するために設けられている。突起部２０ａは、第２コイル配置部２４側に突出するように設けられている。これにより、第１コイル配置部２１からボビン２４ａおよび第２コイル５ｂが飛び出すのを防止することが可能である。

【0050】

また、本実施形態では、第２コイル５ｂが配置される第２コイル配置部２４は、Ｘ方向において第１コイル５ａが配置される第１コイル配置部２１の両側に設けられている。具体的には、固定子２には、Ｘ１方向側（Ｘ２方向側）から、第２コイル配置部２４、第１コイル配置部２１、第２コイル配置部２４の順に設けられている。すなわち、第１コイル配置部２１は、固定子２において略中央に設けられている。

【0051】

また、複数の（本実施形態では４つ）の第１突出部２０の各々および第２突出部２２は、互いに別体（別部材）として設けられている。具体的には、固定子２は、中空円筒状のケース２５を含む。複数の第１突出部２０の各々および第２突出部２２は、ケース２５の径方向内側に各々独立して圧入されている。

【0052】

また、Ｘ方向において第１コイル配置部２１を挟むように設けられる第１突出部２０同士の間の距離Ｌ１は、Ｘ方向において第２コイル配置部２４を挟むように設けられる第１突出部２０同士の間の距離Ｌ２よりも大きい。これにより、第１コイル配置部２１を比較的大きくすることができるので、第１コイル配置部２１において第２突出部２２を容易に配置することが可能である。なお、距離Ｌ１および距離Ｌ２の各々は、第１突出部２０同士の距離の最大値を意味する。

【0053】

また、プランジャ４は、円筒状のプランジャ本体部４０を含む。また、プランジャ４は、プランジャ本体部４０から径方向外側（Ｙ１方向側）に突出する第１凸状部４１、第２凸状部４２、第３凸状部４３、および第４凸状部４４を含む。第１凸状部４１、第２凸状部４２、第３凸状部４３、および第４凸状部４４の各々は、円環状に設けられている。なお、第１凸状部４１および第２凸状部４２は、第３凸状部４３および第４凸状部４４よりも径方向外側（Ｙ１方向側）に突出している。

【0054】

第１凸状部４１は、プランジャ４のＸ１方向側の端部に設けられている。第２凸状部４２は、プランジャ４のＸ２方向側の端部に設けられている。第３凸状部４３および第４凸状部４４は、第１凸状部４１と第２凸状部４２との間に設けられている。また、第３凸状部４３は、第４凸状部４４よりもＸ１方向側に設けられている。なお、第１凸状部４１、第２凸状部４２、第３凸状部４３、および第４凸状部４４は、Ｘ方向において互いに離間して設けられている一方で、プランジャ本体部４０を介して一体的に設けられている。

【0055】

可動子１は、固定子２と対向する表面に設けられる磁石（６ａ、６ｂ）（永久磁石）を含む。具体的には、磁石６ａは、第３凸状部４３に配置される。また、磁石６ｂは、第４凸状部４４に配置されている。磁石６ａおよび磁石６ｂの各々は、円環状に形成されている。

【0056】

磁石６ａは、Ｎ極が固定子２と対向するとともにＳ極が第３凸状部４３と対向（接触）するように設けられている。また、磁石６ｂは、Ｓ極が固定子２と対向するとともにＮ極が第４凸状部４４と対向（接触）するように設けられている。

【0057】

なお、コイル部５の鎖交磁束量は、第１～第４凸状部（４１～４４）が第１突出部２０および第２突出部２２と対向している状態において大きくなり、第１～第４凸状部（４１～４４）が第１突出部２０および第２突出部２２と対向していない状態（突出部同士の間に位置する状態）において小さくなる。これは、磁束が、凸状部（４１～４４）と突出部（２０、２２）とを通過するように流れるためである。

【0058】

また、本実施形態では、図５に示すように、リニアアクチュエータ１００は、第１コイル配置部２１において周方向に隣り合う第２突出部２２同士の間に設けられ、軸方向（Ｘ方向）における位置を検出する位置センサ７を備える。位置センサ７は、可動子１に設けられる磁石（６ａ、６ｂ）からの磁束を検知することにより、可動子１の位置を検出するように構成されている。本実施形態では、複数（本実施形態では２３個）の第２突出部２２および位置センサ７が、シャフト１０１の回転軸を中心に周方向に等角度間隔で設けられている。

【0059】

ここで、図６に示すように、コイル部５に電流が流される場合、Ｘ方向に隣り合う第２突出部２２とプランジャ４とケース２５とを通過するようにループ状の磁気経路（破線矢印参照）が形成される。したがって、位置センサ７がコイル部５の通電に起因する磁気経路上に配置されないので、位置センサ７により位置検知の精度が低下するのを抑制することが可能である。また、位置センサ７が、コイル部５と可動子１との間に設けられる場合に比べて、位置センサ７と磁石（６ａ、６ｂ）との間の距離を容易に確保することができるので、位置センサ７を通過する磁束密度を容易に調整することが可能であるので、位置センサ７を通過する磁束が過度に多いことに起因してセンサ感度を超えるのを抑制することが可能である。これにより、磁力の高い磁石を使用することが可能となる。また、位置センサ７が、コイル部５と可動子１との間に設けられる場合に比べて、コイルの占積率（配置スペース）を大きくすることができるので、コイルによる起磁力を容易に大きくすることが可能である。なお、コイル部５に流される電流の向きおよびタイミング等は、図示しない制御部により制御される。これにより、可動子１に発生する推力の向きおよび推力の発生タイミングが制御される。なお、図６に示した磁束（破線矢印）は一例であり、磁束の向きが逆になる場合もあるとともに、第２突出部２２から隣り合う第２突出部２２に流れる磁束も存在する。これらの場合でも、磁束が、位置センサ７を通過することはない。

【0060】

（可動子に作用する推力）
次に、図４、図７、図８、図１０および図１１に示すシミュレーション結果の模式図を参照して、可動子１に作用する推力について説明する。

【0061】

図１０を参照して、コイル部５に電流が流れていない状態（無通電状態）における推力について説明する。図１０のグラフでは、縦軸は可動子１に発生する推力を示し、横軸は可動子１の位置を示す。推力が正の値であるとは、可動子１にＸ２方向側への力が作用している状態を意味し、推力が負の値であるとは、可動子１にＸ１方向側への力が作用している状態を意味する。可動子１の位置（横軸）が正であるとは、可動子１がＢ点（図４における可動子１の位置）よりもＸ２方向側に位置することを意味する。また、可動子１の位置が負であるとは、可動子１がＢ点よりもＸ１方向側に位置することを意味する。なお、Ｂ点は、特許請求の範囲の「１点」の一例である。

【0062】

ここで、本実施形態では、可動子１は、複数のコイル部５の各々に電流が流れていない状態（無通電状態）において、第１突出部２０および第２突出部２２と磁石（６ａ、６ｂ）との吸引力（可動子１に発生する推力）により、Ｘ方向における１点（Ｂ点）において位置が保持されるように構成されている。Ｂ点とは、磁石６ａおよび磁石６ｂの各々が第１コイル配置部２１を挟む一対の第１突出部２０と対向する位置である。

【0063】

詳細には、Ｂ点において可動子１に発生する推力は０になる。その結果、可動子１は、Ｂ点において固定される。たとえば、可動子１がＢ点よりもＸ２方向側のＤ点（Ｂ点の近傍）に位置している場合は、可動子１に負の発生推力が加わる。その結果、可動子１はＢ点に戻され、Ｂ点に固定される。また、可動子１がＢ点よりもＸ１方向側のＥ点（Ｂ点の近傍）に位置している場合は、可動子１に正の発生推力が加わる。その結果、可動子１はＢ点に戻され、Ｂ点に固定される。なお、可動子１がＢ点に位置している状態は、ドグクラッチ３がギア部材１０２ａともギア部材１０２ｂとも係合していないニュートラル状態を意味する。

【0064】

また、可動子１は、磁石６ａが最もＸ１側の第１突出部２０に対向するとともに磁石６ｂが第２突出部２２と対向している位置（図７参照：以下ではＡ点とする）において固定される。可動子１がＡ点に位置している状態は、ドグクラッチ３がギア部材１０２ａとのみ係合するＨｉｇｈギアの状態を意味する。

【0065】

Ａ点では、可動子１には、負の発生推力（図１０参照）が加わる。これにより、Ａ点では、可動子１は、ギア部材１０２ａに対してＸ１方向に力を加えている。そして、可動子１は、ギア部材１０２ａからＸ２方向に抗力を受けることによって、Ａ点で固定される。

【0066】

また、可動子１は、磁石６ａが最もＸ２側の第１突出部２０に対向するとともに磁石６ｂが第２突出部２２と対向している位置（図８参照：以下ではＣ点とする）において固定される。可動子１がＣ点に位置している状態は、ドグクラッチ３がギア部材１０２ｂとのみ係合するＬｏｗギアの状態を意味する。

【0067】

Ｃ点では、可動子１には、正の発生推力（図１０参照）が加わる。これにより、Ｃ点では、可動子１は、ギア部材１０２ｂに対してＸ２方向に力を加えている。そして、可動子１は、ギア部材１０２ｂからＸ１方向に抗力を受けることによって、Ｃ点で固定される。

【0068】

次に、図１１を参照して、コイル部５に電流を流した状態（通電状態）における推力について説明する。図１１のグラフでは、縦軸は可動子１に発生する推力を示し、横軸は可動子１の位置を示す。また、図１１の実線は、本実施形態における可動子１に作用する推力を示し、図１１の破線は、比較例（第１コイル配置部２１が設けられずに第２コイル配置部２４のみが３つ並ぶ構成）における可動子に作用する推力を意味する。

【0069】

図１１に示すように、比較例における可動子に作用する推力に比べて、可動子１に作用する推力の変動（発生推力の最大値と最小値との差）が小さくなっていることが確認された。これは、第１コイル配置部２１（第２突出部２２）が設けられたことにより、磁束の通過経路が比較例の構成よりも多くなることに起因して可動子１の直線移動に伴う鎖交磁束量の変動が小さくなることによるものである。

【0070】

なお、図１１に示す推力の推移は一例であり、コイル部５に流す電流の向き等により変化し得るものである。たとえば、可動子１のストローク領域の全域をＡ１～Ａ４の４つの領域に分け、それぞれの領域においてコイル部５に流す電流を切り替えることで、可動子１を移動させる。なお、Ｄ～Ｇの領域は、Ｘ１方向側から順にＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の順で隣接して並ぶ領域である。

【0071】

具体的には、Ａ１の領域では、Ｘ１側の第２コイル５ｂには紙面（図４等参照）から出てくる方向に電流が流され、Ｘ２側の第２コイル５ｂには紙面に向かう方向に電流が流されるとともに、第１コイル５ａには電流が流されないように制御される。また、Ａ２の領域では、Ｘ１側の第２コイル５ｂには紙面から出てくる方向に電流が流され、第１コイル５ａには第２突出部２２においてＹ２方向に磁束が流れるように電流が流されるとともに、Ｘ２側の第２コイル５ｂには電流が流されないように制御される。

【0072】

また、Ａ３の領域では、Ｘ２側の第２コイル５ｂには紙面（図４等参照）から出てくる方向に電流が流され、第１コイル５ａには第２突出部２２においてＹ１方向に磁束が流れるように電流が流されるとともに、Ｘ１側の第２コイル５ｂには電流が流されないように制御される。また、Ａ４の領域では、Ｘ１側の第２コイル５ｂには紙面に向かう方向に電流が流され、Ｘ２側の第２コイル５ｂには紙面から出てくる方向に電流が流されるとともに、第１コイル５ａには電流が流されないように制御される。なお、上記の電流パターンは、可動子１をＸ１側からＸ２側に移動させる場合の電流パターンである。

【0073】

また、コイル部５への通電時に発生する推力、コイルの巻き数、コイル部５に流れる電流、鎖交磁束量、および可動子１の位置を、それぞれ、Ｆ、Ｎ、Ｉ、φ、およびｘとする。この場合、Ｆ＝Ｎ×Ｉ×ｄφ／ｄｘという式が成り立つ。図１１に示す通電状態において発生する推力は、可動子１に無通電状態において発生する推力（図１０参照）と、コイル部への通電により発生する推力（上記式により算出される推力Ｆ）とを合計したものである。なお、図示は省略するが、コイル部５への通電により発生する推力Ｆ自体も、図１１の合計推力と同様、比較例に比べて変動量が抑制される。

【0074】

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0075】

本実施形態では、上記のように、固定子２は、軸方向に隣り合う環状の第１突出部２０同士の間の空間の１つに設けられる環状の第１コイル配置部２１を含む。また、第１コイル配置部２１は、周状に並んで配置されるとともに可動子１側に突出して可動子１との間に磁束が通過可能な磁気ギャップを有する磁性体の複数の第２突出部２２を有する。また、複数のコイル部５は、複数の第２突出部２２の各々に巻回される第１コイル５ａを含む。これにより、第２突出部が設けられることにより、第１突出部のみが設けられる場合に比べて、隣り合う磁気ギャップ同士（突出部同士）の間の距離を小さくすることができる。その結果、可動子が軸方向に移動する際の鎖交磁束量の変動を小さくすることができる。これにより、鎖交磁束量の変動に起因して可動子１に生じる推力の変動が大きくなるのを抑制することができる。その結果、可動子１の移動制御を容易に行うことができる。

【0076】

また、第２突出部２２を設けることによって鎖交磁束量の変動が小さくなるので、鎖交磁束量の変動を小さくするためにコイルの巻き数を低減して第１突出部２０同士の間の間隔を狭くする必要がない。これにより、コイルの巻き数の減少を抑制しながら（略同数で）、鎖交磁束量の変動に起因して可動子１に生じる推力の変動が大きくなるのを抑制することができる。

【0077】

また、本実施形態では、上記のように、第１コイル配置部２１において周方向に隣り合う第２突出部２２同士の間に設けられ、可動子１の直線移動方向における位置を検出する位置センサ７を備えるように、リニアアクチュエータ１００を構成する。これにより、位置センサ７をコイル部５と可動子１との間に配置する場合に比べて、リニアアクチュエータ１００の径方向の大きさが大きくなるのを抑制することができる。

【0078】

また、本実施形態では、上記のように、固定子２が、第１コイル５ａが配置される第１コイル配置部２１とは異なる環状の第２コイル配置部２４を含み、複数のコイル部５が、環状の第２コイル配置部２４に沿って周状に巻回される第２コイル５ｂを含むように、リニアアクチュエータ１００を構成する。ここで、第２コイル５ｂを環状の第２コイル配置部２４に沿って周状に巻回することによって、第２コイル５ｂを配置する工程は、第１コイル配置部２１において複数の第２突出部２２の各々に第１コイル５ａを巻回する工程に比べて、コイルを巻回する回数が少ない分、簡易である。その結果、第１コイル配置部２１と第２コイル配置部２４との両方が設けられることによって、第１コイル配置部２１のみが複数設けられている場合に比べて、コイル部５の配置工程を簡略化（コイル部５の配置工程に要する時間を短縮化）することができる。

【0079】

また、本実施形態では、上記のように、第２コイル５ｂが配置される第２コイル配置部２４が、軸方向において第１コイル５ａが配置される第１コイル配置部２１の両側に設けられるように、リニアアクチュエータ１００を構成する。これにより、固定子２の構造を軸方向において左右対称にすることができる。その結果、軸方向の一方側および他方側においてコイル部５の鎖交磁束量に差が生じるのを抑制することができるので、可動子１の移動制御をより容易に行うことができる。

【0080】

また、本実施形態では、上記のように、可動子１が、複数のコイル部５の各々に電流が流れていない状態において、第１突出部２０および第２突出部２２と磁石（６ａ、６ｂ）との吸引力により、軸方向における１点（Ｂ点）において位置が保持されるように、リニアアクチュエータ１００を構成する。これにより、第１突出部２０および第２突出部２２の各々が設けられる位置に基づいて可動子１が保持される位置を制御することができる。

【0081】

また、本実施形態では、上記のように、可動子１は、軸方向に延びるシャフト１０１の径方向外側においてシャフト１０１を取り囲むように環状に設けられるとともに、シャフト１０１に対して摺動可能に構成されている。また、可動子１は、シャフト１０１に対して回動可能に設けられるギア部材（１０２ａ、１０２ｂ）と係合されるとともに軸方向に突出するように設けられるドグ歯（３ａ、３ｂ）を有するドグクラッチ３を含む。これにより、ドグクラッチ３を含む可動子１の移動制御が容易になるので、ドグクラッチ３とギア部材（１０２ａ、１０２ｂ）との係合を容易に制御することができる。

【0082】

［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。

【0083】

たとえば、上記実施形態では、固定子２には、第１コイル配置部２１および第２コイル配置部２４の両方が設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。固定子２には、第１コイル配置部２１のみが複数設けられていてもよい。

【0084】

また、上記実施形態では、第２コイル配置部２４は、第１コイル配置部２１の両側に設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１コイル配置部２１は、軸方向に並ぶ複数のコイル配置部のうちの端部に設けられていてもよい。

【0085】

また、上記実施形態では、第１突出部２０および第２突出部２２と磁石（６ａ、６ｂ）との吸引力により、コイル部５に電流が流されていない状態において可動子１が１点で保持される例を示したが、本発明はこれに限られない。コイル部５に電流が流されていない状態において可動子１が複数の点（たとえば３点）で保持されてもよい。

【0086】

また、上記実施形態では、軸方向において第１コイル配置部２１を挟むように設けられる第１突出部２０同士の間の距離Ｌ１は、軸方向において第２コイル配置部２４を挟むように設けられる第１突出部２０同士の間の距離Ｌ２よりも大きい例を示したが、本発明はこれに限られない。距離Ｌ１は距離Ｌ２以下であってもよい。

【0087】

また、上記実施形態では、第１コイル５ａの直径は第２コイル５ｂの直径よりも小さい例を示したが、本発明はこれに限られない。第１コイル５ａの直径は第２コイル５ｂの直径以上であってもよい。

【0088】

また、上記実施形態では、複数の第１突出部２０の各々および第２突出部２２は互いに別個に設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。複数の第１突出部２０の各々および第２突出部２２が一体的に形成されていてもよい。

【0089】

また、上記実施形態では、固定子２が可動子１の径方向外側に設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。固定子２が可動子１の径方向内側に設けられてもよい。

【符号の説明】

【0090】

１ 可動子
２ 固定子
３ ドグクラッチ
３ａ、３ｂ ドグ歯
５ コイル部
５ａ 第１コイル
５ｂ 第２コイル
６ａ、６ｂ 磁石
７ 位置センサ
２０ 第１突出部
２１ 第１コイル配置部
２２ 第２突出部
２４ 第２コイル配置部
１００ リニアアクチュエータ
１０１ シャフト
１０２ａ、１０２ｂ ギア部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】