JP2006524775A5 - - Google Patents

Claims (23)

1. 永久磁石手段を備えるロータがステータ内で回転可能であり、ステータが、ステータに関連付けられた少なくとも１本の巻線に電流を通電することによって磁化し得る、電磁アクチュエータであって、ロータは、ロータに作用する磁力および／またはばねの力により規定される安定した静止位置の間で回転可能であり、ばね手段は、ロータの運動の一部の間にエネルギを蓄積し、その後の運動中にロータを１つの静止位置における静止から別の静止位置に加速するための運動エネルギを提供し、前記少なくとも１本の巻線内に電流が流れると、その静止位置にロータを保持する力に打ち勝つのに十分な磁気トルクがロータに加えられ、その静止位置から別の静止位置に向かう方向にロータを回転させ、ロータは、ロータの回転運動を実質上線形運動に変換する機械的連結によってスラスト部材に接続され、連結は、ロータの回転中に予め規定された態様で変化する機械的特徴を有する、電磁アクチュエータ。
2. ロータが、その各々がロータに作用する磁力および／またはばねの力により規定される２つの安定した静止位置のみを有し、第１のばね手段は、一方の静止位置に向かうロータの運動中にエネルギを蓄積して、その静止位置から他方の静止位置に向けてロータを加速するための運動エネルギを提供し、第２のばね手段は、ロータがその他方の静止位置に向かって回転する際にエネルギを蓄積し、ロータが前記他方の静止位置からその当初の静止位置に向かって逆向きに動く際に、ロータに作用する加速力を提供する、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. ロータの静止位置に関連付けられたばね手段にエネルギが蓄積されるにつれて、ロータが結果的に減速し、それによってその回転速度が（したがって、スラスト部材および連結の線形速度もまた）、ロータが静止位置に接近するにつれて徐々に下がる、請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 機械的特徴のプロファイルは、一方の静止位置付近でのロータの角運動が、スラスト部材の線形運動を実質的に生じないようなものである、請求項１、２、または３に記載のアクチュエータ。
5. ステータは偶数個の磁極を有し、ロータは、永久磁石手段によってロータの周囲でＮとＳとに交互に磁化される偶数個のノードを有する、請求項１から４のいずれかに記載のアクチュエータ。
6. 機械的連結は、ロータとスラスト部材との間に空転接続を含み、この空転接続は、ロータの回転の一部の間に生じる、請求項２から５のいずれかに記載のアクチュエータ。
7. ロータは、その一方の静止位置から１８０°を超えて回転しないようにされ、ロータの運動は、２つの静止位置の間における振動性の運動である、請求項１から６のいずれかに記載のアクチュエータ。
8. ロータは、その一方の静止位置から３６０°回転することができ、電流パルスは、ロータが１８０°の位置を通って回転する際にロータを一時停止または減速させるように使用時に制御される、請求項１から６のいずれかに記載のアクチュエータ。
9. ロータは３つ以上の静止位置を有し、電流パルスは、その当初の静止位置と他の静止位置の任意の１つとの間でロータを振動させるように使用時に制御される、請求項１から６のいずれかに記載のアクチュエータ。
10. 内燃機関の入口弁または排気弁を開放および閉鎖するために使用される際に、弁の閉鎖位置に対応する静止位置は主静止位置と呼ばれ、機械的特徴のプロファイルは、弁が開き始めるロータの回転位置において高度な機械的特徴を生じるように選択され、弁が最初に開いた後、このプロファイルは、弁が全開するまでに機械的特徴が徐々に減少してその後また徐々に増大するようなものであり、ロータがその主静止位置に接近して弁が再びその当初の閉鎖位置に戻るまで、ロータが反対の向きにまたは同じ向きの回転を継続することのいずれかによってその当初の主静止位置に向けて回転するのに伴い、機械的特徴は最小値まで再び減少してから再び増大し、ロータは、その位置を超えてその主静止位置に到達するまで、空転接続によって運動が弁に伝達されない状態で回転し続ける、請求項１から９のいずれかに記載のアクチュエータ。
11. ロータが回転するにつれて永久磁石手段もまた回転し、ロータのノードがステータの磁極にアライメントされると磁性のコギングトルクを生じ、ロータに対して複数の第２の副静止位置を規定する、請求項１から１０のいずれかに記載のアクチュエータ。
12. ロータがその主静止位置から第２の静止位置の１つに回転して戻ってくるようにするか、または、同一方向に回転し続けている間に第２の主静止位置を通って主静止位置に戻るよう回転させるように電力が制御され、それによって弁は、異なる期間にわたって部分的にまたは完全に開き、エンジンのさまざまな動作条件に沿うことができる、請求項１１に記載のアクチュエータ。
13. 内燃機関の弁を開放および閉鎖するために使用される際に、スラスト部材は弁のクロージャ部材に接続されて、開く方向および閉じる方向の両方に弁のクロージャ部材を確実動作によって動かし、それにより、弁を閉じた状態に保持するための別個のばねが必要ではなくなる、請求項１から１２のいずれかに記載のアクチュエータ。
14. 巻線または各巻線に電気エネルギのパルスを供給するための制御システムと組合わさることにより、変化するエンジン負荷に応答して、各電流パルスにおいて必要とされる瞬間的な電気エネルギを提供し、および／または、各電流パルスの位相（すなわちタイミング）および／または持続期間を制御し、それによって弁の開放および閉鎖中において各瞬間に十分な磁気トルクを生成し、エンジン作動サイクル内の各時点において弁のクロージャ
    に作用し、かつ、負荷およびクランク角と共に変化してサイクルごとに変化し得る力に打ち勝つ、請求項１から１３のいずれかに記載のアクチュエータ。
15. ステータは、間隔をあけて配置されかつ電磁的に成極し得る８個の磁極を有し、ロータは、間隔をあけて配置されかつ永続的に磁化される４個のノードを有する、請求項１から１４のいずれかに記載のアクチュエータ。
16. ステータは、対向する２つの対に配置された４個の磁極を有し、ロータは使用時に、通常は、磁極の一方の対と部分的にアライメントされて静止し、ロータの初期運動は、ステータに連結された少なくとも１本の巻線を通る電流パルスによって生じ、それによってロータは、部分的にアライメントされた磁極から反発する、請求項１から１４のいずれかに記載のアクチュエータ。
17. ａ） 円形に配置されて半径方向の内側に方向付けられた４個の磁極を有するステータと、
    ｂ） １対の正反対の永久磁極を含み、かつ、その行程の２つの端部において或る静止位置から別の静止位置に１８０度まで、ステータの４個の磁極内で回転可能であるロータと、
    ｃ） ロータがその行程の２つの端部の各々まで回転すると機械的エネルギを蓄積する第１のばね要素と、
    ｄ） ロータの回転軸から横方向に、かつ、ロータの回転軸に対して平行に延びるものの、ロータの回転軸からずらされたピンと、
    ｅ） ピンに連結され、かつ、ロータの軸に対してやはり平行な軸を中心とした回転運動のために旋回可能に取付けられて、アクチュエータの外部に推力をかけるためのレバーと、
    ｆ） レバー内にアーチ形のスロットとを備え、このスロット内にピンが受けられ、このスロット内において、ピンはスロットを基準として摺動するだけでなくレバーに回転運動を伝達することもでき、ピンの角運動がレバーの角運動を生じる範囲はスロットの形状によって決定され、さらに、
    ｇ） レバーがその行程の２つの端部の各々まで回転すると機械的エネルギを蓄積する第２のばね要素と、
    ｈ） 電流が流れるとステータの４個の磁極の周囲にＮ極とＳ極とを交互に生じる少なくとも１本の巻線と、
    ｉ） ステータ、巻線、ロータ、レバー、およびばねが中に位置付けられ、かつ、その対向する端部が回転可能な部分に対する軸受を設ける筐体とを備え、
    ｊ） ロータの行程の一方の端部位置において、その位置から他方の位置に向かうロータの初期の回転または運動により、ピンとスロットとの間の相対摺動運動を生じた後に、ロータの連続回転が、ピンを介してレバーに伝達される、増大する回転駆動を生じ、それによってロータのその初期の回転運動中における機械的特徴が、ロータの行程の残りの部分における機械的特徴よりも実質的に大きくなるように、スロットの形状が選択される、請求項２に記載のアクチュエータ。
18. 巻線を短絡させて、生じた電流を、起動電流パルスとは反対の向きで巻線内に通電し、それによってステータの磁極の極性を逆転させて、ロータおよびそれに関連付けられた連結の運動エネルギを消失させることにより、ロータの運動が制動される、請求項１から１７のいずれかに記載のアクチュエータ。
19. ロータの制動は、巻線内の電流を逆転してトルクの方向を逆転させ、ロータを減速することによって行なわれる、請求項１から１７のいずれかに記載のアクチュエータ。
20. ａ） 円形に配置されて半径方向の内側に方向付けられた８個の磁極を有するステータを備え、各磁極は絶縁導体で巻き回されて各磁極に電磁石手段を生じ、さらに、
    ｂ） ２対の正反対の永久磁極を含むロータを備え、磁力の向きはロータの周囲においてＮ−Ｓ−Ｎ−Ｓと交互に変化し、それによってロータは、適切な引張りにより、３６０°回転可能であるか、または最初に一方方向に、次に反対方向に戻るよう回転可能であり、さらに、
    ｃ） ロータが主静止位置まで回転すると機械的エネルギを蓄積するばね要素と、
    ｄ） 管状のホイール要素により取巻かれ、ロータの回転軸から横方向に、かつ、ロータの回転軸に対して平行に延びるものの、ロータの回転軸からずらされたピンと、
    ｅ） ロータの軸に平行な軸の周囲に旋回可能に取付けられた第１のレバーと、
    ｆ） 第１のレバー内にアーチ形のスロットとを備え、このスロット内で、ホイールおよびピンが受けられ、このスロット内において、ホイールは、機械的特徴がロータの角度位置とともに変化するのに伴い、スロットを基準としてローリングまたは摺動することができるだけでなく、レバーに回転運動を伝達することもでき、ピンおよびホイールの角運動がレバーの角運動を生じる範囲は、スロットの形状により決定され、
    ｇ） 第１のレバーは、アクチュエータの外部に推力を伝達するためのクロスピン接合部を有し、さらに、
    ｈ） ロータから延びて第２のレバーに接触するスリーブを備え、
    ｉ） 第２のレバーは、アーチ形の接触面を有して形成され、それにより、摺動する球状の軸受手段によりばねを動かし、それによってばねの変位がロータの角度位置の関数となるようにし、
    ｊ） 第２のレバーのアーチ形の面は、主静止位置を規定し、それにより、主静止位置のいずれかの側におけるロータのわずかな角変位が、ばねの運動を生じないか、またはばねのさらなるわずかな変形を生じるようにし、かつ、ばねのより大きな運動により、ロータが主静止位置から実質的に１８０度移動するまでにばねの漸進的な除荷を生じるようにし、さらに、
    ｋ） ステータ、巻線、ロータのレバー、およびばねが中に位置付けられる筐体を備え、
    ｌ） 筐体は、ロータ、第１のレバー、および第２のレバーに対する軸受手段を設ける、請求項１に記載のアクチュエータ。
21. 弁のクロージャ部材は、弁を開放および閉鎖する両方の方向において確実動作により駆動される、請求項１１から２０のいずれかに記載の、アクチュエータと弁との組合せ。
22. 請求項１から２１のいずれかに記載のアクチュエータと嵌合すると排気弁を開放および閉鎖するための少なくとも１つの排気弁を有する、内燃機関。
23. その各々が請求項１から２１のいずれかに記載の対応する複数のアクチュエータと嵌合すると、それに関連付けられた弁を別個に開放および閉鎖するための複数の入口弁および排気弁を有する内燃機関。