JP2008202427A - 電磁駆動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁力の向上および消費電力の低減が図られる電磁駆動弁、を提供する。
【解決手段】電磁駆動弁は、ディスク２１と電磁石とを備える。ディスク２１は、回転自在に支持される支持部２３を含み、支持部２３を支点に揺動することによりバルブを往復運動させる。電磁石は、ディスク２１に対向して配置されるコア５２と、コア５２に巻回されるコイル５３とを含み、ディスク２１に電磁力を作用させる。コイル５３への電流供給時、コア５２およびディスク２１を通り、相対的に大きい磁束が流れる磁気回路６１と、コア５２およびディスク２１を通り、相対的に小さい磁束が流れる磁気回路６２とが形成される。コア５２は、磁気回路６１と磁気回路６２とが合流する第１延伸部５２ｈを有する。第１延伸部５２ｈには、磁気回路６１に流れる磁束と磁気回路６２に流れる磁束とを分離するスリット５８が形成される。
【選択図】図４

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、内燃機関のバルブを開閉駆動させる回転駆動式の電磁駆動弁に関する。

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。

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。

また、同様の回転駆動式の電磁駆動弁が、独国特許出願公開第１００２５４９１号明細書（特許文献２）、米国特許第７０８８２０９号明細書（特許文献３）、米国特許第６５７１８２３号明細書（特許文献４）および米国特許第６４８１３９６号明細書（特許文献５）に開示されている。
米国特許第６４６７４４１号明細書 独国特許出願公開第１００２５４９１号明細書 米国特許第７０８８２０９号明細書 米国特許第６５７１８２３号明細書 米国特許第６４８１３９６号明細書

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、揺動アームをコアに引き寄せる電磁力が発生する。しかしながら、揺動アームとコアとの間のエアギャップが一様でないと、コア内に、相対的に大きい磁束が流れる磁気回路と相対的に小さい磁束が流れる磁気回路とが形成される場合がある。この場合、両方の磁気回路が合流する位置で磁束密度の最適化が難しくなる。その結果、揺動アームに作用させる電磁力の低減や、電磁石で消費される電力の増大を招く懸念が生じる。

また、揺動アームとコアとの間のエアギャップが一様でないと、揺動アーム内でも、相対的に大きい磁束が流れる部位と相対的に小さい磁束が流れる部位とが生じる場合がある。この場合、相対的に大きい磁束が流れる部位で磁気飽和が発生するおそれがあり、先と同様の懸念が生じる。

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、電磁力の向上および消費電力の低減が図られる電磁駆動弁を提供することである。

この発明の１つの局面に従った電磁駆動弁は、ディスクと、電磁石とを備える。ディスクは、回転自在に支持される支持部を含み、支持部を支点に揺動することによりバルブを往復運動させる。電磁石は、ディスクに対向して配置されるコアと、コアに巻回されるコイルとを含み、ディスクに電磁力を作用させる。コイルへの電流供給時、コアおよびディスクを通り、相対的に大きい磁束が流れる第１磁気回路と、コアおよびディスクを通り、相対的に小さい磁束が流れる第２磁気回路とが形成される。コアは、第１磁気回路と第２磁気回路とが合流するコア部分を有する。コア部分には、第１磁気回路に流れる磁束と第２磁気回路に流れる磁束とを分離するスリットが形成される。

このように構成された電磁駆動弁によれば、コア部分にスリットを形成することによって、第１磁気回路および第２磁気回路の磁路を互いから独立させ、各磁気回路の磁束密度を最適化できる。これにより、ディスクに作用させる電磁力の向上や、電磁石で消費される電力の低減を図ることができる。

また好ましくは、第１磁気回路は、支持部から相対的に遠くに位置し、第２磁気回路は、支持部から相対的に近くに位置する。このように構成された電磁駆動弁によれば、コア部分にスリットを形成することによって、第２磁気回路を流れる磁束の影響を受けて第１磁気回路の磁束密度が減少することを防ぐ。これにより、回転モーメントの大きい位置で、ディスクにより大きい電磁力を作用させることができる。

また好ましくは、コアは、支持部の回転軸に直交する平面で切断された場合に、ディスクから離れて配置される基部と、基部からディスクに向けて延伸し、コイルが巻回される第１延伸部と、第１延伸部に対して支持部と同じ側に配置され、基部からディスクに向けて延伸する第２延伸部と、第１延伸部に対して第２延伸部とは反対側に配置され、基部からディスクに向けて延伸する第３延伸部とを含む。第１磁気回路は、ディスク、第３延伸部、基部および第１延伸部を含む環状経路に沿って形成される。第２磁気回路は、ディスク、第２延伸部、基部および第１延伸部を含む環状経路に沿って形成される。コア部分は、第１延伸部である。このように構成された電磁駆動弁によれば、電磁石のコアが「Ｅ」字の断面形状を有する回転駆動式の電磁駆動弁において、電磁力の向上および消費電力の低減を図ることができる。

また好ましくは、第２延伸部は、支持部と対向して設けられる。ディスクが電磁石に引き寄せられた時に、支持部と第２延伸部との間の隙間が、第１延伸部および第３延伸部とディスクとの間の隙間よりも大きい。このように構成された電磁駆動弁によれば、コアおよびディスク間の隙間が一様でないことを理由に、相対的に大きい磁束が流れる第１磁気回路と、相対的に小さい磁束が流れる第２磁気回路とが形成される。

この発明の別の局面に従った電磁駆動弁は、ディスクと、電磁石とを備える。ディスクは、回転自在に支持される支持部を含み、支持部を支点に揺動することによりバルブを往復運動させる。電磁石は、ディスクに磁束流れを形成し、電磁力を作用させる。ディスクは、相対的に大きい磁束が流れる高磁束部位と、相対的に小さい磁束が流れる低磁束部位とを含む。高磁束部位は、低磁束部位を形成する磁性材料よりも大きい飽和磁束密度を有する高飽和磁束密度材から形成される。

このように構成された電磁駆動弁によれば、相対的に大きい磁束が流れる高磁束部位での磁気飽和の発生を防ぎ、電磁力の向上および消費電力の低減を図ることができる。また、高飽和磁束密度材は高磁束部位に選択的に用いられるため、材料コストの増大を最小限に抑えることができる。

また好ましくは、高磁束部位は、支持部から相対的に遠くに位置し、低磁束部位は、支持部から相対的に近くに位置する。このように構成された電磁駆動弁によれば、回転モーメントの大きい位置で、磁気飽和の発生を防ぎ、ディスクにより大きい電磁力を作用させることができる。

また好ましくは、高磁束部位は、スリットにより隔てられた第１分割体および第２分割体を有する。スリットには、高飽和磁束密度材よりも小さい飽和磁束密度を有する磁性材料が配置される。このように構成された電磁駆動弁によれば、高磁束部位で生じる渦電流損を低減し、消費電力の低減および磁気応答性の向上を図ることができる。

また好ましくは、ディスクは、第１分割体および第２分割体が配置された部位で相対的に小さい磁路面積を有し、スリットが形成された部位で相対的に大きい磁路面積を有する。このように構成された電磁駆動弁によれば、高飽和磁束密度材により形成される第１分割体および第２分割体では、磁路面積を小さくしつつ、磁気飽和の発生を防ぐ。これにより、ディスクの重量を小さくし、消費電力の低減をさらに効果的に図ることができる。

また好ましくは、電磁石は、第１電磁石と、ディスクに対して第１電磁石の反対側に配置される第２電磁石とを含む。ディスクは、第１電磁石および第２電磁石に交互に引き寄せられる。高磁束部位は、スリットにより隔てられた第１分割体および第２分割体を有する。第１分割体は第１電磁石に向い合って配置され、第２分割体は第２電磁石に向い合って配置される。このように構成された電磁駆動弁によれば、ディスクが第１電磁石および第２電磁石に交互に引き寄せられる間に、第１電磁石とディスクとの間に流れる磁束と、第２電磁石とディスクとの間に流れる磁束とが干渉し合うことを防ぐ。これにより、電磁駆動弁の磁気応答性を向上させることができる。

以上説明したように、この発明に従えば、電磁力の向上および消費電力の低減が図られる電磁駆動弁を提供することができる。

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。

（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（吸気バルブまたは排気バルブ）に用いられる。本実施の形態では、電磁駆動弁が吸気バルブに用いられる場合を説明するが、排気バルブに用いられる場合であっても、電磁駆動弁は同様の構造を備える。

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。

電磁駆動弁１０は、吸気バルブ１４と、仮想軸である中心軸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閉弁側電磁石５１ｍおよび開弁側電磁石５１ｎとを含む。吸気バルブ１４は、一方向に延びるステム１１を含む。吸気バルブ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。

吸気バルブ１４は、吸気ポート１６が形成されたシリンダヘッド１８に搭載されている。吸気ポート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。吸気バルブ１４は、ステム１１の先端に形成された傘部１２を含む。吸気バルブ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、吸気ポート１６の開閉が行なわれる。

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。

ステム１１の外周上には、鍔状のロアリテーナ４４により、第１ばね部材としてのロアスプリング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吸気バルブ１４に作用させている。

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、閉弁側電磁石５１ｍおよび開弁側電磁石５１ｎが支持されている。閉弁側電磁石５１ｍおよび開弁側電磁石５１ｎは、ディスク２１の上下にそれぞれ配置されている。

閉弁側電磁石５１ｍと開弁側電磁石５１ｎとは同一形状を有する。代表的に開弁側電磁石５１ｎの形状について説明すると、開弁側電磁石５１ｎは、コイル５３およびコア５２を含む。コイル５３は、コア５２に巻回されている。

コア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５２は、基部５２ｇと、第１延伸部５２ｈと、第２延伸部５２ｊと、第３延伸部５２ｋとを含む。第１延伸部５２ｈ、第２延伸部５２ｊおよび第３延伸部５２ｋは、互いに間隔を設けて配置されている。第１延伸部５２ｈ、第２延伸部５２ｊおよび第３延伸部５２ｋは、基部５２ｇからディスク２１に向けて延伸する。第２延伸部５２ｊは、第１延伸部５２ｈに対して支持部２３と同じ側に配置されている。第２延伸部５２ｊは、支持部２３に対向して配置されている。第３延伸部５２ｋは、第１延伸部５２ｈに対して第２延伸部５２ｊの反対側に配置されている。第２延伸部５２ｊは中心軸２５から最も近くに配置され、第３延伸部５２ｋは中心軸２５から最も遠くに配置されている。第１延伸部５２ｈは、中心軸２５から、第２延伸部５２ｊよりも遠く第３延伸部５２ｋよりも近い位置に配置されている。

コイル５３は、第１延伸部５２ｈに巻回されている。コイル５３は、第１延伸部５２ｈと第２延伸部５２ｊとの間の隙間および第１延伸部５２ｈと第３延伸部５２ｋとの間の隙間を通るように巻回されている。中心軸２５の軸方向のコア５２の長さ、つまりコア５２の奥行きは、一定である。

コア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よい。閉弁側電磁石５１ｍのコイル５３と、開弁側電磁石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よいし、別々のコイル線から形成されてもよい。

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、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、強度を確保するためバルク材から形成されている。ディスク２１は、コア５２と比較して小さい透磁率を有する。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在する。

支持部２３には、貫通孔２４が形成されている。支持部２３は、円筒形状を有する。支持部２３は、中心軸２５に軸周りで延在する円周面を含む。貫通孔２４には、第２ばね部材としてのトーションバー３１が圧入されている。トーションバー３１は、中心軸２５の軸方向に延びている。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。

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吸気バルブ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、開弁位置と閉弁位置との間の中間位置に位置決めされる。

閉弁側電磁石５１ｍのコイル５３に電流が供給されると、閉弁側電磁石５１ｍのコア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、閉弁側電磁石５１ｍは、ディスク２１を引き寄せる電磁力を発生させる。開弁側電磁石５１ｎのコイル５３に電流が供給されると、開弁側電磁石５１ｎのコア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、開弁側電磁石５１ｎは、ディスク２１を引き寄せる電磁力を発生させる。

ディスク２１が閉弁側電磁石５１ｍまたは開弁側電磁石５１ｎに引き寄せられた時、第１延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｋとディスク２１との間に相対的に小さい隙間が形成され、第２延伸部５２ｊとディスク２１との間に相対的に大きい隙間が形成される。本実施の形態では、第１延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｋとディスク２１とが密着し、第２延伸部５２ｊと支持部２３との間に隙間が形成される。

なお、図２中では、支持部２３と対向する第２延伸部５２ｊの端面が平面形状を有するが、これに限られず、たとえば支持部２３の円周面に沿って延在する湾曲面形状を有してもよい。

閉弁側電磁石５１ｍおよび開弁側電磁石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は、閉弁側電磁石５１ｍおよび開弁側電磁石５１ｎに交互に引き寄せられ、中心軸２５を中心に揺動する。ディスク２１が閉弁側電磁石５１ｍに引き寄せられると、ステム１１が上昇し、吸気バルブ１４が閉弁位置へと位置決めされる。ディスク２１が開弁側電磁石５１ｎに引き寄せられると、ステム１１が下降し、吸気バルブ１４が開弁位置へと位置決めされる。

図４は、図１中の電磁駆動弁の駆動状態を示す断面図である。以下、ディスク２１が閉弁側電磁石５１ｍに引き寄せられる場合について説明するが、ディスク２１が開弁側電磁石５１ｎに引き寄せられる場合についても同様である。

図４を参照して、ディスク２１が閉弁側電磁石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５２およびディスク２１には、相対的に大きい磁束が流れる磁気回路６１と、相対的に小さい磁束が流れる磁気回路６２とが形成される。

磁気回路６１では、磁束が、基部５２ｇ、第１延伸部５２ｈ、ディスク２１および第３延伸部５２ｋを含む環状経路を流れながら、コイル５３の周りを周回する。磁気回路６２では、磁束が、基部５２ｇ、第１延伸部５２ｈ、ディスク２１および第２延伸部５２ｊを含む環状経路を流れながら、コイル５３の周りを周回する。磁気回路６２では、磁束が支持部２３を通る。磁気回路６１と磁気回路６２とは、第１延伸部５２ｈで合流する。

磁気回路６１は、支持部２３から相対的に遠い位置に形成され、磁気回路６２は、支持部２３から相対的に近い位置に形成される。第１延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｋとディスク２１との間に相対的に小さい隙間が形成され、第２延伸部５２ｊとディスク２１との間に相対的に大きい隙間が形成されることに起因し、磁気回路６１に流れる磁束は、磁気回路６２に流れる磁束よりも大きくなる。

図３および図４を参照して、ディスク２１は、磁気回路６１が形成される経路上に第１部位２６と、第２部位２７および２８とを含む。第１部位２６は、コイル５３に対向して配置されている。第２部位２７および第２部位２８は、それぞれ第１延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｋに対向して配置されている。第１部位２６における磁路面積Ｓ１が、第２部位２７および２８における磁路面積Ｓ２およびＳ３よりも大きくなるように、ディスク２１の厚みが変化する。すなわち、第１部位２６における厚みＴ１が、第２部位２７および２８における厚みＴ２およびＴ３よりも大きくなる。

ディスク２１の厚みが一定である場合を想定すると、第２部位２７および２８における磁束密度は、第１部位２６における磁束密度よりも小さくなる。本実施の形態では、磁束密度が大きくなる第１部位２６において、ディスク２１の厚みＴ１を大きく設定し、磁束密度が小さくなる第２部位２７および２８において、ディスク２１の厚みＴ２およびＴ３を小さく設定する。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。ディスク２１の重量の低減により、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。

なお、電磁駆動弁１０に設けられるディスク２１は、一定の厚みを有してもよい。
図２および図４を参照して、コア５２には、スリット５８が形成されている。スリット５８は、磁気回路６１に流れる磁束と磁気回路６２に流れる磁束とを分離するように形成されている。スリット５８には、空気層が形成されている。スリット５８には、非磁性部材が配置されてもよい。スリット５８には、樹脂が配置されてもよい。

スリット５８は、磁気回路６１と磁気回路６２とが合流する第１延伸部５２ｈに形成されている。スリット５８は、コア５２の奥行き方向の全幅に渡って形成されている。スリット５８は、第１延伸部５２ｈを、支持部側部分６６と連結部側部分６７とに分断する。磁気回路６１は、連結部側部分６７を含む経路上に形成される。磁気回路６２は、支持部側部分６６を含む経路上に形成される。

コア５２にスリット５８が形成されていない場合を想定すると、この場合、磁気回路６１に流れる磁束と磁気回路６２に流れる磁束とが、第１延伸部５２ｈで均一化される。この際、磁気回路６２に流れる磁束は磁気回路６１に流れる磁束よりも小さいため、両者が均一化されることによって、磁気回路６１の経路上における磁束密度が減少する。

これに対して、本実施の形態では、コア５２にスリット５８を形成することによって、磁気回路６１の磁路を磁気回路６２の磁路から独立させる。これにより、磁気回路６１の経路上で第１延伸部５２ｈ内の磁束密度が大きく保たれ、その結果、回転モーメントの大きい位置でより大きい電磁力をディスク２１に作用させることができる。

また、スリット５８は、磁気回路６１を流れる磁束が磁気飽和が起こさない範囲内で連結部側部分６７の磁路面積が可能な限り小さくなるように形成される。ディスク２１に作用する電磁力Ｆは、（（磁束密度Ｂ）^２×磁路面積Ｓ）の値に比例する。すなわち、電磁力Ｆの増大には、磁路面積Ｓを増加させるよりも磁束密度Ｂを増加させる方が効果的である。このため、上記の通りスリット５８を形成することによって、回転モーメントの大きい位置でより大きい電磁力をディスク２１に作用させることができる。

この発明の実施の形態１における電磁駆動弁１０は、ディスク２１と、電磁石としての閉弁側電磁石５１ｍおよび開弁側電磁石５１ｎとを備える。ディスク２１は、回転自在に支持される支持部２３を含み、支持部２３を支点に揺動することによりバルブとしての吸気バルブ１４を往復運動させる。閉弁側電磁石５１ｍおよび開弁側電磁石５１ｎは、ディスク２１に対向して配置されるコア５２と、コア５２に巻回されるコイル５３とを含み、ディスク２１に電磁力を作用させる。コイル５３への電流供給時、コア５２およびディスク２１を通り、相対的に大きい磁束が流れる第１磁気回路としての磁気回路６１と、コア５２およびディスク２１を通り、相対的に小さい磁束が流れる第２磁気回路としての磁気回路６２とが形成される。コア５２は、磁気回路６１と磁気回路６２とが合流するコア部分としての第１延伸部５２ｈを有する。第１延伸部５２ｈには、磁気回路６１に流れる磁束と磁気回路６２に流れる磁束とを分離するスリット５８が形成される。

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に作用させる電磁力を増大させるとともに、消費電力を低減させることができる。

（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２における電磁駆動弁を示す断面図である。図５は、実施の形態１における図４に対応する図である。本実施の形態では、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、説明を繰り返さない。

図５を参照して、本実施の形態における電磁駆動弁は、ディスク１２１を含む。ディスク１２１は、高磁束部位７１と低磁束部位７２とを含む。高磁束部位７１には相対的に大きい磁束が流れ、低磁束部位７２には相対的に小さい磁束が流れる。高磁束部位７１および低磁束部位７２には、それぞれ磁気回路６１および磁気回路６２が形成されている。高磁束部位７１は、第１延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｋに対向して配置されている。低磁束部位７２は、第１延伸部５２ｈおよび第２延伸部５２ｊに対向して配置されている。高磁束部位７１は、中心軸２５から相対的に遠くに配置され、低磁束部位７２は、中心軸２５から相対的に近くに配置されている。

図６は、図５中のディスクを形成する磁性材料のＢ−Ｈ曲線を表わすグラフである。図６を参照して、曲線２０１は、高磁束部位７１を形成する磁性材料のＢ−Ｈ曲線を表わし、曲線２０２は、低磁束部位７２を形成する磁性材料のＢ−Ｈ曲線を表わす。高磁束部位７１は、飽和磁束密度Ｂ１を有する高飽和磁束密度材から形成されている。低磁束部位７２は、飽和磁束密度Ｂ２を有する磁性材から形成されている。飽和磁束密度Ｂ１は、飽和磁束密度Ｂ２よりも大きい。一例を挙げれば、Ｂ１は２．２Ｔであり、Ｂ２は１．６〜１．８Ｔである。

相対的に大きい磁束が流れる高磁束部位７１を高飽和磁束密度材によって形成することによって、高磁束部位７１で磁気飽和が発生することを防ぐ。一方、高飽和磁束密度材は非常に高価である。本実施の形態では、高飽和磁束密度材をディスク２１の中の高磁束部位７１に選択的に用いることにより、材料コストの増加を最小限に抑える。

この発明の実施の形態２における電磁駆動弁は、ディスク１２１と、電磁石としての閉弁側電磁石５１ｍおよび開弁側電磁石５１ｎとを備える。ディスク１２１は、回転自在に支持される支持部２３を含み、支持部２３を支点に揺動することによりバルブとしての吸気バルブ１４を往復運動させる。閉弁側電磁石５１ｍおよび開弁側電磁石５１ｎは、ディスク１２１に磁束流れを形成し、電磁力を作用させる。ディスク１２１は、相対的に大きい磁束が流れる高磁束部位７１と、相対的に小さい磁束が流れる低磁束部位７２とを含む。高磁束部位７１は、低磁束部位７２を形成する磁性材料よりも大きい飽和磁束密度を有する高飽和磁束密度材から形成される。

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。

なお、図５中のディスク１２１にはスリット５８が形成されているが、スリット５８は形成されなくてもよい。ディスク１２１は、一定の厚みを有してもよい。

図７は、図５中の電磁駆動弁の第１変形例を示す断面図である。図８は、図７中のディスクの斜視図である。図７および図８を参照して、本変形例では、高磁束部位７１が、スリット７５によって隔てられた分割体７６および分割体７７を含む。分割体７６および分割体７７は、磁気回路６１の経路上においてスリット７５によって分断されている。

分割体７６および７７は、高飽和磁束密度材から形成されている。スリット７５には、分割体７６および７７を形成する高飽和磁束密度材よりも小さい飽和磁束密度を有する磁性材７８が配置されている。磁性材７８は、低磁束部位７２を形成する磁性材料と同じ材料から形成されてもよいし、異なる材料から形成されてもよい。分割体７６および７７、磁性材７８ならびに低磁束部位７２間は、たとえば溶接によって接合されている。

ディスク１２１の内部において磁界に変化が生じる時、その変化を妨げる方向に流れる渦電流７９が発生する。高飽和磁束密度材は、磁気特性に優れる反面、渦電流による損失が大きいという特性を備える。これに対して、本実施の形態では、より小さい飽和磁束密度を有する磁性材７８を高磁束部位７１に配置することによって、渦電流の発生量を抑えることができる。また、スリット７５を高飽和磁束密度材から形成された分割体７６および分割体７７を分断するように形成することにより、渦電流７９の流れを積極的に断ち切ることができる。結果、渦電流による損失を減少させ、消費電力の低減および磁気応答性の向上を図ることができる。

また、分割体７６および分割体７７は、それぞれ第２部位２８および第２部位２７に形成されている。磁性材７８は、第１部位２６に形成されている。すなわち、ディスク２１は、高飽和磁束密度材から形成された分割体７６および７７で相対的に小さい厚みＴ３およびＴ２を有し、より小さい飽和磁束密度を有する磁性材７８で相対的に大きい厚みＴ１を有する。このため、ディスク２１内での磁気飽和の発生を抑えながら、ディスク２１の重量を低減させることができる。

図９および図１０は、図５中の電磁駆動弁の第２変形例を示す断面図である。図９中には、ディスク１２１が閉弁側電磁石５１ｍに引き寄せられた状態が示され、図１０中には、ディスク１２１が開弁側電磁石５１ｎに引き寄せられた状態が示されている。

図９および図１０を参照して、高磁束部位７１は、スリット８０によって隔てられた分割体８１および分割体８２を含む。分割体８１は、閉弁側電磁石５１ｍに対向して配置されている。分割体８２は、開弁側電磁石５１ｎに対向して配置されている。スリット８０には、分割体８１および８２を形成する高飽和磁束密度材よりも小さい飽和磁束密度を有する磁性材８３が配置されている。磁性材８３は、低磁束部位７２と一体に設けられている。すなわち、磁性材８３を形成する磁性材料は、低磁束部位７２を形成する磁性材料と同じである。分割体８１および８２は、低磁束部位７２および磁性材８３に対して、焼き嵌め、溶接、かしめ等の手段により接合されている。

ディスク１２１は、数ｍｓｅｃという短時間で開弁位置および閉弁位置間を往復する。このため、たとえば、ディスク１２１を閉弁側電磁石５１ｍに引き寄せる際に、ディスク１２１を開弁側電磁石５１ｎに引き寄せるための磁束がディスク１２１内に残留磁束として残る。この結果、ディスク１２１に形成される磁束流れの立ち上げりが、その残留磁束によって妨げられる。特に高飽和磁束密度材を用いた場合、残留磁束が大きくなる傾向がある。

これに対して、本実施の形態では、分割体８１と分割体８２とを隔てるようにスリット８０が形成され、そのスリット８０により小さい飽和磁束密度を有する磁性材８３が配置される。このため、ディスク１２１を閉弁側電磁石５１ｍに引き寄せる際に分割体８１に形成される磁束と、ディスク１２１を開弁側電磁石５１ｎに引き寄せる際に分割体８２に形成される磁束との干渉を抑制できる。これにより、磁気応答性を向上させることができる。

スリット８０には、磁性材８３に替えて樹脂等の非磁性材が配置されてもよい。この場合、分割体８１および分割体８２間における磁束の干渉をより効果的に防ぐことができる。一方、スリット８０に磁性材８３を配置した場合、ディスク１２１の厚みを小さく抑えつつ、ディスク１２１内での磁気飽和の発生を防ぐことができる。

図１１は、図５中の電磁駆動弁の第３変形例を示す断面図である。図１１を参照して、本変形例では、高磁束部位７１が、分割体９１，９２，９３，９４を含む。分割体９１および９４と分割体９２および９３とは、スリット７５によって隔てられている。スリット７５には磁性材７８が配置されている。分割体９１および９２と分割体９３および９４とは、スリット８０によって隔てられている。スリット８０には磁性材８３が配置されている。本変形例におけるディスク１２１は、図７中の第１変形例におけるディスク１２１の特徴と、図９および図１０中の第２変形例におけるディスク１２１の特徴とを併せ持つ。このような構成により、第１変形例による効果と第２変形例による効果との両方を奏することができる。

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。

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。 図１中の電磁石を示す斜視図である。 図１中のディスクを示す斜視図である。 図１中の電磁駆動弁の駆動状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態２における電磁駆動弁を示す断面図である。 図５中のディスクを形成する磁性材料のＢ−Ｈ曲線を表わすグラフである。 図５中の電磁駆動弁の第１変形例を示す断面図である。 図７中のディスクの斜視図である。 図５中の電磁駆動弁の第２変形例を示す断面図であり、ディスクが閉弁側電磁石に引き寄せられた状態を示す図である。 図５中の電磁駆動弁の第２変形例を示す断面図であり、ディスクが開弁側電磁石に引き寄せられた状態を示す図である。 図５中の電磁駆動弁の第３変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 電磁駆動弁、１４ 吸気バルブ、２１，１２１ ディスク、２３ 支持部、５１ｍ 閉弁側電磁石、５１ｎ 開弁側電磁石、５２ コア、５２ｇ 基部、５２ｈ 第１延伸部、５２ｊ 第２延伸部、５２ｋ 第３延伸部、５３ コイル、５８ スリット、６１，６２ 磁気回路、７１ 高磁束部位、７２ 低磁束部位、７５，８０ スリット、７６，７７，８１，８２，９１〜９４ 分割体、７８，８３ 磁性材。

Claims (9)

1. 回転自在に支持される支持部を含み、前記支持部を支点に揺動することによりバルブを往復運動させるディスクと、
   前記ディスクに対向して配置されるコアと、前記コアに巻回されるコイルとを含み、前記ディスクに電磁力を作用させる電磁石とを備え、
   前記コイルへの電流供給時、前記コアおよび前記ディスクを通り、相対的に大きい磁束が流れる第１磁気回路と、前記コアおよび前記ディスクを通り、相対的に小さい磁束が流れる第２磁気回路とが形成され、
   前記コアは、前記第１磁気回路と前記第２磁気回路とが合流するコア部分を有し、
   前記コア部分には、前記第１磁気回路に流れる磁束と前記第２磁気回路に流れる磁束とを分離するスリットが形成される、電磁駆動弁。
2. 前記第１磁気回路は、前記支持部から相対的に遠くに位置し、前記第２磁気回路は、前記支持部から相対的に近くに位置する、請求項１に記載の電磁駆動弁。
3. 前記コアは、前記支持部の回転軸に直交する平面で切断された場合に、前記ディスクから離れて配置される基部と、前記基部から前記ディスクに向けて延伸し、前記コイルが巻回される第１延伸部と、前記第１延伸部に対して前記支持部と同じ側に配置され、前記基部から前記ディスクに向けて延伸する第２延伸部と、前記第１延伸部に対して前記第２延伸部とは反対側に配置され、前記基部から前記ディスクに向けて延伸する第３延伸部とを含み、
   前記第１磁気回路は、前記ディスク、前記第３延伸部、前記基部および前記第１延伸部を含む環状経路に沿って形成され、前記第２磁気回路は、前記ディスク、前記第２延伸部、前記基部および前記第１延伸部を含む環状経路に沿って形成され、
   前記コア部分は、前記第１延伸部である、請求項１または２に記載の電磁駆動弁。
4. 前記第２延伸部は、前記支持部と対向して設けられ、
   前記ディスクが前記電磁石に引き寄せられた時に、前記支持部と前記第２延伸部との間の隙間が、前記第１延伸部および前記第３延伸部と前記ディスクとの間の隙間よりも大きい、請求項３に記載の電磁駆動弁。
5. 回転自在に支持される支持部を含み、前記支持部を支点に揺動することによりバルブを往復運動させるディスクと、
   前記ディスクに磁束流れを形成し、電磁力を作用させる電磁石とを備え、
   前記ディスクは、相対的に大きい磁束が流れる高磁束部位と、相対的に小さい磁束が流れる低磁束部位とを含み、
   前記高磁束部位は、前記低磁束部位を形成する磁性材料よりも大きい飽和磁束密度を有する高飽和磁束密度材から形成される、電磁駆動弁。
6. 前記高磁束部位は、前記支持部から相対的に遠くに位置し、前記低磁束部位は、前記支持部から相対的に近くに位置する、請求項５に記載の電磁駆動弁。
7. 前記高磁束部位は、スリットにより隔てられた第１分割体および第２分割体を有し、
   前記スリットには、前記高飽和磁束密度材よりも小さい飽和磁束密度を有する磁性材料が配置される、請求項５または６に記載の電磁駆動弁。
8. 前記ディスクは、前記第１分割体および前記第２分割体が配置された部位で相対的に小さい磁路面積を有し、前記スリットが形成された部位で相対的に大きい磁路面積を有する、請求項７に記載の電磁駆動弁。
9. 前記電磁石は、第１電磁石と、前記ディスクに対して前記第１電磁石の反対側に配置される第２電磁石とを含み、
   前記ディスクは、前記第１電磁石および前記第２電磁石に交互に引き寄せられ、
   前記高磁束部位は、スリットにより隔てられた第１分割体および第２分割体を有し、
   前記第１分割体は前記第１電磁石に向い合って配置され、前記第２分割体は前記第２電磁石に向い合って配置される、請求項５から８のいずれか１項に記載の電磁駆動弁。

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