特開 2024-2252 電磁アクチュエータ

(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】P2024002252

(43)【公開日】2024-01-11

(54)【発明の名称】電磁アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/16 20060101AFI20231228BHJP

【ＦＩ】

H01F7/16 E

H01F7/16 D

H01F7/16 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022101337

(22)【出願日】2022-06-23

(71)【出願人】

【識別番号】592056908

【氏名又は名称】浜名湖電装株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096998

【弁理士】

【氏名又は名称】碓氷 裕彦

(72)【発明者】

【氏名】安齋 孝

(72)【発明者】

【氏名】朝倉 渓介

【テーマコード（参考）】

5E048

【Ｆターム（参考）】

5E048AA06

5E048AA08

5E048AB01

5E048AB06

5E048AD02

5E048AD04

(57)【要約】

【課題】永久磁石を用いることなくプランジャやステータコアの形状を工夫することで、変位時の磁気駆動力の変動を抑える。
【解決手段】ステータコアは、磁気間隙を介してプランジャと対向するステータ対向面と、このステータ対向面の第１方向側に位置するステータ円柱状部と、このステータ円柱状部の外周より第２方向に延出するステータ円筒状部とを備える。プランジャは、磁気間隙を介してステータコアと対向するプランジャ対向面と、このプランジャ対向面の第２方向側に位置してステータ円筒状部の内周に対向可能なプランジャ円柱状部とを備える。ステータ円筒状部を第２方向に延出しているので、ステータ対向面とプランジャ対向面との間隔を大きくでき、プランジャのストロークを大きくできる。そして、コイルの励磁時には、磁束をステータ円筒状部に通すことで、ステータ対向面とプランジャ対向面との間の磁気吸引力を調整できる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

通電時に励磁するコイルと、
このコイルの通電時の磁気回路内に配置される磁性材製のステータコアと、
前記コイルの通電時の磁気回路内に、このステータコアと磁気間隙を介して対向配置され、前記コイルの通電時に磁気吸引力で前記ステータコアに向かう第１方向に移動し、前記コイルの非通電時に前記ステータコアから離れる第２方向に移動する磁性材製のプランジャとを有し、
前記ステータコアは、前記磁気間隙を介して前記プランジャと対向するステータ対向面と、このステータ対向面の前記第１方向側に位置するステータ円柱状部と、このステータ円柱状部の外周より前記第２方向に延出するステータ円筒状部とを備え、
前記プランジャは、前記磁気間隙を介して前記ステータコアと対向するプランジャ対向面と、このプランジャ対向面の前記第２方向側に位置して前記ステータ円筒状部の内周に対向可能なプランジャ円柱状部とを備え、
前記コイルの非通電時に、前記ステータ円筒状部の前記第２方向の端部と前記プランジャ円柱状部との間及び前記ステータ対向面と前記プランジャ対向面との間には、前記第１方向及び前記第２方向に磁気間隙が形成され、
前記コイルの通電時に、前記プランジャ円柱状部の外周は前記ステータ円筒状部の内周と対向し、前記ステータ円筒状部の内周と前記プランジャ円柱状部の外周との間及び前記ステータ対向面と前記プランジャ対向面との間に磁気回路が形成される
ことを特徴とする電磁アクチュエータ。

【請求項2】

通電時に励磁するコイルと、
このコイルの通電時の磁気回路内に配置される磁性材製のステータコアと、
前記コイルの通電時の磁気回路内に、このステータコアと磁気間隙を介して対向配置され、前記コイルの通電時に磁気吸引力で前記ステータコアに向かう第１方向に移動し、前記コイルの非通電時に前記ステータコアから離れる第２方向に移動する磁性材製のプランジャとを有し、
前記プランジャは、前記磁気間隙を介して前記ステータコアと対向するプランジャ対向面と、このプランジャ対向面の前記第２方向側に位置するプランジャ円筒状部と、このプランジャ円筒状部の外周より前記第１方向に延出するプランジャ円筒状部を備え、
前記ステータコアは、前記磁気間隙を介して前記プランジャと対向するステータ対向面と、このステータ対向面の前記第１方向側に位置して前記プランジャ円筒状部の内周に対向可能なステータ円柱状部とを備え、
前記コイルの非通電時に、前記プランジャ円筒状部の前記第１方向の端部と前記ステータ円柱状部との間及び前記ステータ対向面と前記プランジャ対向面との間には、前記第１方向及び前記第２方向に磁気間隙が形成され、
前記コイルの通電時に、前記ステータ円柱状部の外周は前記プランジャ円筒状部の内周と対向し、前記プランジャ円筒状部の内周と前記ステータ円柱状部の外周との間及び前記ステータ対向面と前記プランジャ対向面との間に磁気回路が形成される
ことを特徴とする電磁アクチュエータ。

【請求項3】

前記プランジャ対向面は前記第１方向の端面から前記第２方向に向かうにつれて径が小さくなるプランジャ凹形状であり、
前記ステータ対向面は前記第１方向の端面から前記第２方向に向かうにつれて径が小さくなるステータ凸形状である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項4】

前記プランジャ対向面は前記第１方向の端面から前記第２方向に向かうにつれて径が大きくなるプランジャ凸形状であり、
前記ステータ対向面は前記第１方向の端面から前記第２方向に向かうにつれて径が大きくなるステータ凹形状である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項5】

前記プランジャ対向面の中心軸周りにはプランジャ平面部が形成され、
前記ステータ対向面の中心軸周りにはこのプランジャ平面部に対応するステータ平面部が形成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項6】

前記ステータ対向面及び前記プランジャ対向面のいずれかには、非磁性材製のワッシャが配置される
ことを特徴とする請求項１若しくは２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】

本開示は、電磁アクチュエータに関し、例えば、クラッチ機構の駆動に用いたり、作動流体の流路を開閉する密閉弁に用いたりすることができる。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、初期位置と作動位置との間を往復変位する際、電磁駆動力が変動の少ない略一定の値とする電磁アクチュエータが開示されている。しかし、特許文献１のものは、磁気駆動力の変動を抑える為非磁性材料製のプランジャシャフトと対向する２つの永久磁石を利用している。従って、特許文献１の構造では永久磁石等が必要となり、部品点数の増加が製品コストの増大に繋がっていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－８２３１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、上記点に鑑み、永久磁石を用いることなくプランジャやステータコアの形状を工夫することで、プランジャの変位時の磁気吸引力の変動を抑えることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の第１は、通電時に励磁するコイルと、このコイルの通電時の磁気回路内に配置される磁性材製のステータコアと、コイルの通電時の磁気回路内にこのステータコアと磁気間隙を介して対向配置され、コイルの通電時に磁気吸引力でステータコアに向かう第１方向に移動しコイルの非通電時にステータコアから離れる第２方向に移動する磁性材製のプランジャとを有する電磁アクチュエータである。

【0006】

本開示の第１の電磁アクチュエータのステータコアは、磁気間隙を介してプランジャと対向するステータ対向面と、このステータ対向面の第１方向側に位置するステータ円柱状部と、このステータ円柱状部の外周より第２方向に延出するステータ円筒状部とを備えている。そして、プランジャは、磁気間隙を介してステータコアと対向するプランジャ対向面と、このプランジャ対向面の第２方向側に位置してステータ円筒状部の内周に対向可能なプランジャ円柱状部とを備えている。

【0007】

本開示の第１の電磁アクチュエータは、コイルの非通電時に、ステータ円筒状部の第２方向端部とプランジャ円柱状部との間及びステータ対向面とプランジャ対向面との間には、第１方向及び第２方向に磁気間隙が形成される。また、コイルの通電時には、プランジャ円柱状部の外周はステータ円筒状部の内周と対向し、ステータ円筒状部の内周とプランジャ円柱状部の外周との間及びステータ対向面とプランジャ対向面との間に磁気回路が形成される。

【0008】

本開示の第１の電磁アクチュエータでは、ステータ円筒状部を第２方向に延出形成しているので、ステータ対向面とプランジャ対向面との間の間隔を大きくすることができ、プランジャのストロークを大きくできる。そして、コイルの励磁時には、磁束をステータ円筒状部に通すことで、ステータ対向面とプランジャ対向面との間の磁気吸引力を調整することができる。

【0009】

本開示の第２は、通電時に励磁するコイルと、このコイルの通電時の磁気回路内に配置される磁性材製のステータコアと、コイルの通電時の磁気回路内にこのステータコアと磁気間隙を介して対向配置され、コイルの通電時に磁気吸引力でステータコアに向かう第１方向に移動し、コイルの非通電時にステータコアから離れる第２方向に移動する磁性材製のプランジャとを有する電磁アクチュエータである。

【0010】

本開示の第２の電磁アクチュエータのプランジャは、磁気間隙を介してステータコアと対向するプランジャ対向面と、このプランジャ対向面の第２方向側に位置するプランジャ円筒状部と、このプランジャ円筒状部の外周より第１方向に延出するプランジャ円筒状部を備えている。そして、ステータコアは、磁気間隙を介してプランジャと対向するステータ対向面と、このステータ対向面の第１方向側に位置してプランジャ円筒状部の内周に対向可能なステータ円柱状部とを備えている。

【0011】

本開示の第２の電磁アクチュエータは、コイルの非通電時に、プランジャ円筒状部の第１方向端部とステータ円柱状部との間及びステータ対向面とプランジャ対向面との間には、第１方向及び第２方向に磁気間隙が形成される。また、コイルの通電時には、ステータ円柱状部の外周はプランジャ円筒状部の内周と対向し、プランジャ円筒状部の内周とステータ円柱状部の外周との間及びステータ対向面とプランジャ対向面との間に磁気回路が形成される。

【0012】

本開示の第２の電磁アクチュエータでは、プランジャ円筒状部を第１方向に延出形成しているので、ステータ対向面とプランジャ対向面との間の間隔を大きくすることができ、プランジャのストロークを大きくできる。そして、コイルの励磁時には、磁束をプランジャ円筒状部に通すことで、ステータ対向面とプランジャ対向面との間の磁気吸引力を調整することができる。

【0013】

本開示の第３の電磁アクチュエータは、プランジャ対向面は第１方向の端面から第２方向に向かうにつれて径が小さくなるプランジャ凹形状であり、ステータ対向面は第１方向の端面から第２方向に向かうにつれて径が小さくなるステータ凸形状である。ステータ凸形状とプランジャ凹形状とが対向することで、ステータ対向面とプランジャ対向面との間に適切な磁気吸引力を発生させることができる。

【0014】

本開示の第４の電磁アクチュエータは、プランジャ対向面は第１方向の端面から第２方向に向かうにつれて径が大きくなるプランジャ凸形状であり、ステータ対向面は第１方向の端面から第２方向に向かうにつれて径が大きくなるステータ凹形状である。ステータ凹形状とプランジャ凸形状とが対向することで、ステータ対向面とプランジャ対向面との間に適切な磁気吸引力を発生させることができる。

【0015】

本開示の第５の電磁アクチュエータは、プランジャ対向面の中心軸周りにはプランジャ平面部が形成され、ステータ対向面の中心軸周りにはこのプランジャ平面部に対応するステータ平面部が形成される。ステータ平面部とプランジャ平面部とが対向することで、ステータ対向面とプランジャ対向面との間に適切な磁気吸引力を発生させることができる。

【0016】

本開示の第６の電磁アクチュエータは、ステータ対向面及びプランジャ対向面のいずれかには、非磁性材製のワッシャが配置されている。非磁性材製のワッシャを配置することで、残存磁気によりプランジャがステータコアから離れにくくなるのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】電磁アクチュエータの非通電時の断面図である。

【図2】電磁アクチュエータの通電時断面図である。

【図3】電磁アクチュエータの非通電時の動作を示す図である。

【図4】電磁アクチュエータの通電時の動作を示す図である。

【図5】電磁アクチュエータの磁束を説明する図である。

【図6】図１及び図２図示電磁アクチュエータと比較例との吸引力を示す図である。

【図7】比較例を示す断面図である。

【図8】ステータコア及びプランジャの他の例を示す断面図である。

【図9】ステータコア及びプランジャの更に他の例を示す断面図である。

【図10】図７ないし図９図示電磁アクチュエータの吸引力を示す図である。

【図11】電磁アクチュエータの他の例を説明する断面図である。

【図12】電磁アクチュエータの更に他の例を説明する断面図である。

【図13】電磁アクチュエータの更に他の例を説明する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本開示の電磁アクチュエータ１００を、クラッチ機構に用いた例を説明する。図１及び図２に示すように、電磁アクチュエータ１００は樹脂製のコイルボビン１０１の周囲にエナメル被覆された銅線からなるコイル１０２が多数回巻装されている。コイルボビン１０１は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）製で円筒形状をしている。そして、コイルボビン１０１の内周にはステータコア１１０とプランジャ１３０が配置される。ステータコア１１０は磁性材で、例えばＳＵＳ４３０や鉄材料が用いられる。プランジャ１３０も磁性材で、同様にＳＵＳ４３０や鉄材料が用いられる。

【0019】

また、コイルボビン１０１の外周は樹脂製の外郭１２０によって覆われている。外郭１２０も、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）製である。そして、コイルに電気接続する正極端子及び負極端子を保持するコネクタ（図示せず）が、この外郭１２０と一体に形成されている。外郭１２０を介してコイル１０２の外周には円筒形状をしたヨーク１５０が配置されている。本例では、ヨーク１５０はステータコア１１０と一体形成されているが、円筒状のヨーク１５０をステータコア１１０外周に配置することも可能である。その場合には、ヨーク１５０も磁性材として、同様にＳＵＳ４３０や鉄材料が用いられる。ヨーク１５０の開口部には、プレート１５１が配置されている。このプレート１５１も磁性材で、同様にＳＵＳ４３０や鉄材料が用いられる。従って、コイル１０２の周囲は磁性材料からなるステータコア１１０、プランジャ１３０、ヨーク１５０及びプレート１５１によって覆われている。その為、コイル１０２の励磁時には、ステータコア１１０、プランジャ１３０、ヨーク１５０及びプレート１５１により磁気回路が形成される。

【0020】

プランジャ１３０がステータコア１１０に向かう方向を第１方向とし（図１で下方向）、逆にプランジャ１３０がステータコア１１０から離れる方向を第２方向とする（図１で上方向）。ステータコア１１０は第１方向側にステータ円柱状部１１１が形成されている。そして、このステータ円柱状部１１１の第２方向には、プランジャ１３０と対向するステータ対向面１１２が形成されている。このステータ対向面１１２はステータ円柱状部１１１から第２方向に向かうにつれて径が小さくなるテーパ形状をした凸形状である。以下、本例で図１に示すステータ対向面１１２の形状をステータ凸形状と呼ぶ。そして、本例では、ステータ凸形状の中心軸周りは平面状のステータ平面部１１２１となっている。

【0021】

また、ステータコア１１０のステータ円柱状部１１１の外周からステータ対向面１１２の外周にかけてリング状のステータ円筒状部１１３が一体に延出形成されている。ステータ円筒状部１１３の第２方向端部１１３１のステータ円柱状部１１１からの飛び出し距離は、ステータコア１１０とプランジャ１３０との間の磁気間隙Ａより多少短く設定されている。例えば、磁気間隙Ａが１０ミリメートル程度である場合、ステータ円筒状部１１３の飛び出し量は８ミリメートル程度である。そして、ステータ円筒状部１１３の第２方向端部１１３１は、第２方向に向かうにつれてプランジャ１３０側に傾斜するエッジ形状となっている（図５図示）。

【0022】

プランジャ１３０は円柱形状をしており、プランジャ円柱状部１３１の外径はステータ円筒状部１１３の内径より多少（０．５～１ミリメートル程度）小さくなっている。従って、プランジャ円柱状部１３１はステータ円筒状部１１３の内周に嵌まり込むことが可能となっている。そして、プランジャ円柱状部１３１の第１方向はステータコア１１０と対向するプランジャ対向面１３２となっている。このプランジャ対向面１３２はステータ対向面１１２と対応する形状となっている。即ち、第１方向の端面から第２方向に向かうにつれて径が小さくなるテーパ形状をした凹形状である。以下、本例で図１に示すプランジャ対向面１３２の形状をプランジャ凹形状と呼ぶ。

【0023】

そして、本例では、プランジャ凹形状の中心軸周りは平面状となっており、プランジャ平面部１３２１が形成されている。上述のようにステータ凸部にもこのプランジャ平面部１３２１に対応した形状のステータ平面部１１２１が形成されている。従って、本例のプランジャ凹形状は中心軸周りにプランジャ平面部１３２１を備える形状であり、ステータ凸形状も中心軸周りにステータ平面部１１２１を備える形状である。

【0024】

プランジャ対向面１３２の内、このプランジャ平面部１３２１にはワッシャ１３５が配置されている。ワッシャ１３５は、ＳＵＳ３０４等の非磁性材料で形成されている。従って、コイル１０２の励磁時にステータコア１１０に吸引されたプランジャ１３０が、コイル１０２の非励磁時にもプランジャ対向面１３２とステータ対向面１１２とで残存磁気によって吸着し続けることが無いようになっている。

【0025】

プランジャ円柱状部１３１とコイルボビン１０１の間には円筒状をしたスリーブ１３６が配置されている。プランジャ１３０がコイルボビン１０１の内周をスムーズに往復移動するためのもので、非磁性材料製の金属を用いている。上述のワッシャ１３５と同様、ＳＵＳ３０４等が用いられている。スリーブ１３６はコイルボビン１０１の内周部に圧入固定されている。

【0026】

次に上記構成の電磁アクチュエータ１００の動作を、図３及び図４を用いて説明する。本例では、プランジャ１３０はドグクラッチ機構２００のリンク２１０に回動可能に連結している。ドグクラッチ機構２００は、可動ドグ歯２２１を備える可動クラッチ板２２０と、固定ドグ歯２３１を備える固定クラッチ板２３０と係合離脱の切り替えを行う。

【0027】

図３に示すように、コイル１０２の非通電時でプランジャ１３０が第２方向（図３の左方向）に変位している状態では、可動クラッチ板２２０は固定クラッチ板２３０から離脱している。なお、図３の例ではドグクラッチ機構２００の機構的な構造により、プランジャ１３０は第２方向に変位しているが、図示しないプランジャバネを用いてプランジャ１３０を第２方向に移動させるようにしても良い。

【0028】

可動クラッチ板２２０を固定クラッチ板２３０と係合させる際には、図４に示すように、コイル１０２に通電してプランジャ１３０を第１方向（図４の右方向）に変位させる。プランジャ１３０の変位はリンク２１０を介して可動クラッチ板２２０に伝達される。具体的には、リンク２１０は回転支持軸２１１を中心として回動し、更に、リンク２１０の軸方向に形成された長穴２１２を回転支持軸２１１が移動することで、可動ドグ歯２２１が固定ドグ歯２３１とスムーズに係合する。

【0029】

上記ドグクラッチ機構２００の動作を、コイル１０２の通電に伴う磁気吸引力で説明する。図３に示したコイル１０２の非通電の状態では、プランジャ１３０とステータコア１１０との間には所定のストロークが介在しており、このストロークは磁気間隙Ａに対応する。磁気間隙Ａは例えば、プランジャ対向面１３２とステータ対向面１１２との間で１０ミリメートル程度である。そして、ステータ円筒状部１１３がステータ円柱状部１１１より第２方向に延出しているので、プランジャ対向面１３２とステータ円筒状部１１３との間は、磁気間隙Ａが縮められている。

【0030】

コイル１０２に通電されると、磁気回路がヨーク１５０、プレート１５１、ステータコア１１０及びプランジャ１３０の間に生じる。そして、磁気回路の内ステータコア１１０とプランジャ１３０との間に磁気間隙Ａが生じているので、磁束はこの磁気間隙Ａを狭める方向に働き、磁気吸引力が発生する。ただ、磁気間隙Ａがあまりに広いと磁気間隙Ａ間を流れる磁束密度が少なくなり、磁気吸引力は小さくなる。プランジャバネの付勢力によっては、プランジャ１３０を吸引できなくなる恐れもある。

【0031】

本開示では、図５のコイル１０２の励磁直後に示すように、ステータ円筒状部１１３が第２方向に延出して磁気間隙Ａを小さくしている。その為、コイル１０２の通電直後はステータ円筒状部１１３の第２方向端部１１３１と、この第２方向端部１１３１と対向するプランジャ対向面１３２との間を磁束が流れる。上記の通り、第２方向端部１１３１が磁気間隙Ａを狭めているので、第２方向端部１１３１と対向するプランジャ対向面１３２との間を流れる磁束の密度は高くなり、プランジャ１３０をステータコア１１０側に吸引することができる。これにより、第２方向端部１１３１と対向するプランジャ対向面１３２との間の磁気吸引力の方がプランジャバネの付勢力を確実に上回る。なお、図５では第２方向端部１１３１の形状をエッジ形状としているが、第２方向端部１１３１はエッジ形状でなくてもよい。第２方向端部１１３１の形状をフラット形状としても磁気吸引力はさほど変化が無い。

【0032】

図５のプランジャ１３０の移動初期に示すように、プランジャ１３０が第１方向に移動するとプランジャ対向面１３２とステータ対向面１１２との磁気間隙Ａが狭くなり、それに応じてプランジャ対向面１３２とステータ対向面１１２との間の磁束密度が高くなる。即ち、プランジャ１３０をステータコア１１０に引き付ける磁気吸引力は高くなる。

【0033】

ただ、図５のプランジャ１３０の移動後期に示すように、プランジャ１３０の第１方向への移動が所定量となると、プランジャ１３０のプランジャ円柱状部１３１からステータ円筒状部１１３に流れる磁束が大きくなる。このプランジャ円柱状部１３１からステータ円筒状部１１３に流れる磁束は単純に半径方向に流れるのみで、軸方向のベクトルを持っていない。その為、プランジャ円柱状部１３１からステータ円筒状部１１３に流れる磁束は磁気吸引力に貢献しない。換言すれば、プランジャ１３０の第１方向への移動が所定量以上となると、プランジャ対向面１３２とステータ対向面１１２との磁気間隙Ａは狭くなるものの、このプランジャ対向面１３２とステータ対向面１１２との磁気間隙Ａを流れる磁束が減ることとなる。従って、磁気間隙Ａが狭くなることと磁束が減ることとが相反しあって、全体としての磁気吸引力は緩やかな上昇となり、ほぼ一定に保たれる。

【0034】

図６に、本開示の磁気間隙Ａと磁気吸引力との関係をＸ１として示す。上述の説明の通り、ストロークが大きいコイル１０２の励磁直後から、ステータ円筒状部１１３の第２方向端部１１３１とプランジャ円柱状部１３１との間の磁気間隙によって磁気吸引力が発生している（Ｗ１点）。そして、プランジャ１３０の移動初期では、ストロークが小さくなることで磁束密度が増えて磁気吸引力も高まっている（Ｗ２点）。ただ、プランジャ１３０の移動後期は、ステータ円筒状部１１３へ磁束が流れる結果、磁気吸引力の増加は抑制されている（Ｗ３点）。

【0035】

図６に比較例Ｙとして示すのは、図７に示すように、ステータ円筒状部１１３を備えない電磁アクチュエータ１００である。ステータ円筒状部１１３を備えないと、コイル１０２の励磁直後では、ストロークが大きすぎて磁気吸引力が小さく、プランジャ１３０の移動が困難である（Ｚ１点）。そして、一旦プランジャ１３０が移動開始すると、磁気間隙Ａの減少に応じて磁気吸引力が指数関数的に大きくなる（Ｚ２点）。そのため、プランジャ１３０がステータコア１１０に大きな磁気吸引力で衝突する恐れもある（Ｚ３点）。それに対し、本開示では、上述のように磁気吸引力の上昇が緩やかになっている。

【0036】

ただ、本開示のステータ円筒状部１１３は、無制限に磁束を流す訳ではない。即ち、磁束がステータ円筒状部１１３側に流れると、上述の通り、ステータ円筒状部１１３側に流れる磁束には第１方向のベクトルが無いので、プランジャ１３０を吸引することができなくなる。従って、ステータ円筒状部１１３を流れる磁束は、ある程度の量で磁気飽和するように設定している。この磁気飽和の程度は、プランジャ１３０のストロークに応じて調整する。

【0037】

図８に示すように、ストロークが５ミリメートル程度の場合には、ステータ対向面１１２とプランジャ対向面１３２との間の磁気吸引力でプランジャ１３０を第１方向に吸引することは可能である。そのため、プランジャ１３０を吸引開始するためにステータ円筒状部１１３に求められる磁気吸引力は小さくて良い。逆に、プランジャ１３０が移動した後に、磁束がステータ円筒状部１１３側に流れると磁気吸引力を低下させることになる。なお、図８及び後述の図９では磁束密度を矢印で示しており、矢印を分かりやすくするため断面のハッチングは割愛している。

【0038】

従って、ストロークが小さい場合にはステータ円筒状部１１３内を流れる磁束は早期に磁気飽和することが求められる。ここで、早期に磁気飽和するとは、プランジャ円柱状部１３１とステータ円筒状部１１３とのオーバーラップ量が少ない段階でステータ円筒状部１１３の磁束が飽和することを意味している。例えば、コイル１０２の励磁力が数十ニュートンから数百ニュートンで、コイル１０２の外径が６０ミリメートル程度である場合、ステータ円筒状部１１３の肉厚は０．５ミリメートル程度で良い。

【0039】

一方、図９に示すように、ストロークが１０ミリメートル程度である場合には、コイル１０２の励磁直後にプランジャ１３０を吸引する磁気吸引力を大きくする必要がある。即ち、所定量の磁束がプランジャ対向面１３２とステータ円筒状部１１３の第２方向端部１１３１との間に流れる必要がある。また、上述のように、プランジャ１３０の移動後期でステータ対向面１１２とプランジャ対向面１３２との間の磁気吸引力が高くなりすぎるのは望ましくない。そのため、ストロークが大きい場合にはステータ円筒状部１１３にある程度の磁束が流れることが求められる。上述のコイル１０２の励磁力が数十ニュートンから数百ニュートンで、コイル１０２の外径が６０ミリメートル程度である場合には、ステータ円筒状部１１３の肉厚は１ミリメートル程度に厚くするのが良い。

【0040】

図１０に、磁気吸引力とストロークとの関係を示す。図１０に於いてＸ２で示すのが、ストロークを５ミリメートル程度とした図８図示電磁アクチュエータ１００の磁気吸引力の傾向である。そして、Ｘ３はストロークを１０ミリメートル程度とした図９図示電磁アクチュエータ１００の磁気吸引力の傾向を示している。また、Ｙは比較例で、図７に示すようにステータ円筒状部１１３を備えない電磁アクチュエータの傾向を示す。図１０に示すように、ステータ円筒状部１１３内を流れる磁束の磁気飽和の程度を調整することで、電磁アクチュエータの求められるストロークに対応することが可能となる。

【0041】

なお、図５の例では、ステータ円筒状部１１３の第２方向端部１１３１が第２方向に向かうにつれて肉厚が小さくなるエッジ形状をしていた。ただ、成形性等の理由で、図１や図２に示すようなエッジ部を有さない円筒形状とすることも、勿論可能である。エッジ部を有さない形状としても磁気吸引力がさほど変化しないのは、上述の通りである。

【0042】

また、図１及び図２の例では、ステータ対向面１１２をステータ凸形状としたが、図１１に示すように、逆の凹形状としても良い。即ち、ステータ円柱状部１１１の第２方向の端面から第１方向に向かうにつれて径が小さくなるテーパ形状としても良い。本例では、この図１１に示すステータ対向面１１２の形状をステータ凹形状と呼ぶ。このステータ凹形状でも、中心軸周りにステータ平面部１１２１を形成して、ワッシャ１３５を配置しても良い。

【0043】

そして、ステータ対向面１１２の形状をステータ凹形状とした際には、プランジャ対向面１３２もステータ対向面１１２の形状に対応する形状とする。この場合には、プランジャ対向面１３２は、プランジャ円柱状部１３１の第２方向の端面から第１方向に向かうにつれて径が小さくなるテーパ形状とする。そして、本例では図１１に示すプランジャ対向面１３２の形状をプランジャ凸形状と呼ぶ。

【0044】

このように、ステータ対向面１１２とプランジャ対向面１３２の凹形状、凸形状を逆にしても、図１や図２で示したステータ円筒状部１１３の作用は同様である。即ち、図５の例で説明した通り、ステータ対向面１１２がステータ凹形状でプランジャ対向面１３２がプランジャ凸形状であっても、ステータ円筒状部１１３により、ステータコア１１０とプランジャ１３０との間の磁気吸引力を適切な値に調整することができる。これは、図１の例のようにステータ対向面１１２がステータ凸形状でプランジャ対向面１３２がプランジャ凹形状であっても、図１１に示すように、逆の凹形状としても同様である。

【0045】

また、ステータ対向面１１２とプランジャ対向面１３２の形状を、凹形状と凸形状との組み合わせとすることは、ステータコア１１０とプランジャ１３０との間の磁束の流れを整える上で望ましい。ただ、製造上の要求等により凹形状や凸形状とすることが困難な場合は、ステータ対向面１１２とプランジャ対向面１３２とを、共に平面状とすることも本開示では除外していない。即ち、プランジャ平面部１３２１及びステータ平面部１１２１を中心軸周りのみでなく、全面とすることも除外していない。

【0046】

また、上述の例では、ステータ円筒状部１１３をステータコア１１０と一体に形成していたが、ステータコア１１０とステータ円筒状部１１３とを別部材することも可能である。この場合には、図１２に示すように、ステータ円筒状部１１３を磁性材料製の円管とし、ＳＵＳ４３０や鉄材料が用いられる。そして、このステータ円筒状部１１３はステータ円柱状部１１１の外周に圧入して固定されている。

【0047】

更に、プランジャ１３０に円筒状部を設けるようにしても良い。即ち、基本的な構造は図１２と同様で、図１３に示すように、別部材としたプランジャ円筒状部１３３を用いることでも形成できる。この場合には、プランジャ１３０のプランジャ円柱状部１３１の外周にプランジャ円筒状部１３３を圧入する。そして、プランジャ１３０が第１方向に移動すると、プランジャ円筒状部１３３がステータ円柱状部１１１の外周に位置するようになる。

【0048】

このプランジャ１３０にプランジャ円筒状部１３３を形成した場合でも、動作は図５と同様になる。即ち、コイル１０２の非励磁時には、プランジャ円筒状部１３３の第１方向端部１３３１とステータ円柱状部１１１との間に間隙がある。そして、コイル１０２の励磁直後に、この第１方向端部１３３１とステータ円柱状部１１１との間隙で磁気吸引力が発生する。そして、プランジャ１３０の移動に伴いプランジャ円筒状部１３３がステータ円柱状部１１１の外周に位置して磁気回路を形成し、それにより、プランジャ対向面１３２とステータ対向面１１２との間の磁気吸引量が過大となるのを抑制する。同時に、プランジャ円筒状部１３３での磁束も所定密度で飽和して、プランジャ対向面１３２とステータ対向面１１２との間の磁気吸引量が過小となるのも抑制できる。

【0049】

上述の実施例では、プランジャ対向面１３２とステータ対向面１１２との間に非磁性材料製のワッシャ１３５を介在させている。残存磁気によりプランジャ１３０がステータコア１１０から離れにくくなるのを防止できて好適である。ただ、プランジャ１３０の係止部を設ける等で、プランジャ１３０とステータコア１１０とが当接しないように配置することは可能である。その場合には、非磁性材料製のワッシャ１３５を不要とすることができる。

【0050】

また、上述した例では、本開示の電磁アクチュエータ１００をドグクラッチ機構２００の駆動装置として利用したが、本開示の電磁アクチュエータ１００の用途は、ドグクラッチ機構２００以外にも多様で、他のクラッチ機構や各種のバルブの開閉を行うアクチュエータとして利用できる。

【0051】

例えば、密閉弁に用いる場合は、プランジャ１３０は密閉弁に連通する。密閉弁は、燃料タンクとキャニスタとを繋ぐ通路の開閉を行う弁である。密閉弁は、給油前などに通路を開いて燃料タンク内の蒸発燃料と高圧になった空気をキャニスタ側に流すが、通常は、プランジャバネによりプランジャ１３０を第２方向に付勢して、弁体が通路を密閉している。

【0052】

即ち、密閉弁はプランジャバネにより、プランジャ１３０をステータコア１１０から引き離す第２方向に変位している。そして、プランジャ１３０がプランジャバネによって第２方向に変位することで、弁体が弁座に着座して通路を閉じている。また、弁体が弁座に着座して通路を閉じている状態は、コイル１０２に通電されていない状態である。ただ、バルブに用いる際でも作動流体の圧力を用いてプランジャ１３０をステータコア１０から引き離すことは勿論可能である。その為、プランジャバネは必須ではなく、本例ではプランジャバネを図示していない。

【0053】

他に、本開示の電磁アクチュエータは、部材のロック、アンロックの切り替えに用いたり、部材の角度調整に用いたりすることも可能である。ディスチャージ形前照灯のローハイを配光制御するシェード、照射方向を上下調節するレベライザー、および照射方向を左右に調整するＡＦＳ等にも使用できる。また、自動変速機を搭載した車両（ＡＴ車）のシフトレバーロック装置などの被駆動体の作動に使用することも可能である。

【0054】

また、上述した素材や大きさは、一例であり、要求される性能に応じて適宜選択可能である。この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。

【符号の説明】

【0055】

１００ 電磁アクチュエータ
１０２ コイル
１１０ ステータコア
１１１ ステータ円柱状部
１１２ ステータ対向面
１１３ ステータ円筒状部
１３０ プランジャ
１３１ プランジャ円柱状部
１３２ プランジャ対向面
１３３ プランジャ円筒状部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】