JP2012506981A - 弁作動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、内部空間（８）および少なくとも１つの二叉分岐（７）を有する磁芯（６）と、少なくとも１つの可変磁場生成装置（１６）と、少なくとも１つの永久磁場生成装置（１３）と、少なくとも１つの可動磁気部品（１２）と、を含む弁作動装置（２）に関する。ここでは、二叉分岐（７）は磁芯（６）の第１の領域（４）と第２の領域（５）を画定する。前記可動磁気部品（１２）は、第１の隙間（１９）が前記可動磁気部品（１２）の第１の表面（２３）と前記磁芯（６）の前記内部空間（８）の第１の表面（２２）との間に形成され、第２の隙間（２０）が前記可動磁気部品（１２）の第２の表面（２４）と前記磁芯（６）の前記内部空間（８）の第２の表面（２５）との間に形成され、第３の隙間（２１）が前記可動磁気部品（１２）の第３の表面（２７）と前記磁芯（６）の前記二叉分岐（７）の第３の表面（２６）との間に形成されるように、磁芯（６）の内部空間（８）内で移動可能に配置される。前記可変磁場生成装置（１６）の少なくとも１つは前記磁芯（６）の前記第１の領域（４）と関連付けられ、前記永久磁場生成装置（１３）の少なくとも１つは前記磁芯（６）の前記第２の領域（５）と関連付けられる。前記弁作動装置（２）は、前記可変磁場生成装置（１６）の少なくとも１つにより生成される磁束が前記少なくとも１つの可動磁気部品（１２）に力をかけることができかつ前記永久磁場生成装置（１３）の少なくとも１つにより生成される磁束（４８、４９）を相殺することができるように、設計され配置される。磁束限界に達するまたはそれを超えることができる少なくとも１つの磁束制限手段（７、１２）が設けられる。

Description

本発明は、内部空間および少なくとも１つの二叉分岐（ｂｉｆｕｒｃａｔｉｎｇ ｂｒａｎｃｈ）を有する磁芯、少なくとも１つの可変磁場生成装置、少なくとも１つの永久磁場生成装置、少なくとも１つの可動磁気部品、および少なくとも１つの磁場強度制限手段を含む弁作動装置に関する。本発明はまた、弁作動装置を含む作動弁だけでなく、少なくとも１つの弁作動装置および／または１つの作動弁を含む流体作動機械に関する。さらに本発明は、内部空間を有する磁芯、少なくとも１つの可変磁場生成装置、少なくとも１つの永久磁場生成装置、少なくとも１つの可動磁気部品、および少なくとも１つの磁場強度制限手段を含む弁作動装置を動作させる方法に関する。

弁は今日ではおびただしい数の技術アプリケーションに使用される。これらは例えば、２点間の流体接続を開閉するために、あるいは弁の片側に入る流体を弁の複数の流体出口の１つまたはいくつかに選択的に分配するために使用される。このような弁の影響を受けるのは流動液体だけでなく、気体、液体、気体と液体の混合物、気体と固形粒子（煙）の混合物、液体と固形粒子（懸濁液）の混合物、あるいは気体、液体および固形粒子の混合物である。

一般的に言えば、２つの異なる種類の弁、受動弁と能動弁が存在する。
受動弁は一般的には流体自体の影響下で弁自体の位置を変える。一例として、弁の流体流入口と流体流出口間の圧力差の影響下で一方向に開くバネ装架ポペット弁がある。しかしながら反対方向には、受動弁は圧力差に関係なく閉じたままである。

能動弁は、外部から適用される作動信号の影響下で弁自体の位置を変える。原理的には、作動信号はオペレータの手動入力であってよい。しかしながら弁の作動を何らかのやり方で自動化しなければならない場合、弁を作動させる自動化方法が必要である。最先端技術では、作動弁を作動させるいくつかの方法がよく知られている。例えば、機械的手段により作動弁を作動させることができる。この例は、弁が通常は、カム軸上に搭載されたカムにより機械的に作動される自動車の内燃機関の弁の作動である。

作動弁に作動信号を適用する別の一般的な方法は電流を使用することである。これは、弁の作動が電気または電子制御ユニットにより制御される場合に特に役に立つ。ここでは、制御ユニットは常に最初に電気出力信号を生成する。電流とは異なる作動信号を必要とする弁を使用する場合、電気的作動信号を異なる形式の作動信号に変換するための追加装置が必要となる。もちろんこれは望ましくない。

さらに、このような作動弁は通常比較的速くかつ精確であるので弁の電気的作動は好ましい場合が極めて多い。また、電気信号は容易に増幅可能である。

作動信号として電流を使用する、弁を作動させる弁作動装置は最先端技術でよく知られている。

英国特許出願公開第２２１３６５０Ａ号明細書には、例えば外部から適用される電気信号により作動可能な燃料噴射弁が記載されている。英国特許出願公開第２２１３６５０Ａ号明細書に開示される燃料噴射弁は、外側本体と、その内部に広がる芯部材とを含む。外側本体と芯部材は磁化可能材料で形成される。これらは、ばね付勢され台座に接触される弁部材に与えられる磁極面を画定する。外側本体と芯部材間には、芯部材と外側本体を通る磁束を駆動する永久磁石が挿入される。磁石により生成される磁束は、磁極面に接する弁部材を保持するのに十分であるが、台座から弁部材を持ち上げるには十分ではない。磁石により生成される磁束は、第１のコイルが弁部材を持ち上げるように励起されると増強される。第２のコイルが励起されると、磁石により生成される磁束は、ばねが弁を台座に戻すことができるように妨害される。

国際公開第２００７／１２８９７７Ａ２号パンフレットでは、別の電磁気作動装置が開示されている。電磁気作動装置は、磁芯と、磁芯内の隙間内で移動可能な強磁性部品と、隙間の片側に部品を吸引するための永久磁石と、を含む。磁束集中装置（ｆｌｕｘ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）が磁束を隙間側に集中させ、主ソレノイドは隙間内に磁束を生成する。ソレノイドの磁気回路は磁芯の一部と、隙間の一部と、強磁性部品と磁芯間の別の隙間とにより画定される。消磁コイルは、磁芯の別の一部と、隙間の別の一部と、別の隙間とにより画定される磁気回路を有する。消磁コイルは、少なくとも主ソレノイドにより生成される磁束が磁束集中装置から別の隙間内に向けられ可動部品が主ソレノイドの磁力下で永久磁石から離れて移動可能である程度に、永久磁石を消磁するように配置される。主ソレノイド内の電流としたがってそれから導出される磁力は比較的緩やかに上昇する。これは、可動強磁性部品を速やかに動かすのに十分な力を発生するのに十分な大きさでなければならない主ソレノイドの大きさのためである。消磁コイルは、主ソレノイドが高電流に達した後に活性化されるので、可動強磁性部品を速やかに動かすことができる。

これらの作動装置では２個の異なるコイルが使用される。２個の異なるコイルの存在により作動装置の大きさと重量が増加する。さらに、作動装置はより複雑でかつより高価になる。別の問題は、異なる作動信号の生成と適用を実現するのは困難となり得ることである。弁作動装置が特別の技術分野に使用されると別の問題が生じる可能性がある。例えば、油圧液作動機械（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｌｕｉｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）の分野、より精確には合成整流式油圧液作動機械（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｌｕｉｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）の分野では弁作動装置の要件は極めて厳格である。第１に、弁作動装置は開くときまたは閉じるときに極めて高速でなければならない。第２に、作動信号（開閉信号）に対する応答は極めて精確でかつ再現可能でなければならない。第３に、弁作動装置は比較的強い力を発生できなければならない。具体的には、開位置における保持力は、特に高い回転速度および高い油粘度において弁頭に作用する流れ力による弁の自己閉鎖を回避するために比較的高く（８０Ｎ程度）なければならない。もちろん弁作動装置の電力消費は可能な限り小さくなければならない。

米国特許第７，０７７，３７８Ｂ２号明細書には、流体作動式機械の加工室に対する流体の流れを許容するまたは妨げるように動作可能な弁アセンブリが開示されている。弁アセンブリは、間に環状流路を画定する半径方向に離間された内側および外側環状弁座と、密封リングを含む弁部材と、密封リングが流体の流れに対し環状流路を閉じるように環状弁座と密封係合にある第１の位置と環状流路が流体の流れに対し開かれるように密封リングが環状弁座から離間される第２の位置との間で弁部材を軸方向に動かすための手段と、を含む。弁アセンブリは鉄鋼材料の本体を含む。一般的に電機子と呼ばれる可動支柱部材が前記本体の隙間内で移動可能に配置される。前記可動支柱部材は永久磁石により前記第２の位置に係止可能である。コイルへ電流を供給することにより、前記可動支柱部材を係止解除して前記第１の位置に移動することができる。横から可動支柱部材に至る本体の中央「ブリッジ」部分は、コイルを通る最大許容電流が供給されても飽和しないように寸法決めされる。しかしながら磁芯のブリッジ部と本体との間の有限の隙間により、磁束の侵入に対する一定の抵抗が存在する。したがって電気コイルにより生成される磁束の一定部分（可動支柱部材がまだ動いていない限り）は磁芯の永久磁石部分を通る。

概念「流体作動機械」により、油圧ポンプ、油圧モータ、ポンプとして使用可能な機械、およびモータとして使用可能な機械が包含される。合成整流式油圧機械（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｍａｃｈｉｎｅ）はまた「ディジタル変位ポンプ」として知られている。合成整流式油圧機械は、欧州特許第０３６１９２７Ｂ１号明細書、欧州特許第０４９４２３６Ｂ１号明細書および欧州特許第１５３７３３３号明細書により知られている。それらは可変容量型流体作動機械（ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｆｌｕｉｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）の特別の部分集合である。

このような流体作動機械および／またはこのような合成整流式油圧機械は理論上および実用上うまく動作するが、改善、特に弁作動装置の分野における改善の余地が依然として大いにある。

したがって本発明の目的は、改善された弁作動装置を提案することである。本発明の別の目的は、改善された作動弁、改善された流体作動機械、および弁作動装置を動作させる方法を提供することである。

したがって、内部空間および少なくとも１つの二叉分岐を有する磁芯と、少なくとも１つの可変磁場生成装置と、少なくとも１つの永久磁場生成装置と、少なくとも１つの可動磁気部品と、を含む弁作動装置を設計することを提案する。ここでは、前記二叉分岐は磁芯の第１の領域と第２の領域を画定し、前記可動磁気部品は、第１の隙間が前記可動磁気部品の第１の表面と前記磁芯の前記内部空間の第１の表面との間に形成され、第２の隙間は前記可動磁気部品の第２の表面と前記磁芯の前記内部空間の第２の表面との間に形成され、第３の隙間は前記可動磁気部品の第３の表面と前記磁芯の前記二叉分岐の第３の表面との間に形成されるように、前記磁芯の前記内部空間内に移動可能に配置され、前記可変磁場生成装置の少なくとも１つは前記磁芯の前記第１の領域と関連付けられ、前記永久磁場生成装置の少なくとも１つは前記磁芯の前記第２の領域と関連付けられる。さらに前記弁作動装置は、前記可変磁場生成装置の少なくとも１つにより生成される磁束が前記少なくとも１つの可動磁気部品に力をかけることができるとともに前記永久磁場生成装置の少なくとも１つにより生成される磁束を相殺することができるように、および少なくとも１つの磁束制限手段（その磁束限界に少なくとも達することができる）が提供されるように、設計され配置される。通常、第１の隙間は第１の領域と関連付けられ、第２の隙間は通常第２の領域と関連付けられる。しかしながら異なる設計も同様に合理的であることがわかる。また、第３の隙間および／または二叉分岐は通常、第１および第２の両方の領域と関連付けられると考えられる。永久磁場生成装置は通常、少なくとも１つの位置における着脱可能磁気部品の係止を可能にする。可変磁場生成装置は通常、永久磁場生成装置により生成される磁場を相殺するためだけでなく、永久磁場生成装置により発生される力の方向に追加磁力を生成するため、および／または異なる方向に（具体的には永久磁場生成装置により発生される力の方向と反対方向に）力を発生するために使用される。永久磁場生成装置として、標準的な永久磁石を使用することができる。体積の理由で、単位体積当たり高い磁場を示す永久磁石を使用することが好ましい。可変磁場生成装置については、電気コイルが通常使用される。電気コイルの実際の設計は、生成される磁場の強度、利用可能な空間、および／または利用可能な電流または電圧のような外部パラメータに依存する。可動磁気部品は好ましくはポペット弁の一部であってよいし、あるいは後でポペット弁に接続されてもよい。もちろん、可動磁気部品は完全に磁性材料で作られる必要はない。逆に、通常は、可動磁気部品の一部だけが磁性材料で作られる。可動磁気部品の寸法は（内部空間内に配置される部分を少なくとも考慮して）、それぞれの寸法が内部空間の長さより小さくなるように選択されてよい。例えば、内部空間の長さは弁作動装置の軸に合わせられてもよい。このため、可動磁気部品を内部空間の「方向」に移動することができる。一般的に、可動磁気部品の長さと内部空間の長さとの差異が可動磁気部品の移動距離を決定することになる。

可変磁場生成装置により生成される磁束（および永久磁場生成装置により生成される磁束）の分布は磁芯の２つの領域間に分布される。磁束、特に可変磁場生成装置により生成される磁束の分布は、磁束、特に可変磁場生成装置により生成される磁束に依存して２つの領域間に分布される。具体的には、低い磁束では（例えば電気コイルを通る低電流では）、可変磁場生成装置により生成される磁束は磁芯の第１の領域に実質的に閉じ込められ、一方、永久磁場生成装置により生成される磁束は磁芯の第２の領域に実質的に閉じ込められる。しかしながら可変磁場生成装置により生成される磁束が磁束制限手段の磁束限界を超えると、磁束、具体的には可変磁場生成装置により生成される磁束の過度の部分は磁芯の第２の領域を通る（少なくとも、可変磁場生成装置により生成される磁場が一定方向に向く場合）。したがって磁束制限手段により、様々な磁場生成装置により生成される磁束の分布は非線形なやり方で磁芯の異なる領域全体にわたって分布される。磁束制限手段は、前記二叉分岐、具体的には前記第３の隙間に関連して配置できることが好ましい。磁束制限手段はさらに前記二叉分岐および／また前記第３の隙間の一部を形成することができる。もちろん磁束制限手段は、磁束制限手段の磁束限界に達したときに磁束の急峻な遮断動作を示す必要はない。その代りに、磁束制限手段の「ソフト」な遮断動作または単なる非線形遮断動作がこの目的のために十分であるということがわかる。例えば、磁束制限手段が二叉分岐に関連して配置され、永久磁場生成装置と可変磁場生成装置により生成される磁束が、合計して磁束制限装置の磁束限界を超える磁束になると、この磁束限界を超える過剰磁束は前記二叉分岐とは異なる追随すべき経路を捜さなければならない。しかしながら好ましい別の経路は磁芯の第２の領域の形で既に存在する。

提案したように磁束制限手段を使用することにより、生成する磁束の緩やかな変化を示す可変磁場生成装置を使用することが可能となる。しかしながらこのような磁束の緩やかな変化は、電気コイルのような典型的な可変磁場生成装置の標準的な動作である。しかしながら提案した設計を使用することにより、可変磁場生成装置は弁作動装置の第１の領域を通る磁束を緩やかに増加することができる。このようにして弁作動装置の第１の隙間全体にわたるかなりの吸引力を増強することができる。しかしながら弁作動装置の第２の領域を通る磁束は可変磁場生成装置により生成される磁束の影響を（まだ）受けていない（磁束制限装置の磁束限界にまだ達しない限り）ので、永久磁束生成装置により生成される磁束は、可動磁気部品に作用する外力と可変磁場生成装置により生成される磁束とにかかわらず可動磁気部品をその係止位置に保持することができる。磁束限界に達すると、第１の隙間全体にわたるかなりの吸引力が既に存在するので、永久磁場生成装置により生成される磁束の相殺が急速に生じ、可動磁気部品は急速に加速される。したがって従来から知られた弁作動装置と比較して可動磁気部品のより高い初期加速度としたがって弁作動装置のより速い作動時間とを達成することが可能となる。さらに、弁作動装置の作動時間は通常、従来から知られた弁作動装置と比較してはるかに精確である。永久磁場生成装置により生成される磁束の相殺について言うと、完全な相殺が必ずしも起こるわけではない。その代りに、例えば可動磁気部品の移動が、第２の隙間全体にわたる残留磁束および／または磁芯の第２の領域内の残留磁束にかかわらず開始されるということは十分に可能である。

前記磁束制限手段の少なくとも１つの磁束強度限界は前記磁束制限手段の飽和により実質的に定義されることが好ましい。標準的な強磁性体を使用することにより、磁気飽和は、使用される材料の物理的性質のためにある点で起こる。磁気飽和限界より上では、強磁性体の磁気抵抗は通常著しく増加し、一般的には空気の磁気抵抗にほぼ等しくなる。これは通常、飽和限界より上では、増分磁気抵抗が低い飽和限界より下の状況と比較し、増分磁気抵抗が増加されることを意味する。このとき磁束制限手段の磁束限界は、それぞれの部分の適切な寸法決めにより選択することができる。しかしながら異なる実施形態も可能である。

弁作動装置の好ましい実施形態では、前記磁束制限手段は可変磁束制限手段として設計される。換言すれば、磁束制限手段により課される磁束限度は可変であってよい。このようにして、磁芯の異なる領域の上の前述の磁束の分布をさらに変更することが可能となる。例えば、永久磁場生成装置により生成される磁束による磁気係止が相殺されて可動磁気部品が既にわずかに動いた時点で、可変磁束生成装置により生成される磁束を弁作動装置の第１の領域に集中することは可能である。これは、隙間（例えば第２の隙間）全体にわたる吸引電磁力が通常、初期段階におけるそれぞれの隙間の大きさのほんのわずかな増加とともに急速に減衰するからである。したがって極めて短時間（例えば可動磁気部品の移動距離）後に第２の領域を通る永久磁場生成装置により生成される磁束を低減することが可能となる。さらに、可変磁場生成装置により生成される磁束の一部（第２の領域を通る「より長い」経路をとる）を減少することができる。したがって弁作動装置の第１の領域内のおよび／または弁作動装置の第１の隙間全体にわたる磁束を増加することができる。磁束制限手段の磁束限界を引き上げることにより第３の隙間全体にわたる磁束が増加すると、この第１の領域内の磁束の増加をさらに大きくすることができる。これにより例えば第１の隙間全体にわたる吸引力を増加することができ、可動磁気部品の加速度の改善となる。したがって弁作動装置をさらに速くすることができる。磁束限界は可動磁気部品の位置とともに変化し得ることが好ましい。したがって可動磁気部品の異なる位置において、重点をいくつかの実行すべき動作に置くことができる。例えば、可動磁気部品の係止位置（係止は永久磁場生成装置により行われる）では、重点を永久磁場生成装置の磁束を相殺する（または十分に低減する）こと、したがって係止解除に置くことができる。しかしながら可動磁気部品が解放されると、重点は係止位置から離れる方向の可動磁気部品の急速な加速に移る。

前記磁束制限手段、具体的には、可変磁束制限手段を前記二叉分岐（好ましくは前記第３の隙間）に関連して配置することは可能である。このようにして（可変）磁束制限動作を、それぞれの装置の適切な寸法決めにより、および／または磁性材料の適切な選択により、および／またはそれぞれの装置の適切な成形により容易に実現することができる。

通常、前記磁束制限手段の少なくとも１つ、具体的には前記可変磁束制限手段（好ましくは前記第３の隙間）の磁束限界および／または磁気抵抗が前記可動磁気部品の位置とともに変化するように弁作動装置を設計し配置することが好ましい。このようにして磁芯の異なる領域上の磁場の分布の前述の依存性は、関与する磁束の異なる量だけでなく可動磁気部品の位置にも依存することができる。このような実施形態を使用することにより、例えば可動磁気部品の位置と可動磁気部品にかかる磁力との間のより手の込んだ機能性を実現することが可能となる。この機能性は、１つまたは複数の隙間に隣接する表面の傾斜成形または階段状成形により容易に実現することができる。例えば、二叉分岐の表面および／または第３の隙間に向かう可動磁気部品の表面は傾斜形状および／または階段形状を示してよい。追加的にまたは代替的に、それぞれの表面の表面重なりが可動磁気部品の移動とともに変化するように部品を配置することもまた可能である。もちろん前記機能性を実現する異なる方法も可能である。特にここで提案している実施形態に関連して、可動磁気部品の移動方向が、第３の隙間に隣接する表面（すなわち、可動磁気部品のそれぞれの表面および／または磁芯の二叉分岐のそれぞれの表面）の少なくとも１つの少なくとも一部にほぼ平行であることが通常は好ましい。ここで提案している実施形態を使用することにより、前記可変磁束制限手段の磁束限界が、その係止位置から離れる可動磁気部品の移動とともに増加するようにし、これにより可変磁場生成装置により生成される第１の領域内の磁束を増加させ、したがって可動磁気部品を移動させる力を増加することが可能となる。このようにして、可変磁場生成装置により生成される磁束は永久磁場生成装置の磁束を相殺するために使用される代わりに吸引力を生成するために使用されてよい。但し、この相殺はもはや必要でない（永久磁場生成装置の吸引力は、第１の隙間の大きさの増加と共に速やかに減衰する）。しかしながら、磁束制限手段の通常の急峻な遮断レベルを上げる必要はない。その代りに磁気抵抗の比較的「ソフト」な減少でも十分であるということがわかる。ここで提案している実施形態を使用することにより、第２の領域を通る（したがって永久磁場生成装置を通る）可変磁場生成装置により生成される磁束の一部を減少させ、したがって磁芯の第１の領域だけを通る可変磁場生成装置により生成される磁束の一部を増強することも可能である。さらにこの設計により、永久磁場生成装置の磁化方向と反対方向である外部から与えられる（通常は可変磁場生成装置により与えられる）磁束の量を制限することができるので、永久磁場生成装置を保護することが可能となる。これは、永久磁場生成装置の磁化方向と反対方向のあまりにも強い磁束が永久磁場生成装置に与えられると多くの永久磁場生成装置が破壊される可能性があるので、有利である。

通常、弁作動装置は、可動部品が前記第２の隙間により接近しているとき、前記磁束制限手段、具体的には前記可変磁束制限手段（好ましくは前記第３の隙間）の磁束限界がより低くなるように、および／または前記磁束制限手段、具体的には前記可変磁場制限手段（好ましくは前記第３の隙間）の磁気抵抗がより高くなるように設計され配置されると好ましい。このようにして永久磁場生成装置の磁束の相殺、したがって永久磁場生成装置の係止動作を極めて効果的に相殺することができる。一方、磁芯の第２の領域を通る可変磁場生成装置により生成される磁束の一部は、可動磁気部品が動き始めると急速に減衰することができる。

弁作動装置は、少なくとも１つの磁束集中装置が前記隙間の少なくとも１つの近傍におよび／または前記磁束制限手段の少なくとも１つの近傍に、具体的には前記可変磁束制限手段の少なくとも１つの近傍に（好ましくは前記第２の隙間の近傍におよび／または前記磁芯の前記第３の隙間の近傍に）配置されるように設計されてよい。このようにしてそれぞれの磁束の力発生効果を最大にすることが可能となり、したがってそれぞれの磁束量を下げることが可能となる。このようにして電気エネルギー（例えば、反対磁束を生成するおよび／または反対磁束を相殺するのに使用される）を節約することが可能となる。さらに可変磁束制限手段はこのような磁束集中装置により実現可能である。さらに磁束集中装置を使用することにより、フォースオーバーウエイ（ｆｏｒｃｅ−ｏｖｅｒ−ｗａｙ）動作を実現することも可能となり、したがって磁束により発生される力はそれぞれの部分の距離の増加とともに急速に減衰する。永久磁場生成装置との関連では、永久磁場生成装置を磁束集中装置の少なくとも１つの近傍に配置することは可能である。永久磁場生成装置の機能と磁束集中装置の機能とを少なくとも部分的に組み合わせることも可能である。これは例えば永久磁場生成装置を適切に成形することより可能である。しかしながら永久磁場生成装置との関連だけでなく、磁束集中装置もまた、いくつかの装置を合理的に成形することにより（例えば、磁芯および／または可動磁気部品の一部分を合理的に成形することにより）実現することができる。磁束集中装置を第２の隙間の近傍および／または第３の隙間の近傍に設けることは特に有用と考えられる。何故ならこれらの隙間は通常、磁芯の第２の領域に関連付けられ、永久磁場生成装置の磁場が正常に閉じ込められる領域を画定するからである。

部品の少なくとも１つを成形することにより前記磁束集中装置の少なくとも１つ、および／または前記磁束制限手段の少なくとも１つ（具体的には、前記可変磁束制限手段の少なくとも１つ）を設けることは可能である。これは通常、磁束集中装置と可変磁束制限手段それぞれを設けるための極めて容易な方法である。具体的には、それぞれの部品の先細形状が通常は有効である。それぞれの部品は、可動磁気部品のおよび／または永久磁場生成装置の磁芯の一部分（具体的には、第１の隙間、第２の隙間、第３の隙間、および／または可変磁束制限手段の１つの隣接面を形成する磁芯の表面部分）であってよい。

前記磁束制限手段（具体的には前記可変磁束制限手段）を前記磁芯の前記第１の領域内（好ましくは前記二叉分岐の領域内）だけに配置すると、別の可能な実施形態を実現することができる。この設計は、磁束（具体的には可変磁場生成装置により生成される磁束）を低磁束で磁芯の第１の領域に容易に閉じ込めることができるので特に有用であるということがわかる。しかしながら磁束が、磁束制限手段により定義された限界を超えると、磁束は磁束制限手段のおかげで第１の領域を「離れ」、したがって第２の領域に入る。しかしながらこれは通常、磁束の相殺を望む場合は磁芯の領域の上の磁束の好ましい分布である。具体的にはこのようにして、永久磁場生成装置により生成される磁束の相殺および／または可動磁気部品の係止力の相殺は特に効率的となる、および／または可動磁気部品の移動のタイミングは極めて精確となる。このようにして有利な動作を有する弁作動装置を提供することができる。

前記隙間（具体的には前記第１の隙間および／または前記第２の隙間）の少なくとも１つが少なくとも１つの磁束増強手段および／または少なくとも１つの磁束密度低減手段を含むように、弁作動装置を設計することも可能である。このような設計を用いることにより、それぞれの隙間の磁力線の侵入に対する磁気抵抗を低減することができる。さらにこのような設計の使用は通常、隙間の大きさに対するそれぞれの隙間の磁気抵抗の依存性の低下をもたらす。このようにして、それぞれの隙間全体にわたり生成される磁力をより整合性のあるものとすることができる。このような磁束増強手段および／または磁束密度低減手段は例えばそれぞれの表面を拡大するおよび／または整合させることにより実現可能である。これを実行するための可能な方法は、隙間の傾斜「切断面」を設けるおよび／または可動磁気部品の第１の表面上および／または磁芯の第１の表面上（すなわち、隙間内）に円錐状の特徴を設けることである。

少なくとも１つの力学的エネルギー蓄積装置（具体的にはばねのような伸縮自在に変形可能な装置）を有する弁作動装置を設けることも可能である。このようにして、可動磁気部品に作用する可動磁気部品の運動エネルギーおよび／または外力（例えば、油圧液により加えられた）を蓄積可能エネルギーに変換することができる。この蓄積可能エネルギーは弁作動装置の作業周期中の遅い時間に解放されてよい。蓄積エネルギーが適切な時間に解放されると、例えば弁作動装置の開時間または閉時間を減少させることが可能となる。さらに蓄積された力学的エネルギーは、弁作動装置を駆動するために必要なエネルギー量を減少させるために使用可能である。したがってエネルギーを節約することができる。

前記可動磁気部品を第１の端位置（第１の隙間がほぼ閉じられる）および／または第２の端位置（第２の隙間がほぼ閉じられる）に少なくとも移動することができると、弁作動装置の別の可能な実施形態を実現することができる。特に提案された端位置において、磁束は通常、最も高い力を生成する。逆の見方をすると、ある力は比較的低い磁束で生成可能である。弁作動装置は通常、弁作動装置の作業周期中の大部分の時間は端位置のままなので、一方または両方の端位置の弁作動装置のエネルギー消費量が低減されると弁作動装置全体のエネルギー使用量を格段に低減することができる。したがって特に省エネルギーの弁作動装置を実現することができる。

さらに、弁作動装置に少なくとも１つの軸受手段を設けることが可能であり、軸受手段の少なくとも１つが前記第３の隙間に関連して配置されることが好ましい。このような軸受手段を使用することにより、可動磁気部品の移動をより正確にすることができる。したがって提案された弁作動装置により駆動される弁の作動もより正確にすることができる。具体的には、提案された軸受は併進軸受（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌ ｂｅａｒｉｎｇ）であってもよい。第３の隙間の近傍には、可動磁気部品の移動方向に少なくともほぼ平行な表面（または少なくとも表面部分）が通常は存在するということに留意されたい。これらの表面（または表面部分）は併進軸受を設けるのに便利に使用される。第３の隙間の近傍の磁性材料が傾斜面または階段状面を示す場合は、磁性材料の表面上（の一部）に材料を加えることにより滑らかかつ平行な面を設けることができる。例えば、エポキシ樹脂を使用することができるであろう。提案された実施形態のさらなる財産は、特にいくつかの部品が「二重機能」を有すると弁および／または作動装置全体の体積を低減することができることである。

さらに、作動弁に前述のタイプの弁作動装置を設けることが提案される。好ましくは、可動磁気部品の少なくとも１つは弁オリフィス取替装置（ｖａｌｖｅ ｏｒｉｆｉｃｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）におよび／またはその一部に接続される。同様に、得られる作動弁は前述の特徴および利点を示すことができる。弁オリフィス取替装置は、弁頭により具体的にはポペット弁により部分的に開くまたは閉じることができるオリフィスとして容易に設計可能である。好ましくは、弁作動装置の第１の端位置は作動弁の全開位置に対応することができ、一方、第２の端位置は作動弁の全閉位置に対応することができる。但し、弁作動装置の位置と弁オリフィスの状態との関係は異なってもよい（具体的には逆でもよい）。

さらに、前述のタイプの少なくとも１つの弁作動装置および／または前述のタイプの少なくとも１つの作動弁を含む流体作動機械を提案する。流体作動機械は好ましくは油圧液作動機械として（具体的には合成整流式油圧機械として）少なくとも部分的に設計される。流体作動機械は通常、流体ポンプと、流体モータと、流体ポンプおよび／または流体モータの両方として動作可能な機械とを包含する。合成整流式油圧機械はまたディジタル変位ポンプとして知られている。これらは可変容量型流体作動機械のサブセットを形成する。提案された流体作動機械は既に述べた特徴よび利点を同様に示すことができる。

さらに、内部空間を有する磁芯と、少なくとも１つの可変磁場生成装置と、少なくとも１つの永久磁場生成装置と、少なくとも１つの可動磁気部品とを含む弁作動装置を動作させる方法を提案する。この方法では、前記可動磁気部品は、第１の隙間が前記可動磁気部品の第１の表面と前記磁芯の前記内部空間の第１の表面との間に形成され、第２の隙間が前記可動磁気部品の第２の表面と前記磁芯の前記内部空間の第２の表面との間に形成されるように、前記磁芯の前記内部空間内に移動可能に配置される。前記永久磁場生成装置の少なくとも１つにより生成される磁束は、前記磁芯の一部および／または前記可動磁気部品の一部による磁束の制限により前記可変磁場生成装置の少なくとも１つにより少なくとも部分的に一時的に相殺される。この方法の根本原理は、提案された弁作動装置、提案された作動弁、および／または提案された流体作動機械に関連して既に述べた。本提案方法は既に述べた特徴および利点を同様に示す。

前述のタイプの弁作動装置を動作させるためのこの提案方法は、前記磁束制限の量が少なくとも部分的に可変であり、前記可動磁気部品の位置とともに好ましくは変化するように実行可能である。

前述のタイプの弁作動装置を動作させるためにこの提案方法を使用することも可能である。さらに、前述の提案されたやり方で本提案方法をさらに変更することが可能である。

本発明およびその利点は、添付図面を参照して説明される以下の本発明の実施形態の記載を見るとより明らかになるだろう。

弁作動装置の第１の実施形態を含む弁ユニットの第１の実施形態の断面。 係止位置における弁作動装置の第１の実施形態の磁気状況。 係止位置における弁作動装置の第１の実施形態の磁気状況。 係止解除運動の初期段階における弁作動装置の第１の実施形態の磁気状況。 係止解除運動の初期段階における弁作動装置の第１の実施形態の磁気状況。 半係止解除位置における弁作動装置の第１の実施形態の磁気状況。 係止解除位置における弁作動装置の第１の実施形態の磁気状況。 弁作動装置の第１の実施形態における磁気ブリッジの磁気飽和。 図１による弁ユニットを使用した合成整流式油圧ポンプの実施形態。 弁作動装置の第１の実施形態を含む弁ユニットの第２の実施形態の断面。

図１に、弁作動装置部２と弁オリフィス部３を含む弁ユニット１の概略断面を示す。弁ユニット１はほぼ回転対称である。

弁作動装置部２内には磁芯６が設けられる。磁芯６は強磁性特性を示す軟磁性材料で実質的に作られる。磁芯６は、磁芯６の内部上に外周方向に配置される二叉ウェブ（ｂｉｆｕｒｃａｔｉｎｇ ｗｅｂ）７を備える。図１に示す実施形態では、二叉ウェブ７は磁芯６のほぼ半分の高さに存在する。二叉ウェブ７は磁芯６の上部４と下部５を画定する。もちろん二叉ウェブ７の位置は異なるように選択されてもよい。

磁芯６は内部空間８を備える。内部空間８は磁芯６の３つの隣接端部９、１０、１１により画定される。第１の端部９は磁芯６の上部４の一部を形成し、第２の端部１０は磁芯６の下部５の一部を形成する。第３の端部１１は、二叉分岐として機能する二叉ウェブ７に対応し、磁芯６の上部４と下部５の両方に共通である。内部空間８内には、電機子１２が移動可能に配置される（矢印Ａの方向に移動可能であり、可動磁気部品として機能する）。磁芯６と電機子１２は、電機子１２が実質的に上述の方向にだけ（すなわち上方と下方（矢印Ａを参照））移動可能であるように寸法決めされる。電機子１２のほとんどの部分は磁性材料（例えば、磁芯６の材料と同じ材料であってよい軟磁性材料）で作られる。電機子１２は磁芯６の上部４と磁芯６の下部５の磁気ループをほぼ閉じる。このことはもちろん、電機子１２が、同様に二叉ウェブ７をバイパスする磁芯６の外側ループをほぼ閉じると見てよい。上記方向の電機子１２の典型的な移動距離は２、３、４または５ミリメートルである。

電機子１２は弁軸２８を介しポペット弁１５に接続される。ポペット弁１５は弁ユニット１の分配室２９内に配置される。流体入力ライン３０と流体出力ライン３１は分配室２９につながる。流体入力ライン３０の入口ポート３２はポペット弁１５の適切な運動Ａにより開閉可能である。流体入力ライン３０は例えば合成整流式油圧ポンプ３４のシリンダ３９のポンプ室３８に接続可能である（図７を参照）。流体出力ライン３１は合成整流式油圧ポンプ３４のシリンダ３９の低圧流体貯蔵槽３３に接続可能である。したがって弁ユニット１の流体出力ライン３１はシリンダ３９の供給ラインとなる。加圧流体（ポンプ室３９内へのピストン４０の内向き運動中のポンプ室３８内の流体の加圧は、弁ユニット１が閉じている場合だけ起こる）は高圧ライン３６を介しポンプ室３８を出て高圧流体マニホルド３５に向かう。それぞれの高圧ライン３６内には、逆止弁３７が各シリンダ３９の近くに設けられる。

磁芯６の下部５にはリング状永久磁石１３（永久磁場生成装置として機能する）が存在する。好ましくは、永久磁石１３は、永久磁石１３の単位体積当たり高い磁束を示す金属−セラミック材料で作られる。永久磁石１３の片側には軟磁性材料（例えば磁芯６と同じ材料）で作られた磁束集中装置１４（磁束集中装置として機能する）が搭載される。磁束集中装置１４は電機子１２に面し、さらに電機子１２が低い位置（弁ユニット１の開位置）にあるとき、電機子１２と接触する。この位置を図１に示す。電流および／または外力が弁作動装置部２に与えられなければ電機子１２はこの位置に留まるので、電機子１２のこの位置は電機子の係止位置と呼ばれる。もちろん、十分に高い力をポペット弁１５にかけると電機子１２は磁束集中装置１４との接触から脱することができる。しかしながら弁ユニット１の典型的な設計では、電機子１２を係止解除するのに必要な力は５０Ｎ〜１００Ｎの間のどこかに選択される。もちろん、その間隔はまた６０、７０、８０、９０Ｎで始まってもよいし終わってもよい。永久磁石１３により生成される磁気ループは実質的に磁芯６の下部５と電機子１２とを通る。得られる磁場について図２を参照してさらに説明する。

磁芯６の上部４には電気コイル１６（可変磁場生成装置として機能する）が設けられる。電気コイル１６は磁芯６の上部４の内空間１７内に置かれる。電気コイル１６（接続線は示されない）に電流を供給することにより、電気コイル１６は磁芯６内に磁束を生成することができる。電気コイル１６により生成される磁束が低いと、電気コイル１６の磁束は磁芯６の上部４にほぼ閉じ込められる。電気コイル１６により生成される磁場の方向が、永久磁石１３により生成される磁場と同じ方向にある（例えば、電気コイル１６と永久磁石１３により生成される両方の磁場が反時計方向に流れる）場合、同じことがより高いレベルの磁束でも当てはまる。もちろん、この場合であっても磁束に対し、ある限度が依然としてある。しかしながら永久磁石１３により生成される磁場と電気コイル１６により生成される磁場が異なる方向にある（例えば、永久磁石１３の磁場が反時計方向に周回し、電気コイル１６の磁場は時計回方向に周回する）場合、二叉ウェブ７と電機子１２により形成される中間磁気ブリッジ１８の少なくとも一部は、電気コイル１６により生成される磁束のある閾値レベルに達するかあるいはそれを超えると最終的に飽和する。飽和部分は第３の隙間２１に最も密に結合されるものかあるいは前記第３の隙間２１に直隣接するものであることが好ましい。中間磁気ブリッジ１８の一部分のこの飽和が起こると、磁気ブリッジ１８の増分磁気抵抗は飽和が起こる前よりはるかに高くなる。したがって電気コイル１６と永久磁石１３による全磁束は、飽和部分の増分磁気抵抗の著しい増加により効果的に制限される。電気コイル１６内の電流が増え続けると、このウェブ７の飽和部分の増分磁気抵抗が飽和限界超まで著しく増加されるので、二叉ウェブ７内の磁束の増加よりむしろ永久磁石１３全体にわたる消磁磁場の増加を引き起こす傾向がある。永久磁石１３全体にわたる消磁磁場の増加は、永久磁石１３としたがって磁束集中装置１４とを流れる磁束を低減し電機子１２上の保持力を低減するように作用する。効果を検討するための別の方法は、電気コイル１６からのさらなる磁束が、磁気ブリッジ１８の磁束限界を超える磁束に磁芯６の下部５を通るより長い経路に従うようにさせることである。電気コイル１６の磁束と永久磁石１３の磁束は異なる方向に向い、したがって互いに打ち消し合う。これは、第２の隙間２０を通る磁束全体の低減をもたらし、第２の隙間２０全体にわたる吸引力の低減をもたらす。ある点で永久磁石１３からの磁束は相殺される。この状況について図３、４、５、６を参照してさらに説明する。もちろん、ある点における全体磁束だけを測定することができる。所与の異なる磁束の重ね合せ図は、効果を理解するための可能な方法にすぎない。

図１からわかるように、電機子１２の低い位置（弁ユニット１の開位置）では、第１の隙間１９は第１の端部９と電機子１２との間に存在する。第１の隙間１９は電機子１２の隣接面２３と第１の端部９の表面２２により画定される。図１に示す弁ユニット１の実施形態では、隙間１９は電機子１２の動方向Ａに対し傾斜されるかあるいは先細になっている。第１の隙間１９のこの斜面は隣接面２２、２３の表面積を増加させる。表面積２２、２３が増加すると第１の隙間１９の近傍における磁束が増加する。斜面はまた、電機子１２の動方向Ａに沿った所与の必要運動のための隣接面２２と２３の間の垂直距離を低減し、これにより隙間１９の磁気抵抗を低減し、前記隙間１９を通る磁束を増加する（したがって磁束増強手段として機能する）。このようなやり方により、第１の隙間１９を通ることができる全体の磁束を増強することが可能となる。したがって磁力線の侵入に対する第１の隙間１９の抵抗が下げられる。換言すれば、傾斜した第１の隙間１９は、第１の隙間１９を通ることができる全体の磁束と、したがってその上部４の磁芯６の対応する部分を通ることができる全体の磁束とを増加するために使用可能である。このような傾斜したまたは先細の隙間１９の使用は、長ストロークソレノイドの磁気吸引力を改善するために行われる周知の慣習である。しかしながら、弁ユニット１において、傾斜した隙間１９はまた、前記隙間１９の磁気抵抗を減少させることにより、したがってブリッジ（内部空間）８を通る磁束が増強する速度を増加することにより、したがって第３の隙間２１に隣接するブリッジ８部分の飽和への時間を減少させることにより、はるかに速い動作を実現する。

弁ユニット１の開運動は、一緒に作用することができる２つの異なる力により果たされる。第１に、開運動は、永久磁石１３による第２の隙間２１全体にわたる磁気吸引により行うことができる。第２に、弁軸２８を下方へ押しやって弁ユニット１を開くばね４３（力学的エネルギー蓄積装置として機能する）を設ける。両方の力が一緒に加えられると、弁ユニット１の応答時間は増加し弁ユニット１の開時間は減少する。

弁軸２８（電機子１２を含む）は軸受４４、４５により誘導される。第１の軸受４４は弁ユニット１の分配室２９の近くに配置される。この第１の軸受け４４は標準的な、流体を通さない併進軸受け４４として配置されてよい。

第２の軸受け４５は電機子１２の外面２７と二叉ウェブ７の内面２６により設けられる。換言すれば、第３の隙間２１は併進軸受け４５の機能も実行するように設計される。弁ユニット１のここで示された実施形態の電機子１２の磁性材料は延長部４７のような段差を有するので、非磁性体材料で作られるリング４６は、第３の隙間２１の二叉ウェブ７の対向面２６に隣接する滑らかな表面２７を形成するために電機子１２の上半分の周囲に配置される。

第３の隙間２１に隣接する領域内の延長部４７を電機子１２の磁性材料が示す電機子１２の設計のために、電気コイル１６に十分な電流が供給されると磁気ブリッジ１８の（具体的には、二叉ウェブ７および／または磁束制限手段として一緒に機能する延長部４７の）磁気飽和が起こる。したがって、永久磁石１３の磁場を相殺するのに必要な電流は、磁気ブリッジ１８（具体的には、二叉ウェブ７および／または延長部４７）の大きさと形状により決定されてよい。得られる弁作動装置１の設計パラメータに基づいて設計を選択することができる。電機子１２の磁性材料の延長部４７の外面部分２７と二叉ウェブ７の表面２６との間の表面の重なりは弁ユニット１の閉位置では極めて小さいので、磁気ブリッジ１８の早い飽和が起こる。

電機子１２が上方に（矢印Ａ）動き始めると、延長部４７の表面部分と二叉ウェブ７の表面２６間の表面の重なりが増加する。したがって磁気ブリッジ１８の飽和はより高い磁束で起こる。これは次に磁気ブリッジ１８の飽和部分の磁気抵抗を減少させる。電気コイル１６により生成される増加磁束は磁気ブリッジ１８を通る。したがって第１の隙間１９を画定する第１の端部９の表面２２と電機子１２の表面２３との間の吸引力は増す。したがって電機子１２とポペット弁１５に接続される弁軸２８とが弁ユニット１の閉位置に向かって極めて速く加速することになる。

図２〜６では、弁ユニット１の開運動中の磁場の変化についてさらに解明する。図２〜６には、関与する部分の一部だけ（実質的に磁芯６の一部と電機子１２の一部）を示す。

図２では、弁作動装置２の休止状態の磁場の状況が示される。ここでは電気コイル１６はオフ状態である（すなわち、いかなる電流も電気コイル１６に供給されない）。磁束は永久磁石３だけから生じる。弁ユニット１の異なる部分の磁束密度は、磁束線４９の密度から推測することができる。力線の数は磁束の全体レベルを示さないということに留意されたい。したがって１つの図面の磁束の絶対レベルを別の図面と比較することはできない。

図２からわかるように、磁束は、磁束集中装置１４の接触面２５と電機子１２の隣接面２４とにより画定される第２の隙間２０に集中される。これにより電機子１２上の下向きの力を発生する。磁束はまた、第３の隙間２１に集中され、したがって第３の隙間２１のすぐ隣の延長部４７の部分および第３の隙間２１のすぐ隣の二叉ウェブ７の部分にも集中される。磁気ブリッジ１８は飽和していないので、二叉ウェブ７を通る磁束は妨げられない。したがって磁束は磁芯６の下部５にほぼ集中される。磁束の極一部だけが磁芯６の上部４を介し「長い経路」をとる。

図２ｂ（図２ａとは対照的に）では、永久磁石１３により生成される磁束の方向を示す方向指示矢印４８が描かれている。

電気コイル１６がオン状態にされると（すなわち、電流が電気コイル１６に供給されると）、状況は変化する。ここで、電気コイル１６と永久磁石１３の両方が磁束４８、５０を生成する（図３ｂを参照）。矢印４８、５０の方向により示すように、永久磁石１３により生成される磁束４８と、電気コイル１６により生成される磁束５０の方向は磁気ブリッジ１８内の同じ方向に向く。しかしながら、得られる磁束は磁気ブリッジ１８（二叉ウェブ７および／または延長部４７）の飽和レベルを超えるレベルにある。すなわち二叉ウェブ７のおよび／または電機子１２の延長部４７の磁性材料は飽和している。したがって２つの磁束４８、５０は互いに「競合する」ことになる。したがって第２の隙間２０を通る得られる磁束はある点でほとんど零まで低下する。このことは磁芯６の下部５の磁束線４９の密度からわかる（特に図３ａを参照）。これにより第２の隙間２０を一時的に消磁し、したがって電機子１２上の下向きの力をほぼ完全に相殺する。一方、電機子１２と磁芯６の上部４の磁芯６の第１の端部９との間の第１の隙間１９を通る磁束は、電機子１２に上向きの力を発生する。したがって弁１は閉じ始める。

図４では、弁ユニット１は既に半ば閉じている。図４からわかるように、電機子１２の延長部４７の隣接面２６と二叉ウェブ７（第３の隙間２１）の表面２７との重なり面部分は既に増加している。したがって磁気ブリッジ１８（二叉ウェブ７および／または延長部４７）の飽和レベルは図２と図３の状況と比較してここでははるかに高い。したがって磁力線の侵入に対する第３の隙間３の磁気抵抗は低下する。したがって電気コイル１６の効果は増加する。この効果の高まりは、磁芯６の上部４の磁力線４９の高密度からわかる。

最後に、図５では、電機子１２は、弁ユニット１が完全に閉じた上端位置に達する。この位置で、磁芯６の第１の端部９と電機子１２との間の第１の隙間１９はほぼ閉じられる。一方、電機子１２の隣接面２４と磁束集中装置１４の表面２５との間の第２の隙間２０はここで全開にされる。この位置では、弁ユニット１は、電気コイル１６を通る電流が低減されても閉位置に保たれる。これはばね４３の機械的力を考慮したとしても保持される。

図６に示すグラフ５３には、電機子１２上の全磁力Ｆ_Ｍと電気コイル１６を通る電流Ｉとの間の機能的結合が描かれている。全磁力Ｆ_Ｍは縦座標５４に示され、電流Ｉは横座標５５に示される。全磁力Ｆ_Ｍは実質的に第１の隙間１９全体にわたる磁力と第２の隙間２０全体にわたる磁力とからなる。全磁力Ｆ_Ｍは実質的に上記力のベクトル和である。特に、ばね４３による力は全磁力Ｆ_Ｍの一部ではない。

グラフ５３では、磁束制限手段を含む弁作動装置２の全磁力Ｆ_Ｍと電流Ｉとの機能的結合が示される（飽和線５６を参照）。この機能的結合５６は、図１と図８に示す弁作動装置２で発生する。比較のため、飽和が起こらない非飽和線５７も示す。これは例えば米国特許第７，０７７，３７８Ｂ２号明細書に示されるような弁作動装置に対応する。

微小電流Ｉでは、飽和線５６と非飽和線５７は一緒に低下する。しかしながら磁芯の飽和限界５８を越すと、電機子１２をその係止位置に保持する磁力Ｆ_Ｍ（全磁力Ｆ_Ｍの負値は電機子１２を下方へ動かす）は非飽和の場合５７と比較してはるかに急速に減衰する。したがって飽和線５６が横座標５５を越す点は非飽和ケース５７と比較してかなり低い電流Ｉにある。それぞれの線５６、５７と横座標５５とのこの交差点は、電機子１２がその上方位置に移動し始め、したがって入口ポート３２（図１に示す弁ユニット１の場合の）を閉じる点に対応する。このようにして、飽和の場合には、より少ない電気エネルギーが弁ユニットの作動に必要とされ、弁ユニット１、５１のより高い効率をもたらす。

別の効果をグラフ５３から同様に推測することができる。グラフ５３から明らかなように、飽和線５６は、横座標５５を越すと非飽和線５７と比較してはるかに高い傾斜を示す。しかしながら横座標５５のまわりの領域は、磁芯６および／または電機子１２の比較的少ない外力または残留磁化が電機子１２をその現在位置に保持することができるかあるいはこれとは逆に電機子１２の運動を始動することができる状況に対応する。したがってこの領域ではゆらぎが発生する可能性がある。飽和線５６の急峻な傾斜のために、この「不確実性の領域」を生成する時限の幅は最先端技術と比較してはるかに小さくなり、得られる弁作動装置２のはるかに良好なタイミングをもたらす。

図７では、前述の設計の弁ユニット１を使用した合成整流式油圧ポンプ３４が使用される。合成整流式油圧ポンプ３４は３つのシリンダ３９をまとめて示している。各シリンダ３９は、ポンプ室３８と、それぞれのポンプ室３８を出たり入ったり往復運動するシリンダ４０とを含む。ピストン４０の運動は、回転軸４２に偏心的に搭載されたカム４１によりなし遂げられる。ピストン４０がその対応するポンプ室３８から出ると、油圧液は低圧流体貯蔵槽３３から弁ユニット１（弁ユニット１は開位置にある）を通ってポンプ室３８の中に吸い込まれる。ピストン４０がその下死点に達するとすぐに弁ユニット１を閉じることができる。したがってポンプ室３８内の流体の圧力は増加する。最終的に、流体は逆止弁３７を開き、したがって油圧液はポンプ室３８から逆止弁３７を通って合成整流式油圧ポンプ３４の高圧マニホルド３５へ排出される。これはいわゆるフルストロークポンプモードに等しい。

但し、弁ユニット１の閉鎖を遅らせることも可能である。弁ユニット１が遅い時間に閉じられると、ポンプ室３８内の流体は最初に、弁ユニット１を通って排出され、低圧流体貯蔵槽３３内に戻される。したがって、高圧流体マニホルド３５に対する有効なポンピングは実行されない。弁ユニット１が閉じられたときだけ、ポンプ室３８内の油圧液の残りの部分が高圧流体タンク３５に向けて排出される。したがって合成整流式油圧ポンプ３４のポンプ性能を、実際の高圧流体流れ要件に容易に適合させることができる。

最後に、図８に、弁ユニット５１の別の可能な実施形態を示す。弁ユニット５１の弁作動装置部分２は図１に示す弁ユニット１の弁作動装置部分２とほぼ同一である。図１と図８の弁ユニット１と５１の主要な差異は、ここで示された弁ユニット５１の弁オリフィス部５２が、弁作動装置２の係止位置で弁オリフィス部５２の弁オリフィス３２が閉じられるように設計されるということである。したがって、弁作動装置２がその上方位置にあるときに弁オリフィス部５２の弁オリフィス３２は開かれる。

１ 弁ユニット、２ 弁作動装置部、３ 弁オリフィス部、４ 上部、５ 下部、６ 磁芯、７ 二叉ウェブ、８ 内部空間、９ 第１の端部、１０ 第２の端部、１１ 第３の端部、１２ 電機子、１３ 永久磁石、１４ 磁束集中装置、１５ ポペット弁、１６ 電気コイル、１７ 内空間、１８ 磁気ブリッジ、１９ 第１の隙間、２０ 第２の隙間、２１ 第３の隙間、２２〜２７ 表面、２８ 弁軸、２９ 分配室、３０ 流体入力ライン、３１ 流体出力ライン、３２ 口ポート、３３ 低圧流体貯蔵槽、３４ 合成整流式油圧ポンプ、３５ 高圧マニホルド、３６ 高圧ライン、３７ 逆止弁、３８ ポンプ室、３９ シリンダ、４０ ピストン、４１ カム、４２ 回転軸、４３ ばね、４４ 第１の軸受け、４５ 第２の軸受け、４６ リング、４７ 延長部、４８ 磁場方向（永久磁石）、４９ 磁力線、５０ 磁場方向（可変磁場）、５１ 弁ユニット、５２ 弁オリフィス部、５３ グラフ、５４ 縦座標、５５ 横座標、５６ 飽和線、５７ 非飽和線、５８ 飽和限界。

Claims (15)

1. 内部空間（８）および少なくとも１つの二叉分岐（７）を有する磁芯（６）と、少なくとも１つの可変磁場生成装置（１６）と、少なくとも１つの永久磁場生成装置（１３）と、少なくとも１つの可動磁気部品（１２）と、を含む弁作動装置（２）であって、
   前記二叉分岐（７）は前記磁芯（６）の第１の領域（４）と第２の領域（５）を画定し、
   前記可動磁気部品（１２）は、
   第１の隙間（１９）が前記可動磁気部品（１２）の第１の表面（２３）と前記磁芯（６）の前記内部空間（８）の第１の表面（２２）との間に形成され、第２の隙間（２０）が前記可動磁気部品（１２）の第２の表面（２４）と前記磁芯（６）の前記内部空間（８）の第２の表面（２５）との間に形成され、第３の隙間（２１）が前記可動磁気部品（１２）の第３の表面（２７）と前記磁芯（６）の前記二叉分岐（７）の第３の表面（２６）との間に形成されるように、前記磁芯（６）の前記内部空間（８）内で移動可能に配置され、
   前記可変磁場生成装置（４８、４９）の少なくとも１つは前記磁芯（６）の前記第１の領域（４）と関連付けられ、
   前記永久磁場生成装置（１３）の少なくとも１つは前記磁芯（６）の前記第２の領域（５）と関連付けられ、
   前記弁作動装置（２）は、
   前記可変磁場生成装置（１６）の少なくとも１つにより生成される磁束が、前記少なくとも１つの可動磁気部品（１２）に力をかけることができ、かつ前記永久磁場生成装置（１３）の少なくとも１つにより生成される磁束（４８、４９）を相殺できるように、設計され配置され、磁束限界に少なくとも達することができる少なくとも１つの磁束制限手段（７、１２）により特徴付けられる、弁作動装置（２）。
2. 前記磁束制限手段（７、１２）の少なくとも１つの前記磁束の強度限界は前記磁束制限手段（７、１２）の飽和により実質的に定義されることを特徴とする、請求項１に記載の弁作動装置。
3. 前記磁束制限手段（７、１２）の少なくとも１つは可変磁束制限手段（１８、４７）として設計されることを特徴とする、請求項１または２に記載の弁作動装置。
4. 前記磁束制限手段（１８、４７）、具体的には前記可変磁束制限手段（１８、４７）は前記二叉分岐（７）に関連して、好ましくは前記第３の隙間（２１）に関連して配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の弁作動装置。
5. 前記弁作動装置（２）は、磁気抵抗および／または前記磁束制限手段（１８、４７）の、具体的には前記可変磁束制限手段（１８、４７）の、好ましくは前記第３の隙間（２１）の磁気抵抗が前記可動磁気部品（１２）の位置に応じて変化するように、設計され配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の弁作動装置。
6. 前記弁作動装置（２）は、
   前記可動磁気部品（１２）が前記第２の隙間（２０）により接近すると、前記磁束制限手段（１８、４７）の、具体的には前記可変磁束制限手段（１８、４７）の、好ましくは前記第３の隙間（２１）の磁気抵抗は高くなり、および／または前記磁束制限手段（１８、４７）の、具体的には前記可変磁場制限手段（１８、４７）の、好ましくは前記第３の隙間（２１）の磁気抵抗は高くなるように、設計され配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の弁作動装置。
7. 少なくとも１つの磁束集中装置（１４）が、前記隙間（１９、２０、２１）の少なくとも１つの近傍におよび／または前記磁束制限手段（１８、４７）の少なくとも１つの近傍に、具体的には前記可変磁束制限手段（１８、４７）の少なくとも１つの近傍に、好ましくは前記第２の隙間（２０）の近傍および／または前記磁芯（６）の前記第３の隙間（２１）の近傍に配置されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の弁作動装置。
8. 前記磁束集中装置（１４）の少なくとも１つおよび／または前記磁束制限手段（１８、４７）の少なくとも１つ、具体的には前記可変磁束制限手段（１８、４７）の少なくとも１つは前記部品の少なくとも１つを成形することを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の弁作動装置。
9. 前記磁束制限手段（１８、４７）、具体的には前記可変磁束制限手段（１８、４７）は、前記磁芯（６）の前記第１の領域（４）内、好ましくは前記二叉分岐（７）の領域内にもっぱら配置されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の弁作動装置。
10. 前記隙間（１９、２０、２１）の少なくとも１つ、具体的には前記第１の隙間（１９）および／または前記第２の隙間（２０）は、少なくとも１つの磁束増強手段（１９、２２、２３）および／または少なくとも１つの磁束密度低減手段（１９、２２、２３）を含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の弁作動装置。
11. 前記可動磁気部品（１２）の少なくとも１つは好ましくは弁オリフィス取替装置（１５）におよび／またはその一部に接続される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の弁作動装置（２）を含む作動弁（１）。
12. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つの弁作動装置（２）および／または請求項１１に記載の少なくとも１つの作動弁（１）により特徴付けられた流体作動機械（３４）であって、好ましくは、油圧液作動機械、具体的には合成整流式油圧機械として少なくとも部分的に設計される、流体作動機械（３４）。
13. 内部空間（８）を有する磁芯（６）と、少なくとも１つの可変磁場生成装置（１６）と、少なくとも１つの永久磁場生成装置（１３）と、少なくとも１つの可動磁気部品（１２）とを有する弁作動装置（２）を動作させる方法であって、
    前記可動磁気部品（１２）は、
    第１の隙間（１９）が前記可動磁気部品（１２）の第１の表面（２３）と前記磁芯（６）の前記内部空間（８）の第１の表面（２２）との間に形成され、第２の隙間（２０）が前記可動磁気部品（１２）の第２の表面（２４）と前記磁芯（６）の前記内部空間（８）の第２の表面（２５）との間に形成されるように、前記磁芯（６）の前記内部空間（８）内で移動可能に配置され、
    前記永久磁場生成装置（１３）の少なくとも１つにより生成される磁束（４８、４９）は、前記磁芯（６）の一部および／または前記可動磁気部品（１２）の一部を介した磁束の制限により前記可変磁場生成装置（１６）の少なくとも１つにより少なくとも部分的に一時的に相殺されることを特徴とする、方法。
14. 前記磁束制限（１８、４７）の量は少なくとも部分的に可変であり、前記可動磁気部品（１２）の位置に応じて好ましくは変化することを特徴とする、請求項１６に記載の弁作動装置（２）を動作させる方法。
15. 前記弁作動装置（２）は、請求項１〜１０のいずれか一項により設計され配置されることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の方法。

Images