JP2012516574A - 半径方向の力を低減するためのセグメント化された電機子部材を含むソレノイド装置 - Google Patents

Abstract

電機子部材の偏心による半径方向の力を最小化するのに資するようにセグメント化された電機子部材を有するソレノイド装置。このソレノイド装置は、通電されると磁束通路内に磁束を生成する磁気コイルを有する。磁極片がこの電機子部材に部分的に取り囲まれる。電機子部材の回りには内側および外側の空気間隙が設けられる。電機子部材が偏心すると、空気間隙の一方が減少し他方が対応して増大する。半径方向の間隙によって、電機子部材がセグメントに分割される。この分割は、この半径方向の間隙が電機子部材の回りの円周方向の磁束通路を遮断して、磁束が磁極片に最も近い側に向かって渦巻くことを抑制し、かつ磁束をほぼ均等に分布させることを目的としている。電機子部材に作用する半径方向の力は低減し、その結果、軸方向の力の望ましいレベルを実質的に保存しながら、ソレノイドの構成部品間の摩擦が低減される。

Description

本発明は、電機子が偏心していることから生じる半径方向の力を低減するためにセグメント化された電機子部材を有するソレノイド装置に関する。

ソレノイドは周知されており、多様な目的に用いられる。いくつかの用途においては、比較的長いストロークにわたって比較的一定な力を供給するソレノイドを有することが有用である。一般的にリニアソレノイドと呼称されるこのタイプのソレノイドは、通常、電機子に関係付けられる作用空気間隙の可変オーバラップを用いて、電機子の縦方向長さに沿って延びるソレノイド軸の方向の電磁力を発生させる。電機子の好ましくない偏心はソレノイドに関わる固有の問題である。従来型のソレノイドは、電機子に沿って軸方向に配備される２つの空気間隙を有する。その結果、電機子の偏心によって両方の空気間隙が減少する。電機子にいかなる偏心が生じても、磁束の不均等な分布がもたらされ、ソレノイド軸に垂直に作用する好ましくない半径方向の力が発生するであろう。ソレノイド構成部品の製造上の不完全さ、電機子付属の軸受に関わる隙間、ソレノイド構成部品アセンブリの完全とは言えない芯出し、などがすべて偏心の発生に寄与する可能性がある。

通常、ソレノイドの空気間隙において発生する力は、空気間隙の磁気抵抗を低減する方向に電機子を動かすように作用する。磁気回路における空気間隙の磁気抵抗は、空気間隙の面積に比例し、その間隙の距離に逆比例する。そのため、偏心電機子はソレノイドの磁極片の近い側の方向により強く引き付けられるであろう。従って、電機子に作用する増大した半径方向の力が、関係するあらゆる構成部品の表面、例えば電機子のピンと軸受表面との間に印加されるであろう。これは、構成部品の間の摩擦を生じさせ、構成部品に関わる摩擦はソレノイドの性能を低下させると共に摩耗を惹起する。

従って、軸方向の力のレベルを実質的に保存しながら、偏心による半径方向の力を最小化するのに資する改良型のソレノイド装置に関するニーズが存在する。

本発明は、電機子部材の偏心による半径方向の力を最小化するのに資するようにセグメント化された電機子部材を有するソレノイド装置またはソレノイドに関する。このソレノイド装置は、通電されると磁気回路内に磁束を生成する磁気コイルを有する。電機子部材は、力を付与して仕事をなすために、磁気回路の空気間隙と関係付けて可動に配備される。磁極片は、それが電機子部材によって部分的に取り囲まれるように、電機子部材の中心部分に操作可能に関係付けて配置される。内側および外側の空気間隙は、電機子部材の偏心によって１つの空気間隙が減少し、もう一方の空気間隙が対応して増大するように、例えば、電機子部材のソレノイド軸または磁極片に向かう偏心によって、関係する内側の空気間隙が減少し、対応する外側の空気間隙が増大するように、電機子部材の回りに設けられる。電機子部材は、複数の半径方向間隙によってセグメントに分割され、そのセグメントは、各セグメントが内側および外側の空気間隙の当該部分と関係付けられるように、カラーの周囲に均等に連結される。電機子部材におけるこの半径方向の間隙は、電機子部材の回りの円周方向の磁束通路を遮断する。円周方向の磁束通路を遮断することは、磁束が電機子部材の回りにおいて磁極片に最も近い側に向かって「渦巻く」ことを抑えるのに役立つ。例えば、磁束の密集または群化、および磁束の不均等な分布を抑えるのに役立つ。生じる半径方向の力は従来型のソレノイドの場合よりはるかに小さい。従って、電機子部材および任意の関係構成部品の間の摩擦、例えば、ガイドピンおよび軸受表面の間の摩擦が実質的に無くなるかまたは大きく低下する。従来型ソレノイドの場合には必要な磁束管の使用を、本発明のソレノイド装置においては省略し得ることが理解されるべきである。セグメント化された電機子部材を有する本発明の改良型ソレノイド装置は、軸方向の力の望ましいレベルを実質的に保存しながら、偏心の結果として電機子部材に作用する半径方向の力を最小化するのに寄与する。

本発明のさらなる応用分野は以下の詳細説明から明らかになるであろう。以下の詳細説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが単に例示目的用のものであり、本発明の範囲を制限するようには意図されていないことが理解されるべきである。

本発明は、以下の詳細説明および添付の図面からさらに完全に理解されるであろう。

先行技術のソレノイド弁装置の断面図である。 本発明の一態様によるソレノイド装置の断面斜視図である。 弁部分に連結された本発明のソレノイド装置の断面図である。 弁部分に連結された本発明の第２実施形態によるソレノイド装置の断面図である。 電機子が偏心し、第１磁束線が不均等に分布している先行技術のソレノイドの模式的な断面図である。 本発明の一態様によるソレノイドの模式的な断面図であって、電機子が偏心し、第２磁束線が実質的に均等に分布しているソレノイドの模式的断面図である。 同心の非セグメント化リング状電機子を有するソレノイドの簡単な模式的表現を示す断面斜視図である。 実質的に均等な磁束ベクトル分布を有する図６の同心の非セグメント化リング状電機子を表す模式的な断面斜視図である。 偏心した非セグメント化リング状電機子を有するソレノイドの簡単な模式的表現を示す断面斜視図である。 実質的に不均等で渦巻き型の磁束ベクトル分布を有する図７の偏心した非セグメント化リング状電機子を表す模式的な断面斜視図である。 本発明の一態様に従ってセグメント化された、偏心しているリング状電機子を有するソレノイドの簡単な模式的表現を示す断面斜視図である。 本発明に従ってセグメント化された、実質的に均等な磁束ベクトル分布を有する図８の偏心したリング状電機子を表す模式的な断面斜視図である。

好ましい実施形態に関する以下の説明は、本質的に単なる例示用としてのものであり、本発明、その適用または使用を制限する意図のものでは全くない。

ここで図１を参照すると、従来型の先行技術のソレノイドが、全体的に符号１０として断面図で示されている。ソレノイド１０は磁極片１２を有し、その磁極片１２は、部分的に電機子１４と重なり合うと共に電機子１４を取り囲み、かなり狭い円周方向の空気間隙を形成する。この空気間隙は、作用空気間隙１６と呼称され、磁極片１２および電機子１４の間に位置している。磁極片１２は、コイル１８に通電された時に、電機子１４がそれに向かって磁気的に引き付けられる定置部品である。コイル１８は、少なくとも部分的にボビン２０を取り囲んでいる。電機子１４は、単一の円筒状部品として形成され、その縦方向長さに沿って延びる中心の軸方向穿孔を有する。電機子１４および電機子のピン２２はプレス嵌め係合によって組み立てられるが、その場合、電機子のピン２２が電機子１４の中心の軸方向穿孔を貫通して延びている。ソレノイド１０はまた磁束管２４をも有している。この磁束管２４は、電機子１４とかなり大きく重なり合って、電機子１４を取り囲んでおり、長い円周方向の空気間隙を形成する。この空気間隙は、円筒状空気間隙または戻り空気間隙１７と呼称され、磁束管および電機子１４の間に位置している。ボビン２０は、磁束管２４の一部分と、磁極片１２とを取り囲む。

ソレノイド１０は、また、ソレノイド１０における磁束通路の外側部分を全体的に形成するハウジング２６を有する。コイル１８に通電されると、磁束２８が、電機子１４、磁極片１２、ハウジング２６および磁束管２４を含むソレノイド１０の磁性の構成部品の集合体からなる磁束通路を貫通して流れ、かつ、作用空気間隙１６および戻り空気間隙１７双方の最も狭い部分を横断して流れる。電機子１４は、作用空気間隙１６および戻り空気間隙１７の内部に同心に描かれている。電機子１４および電機子のピン２２の形状は、電機子１４に印加される電磁力が電機子のピン２２の動きを惹起して、弁部分３２の連係部材、例えば図示されているスプール弁に作用するかあるいはそれを押し込むことを可能にするものである。ソレノイド１０は、電機子のピン２２に外接する寸法の軸受３０を有する。この軸受３０は、電機子のピン２２の軸方向の動きを可能にするように磁極片１２および磁束管２４の内部に配置される。

電機子１４の偏心によって、電機子１４がそれぞれ磁極片１２および磁束管２４の方向に動く時に、作用空気間隙１６および戻り空気間隙１７が共に、一方の側で狭くなり他方の側で拡大することになる。磁束２８は、作用空気間隙１６および戻り空気間隙１７を、それぞれの最も狭い位置、例えば磁極片１２に最も近い位置で横断するので、磁束通路内部における磁束２８の不均等な分布、例えば、最も狭い空気間隙を有する側に向かって磁束２８の量が増大する現象が生じる。この結果、好ましくないことに、一般的にソレノイドの縦軸に垂直な力であって電機子１４に作用する半径方向の力が増大し、これは、電機子のピン２２と軸受３０との間の摩擦を惹起し、それによって、ソレノイド１０の性能を低下させ、電機子のピン２２および軸受３０の表面に損傷および摩耗をもたらす。製造および組み立ての不完全さ、軸受３０に関わる必要なまたは好ましくない隙間などが、すべて電機子１４の偏心を原因とする可能性がある。

図２−４を全体的に参照すると、全体として符号１０２で示される本発明のソレノイド装置が図解されている。図３、４に別に示されるように、このソレノイド装置１０２は、全体として符号１００で示されるソレノイド弁装置の一部分を構成することができ、操作可能に接続される弁部分１０４を有する。ソレノイド装置１０２は、ボビン１０８の回りに巻回される磁気コイル１０６と、ハウジング１１２に結合される定置型の磁極片１１０と、ガイドピン１１４と、電機子部材１１６とを有する。ハウジング１１２は、全体として、ソレノイド装置１０２の磁束通路の外側部分を形成することができ、電機子部材１１６の周囲を少なくとも部分的に取り囲むように、電機子部材１１６を少なくとも部分的に過ぎて延びている。磁極片１１０およびガイドピン１１４は、ガイドピン１１４が磁極片１１０の軸方向の穿孔内部において摺動可能に延びるように、かつ、ガイドピン１１４および磁極片１１０の間に隙間が存在するように組み立てられる。２つ以上の軸受１２４が、ガイドピン１１４に外接してそれをガイドするような寸法で、磁極片１１０の凹部の内側に配置され、ガイドピン１１４の磁極片１１０に対する動作を可能にする。代替方式として、ボビン１０８を用いるのではなく、磁気コイル１０６を心棒の回りに巻回して、操作可能な形状を保持するように融合できることが理解される。

電機子部材１１６は、磁極片１１０と部分的に重なり合うと共に磁極片１１０をその頂部の方向に取り囲んでいる。電機子部材１１６は、カラー１２８の周囲に沿って連結される複数のセグメント１２６から形成され、このカラー１２８は、ほぼ円形のディスク状その他の形状にすることができる。各セグメント１２６の間に設けられる半径方向の間隙１３０は、電機子部材１１６の回りに等間隔に配置される。電機子部材１１６は、ほぼ円形であり、通常、ソレノイドの縦軸に対して横方向に延びている。ガイドピン１１４は、電機子部材１１６のカラー１２８の中心部分に操作可能に連結される。各セグメント１２６のほぼ大部分が、磁極片１１０およびボビン２０の上部に離隔配置される平面に沿って位置している。また、各セグメント１２６は磁束突起体１３６を有することが可能である。この磁束突起体１３６は、図２および３に示すように、磁極片１１０と少なくとも部分的に重なり合うと共にその磁極片１１０を取り囲むように下向きに延びる形に操作可能に形成される。磁極片１１０と、それに対向配備される磁束突起体１３６の表面であって磁極片１１０に向き合う磁束突起体１３６の最も内側の表面との間には、内側の空気間隙１３２が設けられ、ハウジング１１２と、それに対向配備されるセグメント１２６の最も外側の表面との間には、外側の空気間隙１３４が設けられる。非限定的な例として、外側の空気間隙１３４は０．２ｍｍ幅である。代わりの方式として、磁束突起体１３６を省略することが可能であり、図４に示すように、セグメント１２６を、実質的に突起体なしのセグメント１４２として形成することもできる。これについては以下に詳述する。図２−４を全体的に参照すると、電機子部材１１６と、内側および外側の空気間隙１３２、１３４との形状および寸法は、全体として磁束線１３８として示される磁束を分布させるように操作可能であり、この形状および寸法によって、力を付与して仕事をなすために、電機子部材１１６が磁極片１１０に対して動くことが可能になる。

半径方向の間隙１３０は、代わりの方式として、ほぼ円形の電機子部材１１６の回りに不均等に、例えば、約２５°、約３５°、約３０°などの等しくないセグメントを繰り返し並べて離隔配置できることが理解される。さらに、図２−４において内側および外側の空気間隙１３２、１３４に対して描かれた幅は図解用のものであること、および、電機子部材１１６は内側および外側の空気間隙１３２、１３４の内部に実質的に同心として描かれており、制限的なものと解釈されるべきではないことが理解される。

磁気コイル１０６に通電されると、全体として磁束線１３８で示される磁束が、通常、ハウジング１１２、磁極片１１０および電機子部材１１６を含む磁束通路を通って流れ、かつ内側および外側の空気間隙１３２、１３４を横断して流れる。内側の空気間隙１３２を横断する磁束線１３８は、通常、磁極片１１０とセグメント１２６の磁束突起体１３６との間を横断する。外側の空気間隙１３４を横断する磁束線１３８は、通常、ハウジング１１２とセグメント１２６の外側表面との間を横断する。いくらかの磁束線１３８は、さらに、磁極片１１０の上端部における磁極表面１３３と、セグメント１２６に形成されるセグメント段１３５であって磁極表面１３３に全体的に向き合うセグメント段１３５との間を横断する。カラー１２８は、例えば、プラスチック、アルミニウムおよびいくつかの鋼種のステンレス鋼のような非磁性材料製であり、磁束通路の一部を構成しない。ガイドピン１１４も、カラー１２８と同じまたは異なる非磁性材料製とすることができ、磁束通路の一部を構成しない。ガイドピン１１４と、電機子部材１１６の最も近い表面との間の距離は、磁気回路からの十分な絶縁を形成するように操作可能である。代替方式として、ガイドピン１１４が軸受１２４内部におけるより低い摩擦とさらに良好な摩耗特性との発現に資するように、ガイドピン１１４を、例えば硬鋼のような磁性材料製とすることも可能である。

電機子部材１１６が偏心すると、内側または外側の空気間隙１３２、１３４の一方が減少し、他方の内側または外側の空気間隙１３２、１３４が対応して増大することになる。例えば、電機子部材１１６が磁極片１１０の方向に偏心すると、関係する内側の空気間隙１３２が減少し、対応する外側の空気間隙１３４が増大する。電機子部材１１６の半径方向の間隙１３０は、電機子部材１１６の回りの円周方向の磁束通路を遮断する。円周方向の磁束通路を遮断することは、磁束線１３８が、電機子部材の回りに、磁極片１１０に最も近い内側の空気間隙１３２を有する側に向かって「渦巻く」ことを抑制する効果がある。これは、磁束線１３８の不均等な分布を抑えることに役立ち、電機子の偏心によって生じる半径方向の力であって電機子部材１１６に作用する半径方向の力を最小化することに寄与する。その結果、ガイドピン１１４および軸受１２４の間の摩擦が低減され、一方では、ソレノイド装置１０２の軸方向の力の望ましいレベルが保存される。

このソレノイド装置１０２の形態、特に電機子部材１１６の形態は、電機子部材１１６に作用する半径方向の力の低減に寄与する。概略的に、半径方向の力は従来型のソレノイドに存在するものの約１／３に低下し、軸方向の力の低減はどんなものであっても最小である。例えば、軸方向の力は約０〜約１５％だけ低下する可能性がある。通常、半径方向の力は約６０％だけ低下するが、軸方向の力は約１５％だけしか低下しない。非限定的な例として、半径方向の力は６２％だけ低下し、軸方向の力は１７％だけ低下する。別の非限定的な例として、約０．０２５ｍｍの電機子の偏心および約０．２アンペア〜１．４アンペアの印加電流の場合、本発明を用いると、半径方向の力を約６１〜６８％だけ低減することが可能である。電機子部材１１６に半径方向の間隙１３０を設けることによって生じる軸方向の力の低下は、内側および外側の空気間隙１３２、１３４の寸法を低減することによって少なくとも部分的に回復可能である。それでも、半径方向の力の対応する増大はいかなるものであれ、従来型ソレノイドの場合に比べると遥かに小さいであろう。

カラー１２８およびガイドピン１１４を連結することによって、電機子部材１１６に印加される磁気力が、連係するアクチュエータ部材、例えば、図３および４に示されるソレノイド弁装置１００の弁部分１０４の可動スプール１４０に作用する、あるいはそれを押し込むことが可能になる。図３および４は、スプリングの力が可動スプール１４０の端部に作用する制御圧力と均衡する「高バルブ（ｈｉｇｈ ｖａｌｖｅ）」装置を表現している。一般的に、電機子部材１１６に印加される磁気力はスプリングの力から差し引かれ、弁部分１０４の制御圧力の出力値を低下させる。「低バルブ（ｌｏｗ ｖａｌｖｅ）」装置を形成するために装置の逆の構成が可能であることも、本発明の考慮の範囲内である。本明細書に記述するソレノイド装置１０２は、任意の型式の適切な弁部分１０４その他と組み合わせて使用できることが理解される。非限定的な例として、弁部分１０４を、電気式、液圧式、空圧式のもの、排気ガス再循環（ＥＧＲ）バイパス弁、ターボチャージャの制御弁、キャニスタパージ弁、スプール弁、およびこれらの組合せとすることができる。さらに、ソレノイド装置１０２は、弁のみとの使用に限定されないことが理解される。

図３は、可動スプール１４０がその内部に配備される弁部分１０４と共に用いられるソレノイド装置１０２の１つの特定の実施形態を示す。ソレノイド装置１０２のハウジングは、弁部分１０４に操作可能な態様で結合される。この特定の形態においては、可動スプール１４０が、カラー１２８の中心部分と操作可能に連係しており、その結果、ソレノイド装置１０２の通電が遮断されると、カラー１２８が可動スプール１４０を押し込み、それを第１方向に動かす。ソレノイド装置１０２に通電されると、電機子部材１１６が磁極片１１０の方向に動き、これによって、可動スプール１４０が第２の反対方向に動く。

図４を参照すると、本発明のソレノイド装置１０２の別の実施形態に従って、電機子部材１１６が、突起体なしの複数のセグメント１４２であって、磁極片１１０を取り囲むように下向きに延びる磁束突起体１３６を実質的に含まずに形成されるセグメント１４２を有する。この突起体なしのセグメント１４２は、図４に示すようなほぼ長方形の断面、正方形の断面、および、磁極片１１０と操作可能に部分的に重なり合うと共に磁極片１１０をその頂部の方向に取り囲む類似の形状を有することができる。この突起体なしのセグメント１４２は、カラー１２８の周囲に沿って操作可能に連結されており、磁極片１１０と少なくとも部分的に重なり合うと共に磁極片１１０を取り囲むように操作可能に配備される。半径方向の間隙１３０は、電機子部材１１６の回りの円周方向の磁束通路を遮断するために、突起体なしの各セグメント１４２の間に設けられる。突起体なしの各セグメント１４２のほぼ大部分を、磁極片１１０上部に離隔配置される平面に沿って配置できる。磁極片１１０と、それに対向配備される突起体なしのセグメント１４２の一部分の表面であって磁極片１１０に向き合うセグメント１４２の最も内側の表面との間には、内側の空気間隙１３２が設けられ、ハウジング１１２と、突起体なしのセグメント１４２の最も外側の表面との間には、外側の空気間隙１３４が設けられる。電機子部材１１６と、内側および外側の空気間隙１３２、１３４との形状および寸法は、全体として磁束線１３８で示される磁束を分布させるように操作可能である。磁気コイル１０６に通電されると、磁束線１３８が、磁束通路を通りかつ内側および外側の空気間隙１３２、１３４を横断して流れる。内側の空気間隙１３２を横断する磁束線１３８は、通常、磁極片１１０と、磁極片１１０に向き合う突起体なしのセグメント１４２の一部分の最も内側の表面との間を横断する。外側の空気間隙１３４を横断する磁束線１３８は、通常、ハウジング１１２と突起体なしのセグメント１４２の外側表面との間を横断する。

図２−４を全体として参照すると、本発明のソレノイド装置１０２は、電気コネクタを有することができ、磁束が電気コネクタのウィンドウの縁部を回って通ることが理解される。さらに、従来型ソレノイドの場合には必要な磁束管の使用を、本発明のソレノイド装置１０２からは、図示のように省略し得ることが理解される。さらに、代替方式として、外側の空気間隙１３４がハウジング１１２によって包括されないまたは閉じ込められないように、ハウジング１１２を、少なくとも部分的に、セグメント１２６または突起体なしのセグメント１４２の平面の下に配備できることも本発明の考慮の範囲内である。また別の実施形態においては、セグメント１２６または突起体なしのセグメント１４２が、図示されているよりもさらに外側に延びることが可能であり、外側の空気間隙１３４がハウジング１１２によって包括されないまたは閉じ込められないように、かつ、磁束が対向して配備される表面の間を通過するように、ハウジング１１２の壁面の厚さと少なくとも部分的に重なり合うことができる。

磁極片１１０は、その全体にわたってほぼ同じ直径を備えるように形成される部分を有するものとして描かれている。通常磁気コイル１０６に隣接する磁極片１１０の直径は、磁束を、好ましくない飽和が生じることなく搬送するのに十分な大きさであることだけが必要である。可能最小な直径にすると、ボビン１０８の周囲長さも最小になり、同じコイル抵抗に対して一層多くの素線の巻数を利用できる。磁気コイル１０６における巻数が多くなると、ソレノイド装置１０２における力が増大し、あるいは、同じ力に対して空気間隙を広げることが可能になる。代わりの方式として、磁極片１１０を、大きな直径領域とそれに続く小さな直径領域とを備える形に形成される部分を有するように形成することができる。この場合は、セグメント１２６または突起体なしのセグメント１４２が、小さな直径領域と少なくとも部分的に重なり合うと共にその小さな直径領域を取り囲むようにする。また、さらに別の方式として、磁極片１１０を、小さな直径領域とそれに続く大きな直径領域とを備える形に形成される部分を有するように形成することが可能であると理解される。この場合は、セグメント１２６または突起体なしのセグメント１４２が、大きな直径領域と重なり合うと共にその大きな直径領域を取り囲む。内側の空気間隙１３２に関わる直径であって、ボビン１０８が全体的に取り囲む小さな直径領域よりも大きな直径を設けると、円周が増大することによって、内側の空気間隙１３２の面積の増大が可能になる。内側の空気間隙１３２のパーミアンスは、一般的に面積に比例し、内側の空気間隙１３２の寸法に逆比例する。円周長さが増大すると、内側の空気間隙１３２が対応して増大し、これは、あらゆる漏れ磁束の防止になお寄与しながら、半径方向の力を小さくする結果をもたらすことができる。磁束が電機子部材１１６を貫通せず、かつ磁束が電機子部材１１６に対する力を生成しない時には、漏れ磁束が生じている。

図５Ａおよび５Ｂは、ソレノイドの磁束通路と、電機子の偏心に応答した磁束通路の磁束の分布とを簡単化して示す模式的な断面図である。図５Ａを参照すると、第１磁束線１４４は、コイル１８に通電され、かつ電機子１４が右側に偏心している場合の、従来型ソレノイド１０における磁束を表している。作用空気間隙１６および戻り空気間隙１７の両者が、偏心の方向に、例えば右側の方向に減少し、反対側において増大しており、これによって磁束の分布が不均等になっている。図示のように、ハウジング２６、磁束管２４、電機子１４および磁極片１２の右側の方向に、左側よりもかなり多くの第１磁束線１４４が表現されている。これは、作用空気間隙１６および戻り空気間隙１７がいずれも右側において狭いからである。このように、ソレノイド１０における電機子の偏心は、第１磁束線１４４の右側方向への密集化または群化によって表現される不均等な磁束分布を生じさせ、これは、ソレノイド軸にほぼ垂直に作用する不均等な半径方向の力の原因になる。図５Ｂを参照すると、第２磁束線１４６は、コイル１０６に通電され、かつセグメント化された電機子１１６が右側に偏心している場合の、本発明によるソレノイド装置１０２における磁束を表している。電機子部材１１６のカラー１２８は、図を明瞭にするため省略されている。外側の間隙１３４は右向きの偏心の方向に減少しており、一方、対応する内側の間隙１３２は増大している。左側のセグメント１２６は右向きに示されており、内側の空気間隙１３２は偏心の方向に減少し、一方、対応する外側の空気間隙１３４は増大している。図示のとおり、密集していないまたは群化していない第２磁束線１４６によって表現されるように磁束線はほぼ均等に分布しており、このため、電機子部材１１６に作用する半径方向の力は減少している。磁束分布の改善は、電機子部材１１６に作用する半径方向の力の減少に寄与し、ソレノイド構成部品間の摩擦の低減をもたらす。

図６−８Ａを全体として参照すると、これらの図は、一般的な磁束通路と、偏心に応答した電機子における磁束の分布とを示すソレノイド装置の簡単化した断面斜視図である。空気間隙内部における電機子の偏心と、電機子をセグメント化することから得られる磁束分布に対する効果とを表現するために、空気間隙は大きく描かれており、かつ偏心は誇張されている。図６を参照すると、全体として符号２００で示されるソレノイドが、セグメント化されていない同心のリング状電機子２０２と、ハウジング２０４の部分と、磁極片２０６の部分とを有する形に表現されている。第１空気間隙２０８は、磁極片２０６と非セグメント化リング状電機子２０２との間に設けられ、第２空気間隙２１０は、非セグメント化リング状電機子２０２とハウジング２０４との間に設けられる。コイル２１２に通電されると、磁束が、ハウジング２０４と磁極片２０６と非セグメント化リング状電機子２０２とを貫通して流れ、かつ、第１および第２空気間隙２０８、２１０を横断して流れる。図６Ａは、全体として符号２１４で示される多数の磁束ベクトルを有する図６の非セグメント化リング状電機子２０２を表現しているが、この場合、磁束ベクトルは半径方向に延びており、同心の非セグメント化リング状電機子２０２の回りにほぼ均等に分布している。非セグメント化リング状電機子２０２が第１および第２空気間隙２０８、２１０内部において同心であるので、磁束および対応する半径方向の力がほぼ均等に分布する。

図７を参照すると、全体として符号３００で示されるソレノイドが、右向きに偏心した非セグメント化リング状電機子２０２と、ハウジング３０４の部分と、磁極片３０６の部分とを有する形に表現されている。第１空気間隙３０８は、磁極片３０６と非セグメント化リング状電機子３０２との間に設けられ、第２空気間隙３１０は、非セグメント化リング状電機子３０２とハウジング３０４との間に設けられる。非セグメント化リング状電機子３０２の偏心は、それがハウジング３０４の右側に物理的にほぼ接触して示されているという点で誇張して表現されている。コイル３１２に通電されると、磁束が、ハウジング３０４と磁極片３０６と非セグメント化リング状電機子３０２とを貫通して流れ、かつ、第１および第２空気間隙３０８、３１０を横断して流れる。図７Ａは、全体として符号３１４で示される多数の磁束ベクトルを有する図６の非セグメント化リング状電機子３０２を表現している。磁束ベクトル３１４は、最も短い空気間隙を横断するように、非セグメント化リング状電機子３０２の内部において円周方向に流れる。例えば、磁束ベクトル３１４は、非セグメント化リング状電機子３１４の回りに、磁極片３０６に最も近い側に向かって「渦巻いて」いる。非セグメント化リング状電機子３０２が右側に偏心しているので、磁束が均等に分布しないのである。

図８を参照すると、全体として符号４００で示されるソレノイドが、右向きに偏心したセグメント化されたリング状電機子４０２と、ハウジング４０４の部分と、磁極片４０６の部分とを有する形に表現されている。第１空気間隙４０８は、磁極片４０６とセグメント化リング状電機子４０２との間に設けられ、第２空気間隙４１０は、セグメント化リング状電機子４０２とハウジング４０４との間に設けられる。セグメント化リング状電機子４０２の偏心は、それがハウジング４０４の右側に物理的にほぼ接触して示されているという点で誇張して表現されている。セグメント化リング状電機子４０２は、複数の半径方向の間隙４１２によって、等間隔に配置される複数のセグメント４１４に分割される。各セグメント４１４には、内側の空気間隙４０８および外側の空気間隙４１０のそれぞれの部分が関係している。コイル４１４に通電されると、磁束が、ハウジング４０４と、磁極片４０６と、セグメント化リング状電機子４０２の少なくとも磁性材料部分とを貫通して流れ、かつ、第１および第２空気間隙４０８、４１０を横断して流れる。図８Ａは、全体として符号４１８で示される多数の磁束ベクトルを有する図８のセグメント化リング状電機子４０２を表現しているが、この場合、磁束ベクトルは半径方向に延びており、偏心したセグメント化リング状電機子４０２の回りにほぼ均等に分布している。対応する半径方向の力は、例えば約６２％だけ大幅に減少し、一方、軸方向の力の望ましいレベルは実質的に保存され、例えば、軸方向の力は約１７％だけしか減少しない。すなわち、半径方向の間隙４１２が、セグメント化リング状電機子４０２の回りの円周方向の磁束通路を遮断して、磁束が、セグメント化リング状電機子４０２の回りに、磁極片４１０に最も近い側に向かって「渦巻く」ことを抑制するので、対応する半径方向の力はほぼ均等に分布するのである。

本発明に関する以上に記述は、本質的に単なる事例としてのものであり、従って、本発明の要点から逸脱しない種々の変形態様は本発明の範囲内にあるものと意図されている。このような変形態様は、本発明の本質および範囲から逸脱するものと見做されるべきではない。

Claims (20)

1. 磁気コイルと、
   ハウジングと、
   磁束通路の一部分を形成する磁極片と、
   前記磁極片と少なくとも部分的に重なり合うと共にその磁極片を取り囲み、かつ前記磁束通路の一部分を形成する電機子部材であって、操作上関係する内側の空気間隙および外側の空気間隙の内部で可動な電機子部材と、
   磁束をほぼ均等に分布させるために、かつ、前記電機子部材の偏心の結果として前記電機子部材に作用する半径方向の力を低減するために、前記電機子部材を、離隔される２つ以上のセグメントに分割する２つ以上の半径方向の間隙と、
   を備えたソレノイド装置。
2. 前記内側の空気間隙が、前記磁極片と前記重なり合う２つ以上のセグメントとの間に設けられ、前記外側の空気間隙が、前記２つ以上のセグメントと前記ハウジングとの間に設けられ、前記電機子部材が偏心すると、前記内側または外側の空気間隙の一方が減少し、他方の前記内側または外側の空気間隙が対応して増大する、請求項１に記載のソレノイド装置。
3. 前記電機子部材が、前記２つ以上のセグメントを離隔された状態に保持するための、かつ、前記内側および外側の空気間隙内部における前記電機子部材の動きを可能にするための、前記２つ以上のセグメントに結合可能な非磁性のカラーをさらに含む、請求項１に記載のソレノイド装置。
4. 磁束をほぼ均等に分布させるために、かつ、前記電機子部材の偏心の結果として前記電機子部材に作用する前記半径方向の力を低減するために、前記電機子部材の回りの円周方向の磁束通路を遮断するように、前記２つ以上の半径方向の間隙が、前記２つ以上のセグメントを、操作可能な距離だけ相互に離隔する、請求項１に記載のソレノイド装置。
5. 前記電機子部材の前記２つ以上のセグメントが、それぞれ、前記磁極片と少なくとも部分的に重なり合うと共にその磁極片を取り囲む磁束突起体であって、前記磁束突起体と前記磁極片との間に設けられる前記内側の空気間隙を形成して前記磁束が全体として前記磁極片およびこの磁束突起体の間を横断し得るようにする磁束突起体をさらに含む、請求項１に記載のソレノイド装置。
6. 前記磁極片が、小さな直径領域とそれに続く大きな直径領域とをさらに含み、前記２つ以上のセグメントが、少なくとも部分的にその大きな直径領域と重なり合うと共にその大きな直径領域を取り囲み、かつ、前記内側の空気間隙が増大し、さらにその場合、前記磁束が、全体として前記磁極片の大きな直径領域と前記２つ以上のセグメントとの間を横断して、前記半径方向の力を低減する、請求項１に記載のソレノイド装置。
7. 前記磁極片が、大きな直径領域とそれに続く小さな直径領域とをさらに含み、かつ、前記磁束が全体として前記磁極片の小さな直径領域と前記２つ以上のセグメントとの間を横断し得るように、前記２つ以上のセグメントが、少なくとも部分的にその小さな直径領域と重なり合うと共にその小さな直径領域を取り囲む、請求項１に記載のソレノイド装置。
8. 前記電機子部材が弁部分と操作可能に連係しており、前記電機子部材の動きが、力を付与して仕事をなすために前記弁部分に作用し、その場合、前記弁部分は、液圧弁、空圧弁、電気弁、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載のソレノイド装置。
9. 前記磁極片の内部に部分的に摺動可能に配備され、前記電機子部材のカラーと操作可能に連結されるガイドピンであって、２つ以上の軸受によって取り囲まれかつガイドされるガイドピンをさらに含む、請求項１に記載のソレノイド装置。
10. 磁束通路内に磁束を付勢する磁気コイルと、
    ハウジングと、
    前記磁束通路の一部分を形成する磁極片と、
    前記磁極片と少なくとも部分的に重なり合うと共にその磁極片を取り囲み、かつ前記磁束通路の一部分を形成する電機子部材であって、操作上関係する内側の空気間隙および外側の空気間隙の内部で可動な電機子部材と、
    磁束をほぼ均等に分布させるために、かつ、前記電機子部材の偏心の結果として前記電機子部材に作用する半径方向の力を低減するために、前記電機子部材を、離隔される複数のセグメントに分割する複数の半径方向の間隙と、
    前記複数のセグメントを離隔された状態に保持するための、かつ、前記内側および外側の空気間隙内部における前記電機子部材の動きを可能にするための、前記複数のセグメントに操作可能に連結される非磁性のカラーと、
    を備えたソレノイド装置。
11. 前記内側の空気間隙が、前記磁極片と前記重なり合う複数のセグメントとの間に設けられ、前記外側の空気間隙が、前記複数のセグメントと前記ハウジングとの間に設けられ、前記電機子部材が偏心すると、前記内側または外側の空気間隙の一方が減少し、他方の前記内側または外側の空気間隙が対応して増大する、請求項１０に記載のソレノイド装置。
12. 磁束をほぼ均等に分布させるために、かつ、前記電機子部材の偏心の結果として前記電機子部材に作用する前記半径方向の力を低減するために、前記電機子部材の回りの円周方向の磁束通路を遮断するように、前記複数の半径方向の間隙が、前記複数のセグメントを、操作可能な距離だけ相互に離隔する、請求項１０に記載のソレノイド装置。
13. 前記電機子部材の前記複数のセグメントが、それぞれ、前記磁極片と少なくとも部分的に重なり合うと共にその磁極片を取り囲む磁束突起体であって、前記磁束突起体と前記磁極片との間に設けられる前記内側の空気間隙を形成して前記磁束が全体として前記磁極片と前記磁束突起体との間を横断し得るようにする磁束突起体をさらに含む、請求項１０に記載のソレノイド装置。
14. 前記磁極片が、小さな直径領域とそれに続く大きな直径領域とをさらに含み、前記複数のセグメントが、少なくとも部分的にその大きな直径領域と重なり合うと共にその大きな直径領域を取り囲み、かつ、前記内側の空気間隙が増大し、さらにその場合、前記磁束が、全体として前記磁極片の大きな直径領域と前記複数のセグメントとの間を横断して、前記半径方向の力を低減する、請求項１０に記載のソレノイド装置。
15. 前記磁極片が、大きな直径領域とそれに続く小さな直径領域とをさらに含み、かつ、前記磁束が全体として前記磁極片の小さな直径領域と前記複数のセグメントとの間を横断し得るように、前記複数のセグメントが、少なくとも部分的にその小さな直径領域と重なり合うと共にその小さな直径領域を取り囲む、請求項１０に記載のソレノイド装置。
16. 前記電機子部材が弁部分と操作可能に連係しており、前記電機子部材の動きが、力を付与して仕事をなすために前記弁部分に作用し、その場合、前記弁部分は、液圧弁、空圧弁、電気弁、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１０に記載のソレノイド装置。
17. 前記磁極片の内部に部分的に摺動可能に配備され、前記カラーと操作可能に連結されるガイドピンであって、２つ以上の軸受によって取り囲まれかつガイドされるガイドピンをさらに含む、請求項１０に記載のソレノイド装置。
18. 磁気コイルと、
    磁束通路の一部分を形成するハウジングと、
    磁束通路の一部分を形成する磁極片と、
    前記磁極片と少なくとも部分的に重なり合うと共にその磁極片を取り囲み、かつ前記磁束通路の一部分を形成する電機子部材であって、操作上関係する内側の空気間隙および外側の空気間隙の内部で可動な電機子部材と、
    前記磁極片の内部に部分的に摺動可能に配備されると共に前記電機子部材と操作可能に連結されるガイドピンと、
    前記ガイドピンに連結される２つ以上の軸受と、
    磁束をほぼ均等に分布させるために、かつ、前記電機子部材の偏心の結果として前記電機子部材に作用する半径方向の力を低減するために、前記電機子部材を、離隔される複数のセグメントに分割する複数の半径方向の間隙と、
    を備えたソレノイド装置。
19. 前記内側の空気間隙が、前記磁極片と前記重なり合う２つ以上のセグメントとの間に設けられ、前記外側の空気間隙が、前記２つ以上のセグメントと前記ハウジングとの間に設けられ、前記電機子部材が偏心すると、前記内側または外側の空気間隙の一方が減少し、他方の前記内側または外側の空気間隙が対応して増大する、請求項１８に記載のソレノイド装置。
20. 前記電機子部材が、前記ガイドピンおよび前記複数のセグメントに操作可能に連結されるカラーをさらに含み、このカラーは、磁束をほぼ均等に分布させるために、かつ、前記電機子部材の偏心の結果として前記電機子部材に作用する前記半径方向の力を低減するために、前記電機子部材の回りの円周方向の磁束通路を遮断するように、前記複数のセグメントを、操作可能な距離だけ相互に離隔された状態に保持する、請求項１８に記載のソレノイド装置。