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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung kann sich auf ein Solenoid-Stellglied beziehen, das so ausgestaltet ist, dass es einen Regulierungsstift ausfährt, so dass der Regulierungsstift in eine Passnut gepasst wird, wodurch eine Position einer Schiebe- bzw. Gleiteinrichtung geschaltet wird. Die vorliegende Offenbarung kann sich auf ein Solenoid-Stellglied beziehen, das in einer Ventilhebe-Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine verwendet wird.
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Hintergrund
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Herkömmlicherweise ist eine bekannte Ventilhebe-Steuerungsvorrichtung so konfiguriert, dass sie eine Anhebung eines Einlassventils oder eine Anhebung eines Auslassventils für eine Brennkraftmaschine steuert. Eine Ventilhebe-Steuerungsvorrichtung kann sich zusammen mit einer Nockenwelle drehen und kann eine Position einer Schiebe- bzw. Gleiteinrichtung schalten, die in einer axialen Richtung relativ zu der Nockenwelle beweglich ist. Ein bekanntes Solenoid-Stellglied kann zum Schalten der Position der Gleiteinrichtung verwendet werden. Zum Beispiel kann das Solenoid-Stellglied alternierend eine von zwei Regulierungsstiften gemäß der beweglichen Richtung der Gleiteinrichtung aktivieren. Auf diese Art und Weise kann das Solenoid-Stellglied ein vorderes Ende des Regulierungsstiftes an eine Passnut passen, die in der Gleiteinrichtung ausgebildet ist.
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Kurzfassung
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Einer Patentschrift 1 kann z. B. ein Stellglied zum Schalten einer Ventilanhebung entnommen werden. Das Stellglied kann einen feststehenden Kern, der im Inneren einer Spule angeordnet ist, und eine bewegliche Einheit beinhalten, die an einem Ende mit einem Dauermagneten ausgestattet ist. Die bewegliche Einheit kann in Richtung auf den feststehenden Kern beweglich sein und kann sich von dem feststehenden Kern wegbewegen. Ein magnetometrischer Sensor kann radial außerhalb des Dauermagneten so angeordnet sein, dass er eine Veränderung des Magnetfelds, die mit einer Bewegung des Dauermagneten einhergeht, erfasst. Auf diese Weise kann der magnetometrische Sensor einen Betriebszustand der beweglichen Einheit bestimmen.
(Patentschrift 1)
US-Patent Nr. 8,448,615 -
Das Stellglied gemäß der Patentschrift 1 benötigt möglicherweise Platz für den Einbau und die Verkabelung des magnetometrischen Sensors in der Nähe der beweglichen Einheit. Demnach kann die Konfiguration des Stellglieds komplex sein. Darüber hinaus übernimmt die Konfiguration die Bewegung des Dauermagneten und der beweglichen Einheit. Daher ist die Konfiguration möglicherweise nicht auf ein Stellglied anwendbar, bei dem der Dauermagnet auf einer stationären Seite eingerichtet ist.
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Die vorliegende Offenbarung ist auf die vorstehend beschriebene Problematik gerichtet.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Solenoid-Stellglied für eine Ventilhebe-Steuerungsvorrichtung zu schaffen. Die Ventilhebe-Steuerungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie eine Anhebung eines Einlassventils oder eine Anhebung eines Auslassventils für eine Brennkraftmaschine steuert. Die Ventilhebe-Steuerungsvorrichtung weist eine Gleiteinrichtung auf, die mit einer Nockenwelle drehbar ist und in einer axialen Richtung relativ zu der Nockenwelle beweglich ist. Das Solenoid-Stellglied ist so konfiguriert, dass es einen Regulierungsstift ausfährt, wenn ein vorderes Ende des Regulierungsstifts in eine Passnut der Gleiteinrichtung gepasst wird. Das Solenoid-Stellglied ist weiterhin so konfiguriert, dass es bewirkt, dass der Regulierungsstift durch Ausübung eines Drehmoments der Nockenwelle zurückgeschoben wird, wenn das vordere Ende des Regulierungsstifts aus der Passnut heraus eingefahren wird. Das Solenoid-Stellglied weist den Regulierungsstift auf, der so konfiguriert ist, dass er zur Passnut hin ausgefahren wird. Das Solenoid-Stellglied weist ferner einen Kolben auf, der aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist. Der Kolben weist ein Ende auf, das mit dem Regulierungsstift verbunden ist. Das Solenoid-Stellglied weist zudem einen Dauermagneten auf, der an einem feststehenden Bereich befestigt ist, der relativ zu dem Kolben feststehend ist, und der so konfiguriert ist, dass er den Kolben in einer Einfahrrichtung anzieht. Das Solenoid-Stellglied weist ferner eine Spule auf, die so konfiguriert ist, dass sie einen magnetischen Fluss in einer entgegengesetzten Richtung des Dauermagneten erzeugt, so dass eine magnetische Anziehungskraft, die den Kolben anzieht, reduziert wird. Das Solenoid-Stellglied weist zudem eine Feder auf, die so konfiguriert ist, dass sie den Regulierungsstift in einer Ausfahrrichtung vorspannt. Die Feder ist so konfiguriert, dass sie eine Vorspannkraft an den Regulierungsstift anlegt, so dass der Regulierungsstift in die Ausfahrrichtung bewegt wird, wenn der Spule Strom zugeführt wird, so dass die magnetische Anziehungskraft des Dauermagneten reduziert wird. Das Solenoid-Stellglied weist weiterhin eine Magnetfelderfassungseinheit auf, die auf einem Magnetkreis angeordnet ist, der so konfiguriert ist, dass der einen magnetischen Fluss leitet, der durch den Dauermagneten und die Spule erzeugt wird, und die so konfiguriert ist, dass sie eine magnetische Flussdichte erfasst.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Solenoid-Stellglied zu schaffen, das einen Kolben aufweist, der aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist. Das Solenoid-Stellglied weist zudem einen Regulierungsstift auf, der mit einem Ende des Kolbens verbunden ist. Der Regulierungsstift weist ein vorderes Ende auf, das so konfiguriert ist, dass es aus- und eingefahren werden kann. Das Solenoid-Stellglied weist ferner einen Dauermagneten auf, der an einem feststehenden Bereich befestigt ist, der relativ zu dem Kolben feststehend angeordnet ist. Der Dauermagnet ist so konfiguriert, dass er einen magnetischen Fluss und eine magnetische Anziehungskraft erzeugt, so dass der Kolben in einer Einfahrrichtung angezogen wird. Das Solenoid-Stellglied weist ferner eine Spule auf, die so konfiguriert ist, dass sie einen magnetischen Fluss in einer entgegengesetzten Richtung des magnetischen Flusses des Dauermagneten erzeugt, so dass der magnetische Fluss des Dauermagneten aufgehoben und die magnetische Anziehungskraft reduziert wird. Das Solenoid-Stellglied weist ferner eine Feder auf, die so konfiguriert ist, dass sie eine Vorspannkraft an den Regulierungsstift anlegt, so dass sich der Regulierungsstift in einer Ausfahrrichtung bewegt, wenn der Spule Strom zugeführt wird, so dass die magnetische Anziehungskraft des Dauermagneten reduziert wird. Das Solenoid-Stellglied weist ferner eine Magnetfelderfassungseinheit auf, die auf einem Magnetkreis angeordnet ist, der so konfiguriert ist, dass er den magnetischen Fluss des Dauermagneten und den magnetischen Fluss der Spule leitet, wobei die Magnetfelderfassungseinheit so konfiguriert ist, dass sie eine magnetische Flussdichte erfasst.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Die vorstehenden und weiteren Aspekte, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht, die ein Solenoid-Stellglied in einem stromlosen Zustand gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
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2 eine Draufsicht aus Sicht entlang eines Pfeils II in 1;
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3 eine Schnittansicht, die das Solenoid-Stellglied in einem Stromzuführungszustand einer ersten Spule zeigt;
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4 eine vergrößerte Ansicht, die einen Bereich des Solenoid-Stellglieds in 3 zeigt;
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5 eine Schnittansicht, die das Solenoid-Stellglied zeigt, und die einen magnetischen Fluss zeigt, der durch einen Magnetkreis in einem stromlosen Zustand fließt, in dem ein erste Kolben eingefahren ist;
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6 eine Schnittansicht, die einen magnetischen Fluss zeigt, der durch einen Magnetkreis in einem Zustand eines Ausfahrstarts eines ersten Kolbens fließt, wenn die Zuführung von Strom zu der ersten Spule in dem Zustand von 5 gestartet wird;
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7 eine Schnittansicht, die einen magnetischen Fluss zeigt, der durch einen Magnetkreis in einem Zustand einer Beendung einer Ausfahrbewegung des ersten Kolbens fließt, wenn die Zuführung von Strom zu der ersten Spule in dem Zustand von 6 beendet wird;
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8A ein Zeitdiagramm, das einen Spulenstrom zeigt, 8B ein Zeitdiagramm, das eine Ausgabe eines magnetometrischen Sensors zeigt, und 8C ein Zeitdiagramm, das einen Regulierungsstifthub zeigt, in einem Spulenstromzuführungszustand;
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9 eine Schnittansicht, die ein Solenoid-Stellglied gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
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10 eine Schnittansicht, die ein Solenoid-Stellglied gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
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11 eine Schnittansicht, die ein Solenoid-Stellglied gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
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12 eine Schnittansicht, die ein Solenoid-Stellglied gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Nachstehend wird ein Solenoid-Stellglied gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschreiben. Die Veröffentlichungsschrift der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-258888 offenbart eine Ventilhebe-Steuerungsvorrichtung. Die Ventilhebe-Steuerungsvorrichtung beinhaltet einen Nocken, der in eine Gleiteinrichtung integriert ist, die sich zusammen mit der Nockenwelle dreht. Der Nocken soll eine Anhebung eines Einlassventils oder eine Anhebung eines Auslassventils für eine Brennkraftmaschine steuern. Das Solenoid-Stellglied ist z. B. an der Ventilhebe-Steuerungsvorrichtung eingerichtet.
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Eine Gleiteinrichtung für eine Ventilhebe-Steuerungsvorrichtung ist zusammen mit einer Nockenwelle drehbar und in der axialen Richtung relativ zu der Nockenwelle beweglich. Die Gleiteinrichtung weist einen äußeren Umfang auf, der eine Passnut definiert, die sich in der axialen Position gemäß dem Rotationswinkel graduell verändert. Das Solenoid-Stellglied fährt einen von zwei betriebsseitigen Regulierungsstiften gemäß einer Anweisung von einer Steuerungseinheit aus. Auf diese Weise passt das Solenoid-Stellglied ein vorderes Ende des betriebsseitigen Regulierungsstifts auf die Passnut der Gleiteinrichtung, wodurch die Gleiteinrichtung in der axialen Richtung unter Rotation bewegt wird. Wenn das Solenoid-Stellglied das vordere Ende des betriebsseitigen Regulierungsstiftes von der Passnut wegbewegt, wird der betriebsseitige Regulierungsstift durch Ausübung eines Drehmoments der Nockenwelle zurückgeschoben. Die Veröffentlichungsschrift der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-258888 beschreibt ausführlich die Konfiguration und den Betrieb der Ventilhebe-Steuerungsvorrichtung. Somit wird auf eine ausführliche Beschreibung der Konfiguration und des Betriebs verzichtet.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine Konfiguration eines Solenoid-Stellglieds gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben. Ein Solenoid-Stellglied 401 beinhaltet zwei Regulierungsstifte 601 und 602, die parallel zueinander angeordnet sind. Das Solenoid-Stellglied 401 aktiviert selektiv einen von den zwei Regulierungsstiften 601 und 602 als einen betriebsseitigen Regulierungsstift. 1 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem keiner der Regulierungsstifte 601 und 602 aktiviert ist. 3 und 4 sind Schnittansichten, die jeweils einen Zustand zeigen, in dem der erste Regulierungsstift 601 aktiviert ist. Schnittansichten, die entstehen, wenn man 3 und 4 in die horizontale Richtung dreht, können einen Zustand darstellen, in dem der zweite Regulierungsstift 602 aktiviert ist. Daher kann auf die Zeichnung dieses Zustands verzichtet werden. Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Solenoid-Stellglied 40 relativ zur horizontalen Richtung in der Zeichnung symmetrisch, mit Ausnahme der Befestigungsbereiche 475, die von einem Hauptkörper des Solenoid-Stellglieds 40 nach außen vorstehen.
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Das Solenoid-Stellglied 401 beinhaltet ein Paar von Komponenten, die mit den beiden Regulierungsstiften 601 und 602 korrespondieren. Insbesondere beinhaltet das Solenoid-Stellglied 401 Spulen 451 und 452, Klappen 501 und 502, Dauermagneten 521 und 522, Adapter 551 und 552, Kolben 651 und 652, Federn 761 und 762 und/oder dergleichen. Es ist zu beachten, dass die Komponenten, von denen eine jede mit 1 als letzter Ziffer des dreistelligen Bezugszeichens gekennzeichnet ist, miteinander korrespondieren, und dass die Komponenten, von denen eine jede mit 2 als letzter Ziffer des dreistelligen Bezugszeichens gekennzeichnet ist, miteinander korrespondieren. Somit wird nachstehend einer Komponente, die mit 1 als letzter Ziffer des dreistelligen Bezugszeichens gekennzeichnet ist, das Wort „erste, r” vorangestellt, und einer Komponente, die mit einer 2 als letzter Ziffer des dreistelligen Bezugszeichens gekennzeichnet ist, wird das Wort „zweite, r” vorangestellt. Auf diese Weise werden die erste Komponente und die zweite Komponente voneinander unterschieden.
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Die Regulierungsstifte 601 und 602 und die Kolben 651 und 652 können als bewegliche Bereiche fungieren. Der erste Regulierungsstift 601 und ein erster Kolben 651 sind integral aneinandergefügt und sind auf einer Stiftachse P1 angeordnet. Der erste Regulierungsstift 601 und der erste Kolben 651 können von einer ganz eingefahrenen Position, die in 1 gezeigt ist, zu einer ganz ausgefahrenen Position, die in 3 gezeigt ist, hin- und herbewegt werden. Der zweite Regulierungsstift 602 und der zweite Kolben 652 sind integral aneinandergefügt und sind auf einer Stiftachse P2 angeordnet. Der zweite Regulierungsstift 602 und der zweite Kolben 652 sind ähnlich dem ersten Regulierungsstift 601 und dem ersten Kolben 651 beweglich.
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Ein Ausfahrabstand der Regulierungsstifte 601 und 602 und der Kolben 651 und 652 von der ganz eingefahrenen Position stellt einen Hub dar. Die ganz eingefahrene Position der Regulierungsstifte 601 und 602 und der Kolben 651 und 652 stellt einen Nullhub dar. Die ganz ausgefahrene Position der Regulierungsstifte 601 und 602 und der Kolben 651 und 652 stellt einen vollen Hub dar. In der nachstehenden Beschreibung kann eine Richtung des Ausfahrens oder eine Vorderseite der unteren Richtung in 1, 3 und 4 entsprechen, und eine Richtung des Einfahrens oder eine Rückseite kann der oberen Richtung in 1, 3 und 4 entsprechen. Die Richtung, in der die Regulierungsstifte 601 und 602 aus- und eingefahren werden, stellte eine axiale Richtung des Solenoid-Stellglieds 401 dar. Eine Richtung, die senkrecht zu der axialen Richtung des Solenoid-Stellglieds 401 ist, stellt eine radiale Richtung dar.
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Die Spulen 451 und 452, die Klappen 501 und 502, die Dauermagneten 521 und 522 und die Adapter 551 und 552 bilden einen feststehenden Bereich. Neben diesen Komponenten bilden außerdem hintere Joche 411 und 412, Spulenkerne 421 und 422, vordere Joche 431 und 432, eine Hülse 70, eine Anbringungsplatte 78 und dergleichen den feststehenden Bereich. Der feststehende Bereich ist eine statische Komponente im Vergleich zu einem beweglichen Bereich, wie z. B. den Kolben 651 und 652 und/oder dergleichen. Nachstehend wird die Konfiguration des feststehenden Bereichs der Reihe nach beschrieben. Danach erfolgt die Beschreibung der Konfiguration des beweglichen Bereichs.
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Die hinteren Joche 411 und 412, die Spulenkerne 421 und 422, das vordere Joch 431 und 432 und dergleichen sind weichmagnetische Elemente, die Magnetkreise ausbilden. Der feststehende Bereich weist eine hinten angeordnete äußere Hülle auf, und die äußere Hülle ist aus einem Harz mit einem in Harz eingeformten Bereich 47 geformt. Genauer gesagt sind die hinteren Joche 411 und 412, die Spulenkerne 421 und 422, das vordere Joch 431 und 432, die Spulen 451 und 452, Spulentrommeln 461 und 462 und dergleichen aus dem Harz mit dem in Harz eingeformten Bereich 47 ausgeformt. Diese Formkomponenten sind auf der Rückseite der Anbringungsplatte 78 integral ausgebildet. Der in Harz ausgeformte Bereich 47 weist zwei Magnetunterbringungslöcher 481 und 482 auf, die nach hinten geöffnet sind. Der in Harz eingeformte Bereich 47 ist mit einem Verbinder 49 ausgestattet, der nach hinten vorsteht.
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Die hinteren Joche 411 und 412 und die vorderen Joche 431 und 432 sind jedes in Form einer Platte ausgebildet und parallel zueinander angeordnet. Die hinteren Joche 411 und 412 und die vorderen Joche 431 und 432 schneiden die Stiftachsen P1 und P2 im rechten Winkel. Die Spulenkerne 421 und 422 sind jeder rohrförmig ausgebildet und weisen jeweils Spulenachsen C1 und C2 auf. Die Spulenkerne 421 und 422 verbinden jeweils die hinteren Joche 411 und 412 mit den vorderen Jochen 431 und 432. Die Stiftachsen P1 und P2 sind jeweils mit den vorderen Jochen 431 und 432 verbunden. Die Kolben-Führungsbereiche 441 und 442 sind jeder rohrförmig ausgebildet und jeweils um die Stiftachsen P1 und P2 ausgebildet. Die Kolben-Führungsbereiche 441 und 442 sind miteinander an einer Position zwischen den Stiftachsen P1 und P2 verbunden.
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Die Spulentrommeln 461 und 462 sind jeweils an den äußeren Umfängen der Spulenkerne 421 und 422 angebracht. Die Spulen 451 und 452 sind durch Wicklungsdrähte ausgebildet, so dass sie Wicklungen um den äußeren Umfang von jeweils den Spulentrommeln 461 und 462 bilden. Die Spulentrommeln 461 und 462 sind aus Harz gebildet, so dass die Spulenkerne 421 und 422 von jeweils den Wicklungen der Spulen 451 und 452 isoliert sind. Von einer externen elektrischen Leistungsquelle wird durch den Verbinder 49 einer der Spulen 451 und 452, die mit dem betriebsseitigen Regulierungsstift korrespondiert, Strom zugeführt, wodurch bewirkt wird, dass die eine der Spulen 451 und 452 ein Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld bewirkt einen magnetischen Fluss, der sich entlang einem Weg in einer Richtung bewegt. Auf den Weg und die Richtung des magnetischen Flusses wird später eingegangen.
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Die Magnetunterbringungslöcher 481 und 482 des in Harz eingeformten Bereichs 47 sind jeweils in Form eines Rohres ausgebildet und jeweils auf Magnetachsen M1 und M2 zentriert. In den Magnetunterbringungslöchern 481 und 482 sind jeweils die Adapter 551 und 552, die Dauermagneten 521 und 522 und die Klappen 501 und 502 in dieser Reihenfolge von der unteren Seite her untergebracht.
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Wie in 2 und 4 gezeigt ist, weisen die Magnetunterbringungslöcher 481 und 482 innere Wände auf, an denen jeweils Innengewindebereiche 413 und 414 freilegen. Die Innengewindebereiche 413 und 414 sind jeweils auf den hinteren Jochen 411 und 412 ausgebildet. Die Klappen 501 und 502 weisen Seitenwände auf, die jeweils Außengewindebereiche 51 definieren. Die Außengewindebereiche 51 sind jeweils mit den Innengewindebereichen 413 und 414 verschraubt. Auf diese Weise werden die Außengewindebereiche 51 jeweils durch die hinteren Jochen 411 und 412 gehalten, so dass sie jeweils die Dauermagneten 521 und 522 umgeben.
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Die Klappen 501 und 502 bilden den feststehenden Bereich und weisen obere Endoberflächen auf, an denen jeweils magnetometrische Sensoren 801 und 802 eingerichtet sind. Die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 können als Magnetfelderfassungseinheiten zum Erfassen der magnetischen Flussdichte fungieren. Die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind Hall-Elemente. Es wird darauf hingewiesen, dass die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 gemäß einer weiteren Ausführungsform magnetoresistive (MR-)Elemente oder dergleichen sein können. Die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 können in ausgesparten bzw. ausgeformten Bereichen eingebettet sein, die in jeweils den Klappen 401 und 502 ausgebildet sind. Alternativ können die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 jeweils auf Oberflächen der Klappen 501 und 502 bereitgestellt sein. Gemäß der vorliegenden Konfiguration sind die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 gemäß der vorliegenden Ausführungsform an Endoberflächen auf der gegenüberliegenden Seite der Dauermagneten 521 und 522 von jeweils den Kolben 651 und 652 eingerichtet. Die Anordnung erleichtert die Installation der magnetometrischen Sensoren 801 und 802 von der Oberseite der Klappen 501 und 502, ohne dass dafür eigens vorgesehener Raum benötigt würde. Stromkabel für die magnetometrischen Sensoren 801 und 802, wie z. B. Kabel, die mit der elektrischen Leistungsquelle gekoppelt sind, Kabel, die mit Masse gekoppelt sind, Signalleitungen und/oder dergleichen, werden durch einen nicht dargestellten Weg verlegt und in den Verbinder 49 eingezogen. Die Stromkabel für die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 sind mit einer externen Steuerungsvorrichtung gekoppelt.
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Wie in 5 bis 7 gezeigt ist, bilden die Dauermagneten 521 und 522 und die Spulen 451 und 452 Magnetkreise, durch die die Magnetflüsse, die durch jeweils die Spulen 451 und 452 erzeugt werden, gelangen. Wie später in der Beschreibung angegeben wird, werden die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 auf den Magnetkreisen bereitgestellt, um die Dichte der Magnetflüsse zu erfassen, die jeweils durch die Magnetkreise gelangen. Das heißt, dass die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 die Intensität der Magnetflüsse erfassen. Das Solenoid-Stellglied 401 bestimmt Betriebszustände, wie z. B. Beträge einer Aus- und Einfahrbewegung der Regulierungsstifte 601 und 602 gemäß den Ausgangssignalen von den magnetometrischen Sensoren 801 und 802. Somit bestimmt das Solenoid-Stellglied 401, ob die Regulierungsstifte 601 und 602 jeweils aus- und eingefahren worden sind.
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Jeder von den Dauermagneten 521 und 522 ist plattenförmig mit einer kreisrunden Form im Querschnitt ausgebildet, der entlang der radialen Richtung erstellt worden ist. Jeder von den Dauermagneten 521 und 522 weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser von einem korrespondierenden der Kolben 651 und 652. Gemäß der ersten Ausführungsform werden der erste Dauermagnet 521 und der zweite Dauermagnet 522 derart magnetisiert, dass deren Magnetpole in die gleiche Richtung gerichtet sind. In dem veranschaulichten Beispiel weist jeweils der erste Dauermagnet 521 und der zweite Dauermagnet 522 den N-Pol auf der Seite der Klappen 501 und 502 auf, und den S-Pol auf der Seite der Kolben 651 und 652. Es ist zu beachten, dass jeder von dem ersten Dauermagneten 521 und dem zweiten Dauermagneten 522 den S-Pol auf der Seite der Klappen 501 und 502 und den N-Pol auf der Seite der Kolben 651 und 652 aufweist.
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Jeder von den Adaptern 551 und 552 ist aus einem weichmagnetischen Material, wie z. B. einem eisenhaltigen Material, gebildet. Die Adapter 551 und 552 sind an den Enden der Dauermagneten 521 und 522 auf der Seite von jeweils den Kolben 651 und 652 eingerichtet. Die Adapter 551 und 552 werden mit jeweils den Dauermagneten 521 und 522 magnetisiert. Die Adapter 551 und 552 können als magnetokonvergente Elemente fungieren, die die Magnetflüsse der Dauermagneten 521 und 522 konvergieren bzw. zusammenführen und die zusammengeführten Magnetflüsse jeweils an die Kolben 651 und 652 übertragen sollen.
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Jeder von den Adaptern 551 und 552 weist einen Körper 550 und einen Befestigungsbereich 56 auf. Der Körper 550 ist plattenförmig ausgebildet und weist eine Querschnittfläche in der radialen Richtung auf, wobei die Querschnittsfläche äquivalent ist zur Querschnittfläche des korrespondierenden der Dauermagneten 521 und 522. Der Befestigungsbereich 56 weist eine vorstehende, spitz zulaufende Form auf und steht von dem Körper 550 in Richtung auf einen korrespondierenden der Kolben 651 und 652 vor. Es wird darauf hingewiesen, dass die spitz zulaufende Form die Form eines stumpfen Kegels aufweist. Achsen Q1 und Q2 der Befestigungsbereiche 56 sind von jeweils den Magnetachsen M1 und M2 versetzt. Die Achsen Q1 und Q2 stimmen mit jeweils den Stiftachsen P1 und P2 innerhalb eines Abweichungsmittelpunkts überein.
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Die Hülse 70 bildet eine äußere Hülle von einem vorderen Bereich des feststehenden Bereichs. Die Hülse 70 ist rohrförmig ausgebildet und ist auf der Vorderseite eines mittleren Bereichs der Anbringungsplatte 78 angeordnet. Die Hülse 70 weist ein Unterbringungsloch 72 auf. Jeder von den Regulierungsstiften 601 und 602 und jede von den Federn 761 und 762 ist in dem Unterbringungsloch 72 untergebracht. Das Unterbringungsloch 72 weist ein Lochende 74 auf. Jedes von den Gleitlöchern 751 und 752 ist in dem korrespondierenden Lochende 74 ausgebildet. Die Regulierungsstifte 601 und 602 können jeweils entlang der Gleitlöcher 751 und 752 gleiten. Buchsen 731 und 732 sind jeweils im Inneren der Kolben-Führungsbereiche 441 und 442 angebracht.
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Die Regulierungsstifte 601 und 602 und die Kolben 651 und 652 können als bewegliche Bereiche fungieren. Anschließend werden der erste Regulierungsstift 601 und der erste Kolben 651 als ein typisches Beispiel beschrieben. Der Regulierungsstift 601 beinhaltet einen Achsenhauptkörper 611, einen Verbindungsbereich 621, der mit dem Kolben 651 verbunden ist, und einen Manschettenbereich 631, die mit der Stiftachse P1 koaxial sind. Der Manschettenbereich 631 bildet eine Sitzoberfläche der Feder 761. Der Manschettenbereich 631 kann durch Presspassen einer Manschette, die eine separate Komponente von dem Achsenhauptkörper 611 ist, zum Achsenhauptkörper 611 gebildet werden. Alternativ kann der Manschettenbereich 631 integral mit dem Achsenhauptkörper 611 ausgebildet sein.
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Ein Großteil des Achsenhauptkörpers 611 ist mit Ausnahme eines vorderen Endes 641 in der Hülse 70 untergebracht. Der Achsenhauptkörper 611 wird entlang eines Lochs der Buchse 731 auf der Rückseite der Hülse 70 geführt. Der Achsenhauptkörper 611 wird entlang dem Gleitloch 751 auf der Vorderseite der Hülse 70 geführt. Somit kann der Achsenhauptkörper 611 relativ zur Buchse 731 und dem Gleitloch 751 gleiten. Das vordere Ende 641 steht von der Hülse 70 vor. Das vordere Ende 641 wird an eine Passnut einer Gleiteinrichtung der Ventilhebe-Steuerungsvorrichtung gepasst, wenn eine Ausfahrbewegung erfolgt.
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Der Kolben 651 weist eine rohrförmige Form auf und ist aus einem weichmagnetischen Material, wie z. B. einem eisenhaltigen Material, gebildet. Der Kolben 651 ist mit dem Verbindungsbereich 621 des Regulierungsstifts 601 verbunden. Der Kolben 651 wird durch den Kolben-Führungsbereich 441 geführt. Der Kolben 651 wird integral mit dem Regulierungsstift 601 aus- und eingefahren. Der Adapter 551 weist eine Endoberfläche auf der Seite des Kolbens 651 auf, und die Endoberfläche ist mit einem Aufnehmerbereich 66 ausgestattet. Der Aufnehmerbereich 66 liegt in einer spitz zulaufenden ausgesparten Form vor und nimmt den Passungsbereich 521 auf. Der Kolben 651 wird durch eine magnetische Anziehungskraft des Dauermagneten 521 in Richtung auf den Adapter 551 in der Einfahrrichtung vorgespannt. Wenn der Kolben 651 durch den Adapter 551 angezogen wird, wird der Passungsbereich 56 des Adapters 551 in den Aufnehmerbereich 66 des Kolbens 651 gepasst. Der zweite Regulierungsstift 602 und der zweite Kolben 652 können die vorstehend beschriebene Konfiguration aufweisen.
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Die Federn 761 und 762 sind an die äußeren Umfänge der Achsenhauptkörper 611 und 612 von jedem der Regulierungsstifte 601 und 602 gepasst. Die Federn 761 und 762 werden an beiden Enden zwischen jeweils den Buchsen 731 und 732 und den Manschettenbereichen 631 und 631 getragen. Die Federn 762 und 762 spannen die Manschettenbereiche 631 und 632 vor, so dass die Manschettenbereiche 631 und 632 jeweils von den Buchsen 731 und 732 wegbewegt werden. Auf diese Weise spannen die Federn 761 und 762 jeweils die Regulierungsstifte 601 und 62 in der Ausfahrrichtung vor.
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Wie vorstehend beschrieben, sind der erste Kolben 651 und der erste Regulierungsstift 601 integral miteinander verbunden, und der zweite Kolben 652 und der zweite Regulierungsstift 602 sind integral miteinander verbunden. Sowohl der erste Kolben 651 als auch der erste Regulierungsstift 601 und sowohl der zweite Kolben 652 als auch der zweite Regulierungsstift 602 nehmen die Magnetanziehungskräfte von den Dauermagneten 521 und 522 auf und nehmen die Federkräfte von jeweils den Federn 761 und 762 in entgegengesetzten Richtungen auf. Wenn sich die magnetische Anziehungskraft verändert, bewegen sich die Kolben 651 und 652 in einer Richtung entlang einer von der magnetischen Anziehungskraft und der Federkraft, die jeweils größer als die andere ist.
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Anschließend erfolgt unter Bezugnahme auf 5 und 7 die Beschreibung des Betriebs des Solenoid-Stellglieds 401 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration. 5 zeigt Magnetflüsse, die durch die Magnetkreise in einem stromlosen Zustand gelangen. 6 zeigt Magnetflüsse, die durch die Magnetkreise gelangen, wenn eine Stromzufuhr zur ersten Spule 451 gestartet wird, so dass den Magnetkreisen Strom zugeführt wird. 7 zeigt Magnetflüsse, die durch die Magnetkreise gelangen, wenn eine Stromzuführung zu der ersten Spule 451 beendet ist, so dass die Magnetkreise stromlos geschaltet werden, nachdem der erste Regulierungsstift 601 die Ausfahrbewegung vollendet hat. Wie in 5 bis 7 gezeigt ist, sind die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 auf den jeweiligen Magnetkreisen eingerichtet.
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(Stromloser Zustand)
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Wie in 5 gezeigt ist, bilden in dem stromlosen Zustand ein magnetischer Fluss ΦM1, der durch den ersten Dauermagneten 521 erzeugt wird, und ein magnetischer Fluss ΦM2, der durch den zweiten Dauermagneten 522 erzeugt wird, jeweils unabhängige geschlossene Kreise. Der erste Dauermagnet 521 erzeugt den magnetischen Fluss ΦM1 am N-Pol des ersten Dauermagneten 521, so dass dieser durch die erste Klappe 501, das erste hintere Joch 411, den ersten Spulenkern 421, das erste vordere Joch 431, den ersten Kolben-Führungsbereich 441, den ersten Kolben 651 und den ersten Adapter 551 gelangt. Der magnetische Fluss ΦM1 erreicht den S-Pol des ersten Dauermagneten 521. Der magnetische Fluss ΦM2, der durch den zweiten Dauermagneten 522 erzeugt wird, gelangt durch einen Weg, der symmetrisch ist zu dem vorstehend beschriebenen Weg. In dem vorliegenden Zustand erfassen der magnetometrische Sensor 801, der auf dem magnetischen Weg des magnetischen Flusses ΦM1 eingerichtet ist, und der magnetometrische Sensor 802, der auf dem magnetischen Weg des magnetischen Flusses ΦM2 eingerichtet ist, jeweils die magnetische Flussdichte in den magnetischen Wegen.
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(Start der Stromzufuhr zur ersten Spule)
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6 zeigt einen der ersten Spule 451 zugeführten elektrischen Strom. Der elektrische Strom fließt von der Rückseite der Zeichnung zur Vorderseite der Zeichnung auf der linken Seite relativ zur Spulenachse C1. Der elektrische Strom fließt weiter von der Vorderseite der Zeichnung zur Rückseite der Zeichnung auf der rechten Seite relativ zur Spulenachse C1. Somit bewirkt der elektrische Strom, dass der erste Spulenkern 421 einen Spulenmagnetfluss ΦC (lang gestrichelte Linie) erzeugt, der sich von der unteren Seite in der Zeichnung nach oben bewegt. Der Spulenmagnetfluss ΦC wird in einer Richtung erzeugt, so dass der magnetische Fluss ΦM1, der durch den ersten Dauermagneten 521 erzeugt wird, aufgehoben wird. Demzufolge nimmt die magnetische Anziehungskraft, die auf den ersten Kolben 651 einwirkt, ab. Auf diese Weise wird eine Rückhaltekraft, die den ersten Kolben 651 an der ganz eingefahrenen Position zurückhalten soll, aufgehoben. Somit beginnt der erste Regulierungsstift 601 unter Ausübung der Vorspannkraft von der ersten Feder 761 auszufahren.
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(Ende der Stromzufuhr zur ersten Spule)
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Wie in 7 gezeigt, ist wird die Stromzufuhr zur ersten Spule 451 beendet, wenn der erste Regulierungsstift 601 die ganz ausgefahrene Position erreicht. Es wird darauf hingewiesen, dass, in Abhängigkeit von dem Gleichgewicht zwischen der Federkraft und der magnetischen Anziehungskraft, die Stromzufuhr im Verlauf des Hubs nach Beginn der Ausfahrbewegung des Regulierungsstifts 601 beendet werden kann. Im dem vorliegenden Zustand wird die Stromzufuhr zu der ersten Spule 451 beendet, wodurch der Spulenmagnetfluss ΦC eliminiert wird. Somit bleiben nur der magnetische Fluss ΦM1 und ΦM2 ähnlich wie im stromlosen Zustand (siehe 5). Die Position des ersten Kolbens 651 in dem magnetischen Flussweg des magnetischen Flusses ΦM1 unterscheidet sich von der Position im stromlosen Zustand. Dadurch unterscheidet sich die magnetische Flussdichte, die mit dem magnetometrischen Sensor 801 erfasst wird, von der magnetischen Flussdichte im stromlosen Zustand.
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Wenn der ersten Spule Strom zugeführt wird (Stromzuführungszustand der ersten Spule), fungiert der erste Regulierungsstift 601 als der betriebsseitige Regulierungsstift, und das vordere Ende 641 des ersten Regulierungsstiftes 601 wird in die Passungsnut der Gleiteinrichtung gepasst. Gegenüber der vorstehenden Beschreibung wird, wenn der zweite Regulierungsstift 602 als der betriebsseitige Regulierungsstift ausgefahren wird, der zweiten Spule 452 derart Strom zugeführt, dass der zweite Spulenkern 422 den Spulenmagnetfluss ΦC in der Richtung zur Aufhebung des magnetischen Flusses Φ2 erzeugt, der durch den zweiten Dauermagneten 522 erzeugt wird. Auf diese Weise erzeugt der zweite Spulenkern 422 den Spulenmagnetfluss ΦC in der Richtung von der oberen Seite zur unteren Seite in der Zeichnung.
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Mit der vorliegenden Konfiguration des Solenoid-Stellglieds 401 werden die beiden Regulierungsstifte 601 und 602 im stromlosen Zustand nicht aktiviert. Darüber hinaus wird nur der erste Regulierungsstift 601 im Stromzuführungszustand der ersten Spule aktiviert, und nur der zweite Regulierungsstift 602 wird in einem Stromzuführungszustand der zweiten Spule aktiviert. In der vorliegenden Struktur ist das Solenoid-Stellglied 401 so konfiguriert, dass es die Stromzuführung zu den Spulen 451 und 452 schaltet, wodurch eine von den beiden Regulierungsstiften 601 und 602 selektiv aktiviert wird.
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Anschließend werden experimentelle Daten unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm von 8A bis 8C beschrieben. In der Zeichnung stellt, in dem Zustand der Spulenstromzuführung, 8A einen Spulenstrom dar, 8B stellt eine Ausgabe eines magnetometrischen Sensors dar, und 8C stellt eine Regulierungsstift-Hubveränderung dar. In dem vorliegenden Beispiel ist die Ausgabe des magnetometrischen Sensors ein Spannungssignal. In 8B und 8C stellt die durchgehende Linie Daten dar, wenn der erste Regulierungsstift 601 normal aktiviert wird, und die gestrichelte Linie stellt Daten im nicht aktivierten Zustand dar, wenn der erste magnetische Fluss ΦM1 erzwungenermaßen an der ganz eingefahrenen Position fixiert ist.
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Der Zustand vor dem Zeitpunkt t0 in 8A bis 8C entspricht dem stromlosen Zustand in 5. Die Ausgabe des magnetometrischen Sensors ist eine anfängliche Ausgabe V0, die der magnetischen Flussdichte des magnetomagnetischen Flusses ΦM1 entspricht, wenn der Regulierungsstift 601 sich an der ganz eingefahrenen Position befindet. Die Zeitspanne zwischen t0 und t1 entspricht dem Start der Stromzuführung zur Spule in 6. Insbesondere wird die Stromzuführung zur Spule 451 zum Zeitpunkt t0 gestartet, und der Spulenstrom steigt von 0 auf ION an. Die Summe der Magnetkraft, die durch die Spule 451 erzeugt wird, und der Federkraft übersteigt die magnetische Anziehungskraft des Dauermagneten 521 zum Zeitpunkt t1. Zum Zeitpunkt t1 beginnt der Regulierungsstift 601 auszufahren. Daneben nimmt mit steigendem Spulenstrom der Spulenmagnetfluss ΦC in einer Richtung zu, so dass der magnetomagnetische Fluss ΦM1 aufgehoben wird. Daher nimmt die Ausgabe des magnetometrischen Sensors ab.
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Die Zeitspanne t1 bis t4 entspricht dem Zustand zwischen 6 und 7. Der Regulierungsstift 601 bewegt sich von einem Nullhub L0 zu einem Vollhub Lf in der Zeitspanne t1 bis t2. Der Regulierungsstift 601 wird bei dem Vollhub Lf nach dem Zeitpunkt t2 zurückgehalten. In einem normalen Betriebszustand untersteuert die Ausgabe des magnetometrischen Sensors, die durch die durchgezogene Linie angezeigt wird, nach dem Zeitpunkt t1 und läuft bis zum Zeitpunkt t2 mit einer Ausgabe VfON zusammen. Demgegenüber wird der Regulierungsstift 601 erzwungenermaßen bei dem Nullhub L0 in einem nicht aktivierten Zustand zurückgehalten. In dem nicht aktivierten Zustand läuft die Ausgabe des magnetometrischen Sensors, die durch die gestrichelte Linie angezeigt wird, mit einer Ausgabe V0ON nach dem Zeitpunkt t1 zusammen. Wenn zum Zeitpunkt t3 die Stromzufuhr beendet ist, verschwindet der Spulenmagnetfluss ΦC und die Ausgabe des magnetometrischen Sensors steigt an.
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Anschließend wird der Spulenstrom zum Zeitpunkt t4 zu null. Der Zeitpunkt t5 entspricht dem Ende der Stromzuführung der Spule in 7. Zum Zeitpunkt t5 wird die Ausgabe des magnetometrischen Sensors im normalen Betriebszustand zur Ausgabe Vf nach dem Betrieb. Die Nachbetriebs-Ausgabe Vf entspricht der magnetischen Flussdichte, die durch den magnetomagnetischen Fluss ΦM1 erzeugt wird, wenn der Regulierungsstift 601 sich in der ganz ausgefahrenen Position befindet. Demgegenüber wird die Ausgabe des magnetometrischen Sensors, die durch die gestrichelte Linie im nichtaktivierten Zustand gezeigt ist, wieder zur anfänglichen Ausgabe V0. Wie vorstehend beschrieben, weisen die anfängliche Ausgabe V0, die der ganz eingefahrenen Position des Regulierungsstiftes 601 entspricht, und die Ausgabe Vf nach dem Betrieb, die der ganz eingefahrenen Position des Regulierungsstiftes 601 entspricht, dazwischen eine Ausgabedifferenz ΔV auf.
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Auf diese Weise kann in dem Stromzuführungszustand der ersten Spule der Betriebszustand des Regulierungsstiftes 601 gemäß der Ausgabedifferenz ΔV zwischen der Ausgabe Vf nach dem Betrieb, die mit dem magnetometrischen Sensor 801 erfasst wird, und der anfänglichen Ausgabe V0 bestimmt werden. Desgleichen kann in dem Stromzuführungszustand der zweiten Spule der Betriebszustand des Regulierungsstiftes 602 gemäß der Ausgabedifferenz ΔV zwischen der Ausgabe Vf nach dem Betrieb, die mit dem magnetometrischen Sensor 802 erfasst wird, und der anfänglichen Ausgabe V0 bestimmt werden. Darüber hinaus kann gemäß dem Ergebnis bestimmt werden, welcher der Regulierungsstifte 601 und 602 aktiviert ist.
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(Effekt)
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Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der Effekte des Solenoid-Stellglieds 401 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
- (1) In der vorliegenden Ausführungsform sind die magnetometrischen Sensoren 801 und 802, die die magnetischen Flussdichten erfassen sollen, auf den jeweiligen Magnetkreisen angeordnet. Die Magnetkreise leiten die Magnetflüsse ΦM1, ΦM2 und ΦC, die durch die Dauermagneten 521 und 522 und die Spulen 451 und 452 erzeugt werden. Darüber hinaus erfasst das Solenoid-Stellglied 401 die Veränderung der magnetischen Flussdichte zwischen der in dem Zustand, in dem die Kolben 651 und 652 relativ zu den Dauermagneten 521 und 522 ausgefahren werden, und der in dem Zustand, in dem die Kolben 651 und 652 relativ zu den Dauermagneten 521 und 522 eingefahren werden. Mit der vorliegenden Konfiguration kann das Solenoid-Stellglied, das die Dauermagnete beinhaltet, die an dem feststehenden Bereich befestigt sind, den Betriebszustand der Regulierungsstifte 601 und 602 geeignet bestimmen.
- (2) Das Solenoid-Stellglied 401 der vorliegenden Ausführungsform ist mit den beiden Regulierungsstiften 601 und 602, die parallel zueinander angeordnet sind, ausgestattet. Darüber hinaus beinhaltet das Solenoid-Stellglied 401 ferner die beiden Kolben 651 und 652, die beiden Dauermagneten 521 und 522, die beiden Federn 761 und 762 der beiden magnetometrischen Sensoren 801 und 802 und dergleichen entsprechend zu den beiden Regulierungsstiften 601 und 602. Ein Strom wird der einen von den Spulen 451 und 452 zugeführt, so dass der magnetische Fluss in der entgegengesetzten Richtung des Dauermagneten erzeugt wird, der mit einem von den Regulierungsstiften korrespondiert, wodurch die magnetische Anziehungskraft reduziert wird. Somit wird der Regulierungsstift als der betriebsseitige Regulierungsstift ausgefahren. Das Solenoid-Stellglied weist die vorstehend beschriebene Zweistiftkonfiguration auf und ermöglicht die Bestimmung dessen, welcher von den Regulierungsstiften gemäß der Ausgabe der magnetometrischen Sensoren 801 und 802 ausgefahren wird.
- (3) In der vorliegenden Ausführungsform sind die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 auf jeweils den Endoberflächen der Klappen 501 und 502 angeordnet. Die Klappen 501 und 502 sind auf der gegenüberliegenden Seite der Dauermagneten 521 und 522 von den jeweiligen Kolben 651 und 652 angeordnet. Die Anordnung benötigt für die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 keinen eigens dafür vorgesehenen Raum. Darüber hinaus erleichtert die Anordnung die Installation und Verkabelung der magnetometrischen Sensoren 801 und 802. Demzufolge kann im Vergleich zur herkömmlichen Konfiguration gemäß der Patentschrift 1 die vorliegende Konfiguration in ihren Abmessungen verkleinert und vereinfacht werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Anschließend erfolgt unter Bezugnahme auf 9 eine Beschreibung eines Solenoid-Stellglieds gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 9 gezeigt ist, werden ein Solenoid-Stellglied 402 gemäß der zweiten Ausführungsform, der erste Dauermagnet 521 und der zweite Dauermagnet 522 derart magnetisiert, dass die Richtung des Magnetpols des ersten Dauermagneten 521 und die Richtung des Magnetpols des zweiten Dauermagneten 522 zueinander entgegengesetzt sind. In dem Beispiel von 9 weist der erste Dauermagnet 521 den N-Pol auf der Seite der Klappe 501 und den S-Pol auf der Seite des Kolbens 651 auf. Darüber hinaus weist der zweite Dauermagnet 522 den S-Pol auf der Seite der Klappe 502 und den N-Pol auf der Seite des Kolbens 652 auf.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform bilden die beiden Dauermagneten 521 und 522 den Magnetkreis folgendermaßen. Der N-Pol des ersten Dauermagneten 521 erzeugt dabei den magnetischen Fluss ΦMM, der durch die erste Klappe 501, das erste hintere Joch 411, den ersten Spulenkern 421, das erste vordere Joch 431, das zweite vordere Joche 432, den zweiten Spulenkern 422, das zweite hintere Joch 412 und die zweite Klappe 502 passieren soll. Somit erreicht der magnetische Fluss ΦMM den S-Pol des zweiten Dauermagneten 522. Der N-Pol des zweiten Dauermagneten 522 erzeugt den magnetischen Fluss ΦMM, der durch den zweiten Adapter 552, den zweiten Plunger-Koben 652, die Kolben-Führungsbereiche 441 und 442, den ersten Kolben 651 und den ersten Adapter 551 passieren soll. Somit erreicht der magnetische Fluss ΦMM den S-Pol des ersten Dauermagneten 521. Die Dauermagneten 521 und 522, die zueinander benachbart sind, weisen unterschiedliche Magnetpole auf, und die unterschiedlichen Magnetpole bewirken dazwischen einen leichten magnetischen Kurzschluss ΦSC. Diese Konfiguration kann sich geringfügig von der ersten Ausführungsform unterscheiden.
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Abgesehen von dem geringfügigen Unterschied zur ersten Ausführungsform kann die vorliegende zweite Ausführungsform mit der ersten Ausführungsform eine Gemeinsamkeit aufweisen. Genauer gesagt ist dabei die Konfiguration gemäß der zweiten Ausführungsform so konfiguriert, dass sie den beiden Spulen 451 und 452, die jeweils mit den beiden Dauermagneten 521 und 522 korrespondieren, unabhängig Strom zuführt, so dass der Spulenmagnetfluss ΦC erzeugt wird. Auf diese Weise hebt die Konfiguration die Anziehungskraft des Dauermagneten auf, der mit der Spule korrespondiert, der der Strom zugeführt wird, wodurch der Kolben und der Regulierungsstift durch Ausübung der Federkraft ausgefahren werden.
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Darüber hinaus verändert sich die Ausgabe des ersten magnetometrischen Sensors 801, wenn der Regulierungsstift 601 das Ausfahren beendet hat, um ΔV im Vergleich zum stromlosen Zustand (siehe 8A bis 8C). Daher ermöglicht die Konfiguration gemäß der zweiten Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform die Bestimmung des Betriebszustands der Regulierungsstifte 601 und 602 gemäß der Ausgabe der magnetometrischen Sensoren 801 und 802 und die Identifizierung, welcher von den Regulierungsstiften 601 und 602 ausgefahren worden ist.
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(Dritte Ausführungsform)
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Anschließend erfolgt eine Beschreibung eines Solenoid-Stellglieds gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf
10. Wie vorstehend beschrieben, verwendet jede von den Konfigurationen der ersten und der zweiten Ausführungsform eine Zweispulen- und eine Zweistift-Konfiguration. Insbesondere beinhaltet die Zweispulen- und die Zweistift-Konfiguration das Paar der Spulen
451 und
452, die Dauermagneten
521 und
522, die Federn
761 und
762, die Kolben
651 und
652, die Regulierungsstifte
601 und
602 und/oder dergleichen. Demgegenüber verwendet die Konfiguration eines Solenoid-Stellglieds
403 der dritten Ausführungsform eine Einspulen- und Zweistift-Konfiguration. Insbesondere beinhaltet die Einspulen- und Zweistift-Konfiguration eine einzelne Spule
453, ein Paar von Regulierungsstiften
601 und
602 und/oder dergleichen. Die Einspulen- und Zweistift-Konfiguration kann Bezug nehmen auf
7 der Offenlegungsschrift der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-258888 .
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In 10 können die Regulierungsstifte 601 und 602 und die Kolben 651 und 652 des Solenoid-Stellglieds 403 mit den Bezugszeichen gekennzeichnet sein, die mit denen der ersten Ausführungsform identisch sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die Komponenten in einer Hülse 703 sich von jenen in der Hülse 70 der ersten Ausführungsform in Aspektverhältnis und Form unterscheiden können. Ungeachtet dessen können die Komponenten in der Hülse 703 die gleichen Konfigurationen aufweisen wie jene in der Hülse 70 der ersten Ausführungsform. Daher können die Komponenten in der Hülse 703 mit den Bezugszeichen gekennzeichnet werden, die mit jenen der Komponenten in der Hülse 70 gemäß der ersten Ausführungsform identisch sind.
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Nachstehend wird der Unterschied von der dritten Ausführungsform zur ersten Ausführungsform in knappen Worten beschrieben. Insbesondere wird die Konfiguration des feststehenden Bereichs der Spule 453, wie z. B. ein Joch 313, das in dem oberen Bereich der Zeichnung gezeigt ist, beschrieben. Das Joch 313 weist eine Form eines doppelt ausgeführten Rohrs auf und ist aus einem weichmagnetischen Material, wie z. B. einem eisenhaltigen Material, gebildet. Die Spule 453, die Dauermagneten 531 und 532, die Kolben 651 und 652 und/oder dergleichen bilden untereinander einen Magnetkreis. Das Joch 313 beinhaltet einen äußeren rohrförmigen Bereich 323, der den äußeren Umfang einer Spulentrommel 463 umgibt. Das Joch 313 beinhaltet einen inneren rohrförmigen Bereich 333, der die Bewegung der Kolben 651 und 652 führen soll.
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Ein Stator 343 liegt in Form einer Platte vor und ist aus einem weichmagnetischen Material, wie z. B. einem eisenhaltigen Material, gebildet. Der Stator 343 umgibt die gegenüberliegende Seite der Dauermagneten 531 und 532 von den Kolben 651 und 652. Das heißt, dass der Stator 343 der dritten Ausführungsform den Klappen 501 und 502 der ersten Ausführungsform in der Relation zu den Dauermagneten 531 und 532 entsprechen kann. Ein erster magnetometrischer Sensor 801 ist auf der Endoberfläche des Stators 343 eingerichtet. Der erste magnetometrische Sensor 801 ist direkt auf der oberen Seite des ersten Dauermagneten 531 angeordnet. Ein zweiter magnetometrischer Sensor 802 ist auf der Endoberfläche des Stators 343 angeordnet. Der zweite magnetometrische Sensor 802 ist direkt auf der oberen Seite des zweiten Dauermagneten 532 angeordnet.
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Die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 sind auf dem Magnetkreis angeordnet. Die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 brauchen nicht unbedingt eigens für sie vorgesehenen Raum. Darüber hinaus können die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 problemlos von der Oberseite des Stators 343 installiert werden. Ähnlich zur ersten Ausführungsform können die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 in den ausgesparten Bereichen eingebettet sein, die in dem Stator 343 ausgebildet sind. Die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 können auf der Oberfläche des Stators 343 befestigt sein. Die Verkabelung der magnetometrischen Sensoren 801 und 802 ist entlang einem nicht gezeigten Weg installiert und mit der externen Steuerungsvorrichtung über einen Verbinder 38 verbunden.
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Eine externe elektrische Leistungsquelle führt der Spule 453 über den Verbinder Strom zu, wodurch bewirkt werden soll, dass die Spule 453 den Spulenmagnetfluss ΦC erzeugt. Der Spulenmagnetfluss ΦC fließt durch das Joch 313, das aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist, den Stator 343, die Kolben 651 und 652 und/oder dergleichen. Die externe elektrische Leistungsquelle kann die Richtung (Stromzuführrichtung) des der Spule 453 zugeführten Stroms schalten, wodurch bewirkt wird, dass die Spule 453 einen Spulenmagnetfluss ΦC2 in die entgegengesetzte Richtung erzeugt. Die Spulentrommel 463 ist aus Harz gebildet und im Inneren des äußeren rohrförmigen Bereichs 323 des Jochs 313 angeordnet. Die Spulentrommel 463 umgibt den Umfang der Spule 453 und isoliert die Spule 453. Der Verbinder 38 ist integral mit der Spulentrommel 463 aus Harz gebildet.
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Die Dauermagneten 531 und 532 sind in der Halteeinrichtung bzw. Fassung 353 untergebracht, die aus einem nichtmagnetischen Material besteht, und sind an der Halteeinrichtung bzw. Fassung 353 befestigt. Die dritte Ausführungsform verwendet die Einspulenkonfiguration. Daher verläuft die Richtung des Spulenmagnetflusses ΦC an einer Seite entlang. Somit verlaufen in der Konfiguration der dritten Ausführungsform die Magnetflüsse der Dauermagneten 531 und 532 in unterschiedlichen Richtungen, wodurch eine Unterscheidung der Richtungen der Dauermagneten 531 und 532 möglich ist. Unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts werden die Dauermagneten 531 und 532 magnetisiert, so dass die Magnetpole in entgegengesetzten Richtungen liegen.
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In dem Beispiel von 10 weist der erste Dauermagnet 531 den N-Pol auf der Seite des Stators 343 und den S-Pol auf der Seite des Kolbens 651 auf. Darüber hinaus weist der zweite Dauermagnet 32 den S-Pol auf der Seite des Stators 343 und den N-Pol auf der Seite des Kolbens 652 auf. Die Dauermagneten 531 und 532 weisen die Enden auf der Seite der jeweiligen Kolben 651 und 652 auf, und die Enden sind mit Adaptern 571 und 572 eingerichtet.
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Die Konfiguration gemäß der vorliegenden dritten Ausführungsform ist so konfiguriert, dass sie die Stromzuführrichtung für die Spule 453 schalten kann. Auf diese Weise erzeugt die Konfiguration in dem in 10 gezeigten Beispiel den Spulenmagnetfluss ΦC in der Richtung zum Aufheben des magnetischen Flusses ΦM1 des ersten Dauermagneten 531. Auf diese Weise reduziert die Konfiguration die durch den ersten Dauermagneten 531 erzeugte Kraft, so dass der erste Kolben 651 angezogen wird. Somit wird der erste Regulierungsstift 601 durch die Ausübung der Vorspannkraft der ersten Feder 761 ausgefahren. Wenn demgegenüber die Konfiguration den Strom in die entgegengesetzte Richtung zuführt, wird der Spulenmagnetfluss ΦC2 in der Richtung zum Aufheben des magnetischen Flusses ΦM2 des zweiten Dauermagneten 532 erzeugt. Dementsprechend wird der zweite Regulierungsstift 602 ausgefahren.
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Ähnlich zur ersten Ausführungsform verändert sich die magnetische Flussdichte, die mit den magnetometrischen Sensoren 801 und 802 erfasst wird, zwischen dem Zustand, in dem die Regulierungsstifte 601 und 602 eingefahren werden, und dem Zustand, in dem die Regulierungsstifte 601 und 602 ausgefahren werden. Dementsprechend ermöglicht die verkleinerte und vereinfachte Konfiguration gemäß der dritten Ausführungsform ähnlich zur ersten Ausführungsform die Bestimmung des Betriebszustands der Regulierungsstifte 601 und 603 gemäß der Ausgabe der magnetometrischen Sensoren 801 und 802 und die Identifizierung, welcher der Regulierungsstifte 601 und 602 ausgefahren worden ist.
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(Vierte Ausführungsform)
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Anschließend erfolgt eine Beschreibung eines Solenoid-Stellglieds gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf
11. Ein Solenoid-Stellglied
404 gemäß der vierten Ausführungsform verwendet eine Einspulen- und Einstiftkonfiguration. Insbesondere beinhaltet die Einspulen- und Einstiftkonfiguration den ersten Regulierungsstift
601 und die entsprechenden Komponenten und verzichtet auf den zweiten Regulierungsstift
602 und entsprechende Komponenten von dem Solenoid-Stellglied
403 gemäß der dritten Ausführungsform. Die Einspulen- und Zweistiftkonfiguration kann Bezug nehmen auf
19 der Veröffentlichungsschrift der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-258888 .
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In 11 weisen die Komponenten des Solenoid-Stellglieds 404 Funktionalitäten auf, die im Wesentlichen mit jenen des Solenoid-Stellglieds 403 (siehe 10) der dritten Ausführungsform korrespondieren. Insbesondere weisen ein äußerer rohrförmiger Bereich 324 und ein innerer rohrförmiger Bereich 334 eines Jochs 314, ein Stator 344, die Fassung 354, die Spule 454, eine Spulentrommel 464 und eine Hülse 704 Funktionalitäten von entsprechenden Komponenten des Solenoid-Stellglieds 403 auf und sind mit Bezugszeichen gekennzeichnet, bei denen die letzte mit 3 bezeichnete Ziffer der entsprechenden Komponente durch 4 ersetzt worden ist. Ein Dauermagnet 541 weist die Funktionalität auf, die der der beiden Dauermagneten 531 und 532 der dritten Ausführungsform entspricht, die in der konzentrischen Form, die sich auf die Stiftachse P1 zentriert, zu einer Komponente kombiniert worden sind. Ein Adapter 581 weist die Funktionalität auf, die der der beiden Adapter 571 und 572 der dritten Ausführungsform entspricht, die in der konzentrischen Form, die sich auf die Stiftachse P1 zentriert, zu einer Komponente kombiniert worden sind.
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Ein einzelner magnetometrischer Sensor 801, der ähnlich jenen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist, ist an der Endoberfläche des Stators 344 auf der dem Kolben 651 gegenüberliegenden Seite des Dauermagneten 541 eingerichtet. Ähnlich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der magnetometrische Sensor 801 auf dem Magnetkreis angeordnet. Für den magnetometrischen Sensor 801 ist nicht unbedingt eigens dafür vorgesehener Raum erforderlich. Darüber hinaus kann der magnetometrische Sensor 801 problemlos von der oberen Seite des Stators 344 installiert werden.
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In dem Beispiel von 11 weist der Stator 344 den N-Pol auf der Seite des Kolbens 651 und den S-Pol auf der Seite des Dauermagneten 541 auf. Wenn der Spule 454 Strom zugeführt wird, wird der Spulenmagnetfluss ΦC in der Richtung zum Aufheben des magnetischen Flusses ΦM1 des Dauermagneten 541 erzeugt, wodurch die Kraft des Dauermagneten 541, die den Kolben 651 anzieht, reduziert wird. Somit wird der Regulierungsstift 601 durch Ausübung der Vorspannkraft der Feder 761 ausgefahren. In dem gegenwärtigen Zustand wechselt die magnetische Flussdichte, die mit dem magnetometrischen Sensor 801 erfasst wird, zwischen dem Zustand, in dem der Regulierungsstift 601 eingefahren wird, und dem Zustand, in dem der Regulierungsstift 601 ausgefahren wird. Dementsprechend ermöglicht die verkleinerte und vereinfachte Konfiguration die Bestimmung des Betriebszustands des Regulierungsstiftes 601 gemäß der Ausgabe des magnetometrischen Sensors 801.
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(Andere Ausführungsform)
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- (a) Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 auf den Magnetkreisen angeordnet. Darüber hinaus sind die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 an den Endoberflächen der Klappen 501 und 501 oder den Endoberflächen der Statoren 353 und 354 auf der den jeweiligen Kolben 651 und 652 gegenüberliegenden Seite der Dauermagneten 521 und 522 eingerichtet. Demgegenüber können die magnetometrischen Sensoren 801 und 802, wie in einem Solenoid-Stellglied 405, das in 12 gezeigt ist, veranschaulicht wird, auf den Magnetkreisen angeordnet sein und auf der Seite der Kolben 651 und 652 relativ zu den jeweiligen Dauermagneten 521 und 522 angeordnet sein. Die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 können z. B. an den jeweiligen vorderen Jochen 431 und 432 angeordnet sein. Selbst in der vorliegenden Konfiguration wechselt die magnetische Flussdichte, die die magnetometrischen Sensoren 801 und 802 erfassen, zwischen dem Zustand, in dem die Regulierungsstifte 601 und 602 eingefahren werden, und dem Zustand, in dem die Regulierungsstifte 601 und 602 ausgefahren werden. Dementsprechend ermöglicht die vorliegende Konfiguration die Bestimmung des Betriebszustands der Regulierungsstifte 601 und 602.
- (b) In den vorstehenden Ausführungsformen erfasst die Konfiguration im Allgemeinen die sich in der stabilen Position befindlichen Regulierungsstifte 601 und 602 gemäß der Ausgabe der magnetometrischen Sensoren 801 und 802. Bei der stabilen Position kann es sich um die ganz eingefahrene Position handeln, oder um die ganz ausgefahrene Position. Es wird darauf hingewiesen, dass es eventuell schwierig sein kann, dass ein tatsächliches Produkt eine erforderliche Genauigkeit erfüllt, wenn ein Hub der Regulierungsstifte 601 und 602 im Betrieb dynamisch erfasst wird. Die dynamische Erfassung kann der Beeinflussung durch eine Variation der magnetomotorischen Spulenkraft, eine Variation im Magnetismus des Dauermagneten und eine Variation der Federkraft und/oder dergleichen unterliegen. Die dynamische Erfassung kann der Beeinflussung durch eine Reaktion des Sensorsignals unterliegen. Es wird darauf hingewiesen, dass es theoretisch möglich ist, den Hub gemäß einer Veränderung der magnetischen Flussdichte, die mit dem magnetometrischen Sensor erfasst wird, zu schätzen. Die Erfassung kann z. B. dadurch ermöglicht werden, dass die Dimensionstoleranz der Komponenten strikt gehandhabt wird und/oder indem eine Umgebungstemperatur und/oder ein Betriebszustand reguliert werden. Dementsprechend fällt in den der Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung eine Ausführungsform eines Solenoid-Stellglieds zum Erfassen des Hubs.
- (c) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Magnetfelderfassungseinheit auf dem Magnetkreis angeordnet. Die Konfiguration der Komponenten des Solenoid-Stellglieds, wie z. B. der Elemente des Magnetkreises und des Dauermagneten, deren Form, physikalische Beziehung und/oder dergleichen sind nicht auf jene in den Ausführungsformen beschränkt. Der Passungsbereich und der Aufnehmerbereich müssen nicht in dem Adapter und dem Kolben eingerichtet sein. Der Adapter und der Kolben können den magnetischen Fluss über planare Flächen übertragen. Auf den Adapter kann verzichtet werden.
- (d) In den vorstehenden Ausführungsformen sind die Solenoid-Stellglieder, die mit einem Regulierungsstift oder zwei Regulierungsstiften ausgestattet sind, beispielhaft angeführt. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung auf ein Solenoid-Stellglied angewendet werden kann, das mit drei oder mehr Regulierungsstiften ausgestattet ist.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Solenoid-Stellglied in einer Ventilhub-Steuerungsvorrichtung für einer Brennkraftmaschine verwendet werden. Das Solenoid-Stellglied kann den Kolben und das Solenoid-Stellglied beinhalten. Auf den Kolben wird eine Anziehungskraft des Dauermagneten ausgeübt. Wenn der Spule Strom zugeführt wird, wird die Anziehungskraft des Dauermagneten verringert. Das Solenoid-Stellglied bewegt den Regulierungsstift, der mit dem Kolben verbunden ist, in die Ausfahrrichtung durch Ausübung der Vorspannkraft der Feder. Der Dauermagnet soll den Kolben in die Einfahrrichtung anziehen. Der Dauermagnet ist an dem feststehenden Bereich befestigt. Der feststehende Bereich ist in Bezug auf den Kolben feststehend. Die Magnetfelderfassungseinheit ist auf dem Magnetkreis eingerichtet, der den magnetischen Fluss leitet. Der magnetische Fluss wird durch den Dauermagneten und die Spule erzeugt. Die Magnetfelderfassungseinheit erfasst die magnetische Flussdichte.
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Die Magnetfelderfassungseinheit erfasst die Veränderung der magnetischen Flussdichte zwischen der magnetischen Flussdichte in dem Zustand, in dem der Kolben relativ zum Dauermagneten eingefahren wird, und der magnetischen Flussdichte in dem Zustand, in dem der Kolben relativ zu dem Dauermagneten ausgefahren wird. Das Solenoid-Stellglied weist die Konfiguration auf, die den Dauermagneten beinhaltet, der an dem feststehenden Bereich befestigt ist. Das Solenoid-Stellglied ist so konfiguriert, dass es den Betriebszustand des Regulierungsstifts geeignet bestimmen kann.
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Die Magnetfelderfassungseinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung kann an der Endoberfläche auf der dem Kolben gegenüberliegenden Seite des Dauermagneten eingerichtet sein. Bei der vorliegenden Anordnung muss nicht unbedingt eigens für die Magnetfelderfassungseinheit vorgesehener Raum vorhanden sein, und die Installation der Magnetfelderfassungseinheit kann vereinfacht sein. Somit ist bei der vorliegenden Konfiguration eine Verkleinerung und Vereinfachung des Solenoid-Stellglieds im Vergleich zur herkömmlichen Konfiguration des Stands der Technik der Patentschrift 1 möglich.
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Die Konfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auf das Solenoid-Stellglied, das die beiden Regulierungsstifte beinhaltet, die parallel zueinander eingerichtet sind, anwendbar sein. Das Solenoid-Stellglied kann die beiden Kolben, die beiden Dauermagneten, die beiden Federn und die beiden Magnetfelderfassungseinheiten beinhalten, die mit den beiden Regulierungsstiften korrespondieren.
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Das Solenoid-Stellglied bewirkt, dass die Spule den magnetischen Fluss in der entgegengesetzten Richtung des Dauermagneten erzeugt, der mit einem von den Regulierungsstiften korrespondiert, so dass die magnetische Anziehungskraft reduziert wird, wenn der Spule Strom zugeführt wird.
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Somit bewegt das Solenoid-Stellglied den Regulierungsstift als den betriebsseitigen Regulierungsstift. Das Solenoid-Stellglied ermöglicht die Identifizierung jenes Regulierungsstiftes, der gemäß der Ausgabe der Magnetfelderfassungseinheit betrieben wird.
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Die vorstehenden Verfahrensschritte, wie z. B. Berechnungen und Bestimmungen, können durch eine beliebige oder alle Kombinationen von einer Software, einer elektrischen Schaltung, einer mechanischen Vorrichtung und dergleichen ausgeführt werden. Die Software kann in einem Speichermedium gespeichert sein und kann über eine Übertragungsvorrichtung, wie z. B. ein Netzwerkgerät, übertragen werden. Die elektrische Schaltung kann eine integrierte Schaltung sein, und sie kann eine diskrete Schaltung sein, wie z. B. eine Hardware-Logik, die mit elektrischen und elektronischen Elementen oder dergleichen konfiguriert ist. Die Elemente, die die vorstehenden Verfahrensschritte auslösen, könne diskrete Elemente sein, und können teilweise oder vollständig integriert sein.
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Es wird darauf hingewiesen, dass, obgleich die Verfahren gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hierin als eine spezifische Abfolge von Schritten beinhaltend beschrieben worden sind, weitere alternative Ausführungsformen, die verschiedene andere Abfolgen jener Schritte und/oder zusätzlicher Schritte, die hierin nicht offenbart sind, beinhalten, als von den Schritten gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst zu verstehen sind.
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Obgleich die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen derselben beschrieben worden ist, wird darauf hingewiesen, dass die Offenbarung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung soll verschiedene Modifizierungen und äquivalente Anordnungen beinhalten. Neben den verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, die bevorzugt sind, befinden sich auch andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einziges Element beinhalten, ebenfalls im Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8448615 [0003]
- JP 2013-258888 [0021, 0022, 0060, 0070]
