JP2002147209A - 電磁アクチュエータ - Google Patents
電磁アクチュエータInfo
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Magnetically Actuated Valves (AREA)
Abstract
による負荷を排除することにより、応答性を向上するこ
とのできる電磁アクチュエータを提供する。 【解決手段】 可動体2と固定体3とを備える。可動体
2は、可動子20を有する。固定体3は、可動子20を
中立位置よりプラス側において移動させる第1のソレノ
イド31と、同じくマイナス側において移動させる第2
のソレノイド32とを有している。固定体3に各空気ば
ね室4,5が形成される。各空気ばね室4,5に対し可
動子20がほぼピストン状に往復移動可能に設けられ
る。
Description
の作動部材を駆動する電磁アクチュエータに関する。
うに、エンジンバルブ122を駆動するエンジンバルブ
駆動装置に用いた電磁アクチュエータ101が知られて
いる。電磁アクチュエータ101は、可動体102と固
定体103とコイルばね(第1のコイルばねという)1
04を備えている。可動体102は、可動子120とロ
ッド121とを有している。また、固定体103は、可
動子120を中立位置よりプラス側(図4において上
側)において移動させる第1のソレノイド131と、同
じくマイナス側(図4において下側)において移動させ
る第2のソレノイド132とを有している。また、コイ
ルばね104は、前記可動子120とその上方に対向す
るプレート135との間に設けられ、可動体102を図
4において下方へ付勢する。
131a,132aの間に永久磁石133が設けられて
いるとともに、両ソレノイド131,132のコア13
1b,132bの間に中間コア134が設けられてい
る。第2のソレノイド132のコア132bには、前記
ロッド121を案内する案内部材136が設けられてい
る。また、エンジンのシリンダヘッド107に設けたバ
ルブガイド108には、ポート107a(図4中、二点
鎖線参照)を開閉するエンジンバルブ122が、図4に
おいて上下方向に移動可能に支持されている。エンジン
バルブ122に設けたばね受け部材123とそれに対向
するシリンダヘッド107の部分107bとの間には、
エンジンバルブ122を閉じる方向(図4において上
方)へ付勢するコイルばね(第2のコイルばねという)
105が設けられている。
と、各ソレノイド131,132(詳しくはコイル13
1a,132a)に対する通電の制御によって、可動子
120が中立位置よりプラス側又はマイナス側において
移動される。また、可動子120のプラス側又はマイナ
ス側への移動時には、第1のコイルばね104又は第2
のコイルばね105が弾性変形を利用して圧縮され、可
動子120の移動速度が減速されることにより、可動子
120のストロークエンドでの衝撃が緩和される。
コイルばね104は、通常、金属材料で形成されている
いわゆる金属ばねである。したがって、可動子120を
有する可動体102に対し、第1のコイルばね104の
重量、及び、第1のコイルばね104の伸縮にともなう
摺動抵抗による負荷が加わることによって、応答性が低
下するという問題があった。
なされたものであり、本発明が解決しようとする課題
は、可動体に対する金属ばねの重量及び摺動抵抗による
負荷を排除することにより、応答性を向上することので
きる電磁アクチュエータを提供することにある。
明は、特許請求の範囲の請求項1に記載された構成を要
旨とする電磁アクチュエータである。このように構成す
ると、第1又は第2のソレノイドに対する通電を制御す
ることによって、可動子が中立位置よりプラス側又はマ
イナス側において移動される。また、固定体の空気ばね
室に対し可動子をほぼピストン状に往復移動可能に設け
たことにより、可動子のプラス側とマイナス側のうち少
なくとも一方への移動時において、空気ばね室の空気に
よるばね作用が得られる。したがって、従来の金属ばね
に代えて、空気ばね室の空気によりばね作用が得られる
から、可動体に対する金属ばねの重量及び摺動抵抗によ
る負荷を排除して応答性を向上することができる。
れた構成を要旨とする電磁アクチュエータである。この
ように構成すると、圧力調整手段によって空気ばね室の
空気圧を調整することができる。すなわち、高応答性が
要求されるときには、圧力調整手段により空気ばね室の
空気圧を高くし、空気ばね室の空気によるばね定数を高
くする。また、応答性が低くてもよいときには、圧力調
整手段により前記空気ばね室の空気圧を低くし、空気ば
ね室の空気によるばね定数を低くする。このように、空
気ばね室の空気によるばね定数を調整することによっ
て、応答性の幅を広げることができる。したがって、応
答性が低くてもよいときには、空気ばね室の空気による
ばね定数を低くすることによって、第1又は第2のソレ
ノイドに通電する電流を小さくすることができ、ひいて
は消費電力の低減に有利である。
れた構成を要旨とする電磁アクチュエータである。この
ように構成すると、圧力調整手段がエンジンの運転状況
に基づいて空気ばね室の空気圧を調整することにより、
エンジンの運転状況に応じた応答性が得られる。
る。本実施の形態では、図1に断面図で示すように、エ
ンジンバルブを駆動するエンジンバルブ駆動装置に用い
た電磁アクチュエータを例示する。図1に示される電磁
アクチュエータ1は、可動体(アーマチュアともいう)
2と固定体3とを備えている。
ルブ22とを有している。可動子20は、ほぼ四角柱状
に形成されている。可動子20は、固定体3の後述する
空間部(符号省略)に対し、軸方向(図1において上下
方向)に関し移動可能に設けられている。また、エンジ
ンのエンジンバルブ22のステム22aの上端部は、可
動子20の下部に連結されている。エンジンバルブ22
は、可動子20とともに移動し、エンジンのシリンダヘ
ッド7における吸気又は排気に係るポート7a(図1
中、二点鎖線参照)を開閉する。
第2のソレノイド32と永久磁石33と中間コア34と
ガイド部材36とシール部材38とを備えている。第1
のソレノイド31は、第1のコイル31aが第1のコア
31bに巻回されてなる。また、第2のソレノイド32
は、第2のコイル32aが第2のコア32bに巻回され
てなる。なお、第1のソレノイド31と第2のソレノイ
ド32とは、それぞれほぼ四角形ブロック状に形成され
ており、上下対称状に構成されている。また、第1のコ
イル31a及び第2のコイル32aは、それぞれほぼ四
角筒状に形成されている。
成されており、両ソレノイド31,32のコイル31
a,32aの間に設けられている。前記中間コア34
は、ほぼ四角形枠状に形成されており、永久磁石33の
外側において、両ソレノイド31,32のコア31b,
32bの間に設けられている。
ており、前記両ソレノイド31,32のコイル31a,
32a及び前記永久磁石33の内側面に沿って設けられ
ている。ガイド部材36は、前記可動子20を軸方向
(図1において上下方向)に関し案内する。ガイド部材
36と可動子20との間に存在する隙間は、ガイド部材
36に対し可動子20を移動可能とする大きさでありな
がら非常に小さい隙間に設定される。
(符号省略)は空気ばね室を形成している。その空気ば
ね室には、前記可動子20がピストン状に往復移動可能
に設けられている。その可動子20によって、前記空気
ばね室が上部の第1の空気ばね室4と第2の空気ばね室
5とに区画されている。前記第1のコア31bには、前
記ガイド部材36の内側に位置し、前記第1の空気ばね
室4に面する内側コア部31cが設けられている。前記
第2のコア32bには、前記ガイド部材36の内側に位
置し、前記第2の空気ばね室5に面する内側コア部32
cが設けられている。
ッド7上に設置されている。第2のコア32bの中央部
には、軸方向(図1において上下方向)に貫通する孔3
2dが設けられている。その孔32dに、前記エンジン
バルブ22のステム22aが摺動可能に挿入されてい
る。
32におけるコア32bの内側コア部32c内に対し前
記孔32dの回りに組込まれている。シール部材38
は、弾性を有しており、その弾性を利用して前記エンジ
ンバルブ22のステム22aに対し相対的に摺動可能に
かつ気密状態で接触している。
記第1の空気ばね室4と外部とを連通する第1のエア通
路31fが形成されている。前記第2のコア32bに
は、前記第2の空気ばね室5と外部とを連通する第2の
エア通路32fが形成されている。
ア配管41を介して第1のエアシリンダ40が接続され
ている。前記第2のエア通路32fには、第2のエア配
管51を介して第2のエアシリンダ50が接続されてい
る。各エアシリンダ40,50の伸縮作動によって、各
空気ばね室4,5に対しそれぞれ空気が給排気される。
なお、各エアシリンダ40,50に対する空気圧制御に
ついては後述する。
動を説明する。エンジンのエンジンキー(図示省略)が
オフのときには、永久磁石33の磁力によって可動子2
0が中立位置に保持されている(図1参照)。
がオンされると、第1のソレノイド31のコイル31a
が通電される。これによって、第1のソレノイド31に
発生した吸引力によって、永久磁石33の磁力が打ち消
されるとともに、可動子20がプラス側(図1において
上方)へ移動される。この移動時において、第1の空気
ばね室4の空気が圧縮されることによる「ばね作用」が
得られる。これによって、可動子20の移動速度が減速
されるため、可動子20のプラス側のストロークエンド
での第1のコア31bの内側コア部31cに対する可動
子20の衝突による衝撃が緩和される。
に達すると、エンジンバルブ22が閉じ終えるため、第
1のソレノイド31のコイル31aに対する通電が停止
される。この状態からエンジンバルブ22を開くには、
閉じるときと逆方向に第1のソレノイド31のコイル3
1aに通電する。これによって、第1のソレノイド31
に発生した吸引力、第1の空気ばね室4の空気の反発力
及び永久磁石33の磁力によって、可動子20が中立位
置へ移動される(図1参照)。
1aに対する通電が停止され、第2のソレノイド32の
コイル32aが通電される。これによって、第2のソレ
ノイド32に発生した吸引力によって、永久磁石33の
磁力が打ち消されるとともに、可動子20がマイナス側
(図1において下方)へ移動される。この移動時におい
て、第2の空気ばね室5の空気が圧縮されることによる
「ばね作用」が得られる。これによって、可動子20の
移動速度が減速されるため、可動子20のマイナス側の
ストロークエンドでの第2のコア32bの内側コア部3
2cに対する可動子20の衝突による衝撃が緩和され
る。
ドに達すると、エンジンバルブ22が開き終えるため、
第2のソレノイド32のコイル32aに対する通電が停
止される。この状態から再びエンジンバルブ22を閉じ
るには、開くときと逆方向に第2のソレノイド32のコ
イル32aに通電する。これによって、第2のソレノイ
ド32に発生した吸引力、第2の空気ばね室5の空気の
反発力及び永久磁石33の磁力によって、可動子20が
中立位置へ移動される(図1参照)。さらに、第2のソ
レノイド32のコイル32aに対する通電が停止され、
第1のソレノイド31のコイル31aが通電されること
によって、前にも述べたように、エンジンバルブ22が
閉じられる。この繰り返しによって、エンジンバルブ2
2が開閉される。
コイル31a及び第2のソレノイド32のコイル32a
に対する通電を制御することによって、可動子20が中
立位置よりプラス側又はマイナス側において移動され、
ひいてはエンジンバルブ22の開閉が制御される。
空気ばね室5の各空気圧は、第1のエアシリンダ40及
び前記第2のエアシリンダ50の伸縮作動によって調整
される。各エアシリンダ40,50に対する空気圧制御
について、図2のブロック図を参照して説明する。
に吸い込まれた空気は、空気圧縮機62によって圧縮さ
れる。その圧縮された空気は、ドライヤー63によって
乾燥され、錆の原因となる水分が除去された後、逆流を
防止する逆止弁64を通り、レギュレータ65で調圧さ
れてから、タンク66に貯蔵される。
制御弁67の作動によって、各エアシリンダ40,50
に供給される。圧縮制御弁67は、エンジン制御コンピ
ューター(ECU)70内のエレクトリック駆動ユニッ
ト(EDU)(図示省略)から発せられる信号を受けて
作動される。また、各エアシリンダ40,50の各空気
ばね室4,5に連通するエア配管41,51には、管内
の空気圧を検出する圧力センサ42,52がそれぞれ配
置されている。
度を検出するクランク角センサ71から出力されるクラ
ンク角信号を基にエンジン回転数を算出する。そして、
圧力センサ42,52から出力される空気圧信号から算
出される空気圧と、前記エンジン回転数に基づいて算出
される空気圧(各空気ばね室4,5の空気によるばね定
数(図3参照)が相当する)とを比較して、各空気ばね
室4,5に連通する各エア配管41,51の各空気圧が
所定のばね定数になるように圧縮制御弁67を作動させ
る。
数に基づいて算出される各空気ばね室4,5の空気によ
るばね定数は、例えば、図3の特性線図に基づいて決定
付けられる。図3において、横軸はエンジン回転数(r
pm)を示し、縦軸はばね定数(kgf/mm2)を示
している。図3の特性線CLから判るように、エンジン
回転数が高いほどばね定数は高くなり、エンジン回転数
が低いほどばね定数は低くなる。なお、第1のエアシリ
ンダ40及び第2のエアシリンダ50(図1参照)とそ
の各エアシリンダ40,50を伸縮作動させる空気圧制
御手段(図2参照)とにより、本明細書でいう圧力調整
手段が構成されている。
御弁67(図2参照)の作動によって、各エアシリンダ
40,50が伸縮作動される。これにより、各空気ばね
室4,5に対し空気が給排気され、各空気ばね室4,5
の空気圧がそれぞれ所定の空気圧(ばね定数)に調整さ
れる。すなわち、各空気ばね室4,5の空気圧が高くな
るとばね定数は高くなり、逆に各空気ばね室4,5の空
気圧が低くなると前記ばね定数は低くなる。
図1に示すように、固定体3の各空気ばね室4,5に対
し可動子20をほぼピストン状に往復移動可能に設けて
いる。これにより、可動子20のプラス側とマイナス側
のうち少なくとも一方への移動時において、各空気ばね
室4,5の空気によるばね作用が得られる。したがっ
て、従来の金属ばね(図4中、符号104参照)に代え
て、各空気ばね室4,5の空気によりばね作用が得られ
るから、可動体に対する金属ばねの重量及び摺動抵抗に
よる負荷を排除して応答性を向上することができる。
エアシリンダ50(図1参照)とその各エアシリンダ4
0,50を伸縮作動させる空気圧制御手段(図2参照)
とにより構成される圧力調整手段によって、各空気ばね
室4,5の空気圧を調整することができる。すなわち、
エンジン回転数が高く、高応答性が要求されるときに
は、圧力調整手段により各空気ばね室4,5の空気圧を
高くし、各空気ばね室4,5の空気によるばね定数を高
くする。また、エンジン回転数が低く、応答性が低くて
もよいときには、圧力調整手段により前記各空気ばね室
4,5の空気圧を低くし、各空気ばね室4,5の空気に
よるばね定数を低くする。このように、各空気ばね室
4,5の空気によるばね定数を調整することによって、
応答性の幅を広げることができる。
較して説明する。従来例における金属ばね(図4中、符
号104参照)のばね定数は一定である。このため、エ
ンジンの回転数(エンジン回転数という)のエンジン回
転数の全域において同じ応答性となる。したがって、エ
ンジン回転数全域にわたって確実な作動を得るために
は、エンジン回転数が高いときに要求される応答性に合
わせて、第1のソレノイド131のコイル131a(図
4参照)に電流を通電する必要がある。ところで、エン
ジン回転数が低いときは、エンジンの1回の作動サイク
ル(例えば、4サイクルエンジンではクランクシャフト
が2回転する)に要する時間が長いので、応答性を遅ら
せても問題は生じない。したがって、応答性が低くても
よいときには、ばね定数を低くすることによって、第1
又は第2のソレノイドに通電する電流を小さくすること
ができ、ひいては消費電力の低減に有利となる。
1(図4参照)では、前に述べたように、第1のコイル
ばね104のばね定数が一定であるため、第1のソレノ
イド131のコイル131aに対し通電する電流を小さ
くするにも限度がある。よって、消費電力の低減に限界
があった。これに対し、本実施の形態の電磁アクチュエ
ータ1(図1参照)によると、前に述べたように、応答
性が低くてもよいときには、各空気ばね室4,5の空気
によるばね定数を低くすることによって、第1又は第2
のソレノイド31,32(詳しくは、コイル31a,3
2a)に通電する電流を小さくすることができる。この
ため、消費電力の低減に有利となる。
エアシリンダ50(図1参照)とその各エアシリンダ4
0,50を伸縮作動させる空気圧制御手段(図2参照)
とにより構成される圧力調整手段が、エンジンの運転状
況(本実施の形態の場合、エンジン回転数)に基づいて
各空気ばね室4,5の空気圧を調整することができる。
これにより、エンジンの運転状況に応じた応答性が得ら
れる。
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更
が可能である。例えば、上記実施の形態では、エンジン
バルブ駆動装置に用いた電磁アクチュエータ1を説明し
たが、本発明の電磁アクチュエータ1は、エンジンバル
ブ22以外の種々の部品の駆動源として用いることがで
きる。また、可動子20と固定体3との間には、可動子
20の移動方向の少なくとも一方にばね定数を調整可能
な空気ばね室4又は5が設けられておればよい。したが
って、例えば可動子20の移動方向の他方にはコイルば
ね等の弾性部材を配置しても良い。また、各空気ばね室
4,5の空気によるばね定数は、上記実施の形態のよう
に連続的に調整するだけでなく、段階的に調整すること
も考えられる。また、圧力調整手段を備えた電磁アクチ
ュエータ1について説明したが、圧力調整手段を省略す
ることもできる。また、エンジンの運転状況は、エンジ
ン回転数に限定されるものではなく、例えば冷却水温、
車速等でもよい。また、永久磁石33を用いた電磁アク
チュエータ1について説明したが、永久磁石33は省略
することもできる。
クチュエータによれば、従来の金属ばねに代えて、空気
ばね室の空気によりばね作用が得られるから、可動体に
対する金属ばねの重量及び摺動抵抗による負荷を排除し
て応答性を向上することができる。
置に用いた電磁アクチュエータを示す断面図である。
線図である。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 可動体と固定体とを備え、 前記可動体は、可動子を有し、 前記固定体は、前記可動子を中立位置よりプラス側にお
いて移動させる第1のソレノイドと、同じくマイナス側
において移動させる第2のソレノイドとを有している電
磁アクチュエータであって、 前記固定体に空気ばね室が形成され、 前記空気ばね室に対し前記可動子がほぼピストン状に往
復移動可能に設けられていることを特徴とする電磁アク
チュエータ。 - 【請求項2】 請求項1記載の電磁アクチュエータであ
って、 空気ばね室の空気圧を調整可能な圧力調整手段を備えた
ことを特徴とする電磁アクチュエータ。 - 【請求項3】 請求項2に記載の電磁アクチュエータで
あって、 圧力調整手段は、エンジンの運転状況に基づいて空気ば
ね室の空気圧を調整することを特徴とするエンジンバル
ブ駆動装置に用いる電磁アクチュエータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000347268A JP2002147209A (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | 電磁アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000347268A JP2002147209A (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | 電磁アクチュエータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002147209A true JP2002147209A (ja) | 2002-05-22 |
Family
ID=18821030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000347268A Pending JP2002147209A (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | 電磁アクチュエータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002147209A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004044390A1 (en) * | 2002-11-12 | 2004-05-27 | Duckdive Pty. Limited | High speed solenoid valve |
JP2008271780A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-11-06 | Railway Technical Res Inst | パンタグラフ及びパンタグラフの追随特性向上方法 |
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-
2000
- 2000-11-14 JP JP2000347268A patent/JP2002147209A/ja active Pending
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