JP2000306724A - Electromagnetic actuator - Google Patents

Electromagnetic actuator

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JP2000306724A
JP2000306724A JP11116174A JP11617499A JP2000306724A JP 2000306724 A JP2000306724 A JP 2000306724A JP 11116174 A JP11116174 A JP 11116174A JP 11617499 A JP11617499 A JP 11617499A JP 2000306724 A JP2000306724 A JP 2000306724A
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JP
Japan
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yoke
electromagnet
armature
coil
electromagnetic actuator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP11116174A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Shimizu
康雄 清水
Hiroshi Kobayashi
浩 小林
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1638Armatures not entering the winding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means

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  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnets (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the electromagnetic actuator which can be reduced in power consumption. SOLUTION: This electromagnetic actuator 1 is equipped with a yoke 11, which has an inner yoke 12 and an outer yoke 13 across a coil chamber 17, an electromagnet equipped with a coil 16 stored in the coil chamber 17, and an armature 5 which performs driving by reciprocating so that it comes into contact with the yoke 11 by being attracted through the excitation of the electromagnet and leaves the yoke 11 through the interruption of the excitation of the electromagnet. A ratio D/L of a width D and a height L of a coil groove 17 is set to a value larger than a prescribed value, so that the degree of decrease of the overcurrent loss and/or leakage magnetic flux of the electromagnet with the ratio D/L decreases gradually.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁力によって被
駆動体を駆動する電磁式アクチュエータに関する。
The present invention relates to an electromagnetic actuator for driving a driven body by an electromagnetic force.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の電磁式アクチュエータと
して、例えば特開平9−256826号公報に記載され
たものが知られている。この電磁式アクチュエータは、
内燃機関の吸気弁や排気弁などを開閉駆動するためのも
のであり、シリンダヘッド内に収容された複数のアクチ
ュエータケーシングと、磁性体で構成され、各アクチュ
エータケーシング内の摺動路に摺動自在に収容されると
ともに、吸排気弁に連結されたアーマチュアと、このア
ーマチュアを上下方向に吸引するための上下の電磁石
と、を備えている。電磁式アクチュエータの動作時に
は、アーマチュアが上下の電磁石によって吸引され、摺
動路内を上下方向に往復摺動することによって、吸排気
弁が開閉駆動される。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of electromagnetic actuator, for example, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-256826 is known. This electromagnetic actuator
It is for opening and closing the intake and exhaust valves of the internal combustion engine, and is composed of a plurality of actuator casings housed in the cylinder head and a magnetic material, and is slidable on sliding paths in each actuator casing. And an armature connected to an intake / exhaust valve and upper and lower electromagnets for vertically sucking the armature. During operation of the electromagnetic actuator, the armature is attracted by the upper and lower electromagnets and reciprocates in the sliding path in the vertical direction, whereby the intake and exhaust valves are opened and closed.

【0003】また、アーマチュアは、その横断面が同心
の2つの円弧部の両端を互いに平行な2つの直線部で結
んだような形状であり(同公報の図6参照)、アクチュ
エータケーシングの内周面および外周面は、アーマチュ
アの外周面とほぼ相似の断面形状に形成されている。ま
た、電磁石は、ともに磁性体で構成されたインナーヨー
クおよびアウターヨークから成るヨークと、インナーヨ
ークおよびアウターヨークの間に収容され、インナーヨ
ークに巻かれたコイルとを備えている。インナーヨーク
は、アクチュエータケーシングとほぼ相似の断面形状を
有し、アウターヨークは、アーマチュアとほぼ相似の断
面形状を有している。
Further, the armature has a cross section in which both ends of two concentric arc portions are connected by two linear portions parallel to each other (see FIG. 6 of the publication), and the inner circumference of the actuator casing is formed. The surface and the outer peripheral surface are formed in a cross section substantially similar to the outer peripheral surface of the armature. Further, the electromagnet includes a yoke composed of an inner yoke and an outer yoke, both of which are made of a magnetic material, and a coil housed between the inner yoke and the outer yoke and wound around the inner yoke. The inner yoke has a cross section substantially similar to the actuator casing, and the outer yoke has a cross section substantially similar to the armature.

【0004】この電磁式アクチュエータでは、上記のよ
うな断面形状を備えた各2つのアクチュエータケーシン
グが、外周面の平面部で互いに接するように配置されて
いる。以上のような構成によって、この電磁式アクチュ
エータでは、複数のアクチュエータケーシングをシリン
ダヘッド内の狭い空間に並べて収容した場合でも、アク
チュエータケーシング内に可能な限り大きな空間を確保
することによって、可能な限り大きな電磁石のコイルの
寸法およびアーマチュアの断面積を得ている。このよう
にする理由は、吸排気弁を駆動する際に非常に大きな駆
動力が必要とされるので、電磁式アクチュエータを狭い
シリンダヘッド内に収納したときでも、吸排気弁を駆動
するのに十分な電磁石によるアーマチュアの吸引力を確
保するためである。
In this electromagnetic actuator, two actuator casings each having the above-described cross-sectional shape are arranged so as to be in contact with each other at a plane portion on the outer peripheral surface. With the configuration described above, in this electromagnetic actuator, even when a plurality of actuator casings are arranged and housed in a narrow space in the cylinder head, as large a space as possible in the actuator casing is ensured, so that the largest possible The dimensions of the coil of the electromagnet and the cross section of the armature are obtained. The reason for this is that a very large driving force is required when driving the intake and exhaust valves, so that even when the electromagnetic actuator is housed in a narrow cylinder head, it is not sufficient to drive the intake and exhaust valves. This is to secure the attraction of the armature by the various electromagnets.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一般的に、上記のよう
な電磁式アクチュエータにおいては、動作時に電磁石に
供給される電気エネルギは、その一部がコイル抵抗によ
る損失である銅損や、磁性体内部で発生した渦電流によ
る損失である渦電流損や、磁性体内部で発生するヒステ
リシス特性であるヒステリシス損失などとして消費され
るとともに、漏れ磁束などによって電磁石近傍のあらゆ
る領域に単に蓄積され、機械仕事に変化しない磁気エネ
ルギとなり、その後、渦電流損や銅損として消費され、
一部が回生される。さらに、以上を除いた残りの電気エ
ネルギが、アーマチュアを介して吸排気弁などの被駆動
体を吸引するための機械仕事に変換される。したがっ
て、機械仕事を除いた損失分を低減すれば、電気エネル
ギが機械仕事に効果的に変換されることによって、消費
電力を低減することが可能である。しかし、上記従来の
電磁式アクチュエータにおいては、アーマチュアの断面
積やコイルの寸法を単純に大きくすることによって、電
磁石の吸引力を確保しているので、ヨークやアーマチュ
アの形状や寸法の関係などによっては、上記のような各
損失分が逆に増大することにより、消費電力が増大して
しまうことがある。
Generally, in the above-mentioned electromagnetic actuator, the electric energy supplied to the electromagnet during operation is partially affected by copper loss, which is a loss due to coil resistance, or magnetic material. It is consumed as eddy current loss, which is a loss due to eddy currents generated inside, and hysteresis loss, which is a hysteresis characteristic generated inside the magnetic material, and is simply accumulated in all areas near the electromagnet due to leakage magnetic flux etc. Magnetic energy that does not change to, and then is consumed as eddy current loss and copper loss,
Some are regenerated. Further, the remaining electric energy excluding the above is converted into mechanical work for sucking a driven body such as an intake / exhaust valve through the armature. Therefore, if the loss excluding the mechanical work is reduced, the electric energy is effectively converted into the mechanical work, so that the power consumption can be reduced. However, in the above-mentioned conventional electromagnetic actuator, the attraction force of the electromagnet is secured by simply increasing the cross-sectional area of the armature and the dimensions of the coil, so depending on the shape and dimensions of the yoke and the armature, etc. On the other hand, power consumption may increase due to an increase in each loss as described above.

【0006】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、消費電力を低減させることができる電磁式
アクチュエータを提供することを目的とする。
[0006] The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has as its object to provide an electromagnetic actuator capable of reducing power consumption.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1の電磁式アクチ
ュエータ1は、互いの間にコイル室17を画成するイン
ナーヨーク12およびアウターヨーク13を有するヨー
ク11と、コイル室17に収容されたコイル16とを備
えた電磁石10と、磁性体で構成され、電磁石10の励
磁によってヨーク11に吸引されることによりヨーク1
1に接触するとともに、電磁石10の励磁の中止によっ
てヨーク11から離れるように往復動することにより駆
動を行うためのアーマチュア5と、を備え、インナーヨ
ーク12およびアウターヨーク13の間の間隔であるコ
イル室17の幅Dと、ヨーク11に接触したときのアー
マチュア5の内面とコイル室17の底面との間のアーマ
チュア5の往復動の方向に沿う間隔であるコイル室17
の高さLとの比(例えば実施形態における縦横比D/
L)が、電磁石10の渦電流損および漏れ磁束の少なく
とも一方の比(縦横比D/L)に対する減少度合が漸減
するような所定値(例えば実施形態における図6の値
「0.3」)以上の値(値「0.4」)に設定されてい
ることを特徴とする。
The electromagnetic actuator 1 of the first aspect is housed in the coil chamber 17 and the yoke 11 having an inner yoke 12 and an outer yoke 13 defining a coil chamber 17 therebetween. An electromagnet 10 having a coil 16 and a magnetic material are attracted to the yoke 11 by excitation of the electromagnet 10 so that the yoke 1
1 and an armature 5 for driving by reciprocating away from the yoke 11 by stopping the excitation of the electromagnet 10, wherein the coil is an interval between the inner yoke 12 and the outer yoke 13. The width D of the chamber 17 and the distance between the inner surface of the armature 5 and the bottom surface of the coil chamber 17 when the yoke 11 comes into contact with the coil chamber 17 along the direction of reciprocation of the armature 5.
(For example, the aspect ratio D / in the embodiment).
L) is a predetermined value (for example, the value “0.3” in FIG. 6 in the embodiment) in which the degree of decrease in at least one of the eddy current loss and the leakage magnetic flux (aspect ratio D / L) of the electromagnet 10 gradually decreases. It is characterized in that it is set to the above value (value “0.4”).

【0008】この電磁式アクチュエータによれば、アー
マチュアは、電磁石の励磁によって電磁石に吸引されて
ヨークに接触し、励磁の中止によって電磁石から離れる
ように往復動する(なお、ここで言う「接触」とは、機
械的な接触のみならず、電気的な吸引によりアーマチュ
アがヨークに対してある微少な間隔を保ちながら停止し
ている状態を含むものである。また、「励磁」は、電磁
石のコイルへの通電の実施を意味し、「励磁の中止」
は、通電の中止を意味する)。このアーマチュアの往復
動によって、例えばこれに連結された被駆動体の駆動が
行われる。このような電磁石の励磁時において、電磁石
に発生する渦電流損および漏れ磁束の値は一般的に、コ
イル室の幅と高さの比、すなわちインナーヨークおよび
アウターヨークの間の間隔と、ヨークに接触したアーマ
チュアの内面とコイル室の底面との間のアーマチュアの
往復動の方向に沿う間隔との比の変化に従って増減す
る。具体的には、渦電流損および漏れ磁束は、上記比が
所定値になるまでは比の変化に対して急激に減少し、比
が所定値以上になると、その減少度合が漸減する特性を
有している。したがって、本発明では、コイル室の幅と
高さの比が渦電流損および/または漏れ磁束の減少度合
が漸減するような所定値以上の値に設定されているの
で、発生する渦電流損および/または漏れ磁束を効果的
に抑制することができる。これによって、電磁石の励磁
時の電気エネルギを、被駆動体を駆動するための機械仕
事に効率よく変換することができ、それゆえ、消費電力
を低減させることができる。
According to this electromagnetic actuator, the armature is attracted to the electromagnet by the excitation of the electromagnet, comes into contact with the yoke, and reciprocates away from the electromagnet when the excitation is stopped. The term “excitation” includes a state in which the armature is stopped while maintaining a small interval with respect to the yoke by not only mechanical contact but also electrical attraction. "Stop excitation"
Means stop of energization). By the reciprocating motion of the armature, for example, a driven body connected to the armature is driven. When such an electromagnet is excited, the values of the eddy current loss and the leakage flux generated in the electromagnet are generally the ratio of the width and height of the coil chamber, that is, the distance between the inner yoke and the outer yoke, and the yoke. It increases or decreases according to a change in the ratio of the distance between the inner surface of the contacted armature and the bottom surface of the coil chamber along the direction of reciprocation of the armature. More specifically, the eddy current loss and the leakage magnetic flux have a characteristic that they rapidly decrease with a change in the ratio until the above-mentioned ratio reaches a predetermined value, and the degree of decrease gradually decreases when the ratio exceeds a predetermined value. are doing. Therefore, in the present invention, the ratio of the width to the height of the coil chamber is set to a value equal to or more than a predetermined value such that the degree of reduction of the eddy current loss and / or the leakage magnetic flux is gradually reduced. // Leakage magnetic flux can be effectively suppressed. As a result, electric energy at the time of excitation of the electromagnet can be efficiently converted into mechanical work for driving the driven body, and therefore, power consumption can be reduced.

【0009】請求項2の電磁式アクチュエータ1は、ヨ
ーク11およびコイル16を有する電磁石10と、磁性
体で構成され、電磁石10の励磁によってヨーク11に
吸引されることにより端部がヨーク11の端部に接触し
且つ吸引保持されるとともに、電磁石10の励磁の中止
によってヨーク11から離れるように往復動することに
より駆動を行うためのアーマチュア5と、を備え、ヨー
ク11およびアーマチュア5の端部はそれぞれ絞られて
いることを特徴とする。
An electromagnetic actuator 1 according to a second aspect of the present invention comprises an electromagnet 10 having a yoke 11 and a coil 16 and a magnetic material. The end of the yoke 11 is attracted to the yoke 11 by excitation of the electromagnet 10. And an armature 5 for driving by being reciprocated away from the yoke 11 by stopping the excitation of the electromagnet 10 while being in contact with and sucking the electromagnet 10. The ends of the yoke 11 and the armature 5 Each is characterized by being narrowed down.

【0010】この電磁式アクチュエータによれば、上記
と同様に、電磁石の励磁および励磁の中止によりアーマ
チュアが往復動し、これによって、被駆動体が駆動され
る。また、電磁石の励磁時にアーマチュアがヨークに吸
引保持されることにより、被駆動体が電磁石によって吸
引保持される。このような電磁石の吸引保持状態での励
磁時において、一般的にアーマチュアを吸引保持すると
きの電磁石の吸引保持力Fは、[F=φ/(2μ0
S)](ただしφは磁束、μ0は真空の透磁率、Sはヨ
ークの接触面(吸引面)の面積)の式で表される。した
がって、本発明の電磁式アクチュエータにおいて、磁束
φが低減しない程度に、アーマチュアとヨークが接触す
る端部の接触面の面積Sを小さく絞ることによって、吸
引保持力Fを向上させることができる。その結果、同じ
吸引保持力Fを発生する電磁石と比べると、より小さな
値の励磁電流で同じ吸引保持力Fを発生させることがで
きるので、消費電力を低減させることができる。
According to this electromagnetic actuator, similarly to the above, the armature reciprocates due to the excitation of the electromagnet and the suspension of the excitation, whereby the driven body is driven. The armature is attracted and held by the yoke when the electromagnet is excited, so that the driven body is attracted and held by the electromagnet. When the electromagnet is excited in the suction holding state, the suction holding force F of the electromagnet when suctioning and holding the armature is generally [F = φ / (2μ0
S)] (where φ is the magnetic flux, μ0 is the magnetic permeability of vacuum, and S is the area of the contact surface (suction surface) of the yoke). Therefore, in the electromagnetic actuator of the present invention, the suction holding force F can be improved by reducing the area S of the contact surface at the end where the armature and the yoke come into contact with each other to such an extent that the magnetic flux φ is not reduced. As a result, compared to an electromagnet that generates the same attractive holding force F, the same attractive holding force F can be generated with a smaller exciting current, so that power consumption can be reduced.

【0011】請求項3の電磁式アクチュエータ1は、ヨ
ーク11およびコイル16を有する電磁石10と、磁性
体で構成され、電磁石10の励磁によってヨーク11側
に吸引されることによりヨーク11に接触し且つ吸引保
持されるとともに、電磁石10の励磁の中止によってヨ
ーク11から離れるように往復動することにより駆動を
行うためのアーマチュア5と、を備え、アーマチュア5
の最小磁路面積S5とヨーク11の平均磁路面積S6と
面積比S5/S6が、電磁石10の保持銅損が面積比S
5/S6に対して極小値を示す値(例えば実施形態にお
ける図10の値「0.9」)を含む、その近傍の所定領
域(例えば実施形態における値「0.85〜0.95」
の所定領域)内の値になるように設定されていることを
特徴とする。
An electromagnetic actuator 1 according to a third aspect of the present invention is composed of an electromagnet 10 having a yoke 11 and a coil 16 and a magnetic material, and is brought into contact with the yoke 11 by being attracted to the yoke 11 by excitation of the electromagnet 10. And an armature 5 for driving by being reciprocated away from the yoke 11 by stopping the excitation of the electromagnet 10 while being attracted and held.
Is the minimum magnetic path area S5, the average magnetic path area S6 of the yoke 11, and the area ratio S5 / S6, and the copper loss held by the electromagnet 10 is the area ratio S.
A predetermined area in the vicinity (for example, the value “0.85 to 0.95” in the embodiment) including a value indicating the minimum value for 5 / S6 (for example, the value “0.9” in FIG. 10 in the embodiment).
(A predetermined area).

【0012】この電磁式アクチュエータによれば、上記
と同様に、電磁石の励磁および励磁の中止によってアー
マチュアが往復動し、これによって、被駆動体が駆動さ
れる。また、電磁石の励磁時にアーマチュアがヨークに
吸引保持されることにより、被駆動体が電磁石によって
吸引保持される。この場合、アーマチュアの最小磁路面
積と、ヨークの平均磁路面積との面積比は、励磁時に電
磁石の保持銅損が極小値を示す値を含む、その近傍の所
定領域内の値になるように設定されているので、励磁時
にヨークがアーマチュアを吸引保持するときの保持銅損
を極小値またはそれに近い値に低減できることによっ
て、電磁石の励磁時の電気エネルギを被駆動体を駆動す
るための機械仕事に効率よく変換することができ、それ
ゆえ、消費電力を低減させることができる。
According to this electromagnetic actuator, similarly to the above, the armature reciprocates by exciting the electromagnet and stopping the excitation, whereby the driven body is driven. The armature is attracted and held by the yoke when the electromagnet is excited, so that the driven body is attracted and held by the electromagnet. In this case, the area ratio between the minimum magnetic path area of the armature and the average magnetic path area of the yoke is set to a value within a predetermined area in the vicinity thereof, including a value at which the retained copper loss of the electromagnet shows a minimum value at the time of excitation. Since the holding copper loss when the yoke sucks and holds the armature at the time of excitation can be reduced to a minimum value or a value close to the minimum value, a machine for driving the driven body with the electric energy at the time of excitation of the electromagnet is provided. Conversion to work can be efficiently performed, and thus power consumption can be reduced.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の第1実施形態に係る内燃機関の電磁式アクチュエー
タについて説明する。図1に示すように、本実施形態の
電磁式アクチュエータ1は、内燃機関である自動車用エ
ンジン(図示せず)の動弁装置に適用したものであり、
このエンジンのシリンダヘッド2に取り付けられている
とともに、エンジンの運転時に、1つの吸気弁(または
排気弁)3を駆動することによって、図示しない吸気ポ
ート(または排気ポート)の開閉動作を実行するもので
ある。吸気弁3は、シリンダヘッド2内のガイド筒2a
によって、上下方向に摺動自在に支持されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an electromagnetic actuator for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, an electromagnetic actuator 1 according to the present embodiment is applied to a valve train of an automobile engine (not shown) that is an internal combustion engine.
Attached to the cylinder head 2 of the engine, and opening and closing an intake port (or exhaust port) (not shown) by driving one intake valve (or exhaust valve) 3 during operation of the engine. It is. The intake valve 3 is a guide cylinder 2 a in the cylinder head 2.
Slidably supported in the vertical direction.

【0014】電磁式アクチュエータ1は、ケーシング4
と、このケーシング4内に上下方向に摺動自在に設けら
れたアーマチュア5と、励磁時にアーマチュア5を上下
方向にそれぞれ吸引する上下の電磁石10,10と、ア
ーマチュア5を下方および上方に常時、付勢する上下の
コイルばね6,6とを備えている。
The electromagnetic actuator 1 includes a casing 4
And an armature 5 slidably provided in the casing 4 in the vertical direction, upper and lower electromagnets 10 and 10 for attracting the armature 5 in the vertical direction at the time of excitation, and always attaching the armature 5 downward and upward. And upper and lower coil springs 6 and 6 for urging.

【0015】ケーシング4は、上下の蓋部4a,4a
と、これら蓋部4a,4aの間に設けられたケース部4
bとを備えている。図4に示すように、ケース部4bの
外周面は、同心の2つの円弧部の両端を互いに平行な2
つの直線部で結んだような断面形状を有し、これら2つ
の直線部は平面部を構成している。隣り合う2つの電磁
式アクチュエータ1,1は、ケース部4bの平面部で互
いに接するように配置されている。ケース部4bの内周
面は、その外周面の円弧部と同心でより径の小さい2つ
の円弧部の両端を互いに平行な2つの直線部で結んだ断
面形状になっており、電磁石10は、ケース部4bの内
周面に接した状態でこれに内蔵されている。また、上下
の蓋部4a,4aも、図示しないがケース部4bの外周
面と同様の断面形状を有し、上下の電磁石10,10お
よびアーマチュア5を間にして互いに対向するように上
下に配置されている。
The casing 4 includes upper and lower lids 4a, 4a.
And a case 4 provided between the lids 4a, 4a.
b. As shown in FIG. 4, the outer peripheral surface of the case portion 4b is formed by connecting both ends of two concentric arc portions in parallel with each other.
It has a cross-sectional shape as if it were connected by two straight portions, and these two straight portions constitute a flat portion. The two adjacent electromagnetic actuators 1, 1 are arranged so as to be in contact with each other on the plane portion of the case portion 4b. The inner peripheral surface of the case portion 4b has a cross-sectional shape in which both ends of two arc portions each having a smaller diameter and concentric with the arc portion of the outer peripheral surface are connected by two linear portions parallel to each other. The case portion 4b is built in the inner peripheral surface of the case portion 4b in contact therewith. Although not shown, the upper and lower lids 4a, 4a also have the same cross-sectional shape as the outer peripheral surface of the case 4b, and are disposed vertically so as to face each other with the upper and lower electromagnets 10, 10 and the armature 5 therebetween. Have been.

【0016】上下の電磁石10,10は、上下方向に所
定距離、間隔を存して配置され、互いの間にアーマチュ
ア5の可動空間を画成している。上下の電磁石10,1
0は、アーマチュア5を間にして上下対称に構成されて
おり、以下、下電磁石10の構成について説明する。図
1〜図3に示すように、下電磁石10は、ヨーク11
と、このヨーク11のインナーヨーク12に嵌合したボ
ビン15と、ボビン15の外周面に巻かれたコイル16
とを備えている。
The upper and lower electromagnets 10, 10 are arranged at a predetermined distance and in the vertical direction at an interval, and define a movable space for the armature 5 therebetween. Upper and lower electromagnets 10, 1
Numeral 0 is vertically symmetrical with the armature 5 interposed. Hereinafter, the configuration of the lower electromagnet 10 will be described. As shown in FIGS. 1 to 3, the lower electromagnet 10 includes a yoke 11
A bobbin 15 fitted to the inner yoke 12 of the yoke 11, and a coil 16 wound on the outer peripheral surface of the bobbin 15.
And

【0017】ヨーク11は、インナーヨーク12とアウ
ターヨーク13をヨーク連結ボルト14によって一体に
連結したものであり、インナーヨーク12およびアウタ
ーヨーク13は例えばFeなどの磁性体で構成され、ヨ
ーク連結ボルト14は合成樹脂などの非磁性体で構成さ
れている。インナーヨーク12は、円板状のターミナル
部12aと、このターミナル部12aから上方に延びる
円筒部12bとを備え、これらターミナル部12aおよ
び円筒部12bの内部には、上下方向に貫通する断面円
形の孔12cが円筒部12bと同心に形成されている。
また、インナーヨーク12の円筒部12bの上面は、ア
ーマチュア5の吸引時にこれに接触する接触面12dに
なっている。
The yoke 11 is formed by integrally connecting an inner yoke 12 and an outer yoke 13 by yoke connecting bolts 14. The inner yoke 12 and the outer yoke 13 are made of a magnetic material such as Fe, for example. Is made of a non-magnetic material such as a synthetic resin. The inner yoke 12 includes a disk-shaped terminal portion 12a and a cylindrical portion 12b extending upward from the terminal portion 12a. Inside the terminal portion 12a and the cylindrical portion 12b, a circular cross-section penetrating in the up-down direction is provided. A hole 12c is formed concentrically with the cylindrical portion 12b.
The upper surface of the cylindrical portion 12b of the inner yoke 12 is a contact surface 12d that comes into contact with the armature 5 when the armature 5 is sucked.

【0018】アウターヨーク13の内周面13aは、上
記円筒部12bおよび孔12cと同心に断面円形に形成
され、外周面13bは、内周面の円と同心の2つの円弧
部の両端を互いに平行に左右方向に延びる直線で結んだ
断面形状に形成されている。すなわち、アウターヨーク
13は、電磁式アクチュエータ1,1の並び方向と直交
する方向に厚さが厚くなっており、これによって、図4
に示すように、電磁式動弁装置1,1同士を狭い間隔で
配置した場合でも、アウターヨークが円筒形状であると
きと比べて、アウターヨーク13の外周をアーマチュア
5の外径以上に大きく設定しながら、アウターヨーク1
3の断面積、コイル16のスペースおよびインナーヨー
ク12の断面積を、可能な限り大きく確保できる。ま
た、アウターヨーク13は底壁13cを有しており、こ
の底壁13cには、内周面13aと同心の孔が形成され
ている。
The inner peripheral surface 13a of the outer yoke 13 is formed in a circular cross section concentrically with the cylindrical portion 12b and the hole 12c, and the outer peripheral surface 13b is formed by connecting both ends of two arc portions concentric with the inner peripheral surface circle. It is formed in a cross-sectional shape connected by a straight line extending in the left-right direction in parallel. That is, the thickness of the outer yoke 13 is increased in a direction perpendicular to the direction in which the electromagnetic actuators 1 and 1 are arranged.
As shown in the figure, even when the electromagnetic valve gears 1 and 1 are arranged at a small interval, the outer circumference of the outer yoke 13 is set to be larger than the outer diameter of the armature 5 as compared with the case where the outer yoke is cylindrical. While the outer yoke 1
3, the space of the coil 16 and the cross-sectional area of the inner yoke 12 can be as large as possible. The outer yoke 13 has a bottom wall 13c, and a hole concentric with the inner peripheral surface 13a is formed in the bottom wall 13c.

【0019】ヨーク連結ボルト14の外周面には、図示
しない雄ねじが形成されており、インナーヨーク12の
孔12cの下部には、ヨーク連結ボルト14の雄ねじに
螺合する図示しない雌ねじが形成されている。ヨーク連
結ボルト14をアウターヨーク13の底壁13cの孔に
下方から通し、その雄ねじをインナーヨーク12の雌ね
じに螺合させることよって、インナーヨーク12とアウ
ターヨーク13は一体に連結されている。このように連
結したインナーヨーク12の円筒部12bとアウターヨ
ーク13との間には、上方に開口する横断面円環状のコ
イル室17が画成されており、このコイル室17には、
ボビン15およびコイル16が収容されている。
A male screw (not shown) is formed on the outer peripheral surface of the yoke connecting bolt 14, and a female screw (not shown) which is screwed to the male screw of the yoke connecting bolt 14 is formed below the hole 12 c of the inner yoke 12. I have. The inner yoke 12 and the outer yoke 13 are integrally connected by passing the yoke connecting bolt 14 through the hole of the bottom wall 13 c of the outer yoke 13 from below, and screwing the male screw into the female screw of the inner yoke 12. Between the cylindrical portion 12b of the inner yoke 12 and the outer yoke 13 connected in this manner, a coil chamber 17 having an annular cross section that opens upward is defined.
The bobbin 15 and the coil 16 are housed.

【0020】図5に示すように、コイル室17の幅D
は、インナーヨーク12とアウターヨーク13の間の間
隔であり、高さLは、アーマチュア5がヨーク11に接
触したときの、アーマチュア5の大径部5aの下面(内
面)とコイル室17の底面との間隔である。本実施形態
では、上記コイル室17の幅Dと高さLの比である縦横
比D/Lは、後述する理由により「0.4」に設定され
ている。
As shown in FIG. 5, the width D of the coil chamber 17 is
Is the distance between the inner yoke 12 and the outer yoke 13, and the height L is the lower surface (inner surface) of the large diameter portion 5 a of the armature 5 and the lower surface of the coil chamber 17 when the armature 5 contacts the yoke 11. And the interval. In the present embodiment, the aspect ratio D / L, which is the ratio of the width D to the height L of the coil chamber 17, is set to “0.4” for the reason described below.

【0021】また、ボビン15は、合成樹脂などの非磁
性体で構成され、肉厚の小さい円筒状に形成されている
とともに、その上縁部は外方に水平に拡がり、丸いつば
状になっている。また、ボビン15は、その内孔でイン
ナーヨーク12の円筒部12bに嵌合しており、コイル
16は、ボビン15の外周面に周方向に巻かれている。
以上のように、下電磁石10は構成されており、上電磁
石10も同様に上下対称に構成されている。
The bobbin 15 is made of a non-magnetic material such as a synthetic resin, is formed in a small-thickness cylindrical shape, and has an upper edge portion which extends horizontally outward to form a rounded corner. ing. The bobbin 15 has its inner hole fitted into the cylindrical portion 12b of the inner yoke 12, and the coil 16 is wound around the outer peripheral surface of the bobbin 15 in the circumferential direction.
As described above, the lower electromagnet 10 is configured, and the upper electromagnet 10 is similarly configured vertically symmetrically.

【0022】一方、アーマチュア5は、断面円形に形成
された中央の大径部5aと、この大径部5aの上下面の
中央部から上下方向に突出する上下の小径部5b,5b
と、これら上下の小径部5b,5bにそれぞれ形成され
た断面円形の上下の凹部5c,5cと、を備えている。
図2および図5に示すように、大径部5aの外径は、ア
ウターヨーク13の内周面13aよりも大きく形成され
ており、これによって、後述するようにアーマチュア5
が電磁石10に吸引された際、大径部5aはアウターヨ
ーク13に対して図2の点描部分で接触する。また、小
径部5bの外径は、インナーヨーク12の外径よりも小
さくなっており、上小径部5bの上面5d(または下小
径部5bの下面5d)は、インナーヨーク12に対して
その面5d全体で接触する。
On the other hand, the armature 5 has a central large-diameter portion 5a formed in a circular cross section, and upper and lower small-diameter portions 5b, 5b protruding vertically from the central portions of the upper and lower surfaces of the large-diameter portion 5a.
And upper and lower concave portions 5c, 5c having a circular cross section formed in the upper and lower small diameter portions 5b, 5b, respectively.
As shown in FIGS. 2 and 5, the outer diameter of the large-diameter portion 5a is formed larger than the inner peripheral surface 13a of the outer yoke 13, so that the armature 5 is formed as described later.
When is attracted to the electromagnet 10, the large-diameter portion 5a contacts the outer yoke 13 at the stippled portion in FIG. The outer diameter of the small-diameter portion 5b is smaller than the outer diameter of the inner yoke 12, and the upper surface 5d of the upper small-diameter portion 5b (or the lower surface 5d of the lower small-diameter portion 5b) faces the inner yoke 12. 5d contact all over.

【0023】さらに、上下の小径部5b,5bにはそれ
ぞれ、上下方向に延びる上下のシャフト7,7が、その
一端部が上下の凹部5c,5cに嵌合した状態で固定さ
れている。この電磁式アクチュエータ1は、アーマチュ
ア5を間にして一部を除き上下対称に構成されており、
まず、上側の構成について説明する。上シャフト7は、
断面円形であり、上電磁石10のインナーヨーク12の
孔12cを通って、上蓋部4a内の上ばね室4cまで延
びている。
Further, upper and lower shafts 7, 7 extending in the vertical direction are fixed to the upper and lower small diameter portions 5b, 5b in such a manner that one ends thereof are fitted in the upper and lower concave portions 5c, 5c. The electromagnetic actuator 1 is vertically symmetrical except for a part with an armature 5 interposed therebetween.
First, the upper configuration will be described. The upper shaft 7
It has a circular cross section, and extends through the hole 12c of the inner yoke 12 of the upper electromagnet 10 to the upper spring chamber 4c in the upper lid 4a.

【0024】この上ばね室4c内には、前記上コイルば
ね6および上下のばね座8a,8bが収容されていると
ともに、ばね圧調整ねじ8cが上方から突出している。
上コイルばね6の上下端部はそれぞれ、上下のばね座8
a,8bに常時、当接しており、上ばね座8aは、ばね
圧調整ねじ8cの下端部に下方から常時、当接してい
る。また、下ばね座8bは、上シャフト7の上端部に固
定されており、以上の構成によって、上シャフト7は、
上コイルばね6により下方に常時、付勢されている。さ
らに、上蓋部4a内には、円筒状の上ガイド9が設けら
れており、この上ガイド9は、上下方向に貫通する断面
円形の内孔を有している。上シャフト7は、上ガイド9
の内孔に遊嵌されており、これによって、上下方向に摺
動自在に支持されている。
The upper spring chamber 4c houses the upper coil spring 6 and upper and lower spring seats 8a and 8b, and a spring pressure adjusting screw 8c protrudes from above.
The upper and lower ends of the upper coil spring 6 are respectively upper and lower spring seats 8.
The upper spring seat 8a is always in contact with the lower end of the spring pressure adjusting screw 8c from below. Further, the lower spring seat 8b is fixed to the upper end of the upper shaft 7, and with the above configuration, the upper shaft 7
It is constantly urged downward by the upper coil spring 6. Further, a cylindrical upper guide 9 is provided in the upper lid portion 4a, and the upper guide 9 has an inner hole having a circular cross section that penetrates in a vertical direction. The upper shaft 7 has an upper guide 9
Are loosely fitted in the inner holes, and are thereby slidably supported in the vertical direction.

【0025】一方、下シャフト7も、上シャフト7と同
様に断面円形であり、下電磁石10のインナーヨーク1
2の孔12cを通って、下蓋部4a内の下ばね室4cま
で延びている。下シャフト7の下端部には、ばね座8d
が取り付けられており、このばね座8dには、吸気弁3
の上端部が連結されている。また、下ばね室4c内に
は、前記下コイルばね6が収容されており、下コイルば
ね6は、その下端部が下ばね室4cの底壁に上方から当
接し、上端部がばね座8dに下方から当接している。以
上の構成によって、下シャフト7は、下コイルばね6に
より上方に常時、付勢されている。一方、下蓋部4aに
は、上ガイド9と同様の下ガイド9が設けられており、
下シャフト7は、この下ガイド9によって上下方向に摺
動自在に支持されている。以上のように、上下のシャフ
ト7,7がそれぞれ上下のコイルばね6,6によって下
方および上方に付勢されていることにより、アーマチュ
ア5は、上下の電磁石10,10がともに励磁されてい
ないときに、電磁石10,10間の中立位置に保持され
る(図示せず)。
On the other hand, the lower shaft 7 has a circular cross section similarly to the upper shaft 7 and has the inner yoke 1 of the lower electromagnet 10.
Through the second hole 12c, it extends to the lower spring chamber 4c in the lower lid portion 4a. At the lower end of the lower shaft 7, a spring seat 8d is provided.
Is attached to the spring seat 8d.
Are connected at the upper end. The lower coil spring 6 is accommodated in the lower spring chamber 4c. The lower coil spring 6 has a lower end portion abutting from above on a bottom wall of the lower spring chamber 4c and an upper end portion having a spring seat 8d. Abuts from below. With the above configuration, the lower shaft 7 is constantly urged upward by the lower coil spring 6. On the other hand, a lower guide 9 similar to the upper guide 9 is provided on the lower lid portion 4a.
The lower shaft 7 is slidably supported by the lower guide 9 in a vertical direction. As described above, since the upper and lower shafts 7, 7 are urged downward and upward by the upper and lower coil springs 6, 6, respectively, the armature 5 is operated when both the upper and lower electromagnets 10, 10 are not excited. Then, it is held at a neutral position between the electromagnets 10 (not shown).

【0026】以上のように構成された電磁式アクチュエ
ータ1の動作について説明すると、上下の電磁石10,
10が励磁されていない場合、アーマチュア5は、上下
のコイルばね6,6によって、上下の電磁石10,10
の間の中立位置に保持され、それに伴い、吸気弁3も開
閉の途中の位置に位置している(図示せず)。この状態
から例えば下電磁石10が励磁されると、アーマチュア
5は、下電磁石10に吸引されることによって、下コイ
ルばね6の付勢力に抗しながら下電磁石10のヨーク1
1に当接する位置まで下方に移動する(図1参照)。こ
のとき、上下のシャフト7,7は、上下のガイド9,9
にそれぞれ案内されながら下方に摺動する。このアーマ
チュア5の下方への移動により、吸気弁3が吸気ポート
を開放する。
The operation of the electromagnetic actuator 1 configured as described above will be described.
When the armature 5 is not excited, the armature 5 is moved up and down by the upper and lower coil springs 6, 6.
The intake valve 3 is also located at a position in the middle of opening and closing (not shown). When, for example, the lower electromagnet 10 is excited from this state, the armature 5 is attracted to the lower electromagnet 10 so that the yoke 1 of the lower electromagnet 10 is pressed against the urging force of the lower coil spring 6.
1 moves downward to a position where it comes into contact with 1 (see FIG. 1). At this time, the upper and lower shafts 7, 7 are connected to the upper and lower guides 9, 9, respectively.
Slid downward while being guided by the respective members. The downward movement of the armature 5 causes the intake valve 3 to open the intake port.

【0027】この後、下電磁石10の励磁が中止される
と、アーマチュア5は、下コイルばね6の付勢力によっ
て上方に移動する。さらに、下電磁石10の励磁の中止
後に、上電磁石10が所定のタイミングで励磁される
と、アーマチュア5は、上電磁石10に吸引されること
によって、上コイルばね6の付勢力に抗しながら上電磁
石10のヨーク11に当接する位置まで上方に移動する
(図示せず)。このアーマチュア5の上方への移動によ
り、吸気弁3が吸気ポートを閉鎖する。次いで、上電磁
石10の励磁が中止された後、下電磁石10が所定のタ
イミングで励磁されることにより、上記と同様に、吸気
弁3が吸気ポートを開放する。以上の動作が繰り返し実
行されることによって、アーマチュア5は上下の電磁石
10,10の間を上下方向に往復動し、吸気弁3を開閉
駆動する。
Thereafter, when the excitation of the lower electromagnet 10 is stopped, the armature 5 moves upward by the urging force of the lower coil spring 6. Further, when the upper electromagnet 10 is excited at a predetermined timing after the excitation of the lower electromagnet 10 is stopped, the armature 5 is attracted by the upper electromagnet 10 so that the upper armature 5 resists the urging force of the upper coil spring 6 while being pulled up. The electromagnet 10 moves upward to a position where it contacts the yoke 11 (not shown). The upward movement of the armature 5 causes the intake valve 3 to close the intake port. Next, after the excitation of the upper electromagnet 10 is stopped, the lower electromagnet 10 is excited at a predetermined timing, so that the intake valve 3 opens the intake port as described above. By repeatedly performing the above operation, the armature 5 reciprocates vertically between the upper and lower electromagnets 10 and 10 to open and close the intake valve 3.

【0028】次に、電磁式アクチュエータ1が吸気弁3
を開閉駆動する際に、電磁石10において発生する渦電
流損および漏れ磁束について、図6を参照しながら説明
する。同図は、前述したコイル室17の縦横比D/Lを
変化させながら、電磁石10の渦電流損(単位:J)お
よび漏れ磁束(単位:Wb)を測定した結果の一例を示
している。
Next, the electromagnetic actuator 1 is connected to the intake valve 3
The eddy current loss and the leakage flux generated in the electromagnet 10 when the switch is driven to open and close will be described with reference to FIG. This figure shows an example of the result of measuring the eddy current loss (unit: J) and the leakage magnetic flux (unit: Wb) of the electromagnet 10 while changing the aspect ratio D / L of the coil chamber 17 described above.

【0029】同図に示すように、縦横比D/Lの値を増
大させると、これに伴って、電磁石10の漏れ磁束およ
び渦電流損は減少するとともに、以下に述べるように互
いにほぼ同じ減少特性を示す。これは、渦電流損の発生
要因の1つが、漏れ磁束の発生であることによる。具体
的には、縦横比D/Lが「0」に近い値と「0.3」未
満の値の間の領域では、縦横比D/Lが増大するのに伴
い、漏れ磁束および渦電流損が急激に減少する特性を示
し、その減少度合が大きいのに対して、縦横比D/Lが
「0.3」以上の所定領域では、漏れ磁束および渦電流
損が漸減する特性を示し、その減少度合が小さくなって
いる。すなわち、縦横比D/Lを「0.3」以上の所定
領域の値に設定すれば、漏れ磁束および渦電流損を効果
的に抑制できることがわかる。
As shown in the figure, when the value of the aspect ratio D / L is increased, the leakage magnetic flux and the eddy current loss of the electromagnet 10 are reduced, and as described below, they are almost the same as each other. Show characteristics. This is because one of the factors causing the eddy current loss is the generation of leakage magnetic flux. Specifically, in the region where the aspect ratio D / L is between a value close to “0” and a value less than “0.3”, as the aspect ratio D / L increases, the leakage flux and the eddy current loss increase. Shows a characteristic in which the leakage flux and the eddy current loss gradually decrease in a predetermined region where the aspect ratio D / L is "0.3" or more. The degree of decrease is small. That is, it can be seen that if the aspect ratio D / L is set to a value in a predetermined region of “0.3” or more, the leakage magnetic flux and the eddy current loss can be effectively suppressed.

【0030】前述したように、本実施形態の電磁石10
においては、縦横比D/Lが「0.4」に設定されてい
るので、漏れ磁束および渦電流損を効果的に抑制できる
ことによって、電磁石10の励磁時の電気エネルギを、
吸気弁3を駆動するための機械仕事に効率よく変換する
ことができる。これによって、電磁石10の消費電力を
低減することができる。
As described above, the electromagnet 10 of the present embodiment
Since the aspect ratio D / L is set to “0.4”, the leakage magnetic flux and the eddy current loss can be effectively suppressed, so that the electric energy when the electromagnet 10 is excited can be reduced.
It can be efficiently converted to mechanical work for driving the intake valve 3. Thereby, the power consumption of the electromagnet 10 can be reduced.

【0031】さらに、アーマチュア5が上下方向に往復
動する場合に、断面円形の上下のシャフト7,7がそれ
ぞれ、上下のガイド9,9の断面円形の孔に案内されな
がら摺動するので、従来のアーマチュアの平面部がケー
シングの内面を摺動するものと比べて、アーマチュア5
の往復動時の摺動抵抗を減らすことによって、これを往
復動させるのに必要な機械仕事も減少させることができ
る。これによって、消費電力をさらに低減することがで
きる。
Further, when the armature 5 reciprocates vertically, the upper and lower shafts 7, 7 having a circular cross section slide while being guided by the circular holes of the upper and lower guides 9, 9, respectively. The armature 5 has a flatter section than the armature 5 which slides on the inner surface of the casing.
By reducing the sliding resistance during the reciprocating motion, the mechanical work required for reciprocating the same can be reduced. Thereby, power consumption can be further reduced.

【0032】次に、本発明の第2実施形態に係る電磁式
アクチュエータについて説明する。図7に示すように、
本実施形態の電磁式アクチュエータ1は、上記第1実施
形態の電磁式アクチュエータ1と比べて、インナーヨー
ク12の先端部、および吸引時にこれに接触するアーマ
チュア5の小径部5bの先端部がそれぞれ絞られている
点のみが異なり、その他は同様に構成されている。同図
に示すように、下電磁石10のインナーヨーク12の上
端部(端部)は周方向に連続して絞られており、その絞
りの角度は、外側の方が内側よりも小さくなっている。
また、インナーヨーク12の接触面12dの面積S1
は、絞られていない部分の断面積である磁路面積S2よ
りも小さくなっている(S1<S2)とともに、その面
積比S1/S2は、後述する理由により「0.795」
に設定されている。また、絞り部分の絞り高さHは、所
定値に設定されている。
Next, an electromagnetic actuator according to a second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG.
In the electromagnetic actuator 1 of the present embodiment, the distal end of the inner yoke 12 and the distal end of the small-diameter portion 5b of the armature 5 that comes into contact with the inner yoke 12 during suction are smaller than the electromagnetic actuator 1 of the first embodiment. Only the differences are provided, and the others are similarly configured. As shown in the figure, the upper end (end) of the inner yoke 12 of the lower electromagnet 10 is continuously narrowed in the circumferential direction, and the angle of the narrowed outer side is smaller than the inner side. .
The area S1 of the contact surface 12d of the inner yoke 12
Is smaller than the magnetic path area S2 (S1 <S2), which is the cross-sectional area of the unrestricted portion, and the area ratio S1 / S2 is "0.795" for the reason described later.
Is set to The aperture height H of the aperture portion is set to a predetermined value.

【0033】インナーヨーク12の上端部に接触するア
ーマチュア5の下小径部5bの下端部(端部)も周方向
に連続して絞られており、接触面12dと接触する接触
面5dの面積S3は、接触面12dと同一で(S3=S
1)、絞られていない部分の断面積S4よりも小さくな
っている(S3<S4)。以上のように、下電磁石10
のインナーヨーク12およびアーマチュア5の下小径部
5bは構成されており、上電磁石10のインナーヨーク
12およびアーマチュア5の上小径部5bも同様に構成
されている。
The lower end (end) of the lower small-diameter portion 5b of the armature 5 that contacts the upper end of the inner yoke 12 is also continuously narrowed in the circumferential direction, and the area S3 of the contact surface 5d that contacts the contact surface 12d. Is the same as the contact surface 12d (S3 = S
1) It is smaller than the cross-sectional area S4 of the portion that is not squeezed (S3 <S4) As described above, the lower electromagnet 10
The inner yoke 12 and the lower small diameter portion 5b of the armature 5 are configured, and the inner yoke 12 of the upper electromagnet 10 and the upper small diameter portion 5b of the armature 5 are similarly configured.

【0034】上記のように、インナーヨーク12の先端
部およびこれに吸引保持される小径部5bの先端部を絞
った理由は、以下による。一般的に、電磁石10の励磁
時において、アーマチュア5を吸引保持するときの電磁
石10の吸引保持力Fは、[F=φ/(2μ0S)]
(ただしφは磁束、μ0は真空の透磁率、Sはヨークの
接触面の面積)の式で表される。それゆえ、磁束φが低
減しない程度にインナーヨーク12の接触面12dの面
積S1およびアーマチュア5の接触面5dの面積S3を
上述したように小さく絞れば、吸引保持力Fが向上す
る。
As described above, the reason why the tip of the inner yoke 12 and the tip of the small diameter portion 5b sucked and held by the inner yoke 12 are narrowed is as follows. Generally, when the electromagnet 10 is excited, the suction holding force F of the electromagnet 10 when the armature 5 is sucked and held is [F = φ / (2μ0S)].
(Where φ is the magnetic flux, μ0 is the magnetic permeability of vacuum, and S is the area of the contact surface of the yoke). Therefore, if the area S1 of the contact surface 12d of the inner yoke 12 and the area S3 of the contact surface 5d of the armature 5 are reduced as described above to such an extent that the magnetic flux φ is not reduced, the suction holding force F is improved.

【0035】図8は、吸引保持力Fを同一に保ちかつ上
記面積比S1/S2を変化させながら、電磁石10の保
持銅損(単位:W)を測定した結果の一例を示してお
り、図中の3つの曲線は、絞り部分の絞り高さHを3つ
の異なる所定値H1〜H3(H1>H2>H3)に設定
した場合をそれぞれ示している。同図を参照すると、保
持銅損は、面積比S1/S2が「0.795」のときに
極小値を示し、「0.77」以下では急激に増大すると
ともに、面積比S1/S2が「1」に近づくにつれて、
すなわち接触面12dの絞りの度合が小さくなるにつれ
て漸増する特性を示している。
FIG. 8 shows an example of the result of measuring the holding copper loss (unit: W) of the electromagnet 10 while keeping the suction holding force F the same and changing the area ratio S1 / S2. The three middle curves show the case where the aperture height H of the aperture portion is set to three different predetermined values H1 to H3 (H1>H2> H3). Referring to the figure, the retained copper loss shows a minimum value when the area ratio S1 / S2 is “0.795”, and increases rapidly when the area ratio S1 / S2 is equal to or less than “0.77”, and the area ratio S1 / S2 becomes “ 1 ”
In other words, it shows a characteristic that gradually increases as the degree of contraction of the contact surface 12d decreases.

【0036】このような面積比S1/S2と保持銅損の
関係は、絞り高さHが所定値H1〜H3のいずれのとき
でも同様に得られ、絞り高さHに依存しないことがわか
る。上述したように、本実施形態の電磁式アクチュエー
タ1では、面積比S1/S2を「0.795」に設定し
たので、保持銅損を極小値にすることができる。すなわ
ち、接触面12dの面積S1を磁束φが低減しない程度
に適切に絞ることによって、保持銅損を極小値まで効果
的に減らしたので、吸引保持力Fを効果的に向上させる
ことができる。その結果、同じ吸引保持力Fを発生する
電磁石と比べると、より小さな値の励磁電流で同じ吸引
保持力Fを発生させることができるので、消費電力を効
果的に低減させることができる。また、吸引保持力Fが
ある程度の値でよい場合には、面積比S1/S2を
「0.77〜0.9」の領域内に設定すれば、保持銅損
を極小値を含む、それに近い値に減少させることがで
き、上記と同様に消費電力を低減することができる。
The relationship between the area ratio S1 / S2 and the retained copper loss can be obtained in the same manner when the drawing height H is any one of the predetermined values H1 to H3, and it can be seen that the relationship does not depend on the drawing height H. As described above, in the electromagnetic actuator 1 of the present embodiment, since the area ratio S1 / S2 is set to “0.795”, the retained copper loss can be minimized. That is, by appropriately narrowing the area S1 of the contact surface 12d to such an extent that the magnetic flux φ does not decrease, the holding copper loss is effectively reduced to a minimum value, so that the suction holding force F can be effectively improved. As a result, compared to an electromagnet that generates the same attractive holding force F, the same attractive holding force F can be generated with a smaller value of the exciting current, so that the power consumption can be effectively reduced. Further, when the suction holding force F may be a certain value, if the area ratio S1 / S2 is set in a range of “0.77 to 0.9”, the holding copper loss includes the minimum value and is close to that. The power consumption can be reduced in the same manner as described above.

【0037】次に、本発明の第3実施形態に係る電磁式
アクチュエータについて説明する。図9に示すように、
本実施形態の電磁式アクチュエータ1は、前述した第1
および第2実施形態の電磁式アクチュエータ1と基本的
な構成は同じであり、アーマチュア5の最小磁路面積S
5とヨーク11の平均磁路面積S6との面積比S5/S
6が、後述する理由により「0.9」に設定されている
点のみが異なっている。なお、アーマチュア5の最小磁
路面積S5は、大径部5aの小径部5bに連なる部分の
断面積を表し、ヨーク11の平均磁路面積S6は、イン
ナーヨーク12の平均断面積を表す。
Next, an electromagnetic actuator according to a third embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG.
The electromagnetic actuator 1 according to the present embodiment has the first
The basic configuration is the same as that of the electromagnetic actuator 1 of the second embodiment, and the minimum magnetic path area S
5 and the average magnetic path area S6 of the yoke 11 in the area ratio S5 / S
6 is set to “0.9” for the reason described below. Note that the minimum magnetic path area S5 of the armature 5 represents the cross-sectional area of a portion connected to the small diameter section 5b of the large diameter section 5a, and the average magnetic path area S6 of the yoke 11 represents the average cross sectional area of the inner yoke 12.

【0038】図10は、ヨーク11の平均磁路面積S6
を一定としてアーマチュア5の最小磁路面積S5を変化
させたときの、面積比S5/S6に対する必要保持荷重
(単位:N)および保持銅損(単位:W)の一例を示し
ている。ここで、必要保持荷重は、ヨーク11がアーマ
チュア5を吸引保持するのに必要な保持荷重(吸引保持
力)である。同図に示すように、保持銅損は、面積比S
5/S6が「0.9」のときに極小値を示し、面積比S
5/S6が「0.95」以上のときに漸増するととも
に、「0.85」以下では、急激に増大する特性を有し
ている。また、必要保持荷重は、面積比S5/S6の減
少に伴って、すなわちアーマチュア5の質量の低下に伴
ってリニアに低下している。
FIG. 10 shows the average magnetic path area S6 of the yoke 11.
Shows an example of the required holding load (unit: N) and the holding copper loss (unit: W) with respect to the area ratio S5 / S6 when the minimum magnetic path area S5 of the armature 5 is changed while keeping the constant. Here, the necessary holding load is a holding load (suction holding force) required for the yoke 11 to hold the armature 5 by suction. As shown in FIG.
When 5 / S6 is "0.9", the minimum value is shown, and the area ratio S
When 5 / S6 is equal to or more than "0.95", the value gradually increases, and when "5 / S6" is equal to or less than "0.85", the value rapidly increases. Further, the required holding load decreases linearly as the area ratio S5 / S6 decreases, that is, as the mass of the armature 5 decreases.

【0039】上述したように、本実施形態の電磁式アク
チュエータ1では、面積比S5/S6が「0.9」に設
定されているので、保持銅損を極小値にすることができ
る。その結果、電気エネルギが吸引保持力に効率よく変
換されることによって、消費電力を効果的に低減するこ
とができる。また、面積比S5/S6を「0.9」と
し、アーマチュア5の質量を小さくしたので、必要保持
荷重を小さくすることができる。さらに、平均磁路面積
S6を一定として最小磁路面積S5を変化させることに
よって、アーマチュア5の平面寸法を変えることなく、
言い換えれば電磁石10の平面寸法を変えることなく、
上記効果を得ることができる。また、吸引保持力がある
程度の値でよい場合には、面積比S5/S6を「0.8
5〜0.95」の所定領域内の値に設定すれば、保持銅
損を極小値を含む、それに近い値に減少させることがで
き、上記と同様に消費電力を低減することができる。
As described above, in the electromagnetic actuator 1 of this embodiment, since the area ratio S5 / S6 is set to "0.9", the retained copper loss can be minimized. As a result, the electric energy is efficiently converted into the suction holding force, so that the power consumption can be effectively reduced. Further, since the area ratio S5 / S6 is set to “0.9” and the mass of the armature 5 is reduced, the required holding load can be reduced. Further, by changing the minimum magnetic path area S5 while keeping the average magnetic path area S6 constant, without changing the planar dimensions of the armature 5,
In other words, without changing the planar dimensions of the electromagnet 10,
The above effects can be obtained. If the suction holding force can be a certain value, the area ratio S5 / S6 is set to “0.8
If it is set to a value within the predetermined range of "5 to 0.95", the retained copper loss can be reduced to a value close to and including the minimum value, and the power consumption can be reduced in the same manner as described above.

【0040】なお、前述した各実施形態においては、ア
ーマチュア5を上下の電磁石10,10で交互に吸引す
ることにより、これを往復動させる例について説明した
が、アーマチュアを往復動させる構成は、これに限ら
ず、例えば1つの電磁石とコイルばねを用いたものでも
よい。また、電磁式アクチュエータ1を自動車用エンジ
ンの動弁装置に適用した例について説明したが、電磁式
アクチュエータ1はこれに限らず、例えばエンジンのE
GR管を開閉する弁や燃料噴射弁などはもとより、様々
な被駆動体を駆動するための駆動装置として用いること
が可能である。
In each of the embodiments described above, an example has been described in which the armature 5 is reciprocated by alternately attracting the armature 5 with the upper and lower electromagnets 10, 10. However, the present invention is not limited to this. For example, one using one electromagnet and a coil spring may be used. Also, an example in which the electromagnetic actuator 1 is applied to a valve train of an automobile engine has been described. However, the electromagnetic actuator 1 is not limited to this, and for example, the E
It can be used as a driving device for driving various driven members as well as a valve for opening and closing the GR tube, a fuel injection valve, and the like.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上のように、本発明の電磁式アクチュ
エータによれば、消費電力を低減することができる。
As described above, according to the electromagnetic actuator of the present invention, power consumption can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る内燃機関の電磁式
アクチュエータを示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an electromagnetic actuator of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)図1の電磁式アクチュエータの電磁石の
横断面図と(b)アーマチュアの平面図である。
2A is a cross-sectional view of an electromagnet of the electromagnetic actuator of FIG. 1, and FIG. 2B is a plan view of an armature.

【図3】アーマチュアおよび電磁石の分解斜視図であ
る。
FIG. 3 is an exploded perspective view of an armature and an electromagnet.

【図4】電磁式アクチュエータの平面的な配置を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a planar arrangement of an electromagnetic actuator.

【図5】ヨークのコイル室の幅および高さの寸法を示す
断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing dimensions of a width and a height of a coil chamber of the yoke.

【図6】電磁石の漏れ磁束および渦電流損と、コイル室
の幅および高さの比との関係の一例を示すグラフであ
る。
FIG. 6 is a graph showing an example of a relationship between a leakage magnetic flux and an eddy current loss of an electromagnet and a ratio of a width and a height of a coil chamber.

【図7】本発明の第2実施形態に係る電磁式アクチュエ
ータのインナーヨークの先端部およびアーマチュアの小
径部の先端部の絞られた形状を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a narrowed shape of a tip of an inner yoke and a tip of a small-diameter portion of an armature of an electromagnetic actuator according to a second embodiment of the present invention.

【図8】電磁石の保持銅損と、面積比S1/S2との関
係の一例を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing an example of the relationship between the retained copper loss of the electromagnet and the area ratio S1 / S2.

【図9】本発明の第3実施形態に係る電磁式アクチュエ
ータのヨークおよびアーマチュアの関係を示す断面図で
ある。
FIG. 9 is a sectional view showing a relationship between a yoke and an armature of an electromagnetic actuator according to a third embodiment of the present invention.

【図10】電磁石の必要保持荷重および保持銅損の、ア
ーマチュアの最小磁路面積S5とヨークの平均磁路面積
S6との面積比S5/S6に対する関係の一例を示すグ
ラフである。
FIG. 10 is a graph showing an example of a relationship between a required holding load and a holding copper loss of an electromagnet and an area ratio S5 / S6 between a minimum magnetic path area S5 of an armature and an average magnetic path area S6 of a yoke.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電磁式アクチュエータ 3 吸気弁 5 アーマチュア 10 電磁石 11 ヨーク 12 インナーヨーク 13 アウターヨーク 16 コイル 17 コイル室 D コイル室の幅 L コイル室の高さ D/L 縦横比(比) S5 アーマチュアの最小磁路面積 S6 ヨークの平均磁路面積 S5/S6 面積比 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electromagnetic actuator 3 Intake valve 5 Armature 10 Electromagnet 11 Yoke 12 Inner yoke 13 Outer yoke 16 Coil 17 Coil room D Coil room width L Coil room height D / L Aspect ratio (ratio) S5 Minimum magnetic path area of armature S6 Average magnetic path area of yoke S5 / S6 Area ratio

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いの間にコイル室を画成するインナー
ヨークおよびアウターヨークを有するヨークと、前記コ
イル室に収容されたコイルとを備えた電磁石と、 磁性体で構成され、前記電磁石の励磁によって前記ヨー
クに吸引されることにより前記ヨークに接触するととも
に、前記電磁石の励磁の中止によって前記ヨークから離
れるように往復動することにより駆動を行うためのアー
マチュアと、を備え、 前記インナーヨークおよび前記アウターヨークの間の間
隔である前記コイル室の幅と、前記ヨークに接触したと
きの前記アーマチュアの内面と前記コイル室の底面との
間の前記アーマチュアの往復動の方向に沿う間隔である
前記コイル室の高さとの比が、前記電磁石の渦電流損お
よび漏れ磁束の少なくとも一方の前記比に対する減少度
合が漸減するような所定値以上の値に設定されているこ
とを特徴とする電磁式アクチュエータ。
1. An electromagnet comprising: a yoke having an inner yoke and an outer yoke defining a coil chamber between each other; an electromagnet including a coil housed in the coil chamber; Armature for driving by being reciprocated away from the yoke by stopping the excitation of the electromagnet while being brought into contact with the yoke by being attracted to the yoke by the inner yoke and the armature. The width of the coil chamber, which is the distance between outer yokes, and the coil, which is the distance along the direction of reciprocation of the armature between the inner surface of the armature and the bottom surface of the coil chamber when contacting the yoke. The ratio between the chamber height and the eddy current loss and / or the leakage flux of the electromagnet is reduced with respect to the ratio. Electromagnetic actuator, characterized in that it is set to a predetermined value or more values, such as gradually decreases.
【請求項2】 ヨークおよびコイルを有する電磁石と、 磁性体で構成され、前記電磁石の励磁によって前記ヨー
クに吸引されることにより端部が前記ヨークの端部に接
触し且つ吸引保持されるとともに、前記電磁石の励磁の
中止によって前記ヨークから離れるように往復動するこ
とにより駆動を行うためのアーマチュアと、を備え、 前記ヨークおよび前記アーマチュアの前記端部はそれぞ
れ絞られていることを特徴とする電磁式アクチュエー
タ。
2. An electromagnet having a yoke and a coil, comprising: a magnetic material; and being attracted to the yoke by excitation of the electromagnet, an end of the electromagnet comes into contact with an end of the yoke and is attracted and held. An armature for driving by reciprocating away from the yoke by stopping excitation of the electromagnet, wherein the ends of the yoke and the armature are respectively narrowed. Type actuator.
【請求項3】 ヨークおよびコイルを有する電磁石と、 磁性体で構成され、前記電磁石の励磁によって前記ヨー
ク側に吸引されることにより前記ヨークに接触し且つ吸
引保持されるとともに、前記電磁石の励磁の中止によっ
て前記ヨークから離れるように往復動することにより駆
動を行うためのアーマチュアと、を備え、 前記アーマチュアの最小磁路面積と前記ヨークの平均磁
路面積との面積比が、前記電磁石の保持銅損が当該面積
比に対して極小値を示す値を含む、その近傍の所定領域
内の値になるように設定されていることを特徴とする電
磁式アクチュエータ。
3. An electromagnet having a yoke and a coil, which is made of a magnetic material, is attracted to the yoke by excitation of the electromagnet, and is brought into contact with the yoke and is attracted and held. An armature for driving by reciprocating away from the yoke by stopping, an area ratio between a minimum magnetic path area of the armature and an average magnetic path area of the yoke is equal to a holding copper of the electromagnet. An electromagnetic actuator characterized in that the loss is set to a value in a predetermined area near the area including a value indicating a minimum value with respect to the area ratio.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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