DE10222413A1

DE10222413A1 - Elektromagnetisches Betätigungsglied

Info

Publication number: DE10222413A1
Application number: DE10222413A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Komiyama; Katsuhiro Kuroki; Koji Sakurai; Michio Koshimizu; Kazuto Maeda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2022-05-22
Also published as: US6864771B2; US20020175569A1; DE10222413B4; JP3757817B2; JP2002340216A

Abstract

Ein elektromagnetisches Ventil weist ein elektromagnetisches Betätigungsglied zur Betätigung eines Ventils auf. Das elektromagnetische Betätigungsventil weist einen beweglichen Kern (20) auf, der sich in axialer Richtung hin- und herbewegt. Ein Statorkern (12) weist einen Anziehungsabschnitt (14) auf. Der Anziehungsabschnitt (14) weist einen konischen Abschnitt (15) auf, der durch eine innere Oberfläche mit gleichförmigem Durchmesser und einer nach außen geneigten äußeren Oberfläche definiert ist. Die äußere Oberfläche weist einen kleineren Durchmesser in einer Position auf, die näher an einer anfänglichen Position des Kolbens (20) liegt. Daher steigt der äußere Durchmesser des konischen Abschnitts (15) in einer Anziehungsrichtung des Kolbens (20) an. Weiterhin ist die Rate des Anstiegs des äußeren Durchmessers in der Anziehungsrichtung verringert. Daher weist die äußere Oberfläche einen größeren Neigungswinkel an einer Position auf, die mehr an einer anfänglichen Position des Kolbens (20) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Betätigungsglied mit einer Spule, einem Statorkern und einem beweglichen Kern.
Zur Erhöhung einer maximalen Flussgröße eines Ventils ist es erforderlich, den maximalen Öffnungsgrad des Ventils zu erhöhen und den Hub eines beweglichen Kerns eines elektromagnetischen Betätigungsglieds zu erhöhen, das das Ventil betätigt. Jedoch erfordert eine lange Hubanordnung eine breitere Lücke zwischen dem beweglichen Kern und dem Statorkern. Beispielsweise verursacht in einem Fall, in dem der bewegliche Kern und der Statorkern in einer Hubrichtung, d. h. axialer Richtung des beweglichen Kerns zugewandt sind, eine Verbreiterung der Lücke zwischen den Kernen direkt eine Verringerung des magnetischen Flusses. Daher benötigt das elektromagnetische Betätigungsglied eine größere Spule mit mehr Amperwindungen, um den beweglichen Kern gegen eine Druckfeder (Drängfeder) über den erhöhten Hub anzuziehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Betätigungsglied mit einem langen Hub bereitzustellen.

Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Betätigungsglied zu schaffen, dass einen längeren Hub mit einem kleineren Körper aufweist.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Betätigungsglied mit einer verbesserten Kernanordnung zu schaffen, die eine ausreichende Anziehungskraft über den gesamten Hub des elektromagnetischen Betätigungsglieds bereitstellt.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung weist ein elektromagnetisches Betätigungsglied eine Spule, einen beweglichen Kern, und einen Statorkern auf, der einen Magnetflusskreis mit dem beweglichen Kern bildet und den beweglichen Kern in einer Anziehungsrichtung anzieht, wenn die Spule erregt wird. Der Statorkern weist einen Gehäuseabschnitt, in dem der bewegliche Kern untergebracht ist, und einen Anziehungsabschnitt auf, der an einer Anziehungsseite in Bezug auf den Gehäuseabschnitt angeordnet ist. Der Anziehungsabschnitt weist eine innere Oberfläche, die über einen beweglichen Bereich des beweglichen Kerns einen gleichförmigen Durchmesser aufweist, und eine äußere Oberfläche auf. Der Durchmesser der äußeren Oberfläche steigt in der Anziehungsrichtung von einer Anfangsposition an. Die Rate des Anstiegs des Durchmessers ist in der Anziehungsrichtung verringert. Da die äußere Oberfläche mit einem ansteigenden Durchmesser definiert ist, führt die äußere Oberfläche im Allgemeinen den magnetischen Fluss in einer schrägen Richtung, um durch den Anziehungsabschnitt und den beweglichen Kern zu gelangen. Zusätzlich wird, da die Rate des Anstiegs des Durchmessers der äußeren Oberfläche sich verringert, ein magnetischer Hilfsfluss in einer schrägen Richtung selbst dann gerichtet, wenn der bewegliche Kern um einen gewissen Abstand von einer anfänglichen Position angezogen wird. Folglich ist es möglich, eine größere Anziehungskraft an den beweglichen Kern bereitzustellen, selbst wenn der bewegliche Kern um einen gewissen Abstand angezogen wird.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung weist ein elektromagnetisches Betätigungsglied eine Spule, einen beweglichen Kern, und einen Statorkern auf, der einen Magnetflusskreis mit dem beweglichen Kern bildet und den beweglichen Kern in einer Anziehungsrichtung anzieht, wenn die Spule erregt wird. Der Statorkern weist einen Gehäuseabschnitt, in dem der bewegliche Kern untergebracht ist, einen Anziehungsabschnitt, der an einer Anziehungsseite in Bezug auf den Gehäuseabschnitt angeordnet ist, und einen axialen Überschneidungsabschnitt auf, der an der Anziehungsseite in Bezug auf den beweglichen Kern derart angeordnet ist, dass er dem beweglichen Kern in axialer Richtung zugewandt ist. Der Anziehungsabschnitt weist eine innere Oberfläche, die über einen beweglichen Bereich des beweglichen Kerns einen gleichförmigen Durchmesser aufweist, und eine äußere Oberfläche auf. Der Durchmesser der äußeren Oberfläche steigt in der Anziehungsrichtung von einer Anfangsposition an. Die Rate des Anstiegs des Durchmessers ist in der Anziehungsrichtung verringert. Da die äußere Oberfläche mit einem ansteigenden Durchmesser definiert ist, führt die äußere Oberfläche im Allgemeinen den magnetischen Fluss in einer schrägen Richtung, um durch den Anziehungsabschnitt und den beweglichen Kern zu gelangen. Zusätzlich wird, da der axiale Überschneidungsabschnitt (gegenüberliegender Abschnitt) dem beweglichen Kern in der axialen Richtung zugewandt ist, ein magnetischer Hilfsfluss in der axialen Richtung bereitgestellt, selbst wenn der bewegliche Kern um einen gewissen Abstand von einer anfänglichen Position angezogen wird. Folglich ist es möglich, eine größere Anziehungskraft an den beweglichen Kern bereitzustellen, selbst wenn der bewegliche Kern um einen gewissen Abstand angezogen wird.

Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung weist ein elektromagnetisches Betätigungsglied eine Spule, einen beweglichen Kern, und einen Statorkern auf, der einen Magnetflusskreis mit dem beweglichen Kern bildet und den beweglichen Kern in einer Anziehungsrichtung anzieht, wenn die Spule erregt wird. Der Statorkern weist einen Gehäuseabschnitt, in dem der bewegliche Kern untergebracht ist, und einen Anziehungsabschnitt, der an einer Anziehungsseite in Bezug auf den Gehäuseabschnitt angeordnet ist, um einen durch den Anziehungsabschnitt und den beweglichen Abschnitt in schräger Richtung fließenden Magnetfluss bereitzustellen. Der Anziehungsabschnitt weist eine innere Oberfläche, die einen gleichförmigen Durchmesser über einen beweglichen Bereich des beweglichen Kerns aufweist und einer äußeren Oberfläche des beweglichen Kerns zugewandt ist, eine äußere Oberfläche mit einem Durchmesser, der in der Anziehungsrichtung erhöht ist. Der Statorkern weist weiterhin eine Einrichtung zur Bereitstellung eines magnetischen Hilfsflusses, der durch den Anziehungsabschnitt und den beweglichen Kern in der schrägen Richtung oder einer axialen Richtung fließt, wenn der bewegliche Kern um einen vorbestimmten Abstand von einer anfänglichen Position angezogen wird. Die äußere Oberfläche führt im Allgemeinen den magnetischen Fluss in einer schrägen Richtung, um durch den Anziehungsabschnitt und dem beweglichen Kern zu gelangen. Zusätzlich ist die Einrichtung zur Bereitstellung des magnetischen Hilfsflusses vorgesehen, um den magnetischen Hilfsfluss in der schrägen Richtung oder der axialen Richtung bereitzustellen, selbst wenn der bewegliche Kern um einen gewissen Abstand von einer anfänglichen Position an angezogen wird. Folglich ist es möglich, eine größere Anziehungskraft an den beweglichen Kern bereitzustellen, selbst wenn der bewegliche Kern um einen gewissen Abstand angezogen wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Sekundärluftsteuerungsventils mit einem elektromagnetischen Betätigungsglied gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des elektromagnetischen Betätigungsglieds gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 3 einen Graphen, der Verhältnisse zwischen einem Hub und einer Anziehungskraft darstellt,
Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Betätigungsglieds gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Betätigungsglieds gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 6 eine vergrößerte Querschnittsansicht des elektromagnetischen Betätigungsglieds gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 7 eine vergrößerte Querschnittsansicht des elektromagnetischen Betätigungsglieds gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 8 eine vergrößerte Querschnittsansicht des elektromagnetischen Betätigungsglieds gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 9 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Betätigungsglieds gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 10 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Betätigungsglieds gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 11 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Betätigungsglieds gemäß einer vergleichenden Anordnung.
Fig. 1 und 2 zeigen Querschnittsansichten eines elektromagnetischen Ventils mit einem elektromagnetischen Betätigungsglieds gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht in einer vergrößerten Ansicht eines Teils des elektromagnetischen Ventils. Das elektromagnetische Ventil (EMV) 10 ist ein Sekundärluftsteuerungsventil für ein Fahrzeug. Das elektromagnetische Ventil 10 ist an einer Leitung angebracht, die mit einem Abgasrohr des Fahrzeugs verbunden ist, und steuert eine aus einer Luftpumpe zu dem Abgasrohr zugeführte Sekundärluftmenge. Beispielsweise öffnet das elektromagnetische Ventil 10 und führt die Sekundärluft in das Abgasrohr ein, damit brennbare Komponenten in dem Abgas verbrannt werden, wenn sich die Brennkraftmaschine unmittelbar in dem Zustand nach einem Starten befindet. Folglich wird die Abgastemperatur derart erhöht, dass ein Aufwärmen eines Katalysators zum Reinigen von Abgas beschleunigt wird. Das elektromagnetische Ventil 10 weist einen elektromagnetischen Betätigungsgliedabschnitt gemäß der Erfindung und einen Ventilabschnitt auf.
Der elektromagnetische Betätigungsgliedabschnitt weist ein Joch 11, einen Statorkern 12, einen Kolben 20, eine Spule 30 und einen Spulenkörper 31 auf. Das Joch ist in zylindrischer Form geformt und stellt einen Stator mit dem Statorkern 12 bereit. Der Kolben 20 stellt einen beweglichen Kern bereit. Der Kolben wird in dem Statorkern 12 beweglich in vertikaler Richtung getragen. Das Joch 11, der Statorkern 12 und der Kolben 20 sind aus magnetischem Material hergestellt und stellen einen magnetischen Kreis bereit, durch den ein magnetischer Fluss zum Anziehen des Kolbens 20 fließt.
Der Statorkern 12 weist drei einstückig geformte Abschnitte, einen Gehäuseabschnitt 13, einen Anziehungsabschnitt 14 und einen dünnwandigen Abschnitt 19 auf. Der dünnwandige Abschnitt 19 ist zwischen dem Gehäuseabschnitt 13 und dem Anziehungsabschnitt 14 geformt und stellt einen magnetischen Beschränkungsabschnitt zur Vermeidung eines magnetischen Umgehungsflusses bereit. Der dünnwandige Abschnitt 19 verbessert gleichzeitig die mechanische Stärke des Statorkerns 12. Der Kolben 20 kann koaxial in den Statorkern 12 mit hoher Genauigkeit aufgrund der einstückigen Anordnung des Gehäuseabschnitts 13 und des Anziehungsabschnitts 14 eingebaut werden. Es ist möglich, einen radialen Freiraum zwischen dem Statorkern 12 und dem Kolben 20 aufgrund der einstückigen Anordnung zu verringern.
Der Gehäuseabschnitt 13 trägt den Kolben 20 derart, dass er hin- und herbewegt werden kann. Der Gehäuseabschnitt 13 weist eine innere Oberfläche auf, die einer äußeren Oberfläche des Kolbens 20 derart zugewandt ist, dass der magnetische Fluss radial durch den Gehäuseabschnitt 13und den Kolben 20 gelangt. Zumindest entweder die innere Oberfläche des Gehäuseabschnitts 13 oder eine äußere Oberfläche des Kolbens 20 ist mit einem nichtmagnetischen Material wie einer Nickel-Phosphor-Plattierung derart bedeckt, dass der radiale Freiraum dazwischen verringert wird. Ein aus Harz hergestellter Stopper 26 ist an einem unteren Flansch angeordnet, der an dem unteren Ende der inneren umlaufenden Fläche des Statorkerns 12 gebildet ist. Der Stopper 26 ist an einem Ende in Anziehungsrichtung des Kolbens 20 derart angeordnet, dass der Kolben 20 auf dem Stopper 26 ruht, wenn der Kolben 20 das axiale Ende der Bewegung in der Anziehungsrichtung erreicht. Daher definiert der Stopper 26 einen maximalen Hub des elektromagnetischen Betätigungsglieds und einen maximalen Öffnungsgrad des Ventils. Eine Feder 26 ist zwischen dem Kolben 20 und dem Stopper 26 als Drängeinrichtung zum Drängen des Kolbens 20 in eine Richtung angeordnet, die entgegengesetzt zu der Anziehungsrichtung ist. Eine Anfangsposition des Kolbens 20 ist in Fig. 1 und 2 gezeigt, und wird durch ein nachstehend zu beschreibendes Ventilteil definiert. Die Spule 30 und der Spulenkörper 31 sind an dem radialen Äußeren des Statorkerns 12 angeordnet. Eine Abdeckung 40 ist an einem axialen Ende des Jochs 11 zur Abdeckung der Komponenten bereitgestellt. Die Abdeckung 40 stellt ebenfalls ein Anschlussstück mit Anschlüssen 11 bereit, die mit der Spule 30 verbunden sind. Die Spule 30 erzeugt einen magnetischen Fluss durch den Joch 11, den Statorkern 12 und den Kolben 20, wenn über den Anschlüssen Strom zugeführt wird.
Eine Welle 21 ist mit dem Kolben 20 derart verbunden, dass diese zusammen bewegt werden. Eine kreisförmige Platte 22 ist an einem unteren Ende der Welle 21 angebracht. Ein ringförmiges Gummiteil 23 ist an einer kolbenseitigen Oberfläche des Plattenteils 22 befestigt. Die Welle 21, das Plattenteil 22 und das Gummiteil 23 stellen ein Ventilteil bereit. Ein Dichtungsteil 27 ist zwischen dem Stopper 26 und dem Statorkern vorgesehen. Das Dichtungsteil 27 weist eine Öffnung auf, durch die Welle 21 gelangt, und stellt einen gleitenden Kontakt mit der Welle 21 bereit, um das Eindringen von fremden Materialien zu vermeiden.
Ein erstes Gehäuseteil 50 und ein zweites Gehäuseteil 55 definieren die Leitung der sekundären Luft und stellen ein Ventilgehäuse bereit. Das erste Gehäuseteil 50 definiert eine Leitung 100 und einen Hohlraum, der das Joch 11 aufnimmt. Das erste Gehäuseteil 50 definiert eine Durchgangsöffnung 101, durch die die Welle 21 gelangt. Ein Ventilsitz 51, dass die Durchgangsöffnung 101 umgibt, ist an einer unteren Oberfläche vorgesehen. Der Ventilsitz 51 arbeitet mit dem Gummiteil 23 und der Platte 22 zusammen und stellt ein Ventil bereit. Das zweite Gehäuseteil 55 ist an dem ersten Gehäuseteil 50 angebracht, um das Ventil abzudecken, und definiert eine Leitung 102, die zu dem Abgasrohr führt. Das zweite Gehäuseteil 55 trägt ein Einrichtungsventil. Das Einrichtungsventil weist ein Trägerteil (eine Trägerplatte) 60 auf, die sandwichartig zwischen den ersten und zweiten Gehäuseteilen 50 und 55 angeordnet ist. Das Trägerteil 60 trägt ein Plattenventil 61 und eine Stopperplatte 62, die einen Öffnungsgrad des Plattenventils 61 definiert.
Der Kolben 20 ist normalerweise in der Anfangsposition positioniert, die eine erste Position ist. Der Kolben 20 wird stets in eine erste Richtung zu der ersten Position durch die Feder 25 gedrängt. Wenn die Spule 30 erregt wird, wird der Kolben 20 in eine zweite Richtung zu einer zweiten Position hin angezogen. Wenn der Kolben 20 vollständig angezogen ist, ruht der Kolben 20 an dem Stopper 26 und erreicht die zweite Position.
Gemäß Fig. 2 ist der Anziehungsabschnitt 14 an einer Seite angeordnet, die näher an der zweiten Position in Bezug auf den Gehäuseabschnitt 13 liegt. Der Anziehungsabschnitt 14 weist einen Hauptabschnitt 14a, der eine gleichförmige Dicke aufweist, und einen konischen Abschnitt 15 auf, der zwischen dem Hauptabschnitt 14a und den dünnwandigen Abschnitt 19 angeordnet ist. Der Gehäuseabschnitt 13, der dünnwandige Abschnitt 19, der konische Abschnitt 15 und der Hauptabschnitt 14a weisen einen gleichförmigen inneren Durchmesser über den gesamten beweglichen Bereich des Kolbens 20 auf. Der Gehäuseabschnitt 13 stellt eine gleichförmige Querschnittsfläche über den gesamten beweglichen Bereich des Kolbens 20 bereit. Der dünnwandige Abschnitt 19 stellt eine gleichförmige Querschnittsfläche über den gesamten beweglichen Bereich des Kolbens 20 bereit. Der Hauptabschnitt 14a stellt eine gleichförmige Querschnittsfläche über den gesamten beweglichen Bereich des Kolbens 20 bereit. Der konische Abschnitt 15 stellt eine in Bezug auf einen Abstand von dem dünnwandigen Abschnitt 19 ansteigende Querschnittsfläche bereit. Die Querschnittsfläche des konischen Abschnitts 15 ist mit Ansteigen des Abstands von dem dünnwandigen Abschnitt allmählich erhöht. Das heißt, dass die Querschnittsfläche des konischen Abschnitts 15 in der zweiten Richtung allmählich erhöht ist. Die Querschnittsfläche des konischen Abschnitts 15 ist über einen Bereich einschließlich des beweglichen Bereichs des Kolbens 20 allmählich erhöht. Die kleinste Querschnittsfläche des konischen Abschnitts 15 ist gleich der Querschnittsfläche des dünnwandigen Abschnitts 19.
Die größte Querschnittsfläche des konischen Abschnitts 15 ist kleiner als die Querschnittsfläche des Hauptabschnitts 14a. Daher ist eine Stufe, die durch eine umlaufende Wand abgegrenzt ist, zwischen dem konischen Abschnitt 15 und dem Hauptabschnitt 14a gebildet.
Der konische Abschnitt 15 weist eine äußere Oberfläche 16 auf. Der Durchmesser der äußeren Oberfläche 16 steigt allmählich von dem dünnwandigen Abschnitt 19 zu dem Hauptabschnitt 14a in der zweiten Richtung an. Die äußere Oberfläche 16 ist durch eine Vielzahl von kegelig verjüngten Oberflächen abgegrenzt, die unterschiedliche Neigungen haben. Die kegelförmig verjüngte Oberfläche, die nahe an dem Hauptabschnitt 14a positioniert ist, weist einen kleineren Neigungswinkel im Bezug auf die Achse auf. Daher verringern sich die Neigungswinkel der kegelförmig verjüngten Oberflächen in der zweiten Richtung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die äußere Oberfläche 16 durch eine erste kegelförmig verjüngte Oberfläche 17 und eine zweite kegelförmig verjüngte Oberfläche 18 definiert. Jeder der kegelförmig verjüngten Oberflächen 17 und 18 weist einen gleichförmigen Neigungswinkel in Bezug auf die Achse auf. Die kegelförmig verjüngte Oberfläche 17 weist einen größeren Neigungswinkel als die kegelförmig verjüngte Oberfläche 18 auf. Daher steigt der äußere Durchmesser des konischen Abschnitts 15 mit vorbestimmten Anstiegsraten in der zweiten Richtung an. Die Anstiegsraten verringern sich nicht linear an einer Grenze 16a der kegelförmig verjüngten Oberflächen 17 und 18. Die äußere Oberfläche 16 kann durch drei kegelförmig verjüngte Oberflächen definiert sein.
Der konische Abschnitt 15 beginnt an einer Position, an der eine untere Kante des Kolbens 20 angeordnet ist, während sich der Kolben an der ersten Position befindet, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Der konische Abschnitt 15 endet an einer Position, an der die untere Kante des Kolbens 20 angeordnet ist, wenn der Kolben 20 sich in der zweiten Position befindet, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Daher ist der konische Abschnitt 15 außerhalb eines beweglichen Bereichs angeordnet, in dem die untere Kante des Kolbens 20 sich axial bewegt. Die axiale Länge des konischen Abschnitts 15 ist im Wesentlichen gleich zu dem beweglichen Bereich der unteren Kante des Kolbens 20. Eine sich Überschneidungsfläche (gegenüberliegende Fläche, zugewandte Flache) einer inneren Oberfläche des Anziehungsabschnitts 14 und einer äußeren Oberfläche des Kolbens 20 ist proportional zu einem Anziehungsabstand (Hub) des Kolbens 20.
Wenn die Brennkraftmaschine gerade gestartet wird, enthält Abgas eine große Menge brennbarer Komponenten. Als Reaktion auf den Brennkraftmaschinenstart wird die Spule 30 erregt, um den Kolben 20 in der zweiten Richtung zu der zweiten Position hin anzuziehen. Der Kolben 20 betätigt die Platte 22 und das Gummiteil 23 derart, dass die Durchgangsöffnung 101 geöffnet wird. Die aus der Sekundärluftpumpe zugeführte Sekundärluft gelangt durch die Durchgangsöffnung 101 und wird dem Abgasrohr zugeführt. Folglich brennen die brennbaren Komponenten in dem Abgas und wird die Abgastemperatur ausreichend erhöht, um den Katalysator auf die aktive Temperatur aufzuwärmen. Das elektromagnetische Ventil 10 öffnet das Ventil weit, um ausreichend sekundäre Luft in das Abgasrohr zuzuführen.
Fig. 3 zeigt einen Graphen, der Kennlinien einer Anziehungskraft in Bezug auf einen Hub des Kolbens darstellt. Der Hub gibt einen Bewegungsabstand des Kolbens 20 von der ersten Position an. Die Feder 25 stellt eine Drängkraft bereit, die durch eine Linie 201 angegeben ist. Daher kann der Kolben 20 sich bewegen, wenn das elektromagnetische Betätigungsglied eine größere Anziehungskraft als die gemäß der Linie 201 erzeugt.
Die Linie 200 zeigt eine Kennlinie des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Wenn die Spule 20 mit einem vorbestimmten Strom erregt wird, fließt fasst der gesamte magnetische Fluss schräg zwischen dem Kolben 20 und dem konischen Abschnitt 15. Daher wird eine relativ große Anziehungskraft erzielt. Die Anziehungskraft überwindet die Federkraft, um den Kolben 20 zu bewegen, und wird erhöht, bis der Kolben 20 einen spezifischen Hub erreicht. Der konische Abschnitt 15 dient als Führungsabschnitt zum Führen des magnetischen Flusses in der schrägen Richtung oder einer axialen Richtung. Wenn der Kolben 20 sich in der zweiten Richtung bewegt, erhöht sich die radiale Überschneidungsfläche (einander zugewandte Fläche) zwischen den Kolben 20 und dem Anziehungsabschnitt 14 (des konischen Abschnitts 15). Der in radialer Richtung fließende magnetische Fluss steigt eher an als in den schrägen und axialen Richtungen, deshalb verringert sich die Anziehungskraft in der zweiten Richtung. Jedoch führt der konische Abschnitt 15 immer noch den magnetischen Fluss in der schrägen und der axialen Richtung, da die Rate des Anstiegs der Querschnittsfläche des konischen Abschnitts 15 sich aufgrund der zweiten kegelförmig verjüngten Oberfläche 18 verringert. Das heißt, dass, obwohl die radiale Überschneidungsfläche erhöht wird, wenn der Kolben 20 in der zweiten Richtung bewegt, die zweite kegelförmig verjüngte Oberfläche 18 den magnetischen Fluss unterdrückt, der dazu tendiert, radial zu fließen. Das heißt, dass die zweite kegelförmig verjüngte Oberfläche 18 einen magnetischen Hilfsfluss bereitstellt, wenn der Kolben 20 um einen vorbestimmten Abstand von der Anfangsposition zu der zweiten Position angezogen wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel stellt, obwohl die zweite kegelförmig verjüngte Oberfläche 18 als eine magnetische Flussbeschränkungseinrichtung über den gesamten beweglichen Bereich des Kolbens 20 dient, die zweite kegelförmig verjüngte Oberfläche 18 eine signifikante Beschränkung bereit, wenn der Kolben 20 um einen vorbestimmten Abstand aus der Anfangsposition angezogen wird. Folglich kann die Anziehungskraft oberhalb der Federkraft über einen langen Hub beibehalten werden. Die zweite kegelförmig verjüngte Oberfläche 18 unterdrückt eine Verringerung der Anziehungskraft an einem Ende des Hubs des Kolbens 20. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist es möglich, einen wie in Fig. 3 dargestellten Hub 51 zu erzielen.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist es möglich, einen langen Hub durch Verbesserung einer Kernanordnung zu erzielen. Weiterhin ist es möglich, ein elektromagnetisches Betätigungsglied mit einem kleinen Körper zur Betätigung eines Ventils bereitzustellen.
Fig. 11 zeigt ein elektromagnetisches Ventil als ein Vergleichsbeispiel. Gemäß dem Vergleichsbeispiel ist ein mit einer Welle 311 verbundener Kolben 310 in einem Statorkern untergebracht. Der Statorkern weist einen Gehäuseabschnitt 300, einen Anziehungsabschnitt 301 und einen konischen Abschnitt 302 auf. Der konische Abschnitt 302 weist eine äußere Oberfläche auf, die durch eine kegelförmig verjüngte Oberfläche 303 definiert ist. Die kegelförmig verjüngte Oberfläche 303 steigt gleichförmig in Bezug auf die axiale Richtung an. Gemäß der in Fig. 11 dargestellten Anordnung verringert sich die Anziehungskraft mit Anstieg des Hubs stark. In Fig. 3 zeigt eine gestrichelte Linie 250 eine Kennlinie des vorstehend beschriebenen Vergleichsbeispiels. Das Vergleichsbeispiel kann einen Hub 53 bereitstellen, der kürzer als gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind dieselben oder äquivalente Elemente durch dieselben Bezugszeichen angegeben, weshalb wiederholte Beschreibungen entfallen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Statorkern 12 durch eine separate Anordnung des Gehäuseabschnitts 13 und des Anziehungsabschnitts 14 bereitgestellt. Ein Luftspalt 19a ist zwischen dem Gehäuseabschnitt 13 und dem konischen Abschnitt 15 anstelle des dünnwandigen Abschnitts 19 definiert. Diese Anordnung kann ähnliche Vorteile wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bereitstellen, mit Ausnahme der durch den dünnwandigen Abschnitt 19 bereitgestellten Vorteile.
Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel wendet eine separate Anordnung des Statorkerns an. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist ein Anziehungsabschnitt 110 einen konische Abschnitt 111 auf. Der konische Abschnitt 111 ist von einer äußeren Oberfläche 112 abgegrenzt, die sich nach außen in der zweiten Richtung neigt. Die äußere Oberfläche 112 ist durch eine konvexe Kurve definiert. Die äußere Oberfläche 112 stellt den größten Neigungswinkel an dem Anfang der äußeren Oberfläche 112 bereit. Der Neigungswinkel ist mit Erhöhung eines Abstands von dem Anfang verringert. Der Neigungswinkel ist an einer Position auf null verringert, die sich nahe an dem Hauptabschnitt 110a des Anziehungsabschnitts 110 befindet. Daher steigt die Querschnittsfläche des konischen Abschnitts 111 allmählich in der zweiten Richtung an. Die Rate des Anstiegs der Querschnittsfläche ist allmählich in der zweiten Richtung verringert. Weiterhin ist die Rate des Anstiegs kontinuierlich in die zweite Richtung verringert.
Fig. 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist eine separate Anordnung des Statorkerns angewendet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist ein Kolben 120 eine konische Oberfläche 121 als eine axiale Anziehungsoberfläche an der Ecke auf. Die konische Oberfläche 121 neigt sich in die zweite Richtung nach innen. Ein Anziehungsabschnitt 130 weist einen Hauptabschnitt 130a, einen konischen Abschnitt 131 und einen axial Überschneidungsabschnitt (zugewandten Abschnitt) 135 auf. Der konische Abschnitt 131 ist durch eine geneigte äußere Oberfläche 132 und eine innere Oberfläche 133 mit gleichförmigen Durchmesser abgegrenzt. Die geneigte äußere Oberfläche 132 weist einen gleichförmigen Neigungswinkel über die gesamte axiale Länge auf. Der axiale Überschneidungsabschnitt Abschnitt 135 springt nach innen vor, um eine axiale Überschneidungsoberfläche (zugewandte Oberfläche) 136 bereitzustellen. Die axiale Überschneidungsoberfläche 136 ist in eine Ringsform geformt und ist der konischen Oberfläche 121 in axialer Richtung zugewandt. Die axiale Überschneidungsoberfläche 136 neigt sich in der zweiten Richtung nach innen. Die Oberflächen 121 und 136 sind im Wesentlichen parallel in Bezug auf eine umlaufende Richtung und eine radiale Richtung geformt, um eine parallele Lücke (parallelen Spalt) dazwischen zu formen.
Daher sind die Oberflächen 136 und 121 gleichförmig über die gesamten Oberflächen beabstandet.
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel verringert sich die Anziehungskraft, wenn der Kolben 120 angezogen wird und sich in die zweite Richtung bewegt, aufgrund eines Anstiegs des magnetischen Flusses, der radial fließt. Jedoch beginnen gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel die konische Oberfläche 121 und die axiale Überschneidungsoberfläche (Anziehungsoberfläche) 136 die Erzeugung einer axialen Anziehungskraft, wenn der Kolben 120 näher an die zweite Position gelangt. Das heißt, dass die Oberflächen 121 und 136 einen axial sich ausdehnenden magnetischen Fluss bereitstellen, wenn der Kolben 20 um einen vorbestimmten Abstand von der Anfangsposition an zu der zweiten Position angezogen wird. Folglich wird die Anziehungskraft erhöht, wenn der Kolben 120 näher an die zweite Position gelangt. Gemäß Fig. 3 zeigt eine Linie 210 eine Kennlinie gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist es möglich, einen Hub S2 zu erzielen, der länger als der gemäß dem Vergleichsbeispiel ist.
Alternativ können die konische Oberfläche 121 und die axiale Überschneidungsfläche (Anziehungsoberfläche) 136 durch gekrümmte Oberflächen wie eine konvexe Oberfläche oder eine konkave Oberfläche geformt sein. Weiterhin kann die axiale Überschneidungsfläche 136 senkrecht zu der Achse geformt sein. In diesem Fall ist der Kolben 120 mit einer Oberfläche versehen, die parallel zu der axialen Anziehungsoberfläche ist.
Fig. 7 zeigt ein elektromagnetisches Ventil gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel stellt eine Kombination des zweiten Ausführungsbeispiels und des vierten Ausführungsbeispiels dar. Der konische Abschnitt 15 weist dieselbe Anordnung wie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auf. Der axiale Überschneidungsabschnitt 135 weist dieselbe Anordnung wie gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel auf. Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Verringerung der Anziehungskraft zu unterdrücken. In Fig. 3 zeigt eine Linie 220 eine Kennlinie, die durch das fünfte Ausführungsbeispiel erzielt wird. Die Linie 220 zeigt, dass das fünfte Ausführungsbeispiel eine größere Anziehungskraft als gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem vierten Ausführungsbeispiel bereitstellen kann. Daher ist es möglich, eine Betätigung des Ventils aufgrund der größeren Anziehungskraft zu gewährleisten und eine effektiven Hub des elektromagnetischen Ventils zu verlängern.
Fig. 8 zeigt ein elektromagnetisches Ventil gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel stellt eine Kombination des vierten Ausführungsbeispiels und des dünnwandigen Abschnitts 19 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dar. Fig. 9 zeigt ein elektromagnetisches Ventil gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel stellt eine Kombination des fünften Ausführungsbeispiels und des dünnwandigen Abschnitts 19 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dar. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen ist es möglich, die Vorteile des dünnwandigen Abschnitts 19 zusätzlich zu den anderen Abschnitten zu erhalten. Fig. 10 zeigt ein elektromagnetisches Ventil gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß dem achten Ausführungsbeispiel ist der dünnwandige Abschnitt 19 dünner als gemäß den anderen Ausführungsbeispielen, indem eine innere Nut an der inneren Oberfläche gebildet ist.
Der dünnwandige Abschnitt 19 weist einen inneren Durchmesser auf, der sich von dem des Gehäuseabschnitts 13 und des konischen Abschnitts 15 unterscheidet. Eine derartige Anordnung ist effektiv zur Verringerung eines magnetischen Streuflusses.
Das elektromagnetische Ventil gemäß der Erfindung kann auf ein anderes Ventil wie ein Ventil für ein pneumatisches oder ein hydraulisches Steuerungssystem angewandt werden.
Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben worden ist, sei bemerkt, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann deutlich sind. Derartige Änderungen und Modifikationen sind so zu verstehen, dass sie innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, enthalten sind.
Wie vorstehend beschrieben, weist ein elektromagnetisches Ventil ein elektromagnetisches Betätigungsglied zur Betätigung eines Ventils auf. Das elektromagnetische Betätigungsventil weist einen beweglichen Kern (20) auf, der sich in axialer Richtung hin- und herbewegt. Ein Statorkern (12) weist einen Anziehungsabschnitt (14) auf. Der Anziehungsabschnitt (14) weist einen konischen Abschnitt (15) auf, der durch eine innere Oberfläche mit gleichförmigen Durchmesser und einer nach außen geneigten äußeren Oberfläche definiert ist. Die äußere Oberfläche weist einen kleineren Durchmesser in einer Position auf, die näher an einer anfänglichen Position des Kolbens (20) liegt. Daher steigt der äußere Durchmesser des konischen Abschnitts (15) in einer Anziehungsrichtung des Kolbens (20) an. Weiterhin ist die Rate des Anstiegs des äußeren Durchmessers in der Anziehungsrichtung verringert. Daher weist die äußere Oberfläche einen größeren Neigungswinkel an einer Position auf, die mehr an einer anfänglichen Position des Kolbens (20) liegt.

Claims

1. Elektromagnetisches Betätigungsglied mit einer Spule (30), einem beweglichen Kern (20), und einem Statorkern (12), der einen Magnetflusskreis mit dem beweglichen Kern bildet und den beweglichen Kern in einer Anziehungsrichtung anzieht, wenn die Spule erregt wird, wobei der Statorkern aufweist:
einen Gehäuseabschnitt (13), in dem der bewegliche Kern untergebracht ist, und
einen Anziehungsabschnitt (14, 110, 140), der an einer Anziehungsseite in Bezug auf den Gehäuseabschnitt angeordnet ist, wobei der Anziehungsabschnitt eine innere Oberfläche, die über einen beweglichen Bereich des beweglichen Kerns einen gleichförmigen Durchmesser aufweist, und eine äußere Oberfläche (16, 112) aufweist, wobei der Durchmesser der äußeren Oberfläche in der Anziehungsrichtung ansteigt, und die Rate des Anstiegs des Durchmessers in der Anziehungsrichtung verringert ist.

2. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach Anspruch 1, wobei die innere Oberfläche des Anziehungsabschnitts (14, 110, 140) einer äußeren Oberfläche des beweglichen Kerns (20) radial zugewandt ist, und eine axiale Länge einer Überschneidungsfläche der inneren Oberfläche und der äußeren Oberfläche ansteigt, wenn der bewegliche Kern in der Anziehungsrichtung angezogen wird.

3. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach Anspruch 2, weiterhin mit einem Ventil (21, 22, 23, 51), das durch den Kolben (20) betätigt wird.

4. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die äußere Oberfläche (16) durch eine Vielzahl von kegelförmig verjüngten Oberflächen (17, 18) definiert ist, die nach außen in der Anziehungsrichtung geneigt sind, wobei der Neigungswinkel der kegelförmig verjüngten Oberflächen jeweils größer als der der anderen kegelförmig verjüngten Oberfläche ist, die in Bezug auf die kegelförmig verjüngte Oberfläche in der Anziehungsrichtung angeordnet ist.

5. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach Anspruch 4, wobei die äußere Oberfläche des Anziehungsabschnitts durch eine konvexe Kurve (112) definiert ist.

6. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin mit einem axialen Überschneidungsabschnitt (135), der an der Anziehungsseite in Bezug auf den beweglichen Kern (20) derart angeordnet ist, dass er den beweglichen Kern (20) in einer axialen Richtung zugewandt ist, wobei der axiale Überschneidungsabschnitt (135) mit dem beweglichen Kern (20) einen parallele Spalt abgrenzt.

7. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Rate des Anstiegs der äußeren Oberfläche des Anziehungsabschnitts verringert ist, um einen magnetischen Fluss in einer schrägen Richtung zu führen, wenn der bewegliche Kern radial dem Anziehungsabschnitt über eine relativ große Überschneidungsfläche zugewandt ist.

8. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die innere Oberfläche des Anziehungsabschnitts eine Überschneidungsfläche aufweist, die einer äußeren Oberfläche des beweglichen Kerns zugewandt ist, wenn der bewegliche Kern in die Anziehungsrichtung angezogen wird, und die äußere Oberfläche (16, 112) des Anziehungsabschnitts mit dem ansteigenden Durchmesser radial außerhalb der Überschneidungsfläche angeordnet ist.

9. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Gehäuseabschnitt (13) und der Anziehungsabschnitt (14, 110, 140) einstückig geformt sind.

10. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach Anspruch 9, wobei der Statorkern (12) weiterhin einen dünnwandigen Abschnitt (19) aufweist, der den Gehäuseabschnitt (13) und den Anziehungsabschnitt (14, 110, 140) verbindet.

11. Elektromagnetisches Betätigungsglied mit einer Spule (30), einem beweglichen Kern (20), und einem Statorkern (12), der einen Magnetflusskreis mit dem beweglichen Kern bildet und den beweglichen Kern in einer Anziehungsrichtung anzieht, wenn die Spule erregt wird, wobei der Statorkern aufweist:
einen Gehäuseabschnitt (13), in dem der bewegliche Kern untergebracht ist,
einen Anziehungsabschnitt (130), der an einer Anziehungsseite in Bezug auf den Gehäuseabschnitt angeordnet ist, wobei der Anziehungsabschnitt eine innere Oberfläche, die über einen beweglichen Bereich des beweglichen Kerns einen gleichförmigen Durchmesser aufweist, und eine äußere Oberfläche (132) aufweist, wobei der Durchmesser der äußeren Oberfläche in der Anziehungsrichtung gleichförmig ansteigt, und
einen axialen Überschneidungsabschnitt (135), der an der Anziehungsseite in Bezug auf den beweglichen Kern (20) derart angeordnet ist, dass er dem beweglichen Kern (20) in axialer Richtung zugewandt ist.

12. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach Anspruch 11, wobei der axiale Überschneidungsabschnitt (135) mit dem beweglichen Kern (20) einen parallelen Spalt abgrenzt.

13. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der axiale Überschneidungsabschnitt (135) und eine Oberfläche des beweglichen Kerns (20), die dem axialen Überschneidungsabschnitt zugewandt ist, nach innen in der Anziehungsrichtung geneigt sind.

14. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Gehäuseabschnitt (13) und der Anziehungsabschnitt (130) einstückig geformt sind.

15. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach Anspruch 14, wobei der Statorkern weiterhin einen dünnwandigen Abschnitt (19) aufweist, der den Gehäuseabschnitt (13) und den Anziehungsabschnitt (130) verbindet.

16. Elektromagnetisches Betätigungsglied mit einer Spule (30), einem beweglichen Kern (20), und einem Statorkern (12), der einen Magnetflusskreis mit dem beweglichen Kern bildet und den beweglichen Kern in einer Anziehungsrichtung anzieht, wenn die Spule erregt wird, wobei der Statorkern aufweist:
einen Gehäuseabschnitt (13), in dem der bewegliche Kern untergebracht ist, und
einen Anziehungsabschnitt (14, 110, 130, 140), der an einer Anziehungsseite in Bezug auf den Gehäuseabschnitt angeordnet ist,
wobei der Anziehungsabschnitt eine innere Oberfläche aufweist, die einen gleichförmigen Durchmesser über einen beweglichen Bereich des beweglichen Kerns aufweist und einer äußeren Oberfläche des beweglichen Kerns zugewandt ist, eine äußere Oberfläche (16, 112, 132) mit einem Durchmesser, der in der Anziehungsrichtung erhöht ist, zur Bereitstellung eines durch den Anziehungsabschnitt und dem beweglichen Abschnitt in einer schrägen Richtung fließenden magnetischen Flusses, und
einer Einrichtung (17, 18, 112, 135) zur Bereitstellung eines magnetischen Hilfsflusses, der durch den Anziehungsabschnitt und den beweglichen Kern in der schrägen Richtung oder einer axialen Richtung fließt, wenn der bewegliche Kern um einen vorbestimmten Abstand von einer anfänglichen Position angezogen wird.

17. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach Anspruch 16, wobei die Einrichtung durch Verringerung der Rate des Anstiegs des Durchmessers der äußeren Oberfläche in der Anziehungsrichtung bereitgestellt wird.

18. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach Anspruch 17, wobei die Einrichtung durch eine kegelförmig verjüngte Oberfläche (17, 18, 112) bereitgestellt wird, die einen kleineren Neigungswinkel an einer Position bereitstellt, die an der Anziehungsseite in Bezug auf die andere Position sich befindet.

19. Elektromagnetisches Betätigungsglied nach Anspruch 16, wobei die Einrichtung ein axialer Überschneidungsabschnitt (135) ist, der an der Anziehungsseite in Bezug auf den beweglichen Kern (20) derart angeordnet ist, dass er dem beweglichen Kern (20) in einer axialen Richtung zugewandt ist.