DE10031231A1

DE10031231A1 - Elektromagnetischer Aktuator mit einem Dauermagneten

Info

Publication number: DE10031231A1
Application number: DE10031231A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Oishi; Motoyoshi Ando; Hiroyuki Nakane; Seiji Tachibana; Tesuya Aoki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2001-05-23
Also published as: US6498416B1

Abstract

Bereitgestellt wird ein elektromagnetischer Aktuator (10) mit einem Statorkern (13), einer Armatur (17) und einer Spule (20). Der Statorkern (13) ist als nahtloses zylindrisches Rohr mit einer dünnen Wand (16) als eine magnetische Beschränkungseinrichtung ausgebildet. Die dünne Wand (16) weist eine Dicke auf, die zur Aufrechterhaltung der mechanischen Festigkeit des Statorkerns ausreichend ist. Ein Dauermagnet (25) ist an einer Außenseite der dünnen Wand (16) angeordnet, um einen durch die dünne Wand (16) in der gleichen Richtung wie ein durch die Spule (20) erzeugter magnetischer Fluss fließenden magnetischen Fluss zu erzeugen. Die dünne Wand (16) ist mit dem durch den Dauermagneten (25) erzeugten magnetischen Fluss magnetisch gesättigt. Wird die Spule (20) erregt, umläuft ein durch die Spule (20) erzeugter magnetischer Fluss die gesättigte dünne Wand (16) und fließt durch die Armatur (17).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Ventils oder dergleichen.

JP-U-57-164 371 offenbart einen elektromagnetischen Aktuator mit einem nahtlosen zylindrischen Statorkern, der einen Armaturenkern unterbringt. Der Statorkern weist einen dünnwandigen Abschnitt zum Leiten eines magnetischen Flusses in den Armaturenkern auf. Da jedoch der Statorkern magnetisches Material aufweisen muss, wird in dem dünnwandigen Abschnitt noch eine geringe Menge des magnetischen Flusses geleitet. Ferner muss die Dicke des dünnwandigen Abschnitts zur Aufrechterhaltung einer erforderlichen mechanischen Festigkeit eine bestimmte Größe aufweisen. Daher ist zur Bereitstellung eines ausreichenden magnetischen Flusses durch den Armaturenkern ein zusätzlicher Strom erforderlich.

Die Erfindung spricht diese Nachteile durch Bereitstellung einer verbesserten Statoranordnung an.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines elektromagnetischen Aktuators mit einem Statorkern, in dem ein durch eine Spule erzeugter magnetischer Fluss wirksam in eine Armatur geleitet wird, und darüber hinaus eine zuverlässige Struktur des elektromagnetischen Aktuators mit einem nahtlosen Statorkern bereitzustellen.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung zur Lösung der Aufgabe weist ein elektromagnetischer Aktuator eine Armatur, einen Statorkern, eine Spule und einen Dauermagneten auf. Der Dauermagnet erzeugt einen magnetischen Fluss, der durch einen Gehäuseabschnitt (housing) des Statorkerns in der gleichen Richtung wie ein durch die Spule erzeugter magnetischer Fluss fließt. Daher wird ein Magnetflusspfad in dem Gehäuseabschnitt durch den von dem Dauermagneten erzeugten magnetischen Fluss zumindest verengt. Wird die Spule erregt, wird der durch die Spule erzeugte magnetische Fluss zu der Armatur hin geleitet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die nachstehende Anordnung verwendet werden. Der Dauermagnet kann an einem Hohlabschnitt des Gehäuseabschnitts befestigt sein. Dabei wird durch den Hohlabschnitt eine dünne Wand in dem Gehäuseabschnitt ausgebildet. Diese dünne Wand befindet sich mit einem durch den Dauermagneten erzeugten magnetischen Fluss in Sättigung. Der Dauermagnet kann aus einer Vielzahl von Dauermagneten ausgebildet werden. Ferner ist der Dauermagnet bevorzugt in Ringform ausgebildet.

Der Dauermagnet kann eine Form aufweisen, die eine Entmagnetisierung verhindert. Eine derartige Form kann einem abgeschnittenen Abschnitt entsprechen, der an einer Kante ausgebildet ist, an der der durch die Spule erzeugte magnetische Fluss konzentriert ist.

Der Gehäuseabschnitt kann einen nur zwischen einem Dauermagneten und einem axialen Ende des Statorkerns angeordneten Führungsabschnitt aufweisen. Der Führungsabschnitt führt einen magnetischen Fluß in axialer Richtung. Beispielsweise können ein sowohl an einer Innenfläche des Gehäuseabschnitts und an einer Außenfläche der Armatur ausgebildeter sich verjüngender Abschnitt, ein an einer Außenfläche des Gehäuseabschnitts ausgebildeter sich verjüngender Abschnitt oder ein an einem axialen Ende des Gehäuseabschnitts ausgebildeter Anziehungsabschnitt als Führungsabschnitt wirken.

Die Armatur kann in Säulenform mit einer Achsenlänge L und einem Durchmesser D ausgebildet sein. Dabei sollte das Verhältnis L/D nicht geringer als 1,0 sein.

Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie Betriebsverfahren und die Funktion der betreffenden Teile werden unter Bezugnahme auf die nachstehende detaillierte Beschreibung, die angefügten Patentansprüche und die Zeichnung gewürdigt. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Magneten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Solenoids zur Veranschaulichung eines magnetischen Flusses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 eine Schnittansicht eines Solenoids zur Veranschaulichung eines magnetischen Flusses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Anziehungskraft von Solenoiden,

Fig. 6 eine Schnittansicht eines Solenoids gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Solenoids zur Veranschaulichung eines magnetischen Flusses gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 8 eine Schnittansicht eines Solenoids gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 9 eine Schnittansicht eines Solenoids gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 10 eine grafische Darstellung eines Verhältnisses der Anziehungskraft gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel bezogen auf den Stand der Technik,

Fig. 11 eine Schnittansicht eines Ventils gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 12 eine Schnittansicht eines Solenoids gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 13 eine Schnittansicht eines Magnets gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 14 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines magnetischen Flusses gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 15 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines magnetischen Flusses gemäß eines Vergleichsausführungsbeispiels,

Fig. 16 eine grafische Darstellung einer Anziehungskraft gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 17 eine grafische Darstellung einer Anziehungskraft gemäß dem Vergleichsausführungsbeispiel,

Fig. 18 eine Schnittansicht eines Magneten gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 19 eine Schnittansicht eines Solenoids gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 20, 21 und 22 Schnittansichten von Solenoiden, wobei jede Ansicht einen magnetischen Fluss für einen elektromagnetischen Aktuator gemäß der Erfindung zeigt,

Fig. 23 eine grafische Darstellung von Anziehungskräften für einen elektromagnetischen Aktuator gemäß der Erfindung,

Fig. 24, 25 und 26 Schnittansichten von Solenoiden, wobei jede Ansicht Magnetflussrichtungen für einen elektromagnetischen Aktuator gemäß der Erfindung zeigt,

Fig. 27 eine Schnittansicht eines Solenoiden gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 28 eine Schnittansicht eines Solenoids gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 29 eine Schnittansicht eines Ventils gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 30 eine Schnittansicht einer Brennstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Nachstehend werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die angefügte Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein elektromagnetisches Ventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das elektromagnetische Ventil 1 entspricht einem Spulentyp- Hydrauliksteuerventil zur Steuerung des Druckes von Öl, das für eine hydraulische Steuereinrichtung einer automatischen Übertragung für ein Fahrzeug zugeführt wird.

Ein Linearsolenoid 10 als elektromagnetischer Aktuator weist ein zylindrisches Joch 11, eine Endplatte 12, einen Statorkern 13, einen als Armatur wirkenden Tauchkolben (plunger) 17, einen Schaft 18 und eine Spule 20 auf. Das Joch 11 und der Statorkern 13 bilden einen Stator. Das Joch 11, die Endplatte 12, der Statorkern 13 und der Tauchkolben 17 sind aus magnetischem Material hergestellt. Der Statorkern 13 ist zwischen der Endplatte 12 und einem Ventilgehäuseabschnitt 31 mittels Bördeln beider axialer Enden des Jochs 11 befestigt. Der Statorkern 13 weist einen den Tauchkolben 17 unterbringenden Gehäuseabschnitt 14 und einen Anziehungsabschnitt 15 auf. Der Gehäuseabschnitt 14 und der Anziehungsabschnitt 15 sind in einem nahtlosen zylindrischen Rohr einteilig ausgebildet. Der Anziehungsabschnitt 15 zieht den Tauchkolben 17 an, wenn sie magnetisch erregt werden. Ein nicht-magnetisches Material ist an einer Innenfläche des Gehäuseabschnitts 14 oder an einer Außenfläche des Tauchkolbens 17 mittels Beschichten oder Verkleiden bzw. Überziehen (plating) vorgesehen, um ein Festsitzen des Tauchkolbens 17 an dem Gehäuseabschnitt 14 zu verhindern. Der Anziehungsabschnitt 15 weist eine Vertikalfläche 15a und eine sich verjüngende Fläche 15b gemäß einer an dem Tauchkolben 17 ausgebildeten sich verjüngenden Fläche 17a auf. Die Vertikalfläche 15a trägt einen Anschlag 19, der einen Spalt im festen Metall (solid metal gap) bereitstellt. Eine mit Harz bedeckte Spule 20 ist an einer radialen Außenfläche des Gehäuseabschnitts 14 und des Anziehungsabschnitts 15 zwischen zwei Endflanschen des Statorkerns 13 angeordnet. Die Spule 20 ist durch das Joch 11 und den Statorkern 13 befestigt.

Der Schaft 18 ist mittels Pressung in den Tauchkolben 17 eingebracht. Ein Ende des Schaftes 18 kommt an einem Ende eines Kolbens bzw. Ventilelements (spool) 30 zum Anliegen. Der Kolben 30 wird von einem Ventilgehäuseabschnitt 31 beweglich untergebracht und gehalten, was dem Kolben eine Hin- und Herbewegungsweise ermöglicht. Eine Druckfeder 40 als einem unter Bezugnahme auf den Schaft 18 am entgegengesetzten Ende des Kolbens 30 angeordneten federnden Element drückt den Kolben 30 in Richtung des Schaftes 18. Daher bewegen sich der Schaft 18 und der Kolben 30 gemeinsam. Der Ventilgehäuseabschnitt 31 weist eine Einlassöffnung 32, eine Auslassöffnung 33, eine Rückführungsöffnung 34 und eine Ablassöffnung 35 an seiner zylindrischen Wand auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel führt eine (nicht dargestellte) Ölpumpe Öl von einem (nicht dargestellten) Tank der Einlassöffnung 32 zu. Die Auslassöffnung 33 ist mit einem Aktuator der automatischen Übertragung verbunden. Das von der Auslassöffnung 33 zugeführte Öl wird auch der Rückführungsöffnung 34 und einer Rückführungskammer 36 zugeführt. Die Ablassöffnung 35 ist mit dem Tank verbunden. Der Kolben 30 weist zwei große Stege (lands) 37 und 38 sowie einen kleinen Steg 39 zur Änderung des Verbindungszustands zwischen den Öffnungen auf. Der große Steg 38 und der kleine Steg 39 bestimmen mit dem Ventilgehäuse 31 die Rückführungskammer 36. Daher stellt das unter Druck gesetzte Öl in der Rückführungskammer 36 eine Vorbelastungskraft bzw. eine Vorspannungskraft in Richtung zu dem großen Steg 38 bereit. Die Rückführungskammer 36 kompensiert eine Schwankung des Eingangsdruckes. Der große Steg 38 steuert eine Ölmenge, die von der Einlassöffnung 32 zu der Auslassöffnung 33 fließt. Diese Menge hängt von einer veränderbaren Abdichtlänge zwischen dem großen Steg 38 und einer Innenfläche 31a ab. Der große Steg 37 steuert eine Ölmenge, die von der Auslassöffnung 33 zu der Ablassöffnung 35 fließt, wobei die Menge von einer veränderbaren Abdichtlänge zwischen dem großen Steg 37 und einer Innenfläche 31b abhängt.

In dem Ausführungsbeispiel wird die Position des Kolbens 30 gemäß einer durch die Feder 40 bereitgestellten Druckkraft, einer durch das Öl in der Rückführungskammer 36 erzeugten Druckkraft und einer durch das Solenoid 10 bereitgestellten Druckkraft bestimmt. Daher wird die Position des Kolbens 30 nur durch das Solenoid 10 linear gesteuert.

Ist die Spule 20 nicht erregt, stoppt der Kolben 30 in einer Position, bei der die Kräfte ausgeglichen sind. Dabei stehen die Einlassöffnung 32 und die Auslassöffnung 33 in Verbindung, um den gesteuerten Druck in der Auslassöffnung 33 auf Maximaldruck zu steigern.

Wird die Spule 20 erregt, wird der Tauchkolben 17 gemäß der Menge des durch die Spule 20 fließenden Erregerstroms zu dem Anziehungsabschnitt 15 hin angezogen. Wird der Maximalstrom der Spule 20 zugeführt, bewegen sich der Tauchkolben 17 und der Kolben 30 zu der Position größter Anziehung, bei der der Tauchkolben 17 an dem Anschlag 19 zum Anliegen kommt. Dabei sind die Auslassöffnung 33 und die Ablassöffnung 35 zur Reduzierung des gesteuerten Druckes des Öls in der Auslassöffnung 33 auf atmosphärischen Druck geöffnet. Wird ein mittlerer Strom der Spule 20 zugeführt, positionieren sich der Tauchkolben 17 und die Spule 30 in einer mittleren Position. Daher wird der Druck in der Auslassöffnung 33 gemäß dem Strom gesteuert.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist ein Ringhohlabschnitt 14a an einer äußeren Fläche des Gehäuseabschnitts 14 zur Bereitstellung einer dünnen Wand 16 an dem Gehäuseabschnitt 14 als einem magnetischen Beschränkungsabschnitt ausgebildet. Der Hohlabschnitt 14a nimmt einen aus einer Vielzahl von Magneten zusammengesetzten ringförmigen Dauermagneten 25 auf. Der Magnet 25 ist zwischen der dünnen Wand 16 und der Spule 20 angeordnet. Gemäß Fig. 2 ist der Dauermagnet 25 aus zwei halben Magneten 25a zusammengesetzt. Gemäß Fig. 3 stellt der Magnet 25 einen nachstehend als Magnetfluss bezeichneten magnetischen Fluss durch die dünne Wand 16 bereit. Gemäß Fig. 4 erzeugt die Spule 20 in der dünnen Wand 16 einen (nachstehend als Spulenfluss bezeichneten) Fluss, wenn die Spule 20 erregt wird. Der Magnet 25 ist in axialer Richtung magnetisiert. Die Richtungen des Magnetflusses und des Spulenflusses sind gleich. Die dünne Wand 16 befindet sich mit dem Magnetfluss allein in der Sättigung. Die Dicke der dünnen Wand 16 ist so ausgeführt, dass eine ausreichende mechanische Festigkeit aufrechterhalten wird. Daher ist der Magnet 25 so ausgeführt, dass er eine ausreichende Magnetisierung aufweist, um die dünne Wand 16 in den Sättigungszustand zu bringen.

Der Spulenfluss kann in der dünnen Wand 16 nicht fließen, da sich die dünne Wand 16 bereits mit dem Magnetfluss in einem Sättigungszustand befindet. Daher fließt der Spulenfluss durch eine Umfangsfläche des Tauchkolbens 17 und der sich verjüngenden Fläche 17a. Der Magnet 25 erhöht die Anziehungskraft durch Verhinderung eines durch die dünne Wand 16 fließenden Streu- bzw. Leckflusses. Gemäß Fig. 5 zeigen Verläufe A, B und C die durch das Solenoid 10 unter Verwendung des Dauermagneten 25 erzeugten Anziehungskräfte. Die Magnetisierungen des Dauermagneten 25 (Restfluss) nehmen in der Reihenfolge A, B und C ab. Ein Verlauf D veranschaulicht die Anziehungskraft ohne den Dauermagneten. Ein Verlauf E zeigt die Anziehungskraft in den Fällen A, B und C, wenn die Spule 20 nicht erregt ist.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Anziehungskraft zu erhöhen und den Durchmesser des Solenoids 10 beizubehalten, da der Magnet 25 in dem Hohlabschnitt 14a angeordnet ist.

Gemäß den Fig. 6 und 7 wird ein Solenoidabschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Magnet 58 an einer äußeren hinteren bzw. rückwärtigen Kante (corner) eines Stators 50 angeordnet. Der Stator 50 weist ein becher- bzw. schalenförmiges Joch 51 und einen Statorkern 52 auf. Der Statorkern 52 stellt einen vergrößerten Gehäuseabschnitt 53 und einen verkürzten Anziehungsabschnitt 54 zur Unterbringung eines Tauchkolbens 17 bereit. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Tauchkolben 17 in Säulenform ausgebildet. Der Statorkern 52 stellt eine dünne Wand 57 zwischen dem Gehäuseabschnitt 53 und dem Anziehungsabschnitt 54 durch Ausbildung eines Hohlabschnitts 56 an einer Außenfläche bereit. Der Hohlabschnitt 56 ist vorderseitig nahe dem Anziehungsabschnitt durch eine sich verjüngende Fläche und rückseitig durch eine rechtwinklige bzw. senkrechte Stufenfläche bestimmt. Der Statorkern 52 weist zwei Flansche an beiden Enden auf. Der rückseitig angebrachte Flansch weist eine ringförmige Nut 55 an der radialen und axialen Außenkante auf. Die Nut 55 nimmt einen ringförmigen Dauermagneten 58 auf. Der Magnet erzeugt den Magnetfluss 100 in der gleichen Richtung zu dem Spulenfluss 101. Gemäß dem Ausführungsbeispiel kann der ringförmige Magnet von einer axialen Seite aus montiert werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dabei ist eine ringförmige Nut 55 an einer radialen Innenkante des Flansches des Stators 52 ausgebildet. Die ringförmige Nut 55 bringt einen ringförmigen Magneten 58 unter.

Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dabei ist eine ringförmige Nut 55 an einer radialen und axialen Außenkante des an der Anziehungsabschnittsseite des Stators 52 angeordneten Flansches ausgebildet. Die ringförmige Nut 55 nimmt einen ringförmigen Magneten 58 auf.

Gemäß Fig. 10 kann durch das erste und zweite Ausführungsbeispiel die Anziehungskraft vergrößert werden. Durch das dritte und vierte Ausführungsbeispiel kann eine zu dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnliche Verbesserung erreicht werden. Ferner kann der Magnet an dem Joch angeordnet sein.

Unter Bezugnahme auf Fig. 11 wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dabei ist ein Stator 60 in einen zylindrischen ersten. Kern 61 und einen plattenförmigen zweiten Kern 65 geteilt. Der erste Kern 61 weist einen Endflansch, einen Anziehungsabschnitt 63 und einen zylindrischen dünnen Gehäuseabschnitt 62 mit der gleichen Dicke wie die dünne Wand 16 des ersten Ausführungsbeispiels auf. Der zweite Kern 65 weist einen außerhalb des dünnen Gehäuseabschnitts 62 angeordneten zylindrischen Abschnitt und einen Flansch auf. Der erste Kern 61 und der zweite Kern 65 bilden dazwischen eine ringförmige Nut für die Aufnahme und das Halten eines ringförmigen Dauermagneten 70 aus. Der ringförmige Magnet 70 kann zwischen den Kernen 61 und 65 in axialer Richtung montiert werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 12 wird ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dabei weist ein Dauermagnet 80 eine Nut 81 auf, die einen abgeschnittenen Abschnitt darstellt. Die Nut 81 ist an der Vorderseite des Magneten 80 nahe dem Anziehungsabschnitt 54 angeordnet. Die Nut 81 ist nur an der radial innenliegenden Kante ausgebildet. Die Nut 81 erhöht die Positionsgenauigkeit des Tauchkolbens 17 durch Verhinderung einer Entmagnetisierung des Magneten 80. Ein Vergleichsausführungsbeispiel ist in Fig. 15 und Fig. 17 gezeigt. Bei dem Vergleichsausführungsbeispiel konzentriert sich der Spulenfluss anziehungsabschnittseitig an dem Hohlabschnitt 56, wo eine Kante des Magneten 58 angeordnet ist. Die Richtung der konzentrierten Spulenflusses ist der Magnetisierung des Magneten 58 entgegengesetzt. Daher entmagnetisiert der Spulenfluss den Magneten 58. Insbesondere wird der Dauermagnet leicht bei hoher Temperatur entmagnetisiert. Wird beispielsweise das Solenoid bei hoher Temperatur betrieben, wird der Magnet 58 gemäß Fig. 15 entmagnetisiert und die Anziehungskraft verringert sich von Verlauf 202 auf Verlauf 203. Eine derartige Änderung der Anziehungskraft ändert die gesteuerte Position des Tauchkolbens 17. Daher wird die Steuergenauigkeit des Tauchkolbens verringert.

Gemäß Fig. 14 wird der Spulenfluss daran gehindert, durch den Kantenabschnitt (corner) des Magneten 80 zu fließen. Daher besteht eine geringe Differenz zwischen den Anziehungskräften der Verläufe 200 und 201 in Fig. 16.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel muss die Nut 81 an der anziehungsabschnittsseitigen Innenkante ausgebildet sein, an der der Spulenfluss in entgegengesetzter Richtung erzeugt wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 18 weist ein Dauermagnet 85 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel eine Nut 86 an beiden Seiten auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel können beide Seiten des Magneten 85 anziehungsabschnittsseitig angeordnet werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 19 bringt der Hohlabschnitt 55 gemäß einem achten Ausführungsbeispiel einen Dauermagneten 90 mit einem Nordpol bzw. N-Pol 90a und einen Südpol bzw. S-Pol 90b an jeweiligen axialen Enden unter. Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist der Hohlabschnitt 55 Vertikalwände 57a und 57b auf, die dazwischen den Magneten 90 halten. Der Statorkern 52 weist einen zwischen dem Hohlabschnitt 55 und dem Anziehungsabschnitt 54 angeordneten sich verjüngenden Abschnitt, 57b auf, um einen konusförmigen Magnetflusspfad bereitzustellen. Eine schräge Außenfläche des sich verjüngenden Abschnitts 57b bildet mit einer Achse des Solenoids zum Leiten eines magnetischen Flusses in axialer Richtung einen stumpfen Winkel aus. Beispielsweise wird der sich verjüngende Abschnitt 57b mit dem Hohlabschnitt 55 durch einen Schneidevorgang ausgebildet. Der sich verjüngende Abschnitt 57b ist nur an der Vorderseite vorgesehen, wo der Anziehungsabschnitt 54 angeordnet ist. Der sich verjüngende Abschnitt 57b ist ferner radial außerhalb einer inneren zylindrischen Bohrung des Statorkerns 52 angeordnet. Der sich verjüngende Abschnitt 57b ermöglicht die Verwendung eines vereinfachten Statorkerns 52 mit einer geraden Innenfläche und eines vereinfachten Tauchkolbens 17 mit gerader Außenfläche. Der Statorkern 52 weist eine zwischen dem sich verjüngenden Abschnitt 57b und dem Hohlabschnitt 55 angeordneten mittleren Abschnitt 57c mit einer Dicke zwischen den Dicken des Gehäuseabschnitts 53 und der dünnen Wand 57 auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die dünne Wand 57 nahe an dem Anziehungsabschnitt 54 derart angeordnet, dass der Gehäuseabschnitt 53 hinsichtlich einem zwischen der dünnen Wand 57 und dem Anziehungsabschnitt 54 angeordneten zylindrischen Abschnitt länger ist bzw. einen längeren Abschnitt darstellt. Daher liegt die Außenfläche des Tauchkolbens 17 hauptsächlich der Innenfläche des Gehäuseabschnitts 53 gegenüber. Der Tauchkolben 17 ist als säulenförmige Armatur zur Bereitstellung einer der Innenfläche des Gehäuseabschnitts 53 gegenüberliegenden größeren Fläche ausgebildet.

Der Tauchkolben 17 weist eine axiale Länge L und einen Durchmesser D auf. Das Verhältnis L/D wird beruhend auf die nachstehende Analyse auf nicht weniger als 1,0 festgesetzt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis L/D mit etwa 2,0 eingestellt. Die Fig. 20 bis 23 zeigen Magnetflusspfade und die Fig. 24 bis 26 zeigen die Richtung des magnetischen Flusses an der Fläche des Tauchkolbens. Gemäß den Fig. 20 und 24 beträgt die axiale Länge der dünnen Wand 57 bei dem Verhältnis L/D = 0,5 etwa 40% der axialen Länge L des Tauchkolbens 17. Dabei verläuft der magnetische Fluss im allgemeinen in radialer Richtung und wirkt als magnetischer Fluß an beiden axialen Enden des Tauchkolbens 17 etwa in der gleichen Richtung und Dichte. Gemäß den Fig. 21 und 25 beträgt die axiale Länge der dünnen Wand 57 bei einem Verhältnis von L/D = 0,75 etwa 20% der axialen Länge L des Tauchkolbens 17. Dabei läuft der magnetische Fluss in radialer Richtung in den Tauchkolben 17. Der magnetische Fluss von dem Gehäuseabschnitt 53 zu dem Tauchkolben 17 ist über einen weiten Flächenbereich des rückwärtigen Endes des Tauchkolbens 17 verteilt. Der magnetische Fluss von dem Tauchkolben 17 zu dem Mittelabschnitt 57c konzentriert sich in einem engen Flächenbereich des vorderen Endes des Tauchkolben 17. Gemäß den Fig. 22 und 26 ist die dünne Wand 57 für eine Verhältnis L/D = 1,0 am vorderen Ende des Tauchkolbens 17 angeordnet, wobei die axiale Länge der dünnen Wand 57 etwa 15% der axialen Länge L des Tauchkolbens 17 beträgt. Dabei verläuft der magnetische Fluss in axialer Richtung und wird am vorderen Ende des Tauchkolbens 17 konzentriert. Fig. 23 zeigt Kennlinien der Anziehungskraft gemäß dem Verhältnis L/D. Für die Verhältnisse L/D = 0,5 und L/D = 0,75 ist die Anziehungskraft gering, wenn der Tauchkolben 17 sich nur über eine geringe Entfernung bewegt. Bei den Verhältnissen L/D = 1,0 und L/D = 1,5 wird die Anziehungskraft konstant gehalten. Daher darf das Verhältnis L/D nicht geringer als 1,0 sein, um eine konstante Anziehungskraft bereitzustellen.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel können die Vertikalfläche 57a und der Mittelabschnitt 57c zu einem sich verjüngenden Abschnitt ausgebildet werden.

Ferner kann ein Dauermagnet 114 gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Fig. 27 in einer Nut 152 angeordnet sein, die an einer Kante eines axialen Endes des Statorkerns 52 ausgebildet ist. Der Spulenfluss wird im axialen Endflansch des Statorkerns verteilt bzw. gestreut (scattered), an dem der Magnet 114 angeordnet ist.

Ferner kann der Anziehungsabschnitt 54 unter Bezugnahme auf Fig. 28 nach einem zehnten Ausführungsbeispiel mit Material gemäß einem Anschlag 115 abgedeckt sein.

Fig. 29 zeigt ein Spulentyp-Hydrauliksteuerventil mit einem Solenoidabschnitt gemäß Fig. 28. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kommt der Kolben 30 direkt an dem Tauchkolben 17 zum Anliegen. Das Joch 51 ist becherartig mit geschlossenem Boden ausgestaltet. Ein Bördelabschnitt 51a des Jochs 51 verbindet den Solenoidabschnitt und den Spulenventilabschnitt.

Fig. 30 zeigt ein elftes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei wird die Erfindung mit einer Einspritzeinrichtung zur Zuführung von Brennstoff zu einer Innenbrennkraftmaschine verwendet.

Die Einspritzeinrichtung 300 weist einen Ventilkörper 301 mit einem Ventilsitz und ein in Bezug auf den Ventilsitz beweglich gehaltenes Nadelventil 302 auf. Das Nadelventil 302 wird wechselweise bzw. in umkehrender Weise durch einen elektromagnetischen Aktuator mit einem Stator 310, einer Armatur 320 und einer Spule 330 betrieben. Der Stator 310 weist einen röhrenförmigen Statorkern 311 und eine Platte 316 auf, die zur Bereitstellung eines magnetischen Flusspfades aus magnetischem Material hergestellt sind. Der Statorkern 311 beinhaltet einen Anziehungsabschnitt 312, der eine zu der Achse der Einspritzeinrichtung 311 senkrechte Fläche aufweist. Der Statorkern 311 stellt eine ringförmige Nut 313 zur Unterbringung eines aus einer Vielzahl von Magneten zusammengesetzten ringförmigen Dauermagneten 314 bereit. Die ringförmige Nut 313 ist an der Aussenseite des Statorkerns zur Bereitstellung einer dünnen Wand 315 ausgebildet. Der Magnet 314 erzeugt einen magnetischen Fluss durch die dünne Wand 315 in der gleichen Richtung wie ein durch die Spule 330 erzeugter magnetischer Fluss. Die Armatur 320 weist einen am oberen Ende des Nadelventils 302 befestigten zylindrischen Armaturenkern 321 auf. Der Armaturenkern 321 weist eine dem Anziehungsabschnitt 312 gegenüberliegende Endfläche 322 und eine einer Innenfläche des Statorkerns 311 gegenüberliegende Außenfläche 323 auf. Die ringförmige Nut 313 und die dünne Wand 315 sind radial außerhalb des Armaturenkerns 321 nahe der Endfläche 322 angeordnet. Der Statorkern 311 ist als nahtlose Röhre ausgebildet. Die Spule 330 ist außerhalb des Statorkerns 311 angeordnet, so dass die Nut 313 mit der Spule 330 abgedeckt wird. Eine Feder 340 ist zum Drücken des Nadelventils 302 gegen den Ventilkörper 301 angeordnet.

Ist die Spule nicht erregt, fließt ein magnetischer Fluss des Magneten 314 durch die dünne Wand 315 und bringt die dünne Wand 315 in einen Sättigungszustand. Der Armaturenkern 321 wird durch den magnetischen Fluss des Magneten 314 nicht zu dem Anziehungsabschnitt hin angezogen.

Ist die Spule erregt, erzeugt die Spule 330 den durch den Statorkern 311, die Platte 316 und den Armaturenkern 321 fließenden magnetischen Fluss. Der magnetische Fluss fließt hauptsächlich in den Armaturenkern 321, da die dünne Wand 315 bereits durch den Magneten 314 gesättigt ist.

Entsprechend wird der Armaturenkern 321 in Richtung des Anziehungsabschnitts 312 angezogen. Folglich hebt der Armaturenkern 321 das Nadelventil 302 zur Brennstoffeinspritzung von dem Ventilsitz. Gemäß dem Ausführungsbeispiel verbessert der rohrförmige Statorkern 311 die Abdichtleistung.

Obwohl die Erfindung mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben worden ist, sind verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich. Derartige Änderungen und Abwandlungen befinden sich innerhalb des Schutzbereiches der Erfindung gemäß den angefügten Patentansprüchen.

Wie vorstehend beschrieben weist ein elektromagnetischer Aktuator einen Statorkern, eine Armatur und eine Spule auf. Der Statorkern ist als nahtloses zylindrisches Rohr mit einer dünnen Wand als eine magnetische Beschränkungseinrichtung ausgebildet. Die dünne Wand weist eine Dicke auf, die zur Aufrechterhaltung der mechanischen Festigkeit des Statorkerns ausreichend ist. Ein Dauermagnet ist an einer Außenseite der dünnen Wand angeordnet, um einen durch die dünne Wand in der gleichen Richtung wie ein durch die Spule erzeugter magnetischer Fluss fließenden magnetischen Fluss zu erzeugen. Die dünne Wand ist mit dem durch den Dauermagneten erzeugten magnetischen Fluss magnetisch gesättigt. Wird die Spule erregt, umläuft ein durch die Spule erzeugter magnetischer Fluss die gesättigte dünne Wand und fließt durch die Armatur.

Claims

1. Elektromagnetischer Aktuator, mit:
einer aus einem magnetischen Material hergestellten Armatur (17; 320),
einem Statorkern (13; 61; 310), der aus einem magnetischen Material hergestellt ist und einen die Armatur in axialer Richtung beweglich aufnehmenden Gehäuseabschnitt (14; 62; 311) aufweist, wobei der Statorkern einen an einem axialen Ende angeordneten Anziehungsabschnitt (15; 44; 312) aufweist,
einer an einer Außenseite des Statorkerns angeordneten Spule (20; 330) zur Erzeugung eines durch die Armatur und den Statorkern fließenden magnetischen Flusses und
einem an dem Statorkern angeordneten Dauermagneten (25; 58; 70; 80; 85; 90; 114; 314) zur Erzeugung eines durch den Gehäuseabschnitt in der gleichen Richtung wie der durch die Spule erzeugte magnetische Fluss fließenden magnetischen Flusses.

2. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Magnet (25; 58; 70; 80; 85; 90; 114; 314) an dem Gehäuseabschnitt (14; 62; 311) angeordnet ist.

3. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gehäuseabschnitt (14; 311) einen Hohlabschnitt (14a; 55; 56; 152; 313) aufweist, an dem der Dauermagnet (25; 58; 70; 80; 85; 90; 114; 314) angebracht ist.

4. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Dauermagnet (80; 85) eine nahe dem Anziehungsabschnitt (54) angeordnete Vorderseite aufweist, wobei die Vorderseite an einer radial innenliegenden Kante einen abgeschnittenen Abschnitt (81; 86) aufweist.

5. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 4, wobei der Dauermagnet (85) eine entgegen dem Anziehungsabschnitt (54) angeordnete Rückseite aufweist, wobei die Rückseite an einer radial innenliegenden Kante einen abgeschnittenen Abschnitt (86) aufweist.

6. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Statorkern (13; 61; 310) einen axialen Endabschnitt aufweist, an dem der Dauermagnet (58; 114) angeordnet ist.

7. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Dauermagnet (25; 58; 70; 80; 85; 90; 114; 314) in Ringform ausgebildet ist.

8. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehäuseabschnitt einen mit dem durch den Dauermagneten erzeugten magnetischen Fluss magnetisch gesättigten Abschnitt (16; 57; 62; 315) aufweist.

9. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Gehäuseabschnitt eine an einer radialen Außenseite der Armatur angeordnete dünne Wand (16; 57; 62; 315) aufweist.

10. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 9, wobei die dünne Wand (16; 57; 62; 315) mit dem magnetischen Fluss des Dauermagneten magnetisch gesättigt ist.

11. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Dauermagnet an einem Abschnitt (55; 152) angeordnet ist, an dem eine Streuung eines magnetischen Flusses der Spule auftritt.

12. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehäuseabschnitt einen sich verjüngenden Abschnitt (15b; 57b) aufweist, wobei der sich verjüngende Abschnitt hinsichtlich der Querschnittsfläche von dem Anziehungsabschnitt zu dem Hohlabschnitt abnimmt.

13. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gehäuseabschnitt eine Stoppeinrichtung (19; 115) aufweist, wobei die Armatur an der Stoppeinrichtung zum Anliegen kommt.

14. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Armatur eine Säule mit einer axialen Länge L und einem Durchmesser D darstellt, wobei die Säule ein Verhältnis L/D aufweist, das nicht geringer als 1,0 ist.

15. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit:
einem zylindrischen Ventilgehäuseabschnitt (31), der eine Vielzahl von einen Flüssigkeitsdurchlass ausbildenden Öffnungen (32, 33, 34, 35) aufweist,
einem in dem Ventilgehäuseabschnitt angeordneten und durch die Armatur betriebenen Kolben (30), wobei der Kolben
einen Verbindungszustand zwischen den Öffnungen ändert, und einem den Kolben entgegen einer Anziehungsrichtung der Armatur drückenden Federelement (40).

16. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 15, wobei die Flüssigkeit Öl entspricht und die Öffnungen eine Ausgangsöffnung (33) aufweisen, an der ein gesteuerter Öldruck bereitgestellt wird.

17. Elektromagnetischer Aktuator, mit:
einer in axialer Richtung beweglich gehaltenen Armatur (17; 320),
einem aus einem magnetischen Material hergestellten Statorkern (13; 61; 310), der einen die Armatur aufnehmenden nahtlosen Gehäuseabschnitt (14; 62; 311) aufweist, wobei der Gehäuseabschnitt eine an einer radialen Außenseite der Armatur angeordnete dünne Wand (16; 57; 62; 315) aufweist,
einer an einer Außenseite des Statorkerns angeordneten Spule (20; 330) zur Erzeugung eines durch die Armatur und den Statorkern fließenden magnetischen Flusses und
einem an einer radialen Außenseite der dünnen Wand angeordneten Dauermagneten (25; 58; 70; 80; 85; 90; 114; 314), wobei der Dauermagnet an beiden axialen Enden Pole zur Erzeugung eines durch die dünne Wand in der gleichen Richtung wie der durch die Spule erzeugte magnetische Fluss fließenden magnetischen Flusses aufweist.

18. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 17, wobei der Dauermagnet (25; 80; 85; 90; 314) eine Vielzahl von in Ringform angeordneten Dauermagneten zum Umringen der dünnen Wand beinhaltet.

19. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Gehäuseabschnitt (14; 62; 311) einen nur zwischen dem Hohlabschnitt und einem axialen Ende des Statorkerns angeordneten Führungsabschnitt (15b; 57b) zur Führung eines magnetischen Flusses in axialer Richtung aufweist.