JP2007309259A - Solenoid-driven valve - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、一般的には、電磁駆動弁に関し、より特定的には、車両に搭載されるガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関の機関バルブを構成する電磁駆動弁に関する。 The present invention generally relates to an electromagnetically driven valve, and more particularly to an electromagnetically driven valve that constitutes an engine valve of an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine mounted on a vehicle.
従来の電磁駆動弁に関して、たとえば、米国特許第6467441号明細書には、電磁力とスプリングの弾性力との協働によって内燃機関のバルブが作動する電磁アクチュエータが開示されている(特許文献1)。特許文献1に開示された電磁アクチュエータは、ステムを有するバルブと、揺動アームとを備える。揺動アームは、サポートフレームに揺動自在に支持され、円筒形状に形成された第1端部と、ステムの先端に当接された第2端部とを有する。揺動アームの上下には、コアと、そのコアの周りに巻かれたコイルとからなる電磁石が配置されている。
Regarding a conventional electromagnetically driven valve, for example, US Pat. No. 6,467,441 discloses an electromagnetic actuator in which a valve of an internal combustion engine operates by cooperation of electromagnetic force and elastic force of a spring (Patent Document 1). . The electromagnetic actuator disclosed in
電磁アクチュエータは、揺動アームの第1端部に設けられ、バルブを開状態に向けて付勢するトーションバーと、ステムの外周に配置され、バルブを閉状態に向けて付勢する渦巻きばねとをさらに備える。電磁石で発生する電磁力と、トーションバーおよび渦巻きばねの弾性力とによって、揺動アームは、上下に配置された電磁石のコアに交互に引き寄せられる。 The electromagnetic actuator is provided at the first end of the swing arm, and a torsion bar that biases the valve toward the open state, and a spiral spring that is disposed on the outer periphery of the stem and biases the valve toward the closed state. Is further provided. The swing arm is alternately attracted to the cores of the electromagnets arranged above and below by the electromagnetic force generated by the electromagnet and the elastic force of the torsion bar and the spiral spring.
また、特開2003−83015号公報には、配線の過熱を解消しつつ、配電のためのスペースを小さくすることを目的とした内燃機関のバルブ駆動装置が開示されている(特許文献2)。また、特開平10−141028号公報には、着座制御の安定化を図り、プランジャが電磁石に着座する時の衝撃を低減させることを目的とした内燃機関の電磁駆動弁機構が開示されている(特許文献3)。 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-83015 discloses a valve drive device for an internal combustion engine that aims to reduce the space for power distribution while eliminating overheating of the wiring (Patent Document 2). Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-1441028 discloses an electromagnetically driven valve mechanism for an internal combustion engine for the purpose of stabilizing seating control and reducing impact when the plunger is seated on an electromagnet ( Patent Document 3).
また、特開2003−33674号公報には、カッターと廃棄物との衝突音を低く抑えること等を目的とした破袋機用カッターが開示されている(特許文献4)。また、独国特許出願公開第19608061号明細書には、開弁位置と閉弁位置との間で動作するアーマチャを備える電磁バルブが開示されている(特許文献5)。
上述の特許文献1に開示された電磁アクチュエータでは、電磁石のコアと揺動アームとを通る磁束流れが形成され、揺動アームを電磁石のコアに引き寄せる電磁力が発生する。この際、揺動アームの内部で磁気飽和を発生させないように、揺動アームの磁路面積を確保する必要がある。一方、磁路面積を確保するために揺動アームの厚みを大きくすると、揺動アームの重量が増える。このため、揺動アームが電磁石のコアに着座する際の打音が大きくなり、電磁アクチュエータの静粛性が損なわれるおそれが生じる。また、電磁アクチュエータの応答性が悪化するといった懸念や、揺動アームおよび電磁石のコアに加わる衝撃が大きくなり、耐久性が低下するといった懸念が生じる。
In the electromagnetic actuator disclosed in
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、静粛性の向上が図られる電磁駆動弁を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide an electromagnetically driven valve that can improve quietness.
この発明の1つの局面に従った電磁駆動弁は、電磁力と弾性力との協働により動作する。電磁駆動弁は、バルブを駆動させるアーマチャと、電磁石とを備える。アーマチャは、第1部位と第2部位とを含む。電磁石は、アーマチャに対向して配置され、アーマチャを引き寄せるコア部を含む。電磁石は、コア部とアーマチャとを通る磁束流れを形成し、アーマチャに電磁力を作用させる。アーマチャには、第2部位における磁路面積が第1部位における磁路面積よりも小さくなるように切り欠きが形成されている。切り欠きが形成されないアーマチャを想定した場合に、アーマチャに形成される磁束流れは、第1部位で相対的に大きい磁束密度を有し、第2部位で相対的に小さい磁束密度を有する。 An electromagnetically driven valve according to one aspect of the present invention operates by cooperation of electromagnetic force and elastic force. The electromagnetically driven valve includes an armature that drives the valve and an electromagnet. The armature includes a first part and a second part. The electromagnet is disposed to face the armature and includes a core portion that attracts the armature. The electromagnet forms a magnetic flux flow through the core portion and the armature, and applies an electromagnetic force to the armature. The armature is notched so that the magnetic path area at the second part is smaller than the magnetic path area at the first part. Assuming an armature in which notches are not formed, the magnetic flux flow formed in the armature has a relatively large magnetic flux density at the first portion and a relatively small magnetic flux density at the second portion.
このように構成された電磁駆動弁によれば、磁束流れに粗密が生じるアーマチャにおいて、磁束流れが疎となる第2部位の磁路面積が、磁束流れが密となる第1部位の磁路面積よりも小さくなるように切り欠きを形成する。これにより、アーマチャの内部で磁気飽和を発生させることなく、アーマチャの重量を減少させることが可能となる。この結果、アーマチャがコア部に引き寄せられた際に生じる打音を小さくし、電磁駆動弁の静粛性を向上させることができる。 According to the electromagnetically driven valve thus configured, in the armature in which the magnetic flux flow is dense and dense, the magnetic path area of the second part where the magnetic flux flow is sparse is the magnetic path area of the first part where the magnetic flux flow is dense. A notch is formed so as to be smaller. As a result, the weight of the armature can be reduced without causing magnetic saturation inside the armature. As a result, it is possible to reduce the hitting sound generated when the armature is attracted to the core portion, and to improve the quietness of the electromagnetically driven valve.
また好ましくは、電磁石は、コア部に巻回されるコイルをさらに含む。コア部とアーマチャとを通る磁束流れが、コイルを中心に周回するように形成される場合に、アーマチャは、コイルに対向する位置に第1部位を含み、コイルに対向する位置からずれた位置に第2部位を含む。このように構成された電磁駆動弁によれば、コイルに対向する位置に磁束流れが密となる領域が含まれ、コイルに対向する位置からずれた位置に磁束流れが疎となる領域が含まれる。 Preferably, the electromagnet further includes a coil wound around the core portion. When the magnetic flux flow passing through the core portion and the armature is formed so as to circulate around the coil, the armature includes the first portion at a position facing the coil, and is shifted from the position facing the coil. Includes a second site. According to the electromagnetically driven valve configured as described above, a region where the magnetic flux flow is dense is included at a position facing the coil, and a region where the magnetic flux flow is sparse is included at a position shifted from the position facing the coil. .
この発明の別の局面に従った電磁駆動弁は、電磁力と弾性力との協働により動作する。電磁駆動弁は、バルブを駆動させるアーマチャと、アーマチャに電磁力を作用させる電磁石と、電磁石を支持する支持部材とを備える。電磁石は、アーマチャに対向して配置され、アーマチャを引き寄せるコア部と、コア部を支持部材に固定する座部とを含む。座部は、弾性変形可能な形状を有する。 An electromagnetically driven valve according to another aspect of the present invention operates by cooperation of electromagnetic force and elastic force. The electromagnetically driven valve includes an armature that drives the valve, an electromagnet that applies an electromagnetic force to the armature, and a support member that supports the electromagnet. The electromagnet is disposed to face the armature, and includes a core portion that draws the armature and a seat portion that fixes the core portion to the support member. The seat has a shape that can be elastically deformed.
このように構成された電磁駆動弁によれば、アーマチャがコア部に引き寄せられた時に生じる衝撃を、座部が弾性変形することにより吸収できる。これにより、アーマチャとコア部との打音を小さくし、電磁駆動弁の静粛性を向上させることができる。 According to the electromagnetically driven valve configured as described above, an impact generated when the armature is attracted to the core portion can be absorbed by the elastic deformation of the seat portion. Thereby, the hitting sound between the armature and the core portion can be reduced, and the silence of the electromagnetically driven valve can be improved.
また好ましくは、アーマチャは、回転自在に支持された支持部と、バルブに連結された連結部とを含む。アーマチャは、支持部を中心に回動運動することによってバルブを往復運動させる。このように構成された電磁駆動弁によれば、アーマチャを回動運動させることによりバルブを往復運動させる回転駆動式の電磁駆動弁において、上述のいずれかに記載の効果を得ることができる。 Preferably, the armature includes a support portion rotatably supported and a connection portion connected to the valve. The armature reciprocates the valve by rotating around the support portion. According to the electromagnetically driven valve configured as described above, any of the above-described effects can be obtained in the rotationally driven electromagnetically driven valve that reciprocates the valve by rotating the armature.
また、支持部から距離Lだけ離れた位置でアーマチャに作用する電磁トルクTは、
T=(B2S/μ0)×L
B:上記位置における磁束流れの磁束密度
S:上記位置の磁路面積
μ0:空気の透磁率
の式で表わされる。好ましくは、コア部の形状は、上記の式から導出される電磁トルクTが最大値となるように決定される。このように構成された電磁駆動弁によれば、磁気飽和に起因する磁束密度の上げ止まりを考慮して、アーマチャに作用する電磁トルクTが最大値となるようにコア部の形状を決定する。これにより、十分に大きい駆動力が得られる電磁駆動弁を実現することができる。
Further, the electromagnetic torque T acting on the armature at a position away from the support portion by the distance L is
T = (B 2 S / μ 0 ) × L
B: Magnetic flux density of magnetic flux flow at the above position S: Magnetic path area at the above position μ 0 : Expressed by air permeability. Preferably, the shape of the core portion is determined so that the electromagnetic torque T derived from the above formula has a maximum value. According to the electromagnetically driven valve configured as described above, the shape of the core portion is determined so that the electromagnetic torque T acting on the armature becomes the maximum value in consideration of the increase in the magnetic flux density caused by the magnetic saturation. Thereby, an electromagnetically driven valve capable of obtaining a sufficiently large driving force can be realized.
また好ましくは、コア部は、アーマチャと対向する吸着面を有する。アーマチャは、吸着面と対向する表面と、表面から連なり、吸着面と対向しない端面とをさらに含む。コア部は、吸着面から突出し、端面との間に隙間を設けて配設された突起部をさらに有する。 Preferably, the core portion has a suction surface facing the armature. The armature further includes a surface facing the suction surface and an end surface that is continuous from the surface and does not face the suction surface. The core portion further has a protruding portion that protrudes from the adsorption surface and is disposed with a gap between the core portion and the end surface.
このように構成された電磁駆動弁によれば、コア部に引き寄せられたアーマチャがコア部から離脱する際、アーマチャをコア部に引き寄せようとする逆起電力が発生する。これに対して、コア部に突起部を設けることにより、アーマチャがコア部から離脱する際、コア部、アーマチャおよび突起部を通る磁束流れが形成され、逆起電流の発生が抑制される。したがって、端面および突起部の間の隙間の大きさを調整することにより、コア部から離脱するアーマチャの動きを適切に制御することができる。 According to the electromagnetically driven valve configured as described above, when the armature attracted to the core part is detached from the core part, a counter electromotive force is generated to attract the armature to the core part. On the other hand, by providing a protrusion on the core part, when the armature is detached from the core part, a magnetic flux flow is formed through the core part, the armature and the protrusion part, and the occurrence of a back electromotive current is suppressed. Therefore, by adjusting the size of the gap between the end face and the protrusion, it is possible to appropriately control the movement of the armature that separates from the core.
また好ましくは、電磁駆動弁は、支持部に設けられ、アーマチャに弾性力を作用させるトーションバーをさらに備える。アーマチャは、ばね鋼から形成されている。トーションバーとアーマチャとが一体に形成されている。このように構成された電磁駆動弁によれば、部品点数の削減を通じて、電磁駆動弁の製造コストを抑えることができる。 Preferably, the electromagnetically driven valve further includes a torsion bar that is provided in the support portion and applies an elastic force to the armature. The armature is formed from spring steel. A torsion bar and an armature are integrally formed. According to the electromagnetically driven valve configured as described above, the manufacturing cost of the electromagnetically driven valve can be suppressed through the reduction of the number of parts.
また好ましくは、コア部は、ばね鋼から形成されている。このように構成された電磁駆動弁によれば、アーマチャがコア部に引き寄せられた時に生じる衝撃を、ばね鋼から形成されたコア部より吸収することができる。これにより、電磁駆動弁の静粛性をより効果的に向上させることができる。 Preferably, the core part is formed from spring steel. According to the electromagnetically driven valve configured as described above, an impact generated when the armature is attracted to the core portion can be absorbed from the core portion formed of spring steel. Thereby, the silence of an electromagnetically driven valve can be improved more effectively.
また好ましくは、コア部は、アーマチャと対向し、アーマチャと衝突を繰り返す吸着面を有する。その吸着面には、熱処理が施されている。このように構成された電磁駆動弁によれば、コア部の吸着面を熱処理によって硬化させ、コア部の耐摩耗性を向上させることができる。 Preferably, the core portion has a suction surface that faces the armature and repeatedly collides with the armature. The adsorption surface is subjected to heat treatment. According to the electromagnetically driven valve configured as described above, the adsorption surface of the core portion can be cured by heat treatment, and the wear resistance of the core portion can be improved.
また好ましくは、アーマチャは、ばね鋼から形成されている。アーマチャは、コア部と対向し、コア部と衝突を繰り返す表面を含む。その表面には、熱処理が施されている。このように構成された電磁駆動弁によれば、アーマチャの表面を熱処理によって硬化させ、アーマチャの耐摩耗性を向上させることができる。 Preferably, the armature is made of spring steel. The armature includes a surface that faces the core portion and repeatedly collides with the core portion. The surface is heat-treated. According to the electromagnetically driven valve configured as described above, the surface of the armature can be hardened by heat treatment, and the wear resistance of the armature can be improved.
以上説明したように、この発明に従えば、静粛性の向上が図られる電磁駆動弁を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electromagnetically driven valve that can improve quietness.
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings referred to below, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals.
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1における電磁駆動弁を示す断面図である。本実施の形態における電磁駆動弁は、車両に搭載されるガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関の機関バルブ(吸気弁または排気弁)を構成している。本実施の形態では、電磁駆動弁が排気弁を構成している場合について説明を行なうが、吸気弁を構成する場合であっても、電磁駆動弁は、同様の構造を備える。
(Embodiment 1)
1 is a cross-sectional view showing an electromagnetically driven valve according to
図1を参照して、電磁駆動弁10は、電磁力と弾性力との協働によって駆動する回転駆動式の電磁駆動弁である。
Referring to FIG. 1, an electromagnetically driven
電磁駆動弁10は、一方向に延びるステム11を含むバルブ14と、作用された電磁力および弾性力によって中心軸25を中心に揺動運動するディスク21と、ディスク21に電磁力を作用させる電磁石51mおよび51nと、ディスク21に弾性力を作用させるトーションバー31とを備える。バルブ14は、ディスク21の揺動運動を受けて、ステム11が延びる方向(矢印101に示す方向)に往復運動する。
The electromagnetically driven
バルブ14は、排気ポート16が形成されたシリンダヘッド18に搭載されている。排気ポート16から燃焼室17に連通する位置には、バルブシート19が設けられている。バルブ14は、ステム11の先端に形成された傘部12をさらに含む。バルブ14の往復運動に伴って、傘部12がバルブシート19に密着したり、バルブシート19から離脱することによって、排気ポート16の開閉が行なわれる。本実施の形態では、ステム11が上昇することによって、バルブ14が閉弁位置へと位置決めされ、ステム11が下降することによって、バルブ14が開弁位置へと位置決めされる。
The
電磁駆動弁10には、ステム11を軸方向に摺動可能なように案内するバルブガイド41および42が設けられている。バルブガイド41および42は、ステム11との高速摺動に耐えられるように、たとえば、ステンレスなどの金属から形成されている。
The electromagnetically driven
ステム11の外周上には、鍔状のロアリテーナ44によりロアスプリング43が支持されている。ロアスプリング43は、コイルばねから形成されている。ロアスプリング43は、ステム11を上昇させる方向の弾性力をバルブ14に作用させている。
A
図2は、図1中の電磁石を示す斜視図である。図1および図2を参照して、シリンダヘッド18の頂面上には、支持台48が固定されている。支持台48には、電磁石51mおよび51nが支持されている。電磁石51mおよび電磁石51nは、ディスク21の上下にそれぞれ配置されている。
FIG. 2 is a perspective view showing the electromagnet in FIG. With reference to FIGS. 1 and 2, a
電磁石51mは、コイル53およびコア部52を含む。コア部52は、中心軸25に直交する平面で切断された場合に、略E字状の断面形状を有する。コア部52は、基部52gと、互いに間隔を隔てて設けられ、基部52gからディスク21に向けて延伸する第1延伸部52k、第2延伸部52hおよび第3延伸部52jとを有する。第1延伸部52kと中心軸25との間の距離は、第3延伸部52jと中心軸25との間の距離よりも大きい。第2延伸部52hと中心軸25との間の距離は、第1延伸部52kと中心軸25との間の距離よりも小さく、第3延伸部52jと中心軸25との間の距離よりも大きい。コイル53は、第2延伸部52hに巻回されている。中心軸25に沿った方向のコア部52の長さ、つまりコア部52の奥行きは、一定である。電磁石51nは、電磁石51mと同様の形状を有する。
The
電磁石51mのコア部52は、ディスク21に対向する吸着面52mを有する。電磁石51nのコア部52は、ディスク21に対向する吸着面52nを有する。吸着面52mと吸着面52nとの間には、ディスク21が揺動する空間が形成されている。
The
コア部52は、磁性材料から形成されており、本実施の形態では、積層された複数の電磁鋼板から形成されている。コア部52は、電磁鋼板以外の磁性材料、たとえば磁性粉末の圧粉体から形成されても良い。電磁石51mのコイル53と、電磁石51nのコイル53とは、連続する単一のコイル線から形成されても良いし、別々のコイル線から形成されても良い。
The
図3は、図1中のディスクを示す斜視図である。図1および図3を参照して、支持台48には、さらにディスク21が支持されている。ディスク21は、磁性材料から形成されている。ディスク21は、支持部23と連結部22とを含む。支持部23には、中心軸25が規定されている。ディスク21は、支持部23から連結部22に向けてステム11に交差する方向に延びている。
FIG. 3 is a perspective view showing the disk in FIG. With reference to FIGS. 1 and 3, the
ディスク21は、吸着面52mに対向する表面21aと、吸着面52nに対向する表面21bとを含む。表面21aおよび21bは、支持部23と連結部22との間に形成されている。
The
支持部23には、貫通孔24が形成されている。貫通孔24には、トーションバー31が圧入されている。トーションバー31は、中心軸25に沿って延びている。支持部23は、トーションバー31を介して支持台48に回転自在に支持されている。連結部22には、傘部12が形成された先端とは反対側のステム11の先端11cが連結されている。
A through
トーションバー31は、中心軸25を中心に反時計周りに回転させる方向の弾性力をディスク21に作用させている。つまり、トーションバー31は、ディスク21を介してステム11を下降させる方向の弾性力をバルブ14に作用させている。電磁力がディスク21に作用していない状態で、ディスク21は、ロアスプリング43およびトーションバー31の弾性力によって、開弁側の揺動端と閉弁側の揺動端との中間位置に位置決めされる。
The
電磁石51mのコイル53に電流が供給されると、電磁石51mのコア部52とディスク21とを通る磁束流れが形成される。これにより、電磁石51mは、ディスク21を吸着面52mに引き寄せる電磁力を発生させる。また、電磁石51nのコイル53に電流が供給されると、電磁石51nのコア部52とディスク21とを通る磁束流れが形成される。これにより、電磁石51nは、ディスク21を吸着面52nに引き寄せる電磁力を発生させる。
When a current is supplied to the
このような構成により、電磁石51mおよび51nで発生する電磁力と、ロアスプリング43およびトーションバー31の弾性力とによって、ディスク21を中心軸25を中心に揺動させ、バルブ14を往復運動させる。ディスク21が吸着面52mに引き寄せられると、ステム11が上昇し、バルブ14が閉弁位置へと位置決めされる。ディスク21が吸着面52nに引き寄せられると、ステム11が下降し、バルブ14が開弁位置へと位置決めされる。
With such a configuration, the
図4は、図1中のディスクおよびコア部に形成される磁束流れを示す断面図である。図中には、電磁石51mに引き寄せられるディスク21が示されている。なお、以下では、代表的に電磁石51mについてのみ説明を行なうが、電磁石51nについても同様である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the magnetic flux flow formed in the disk and the core portion in FIG. In the figure, the
図3および図4を参照して、ディスク21が電磁石51mに引き寄せられる時、コイル53に電流が供給されることによって、コア部52およびディスク21の間に磁束流れが形成される。磁束は、基部52g、第2延伸部52h、ディスク21および第1延伸部52kにより構成される環状経路を流れながら、コイル53の周りを周回する。磁束は、基部52g、第2延伸部52h、ディスク21および第3延伸部52jにより構成される環状経路を流れながら、コイル53の周りを周回する。
3 and 4, when the
ディスク21は、第1部位26と、第2部位27および28とを含む。第1部位26と、第2部位27および28とは、互いに中心軸25から異なる距離だけ離れた位置に設けられている。ディスク21は、コイル53に対向する位置に第1部位26を含み、コイル53に対向する位置からずれた位置に第2部位27および28を含む。ディスク21は、第1延伸部52kに対向する位置に第2部位28を含み、第2延伸部52hに対向する位置に第2部位27を含む。
The
中心軸25と第2部位28との間の距離は、中心軸25と第2部位27との間の距離よりも大きい。中心軸25と第1部位26との間の距離は、中心軸25と第2部位28との間の距離よりも小さく、中心軸25と第2部位27との間の距離よりも大きい。第2部位28は、連結部22に隣接して設けられている。第1部位26の両側に、第2部位27と第2部位28とが設けられている。
The distance between the
ディスク21には、第2部位27および28における磁路面積S2およびS3が、第1部位26における磁路面積S1よりも小さくなるように、切り欠きが形成されている。磁路面積S1〜S3は、支持部23から連結部22に向かう方向に直交する平面で切断した場合のディスク21の断面積である。表面21aと表面21bとの間の長さをディスク21の厚みTと呼ぶ場合に、ディスク21には、第2部位27および28における厚みが、第1部位26における厚みよりも小さくなるように、切り欠きが形成されている。
The
切り欠きが形成されることにより、表面21aおよび21bは、それぞれ、同一平面上に延在しない。表面21aおよび21bは、それぞれ、支持部23から連結部22に向けて屈曲しながら延在する。表面21aおよび21bは、それぞれ、支持部23から連結部22に向けて湾曲しながら延在しても良い。
By forming the notches, the
図5は、切り欠きが形成されていない場合のディスクの形状を示す断面図である。図5を参照して、図4中のディスク21に切り欠きが形成されていない形状を有するディスク21yを想定した場合に、表面21aおよび21bは、それぞれ同一平面上に延在する。ディスク21の厚みTは、支持部23から連結部22に向けて単調に減少する。切り欠きが形成されていない場合、第1部位26における磁路面積は、S1である。第2部位27における磁路面積S4は、第1部位26における磁路面積S1よりも大きい。第1部位26における磁路面積S1は、第2部位28における磁路面積S5よりも大きい。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the shape of the disc when notches are not formed. Referring to FIG. 5, when assuming a
このような形状を有するディスク21yに磁束流れが形成された場合、その磁束流れは、第1部位26において相対的に大きい磁束密度を有し、第2部位27および28において相対的に小さい磁束密度を有する。本実施の形態では、第2部位27および28における磁路面積S4およびS5を減少させるようにディスク21yに切り欠きが形成され、図4中のディスク21が得られる。これにより、ディスク21の内部で磁気飽和を発生させることなく、ディスク21の重量を低減させることができる。
When a magnetic flux flow is formed on the
この発明の実施の形態1における電磁駆動弁10は、バルブ14を駆動させるアーマチャとしてのディスク21と、電磁石51mおよび51nとを備える。ディスク21は、第1部位26と第2部位27および28とを含む。電磁石51mおよび51nは、ディスク21に対向して配置され、ディスク21を引き寄せるコア部52を含む。電磁石51mおよび51nは、コア部52とディスク21とを通る磁束流れを形成し、ディスク21に電磁力を作用させる。ディスク21には、第2部位27および28における磁路面積S2およびS3が第1部位26における磁路面積S1よりも小さくなるように切り欠きが形成されている。切り欠きが形成されないディスク21yを想定した場合に、ディスク21yに形成される磁束流れは、第1部位26で相対的に大きい磁束密度を有し、第2部位27および28で相対的に小さい磁束密度を有する。
The electromagnetically driven
ディスク21は、コア部52と対向し、コア部52と衝突を繰り返す表面21aおよび21bを含む。切り欠きが形成されないディスク21yでは、表面21aおよび21bがそれぞれ同一平面上で延在する。切り欠きが形成されたディスク21では、表面21aおよび21bがそれぞれ同一平面上に延在しない。
The
このように構成された、この発明の実施の形態1における電磁駆動弁10によれば、ディスク21の重量を低減させることにより、ディスク21とコア部52との打音を小さく抑えることができる。これにより、電磁駆動弁10の静粛性を向上させることができる。また、消費電力および遷移時間の低減を図るとともに、耐久性の向上を図ることができる。特に本実施の形態では、ディスク21の回転中心である中心軸25から遠い位置に第2部位27および28が設定されているため、これらの効果をより有効に得ることができる。
According to the electromagnetically driven
(実施の形態2)
この発明の実施の形態2における電磁駆動弁は、実施の形態1における電磁駆動弁と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
(Embodiment 2)
The electromagnetically driven valve according to the second embodiment of the present invention basically has the same structure as the electromagnetically driven valve according to the first embodiment. Hereinafter, the description of the overlapping structure will not be repeated.
図6は、コア部の磁路幅と、磁束密度および電磁トルクとの関係を示すグラフである。図4および図6を参照して、中心軸25から距離Lだけ離れた位置でディスク21に作用する電磁トルクをT、その位置の磁束密度をB、磁路面積をS、空気の透磁率をμ0とした場合、電磁トルクTは、
T=(B2S/μ0)×L
の式で表わされる。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the magnetic path width of the core portion, the magnetic flux density, and the electromagnetic torque. 4 and 6, the electromagnetic torque acting on the
T = (B 2 S / μ 0 ) × L
It is expressed by the following formula.
コア部52の奥行きを一定とすると、磁路面積Sとコア部52の磁路幅Dとは、比例関係を有する。この場合、より大きい電磁トルクをディスク21に作用させるためには、磁束密度Bおよび磁路幅Dを大きくする必要がある。磁路幅Dを減少させていくと磁束密度Bが増大していくが、磁気飽和に近づくと、磁束密度Bの増大の割合は減少していく。このため、上式から電磁トルクTが最大となる磁路幅Dbが得られる。本実施の形態では、上式から算出された磁路幅Dbが、中心軸25から距離Lだけ離れた位置のコア部52の幅寸法とされている。
If the depth of the
このように構成された、この発明の実施の形態2における電磁駆動弁によれば、実施の形態1に記載の効果を同様に得ることができる。加えて、コア部52の磁路幅、磁路位置を最適値に設定することで、ディスク21により大きい電磁力を作用させることができる。また延いては、電磁石51mおよび51nで消費される電力を低減することができる。
According to the electromagnetically driven valve according to the second embodiment of the present invention configured as described above, the effects described in the first embodiment can be similarly obtained. In addition, a larger electromagnetic force can be applied to the
(実施の形態3)
図7および図8は、この発明の実施の形態3における電磁駆動弁を示す断面図である。図7中には、吸着面52mに引き寄せられたディスク21が示されている。図8中には、吸着面52mから離脱しようとするディスク21が示されている。本実施の形態における電磁駆動弁は、実施の形態1における電磁駆動弁10と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
(Embodiment 3)
7 and 8 are cross-sectional views showing an electromagnetically driven valve according to
図7を参照して、ディスク21は、端面21cをさらに含む。端面21cは、吸着面52mおよび52nに向い合わない。端面21cは、表面21aから連なる。端面21cは、表面21aと表面21bとの間で延在する。端面21cは、支持部23から連結部22に向けて延びるディスク21の先端側に設けられている。
Referring to FIG. 7,
本実施の形態では、コア部52が、突起部56をさらに含む。突起部56は、吸着面52mから突出するように設けられている。突起部56は、端面21cと隙間を設けて配設されている。突起部56は、第1延伸部52kに隣接して設けられている。
In the present embodiment,
図9は、比較のため、コア部に突起部が設けられていない場合にディスクおよびコア部に形成される磁束流れを示す断面図である。図9中には、吸着面52mから離脱しようとするディスク21が示されている。
For comparison, FIG. 9 is a cross-sectional view showing the magnetic flux flow formed in the disk and the core when no protrusion is provided on the core. FIG. 9 shows the
図9を参照して、ディスク21が吸着面52mから離脱しようとする時、ディスク21およびコア部52の内部には、逆起電流が流れる。この逆起電流により、ディスク21を吸着面52mに引き寄せる逆起電力が発生し、吸着面52mから離脱しようとするディスク21の動きが妨げられる。
Referring to FIG. 9, when the
図8を参照して、本実施の形態では、コア部52に突起部56を設けることにより、ディスク21が吸着面52mから離脱しようとする時に、コイル53の周りに、基部52g、第2延伸部52h、ディスク21、突起部56および第1延伸部52kにより構成される環状の磁気回路が形成される。これにより、逆起電流の発生が抑制される。
Referring to FIG. 8, in the present embodiment, by providing a
図10は、端面および突起部間の隙間の大きさと、電磁力および逆起電流との関係を示すグラフである。図10を参照して、端面21cと突起部56との間の隙間の大きさXが小さいほど、上述の逆起電流の発生は抑制される。一方、図7中に示すディスク21が吸着面52mに引き寄せられた状態で、隙間の大きさXが小さいと、ディスク21から突起部56に向けて漏洩する磁束流れに起因して、ディスク21を吸着面52mに引き寄せる電磁力Fが低減する。これらの点を考慮して、隙間の大きさが決定される。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the size of the gap between the end face and the protrusion, the electromagnetic force, and the counter electromotive current. Referring to FIG. 10, the smaller the size X of the gap between the
このように構成された、この発明の実施の形態3における電磁駆動弁によれば、実施の形態1に記載の効果を同様に得ることができる。加えて、逆起電流が許容される範囲で隙間の大きさを設定し、ディスク21の揺動初期における制御性を向上させることができる。
According to the electromagnetically driven valve in the third embodiment of the present invention configured as described above, the effect described in the first embodiment can be obtained in the same manner. In addition, the size of the gap can be set within a range where the back electromotive force is allowed, and the controllability at the initial stage of the swing of the
(実施の形態4)
図11は、この発明の実施の形態4における電磁駆動弁を示す断面図である。図11中には、図1中のXI−XI線上に沿った位置に相当するディスク21の断面形状が示されている。図12は、図11中の2点鎖線XIIで囲まれた位置のディスクを示す斜視図である。本実施の形態における電磁駆動弁は、実施の形態1に記載の電磁駆動弁と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
(Embodiment 4)
FIG. 11 is a sectional view showing an electromagnetically driven valve according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 11 shows a cross-sectional shape of the
図11および図12を参照して、本実施の形態では、ディスク21がばね鋼から形成されている。ディスク21およびトーションバー31は、一体に形成されている。
Referring to FIGS. 11 and 12, in the present embodiment,
支持台48には、回転止めブロック37が取り付けられている。支持部23は、円筒形状を有する。支持部23は、ベアリング36を介して、支持台48に回転自在に支持されている。トーションバー31は、支持部23に連なる回転端31pと、回転止めブロック37に固定された固定端31qとを含む。
A
このように構成された、この発明の実施の形態4における電磁駆動弁によれば、実施の形態1に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、トーションバー31をディスク21に一体に形成することによって、部品コストを削減することができる。また、トーションバー31をディスク21に接合する工程が不要となるため、組み立てコストを削減することができる。
According to the electromagnetically driven valve according to the fourth embodiment of the present invention configured as described above, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained. In addition, by forming the
(実施の形態5)
図13は、この発明の実施の形態5における電磁駆動弁を示す断面図である。本実施の形態における電磁駆動弁は、実施の形態1における電磁駆動弁10と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
(Embodiment 5)
FIG. 13 is a cross-sectional view showing an electromagnetically driven valve according to
図13を参照して、本実施の形態では、コア部52が、ばね鋼から形成されている。
このように構成された、この発明の実施の形態5における電磁駆動弁によれば、実施の形態1に記載の効果を同様に得ることができる。加えて、ディスク21がコア部52に衝突する際の衝撃を、コア部52の全体で吸収することができる。これにより、電磁駆動弁10の静粛性をさらに向上させることができる。
Referring to FIG. 13, in the present embodiment,
According to the electromagnetically driven valve in the fifth embodiment of the present invention configured as described above, the effects described in the first embodiment can be obtained in the same manner. In addition, the impact when the
ばね鋼から形成されたコア部52の吸着面52mおよび52nに、焼き入れ等の熱処理が施されても良い。また、ディスク21が、ばね鋼から形成されても良い。ばね鋼から形成されたディスク21の表面21aおよび21bに、焼き入れ等の熱処理が施されても良い。これらの場合、吸着面52mおよび52nもしくは表面21aおよび21bを硬化させ、コア部52もしくはディスク21の耐磨耗性および耐久性を向上させることができる。
The adsorption surfaces 52m and 52n of the
(実施の形態6)
図14は、この発明の実施の形態6における電磁駆動弁を示す断面図である。以下、実施の形態1における電磁駆動弁10と比較して重複する構造については、説明を繰り替えさない。
(Embodiment 6)
FIG. 14 is a sectional view showing an electromagnetically driven valve according to Embodiment 6 of the present invention. Hereinafter, the description of the same structure as that of the electromagnetically driven
図14を参照して、本実施の形態では、電磁石51mが、座部54を含む。座部54は、コア部52に一体に設けられている。座部54は、コア部52とは別に設けられ、コア部52に取り付けられても良い。座部54は、ボルト55により支持台48に固定されている。座部54は、コア部52と支持台48との間に隙間60を設けるように形成されている。座部54には、焼き鈍し等の熱処理が施されている。このような構成により、座部54は、ディスク21がコア部52に衝突した際に、隙間60の大きさを減少させるように弾性変形する。
Referring to FIG. 14, in the present embodiment,
この発明の実施の形態6における電磁駆動弁は、バルブ14を駆動させるアーマチャとしてのディスク21と、ディスク21に電磁力を作用させる電磁石51mおよび51nと、電磁石51mおよび51nを支持する支持部材としての支持台48とを備える。電磁石51mおよび51nは、ディスク21に対向して配置され、ディスク21を引き寄せるコア部52と、コア部52を支持台48に固定する座部54とを含む。座部54は、弾性変形可能な形状を有する。
The electromagnetically driven valve according to the sixth embodiment of the present invention includes a
このように構成された、この発明の実施の形態6における電磁駆動弁によれば、座部54が弾性変形することにより、ディスク21が吸着面52mに衝突した際の衝撃を吸収することができる。これにより、電磁駆動弁10の静粛性を向上させることができる。
According to the electromagnetically driven valve according to the sixth embodiment of the present invention configured as described above, the impact when the
なお、本実施の形態における電磁駆動弁では、ディスク21に実施の形態1において説明した切り欠きが形成されなくても良い。また、本実施の形態における電磁駆動弁に、実施の形態2から5で説明した電磁駆動弁の構造を適用しても良い。また、実施の形態1から6における電磁駆動弁の構造は、回転駆動式の電磁駆動弁に限定されず、電磁力により得られた直線運動によってバルブを駆動する並進駆動式の電磁駆動弁に適宜、適用される。
In the electromagnetically driven valve in the present embodiment, the notch described in the first embodiment may not be formed in the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 電磁駆動弁、14 バルブ、21,21y ディスク、21a,21b 表面、21c 端面、22 連結部、23 支持部、26 第1部位、27,28 第2部位、31 トーションバー、48 支持台、51m,51n 電磁石、52 コア部、52m,52n 吸着面、53 コイル、54 座部、56 突起部。 10 Electromagnetically driven valve, 14 valve, 21 and 21y disc, 21a and 21b surface, 21c end surface, 22 connecting portion, 23 support portion, 26 first portion, 27 and 28 second portion, 31 torsion bar, 48 support base, 51 m , 51n Electromagnet, 52 core part, 52m, 52n adsorption surface, 53 coil, 54 seat part, 56 projection part.
Claims (10)
第1部位と第2部位とを含み、バルブを駆動させるアーマチャと、
前記アーマチャに対向して配置され、前記アーマチャを引き寄せるコア部を含み、前記コア部と前記アーマチャとを通る磁束流れを形成し、前記アーマチャに電磁力を作用させる電磁石とを備え、
前記アーマチャには、前記第2部位における磁路面積が前記第1部位における磁路面積よりも小さくなるように切り欠きが形成され、
前記切り欠きが形成されない前記アーマチャを想定した場合に、前記アーマチャに形成される磁束流れは、前記第1部位で相対的に大きい磁束密度を有し、前記第2部位で相対的に小さい磁束密度を有する、電磁駆動弁。 An electromagnetically driven valve that operates in cooperation with electromagnetic force and elastic force,
An armature that includes a first part and a second part and drives the valve;
An electromagnet disposed opposite to the armature, including a core portion that attracts the armature, forming a magnetic flux flow through the core portion and the armature, and applying an electromagnetic force to the armature;
A cutout is formed in the armature such that the magnetic path area in the second part is smaller than the magnetic path area in the first part,
Assuming the armature in which the notch is not formed, the magnetic flux flow formed in the armature has a relatively large magnetic flux density at the first portion and a relatively small magnetic flux density at the second portion. Having an electromagnetically driven valve.
前記コア部と前記アーマチャとを通る磁束流れが、前記コイルを中心に周回するように形成される場合に、前記アーマチャは、前記コイルに対向する位置に前記第1部位を含み、前記コイルに対向する位置からずれた位置に前記第2部位を含む、請求項1に記載の電磁駆動弁。 The electromagnet further includes a coil wound around the core portion,
When the magnetic flux flow passing through the core and the armature is formed so as to circulate around the coil, the armature includes the first portion at a position facing the coil, and faces the coil. 2. The electromagnetically driven valve according to claim 1, wherein the second portion is included at a position shifted from a position to be operated.
バルブを駆動させるアーマチャと、
前記アーマチャに電磁力を作用させる電磁石と、
前記電磁石を支持する支持部材とを備え、
前記電磁石は、前記アーマチャに対向して配置され、前記アーマチャを引き寄せるコア部と、前記コア部を前記支持部材に固定する座部とを含み、
前記座部は、弾性変形可能な形状を有する、電磁駆動弁。 An electromagnetically driven valve that operates in cooperation with electromagnetic force and elastic force,
An armature that drives the valve;
An electromagnet that applies electromagnetic force to the armature;
A support member for supporting the electromagnet,
The electromagnet is disposed to face the armature, and includes a core part that draws the armature, and a seat part that fixes the core part to the support member,
The said seat part is an electromagnetically driven valve which has a shape which can be elastically deformed.
T=(B2S/μ0)×L
B:前記位置における磁束流れの磁束密度
S:前記位置の磁路面積
μ0:空気の透磁率
の式で表わされ、
前記コア部の形状は、前記式から導出される電磁トルクTが最大値となるように決定される、請求項4に記載の電磁駆動弁。 The electromagnetic torque T acting on the armature at a position separated from the support by a distance L is:
T = (B 2 S / μ 0 ) × L
B: Magnetic flux density of the magnetic flux flow at the position S: Magnetic path area at the position μ 0 : Permeability of air
The shape of the said core part is an electromagnetically driven valve of Claim 4 determined so that the electromagnetic torque T derived | led-out from the said formula may become the maximum value.
前記アーマチャは、前記吸着面と対向する表面と、前記表面から連なり、前記吸着面と対向しない端面とをさらに含み、
前記コア部は、前記吸着面から突出し、前記端面との間に隙間を設けて配設された突起部をさらに有する、請求項4または5に記載の電磁駆動弁。 The core portion has a suction surface facing the armature,
The armature further includes a surface that faces the suction surface, and an end surface that continues from the surface and does not face the suction surface;
6. The electromagnetically driven valve according to claim 4, wherein the core portion further includes a protruding portion that protrudes from the adsorption surface and is provided with a gap between the core portion and the end surface.
前記アーマチャは、ばね鋼から形成され、前記トーションバーと前記アーマチャとが一体に形成されている、請求項4から6のいずれか1項に記載の電磁駆動弁。 Further provided with a torsion bar provided on the support portion and applying an elastic force to the armature;
The electromagnetically driven valve according to any one of claims 4 to 6, wherein the armature is made of spring steel, and the torsion bar and the armature are integrally formed.
前記アーマチャは、前記コア部と対向し、前記コア部と衝突を繰り返す表面を含み、前記表面に熱処理が施されている、請求項1から9のいずれか1項に記載の電磁駆動弁。 The armature is formed of spring steel;
The electromagnetically driven valve according to any one of claims 1 to 9, wherein the armature includes a surface facing the core portion and repeatedly colliding with the core portion, and the surface is heat-treated.
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