JP2019511186A - 一体型磁極片を有する電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

ハウジング内に配置されるとともに該ハウジングに結合された一体型磁極片を有する電磁アクチュエータを提供する。電磁アクチュエータの組み立て及び／又は取付中に一体型磁極片に加えられる負荷が低減されるよう、ハウジングが一体型磁極片に結合される。一体型磁極片は、磁極片内にスライド可能に収容されたアーマチュアを越える漏れを低減するよう構成される。【選択図】図１

Description

＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０１６年３月７に出願された「一体型磁極片を有する電磁アクチュエータのためのシステム及び方法」と称する米国仮出願番号第６２／３０４，６０７号及び２０１６年９月８に出願された「一体型磁極片を有する電磁アクチュエータのためのシステム及び方法」と称する米国仮出願番号第６２／３８５，０４２号に基づくとともにその利益を主張し、これら仮出願の内容は全て参照により本明細書に組み込まれているものとする。

＜連邦政府の支援による研究に関する言明＞
該当無し。

本発明は、全体的に電磁アクチュエータに関し、より具体的には一体型磁極片を有する電磁アクチュエータのためのシステム及び方法に関する。

電磁アクチュエータ（例えば可変力ソレノイド）は、通常、ハウジング内であって可動アーマチュアの周りに位置付けられたワイヤコイルを有する。ワイヤコイルに電流を流すことで磁場が生成され、これにより可動アーマチュアをハウジングに対して作動（即ち移動）させることができる。通常、ワイヤコイルにより生成された磁場を方向付けるとともに可動アーマチュアの作動により与えられた出力(output force)に影響を与えるために、ハウジング内に磁極片が配置されている。現在の磁極片の構造では、アーマチュア空洞又は凹部を効果的に密閉（例えば流体漏出経路を防ぐために）することができない場合がある。加えて、現在の磁極片の構造は、アーマチュアの周囲で漏れ磁束が生じる場合がある。これらの構造のいくつかは組立及び／又は取付中に磁極片に加えられる力の影響を受けやすく、これにより電磁アクチュエータの性能が変わってしまう可能性がある。

上記の欠点は、ハウジング内に配置されかつ該ハウジングに結合された一体型磁極片を有する電磁アクチュエータを提供することによって克服することができる。前記ハウジングは、電磁アクチュエータの組立及び／又は取付中に一体型磁極片への負荷が低減されるように一体型磁極片に結合させることができる。

一側面において、本発明は、ハウジングと前記ハウジング内に少なくとも部分的に配置された一体型磁極片とを有する電磁アクチュエータを提供する。前記一体型磁極片は、第１端と、チョーク部を画定する側壁と、前記側壁の先端から延びる取付面と、を含む。前記第１端及び前記側壁はアーマチュア凹部を画定する。電磁アクチュエータはさらに 前記第１端の近隣で前記一体型磁極片の周りに配置された端キャップと、前記一体型磁極片の前記アーマチュア凹部にスライド可能に収容されアーマチュアと、前記ハウジング内に配置されるとともに前記アーマチュアの周囲に位置するワイヤコイルと、を備える。

別の側面において、本発明は、内部にバルブ素子を有するバルブ体と、前記バルブ体に結合された電磁アクチュエータと、を有する制御バルブを提供する。電磁アクチュエータは、ハウジングと、前記ハウジング内に少なくとも部分的に配置された一体型磁極片と、を含む。一体型磁極片は、第１端と、チョーク部を画定する側壁と、前記側壁の先端から延びる取付面と、を含む。前記第１端及び前記側壁はアーマチュア凹部を画定する。電磁アクチュエータはさらに、前記第１端の近隣で前記一体型磁極片の周りに配置された端キャップと、前記一体型磁極片の前記アーマチュア凹部にスライド可能に収容されかつ前記バルブ素子に結合されたアーマチュアと、前記ハウジング内に配置されかつ前記アーマチュアの周囲に位置するワイヤコイルと、を含む。前記バルブ体は、少なくとも部分的に前記一体型磁極片の前記アーマチュア凹部内に配置されている。

本発明の上記の及びその他の側面及び利点は以下の記載から明らかとなる。本明細書は、その一部を構成するとともに本発明の好ましい実施形態を例示する添付の図面を参照して記載されている。そのような実施形態は必ずしも本発明の全範囲を意味しておらず、したがって本発明の範囲は特許請求の範囲及び本明細書の記載に基づいて解釈されるべきである。

以下の本発明の詳細な説明を考察することにより、本発明のより深い理解が得られるとともに、上述以外の特徴、側面及び利点が明らかとなる。以下の詳細な説明は、添付の図面を参照して記載している。

本発明の一実施形態に係わる電磁アクチュエータの斜視図である。 図１の電磁アクチュエータの側面図である。 図１の電磁アクチュエータの３−３線に沿った断面図である。 図１の電磁アクチュエータの４−４線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態に係わる制御バルブに組み込まれた図１の電磁アクチュエータの概略図である。 本発明の別の実施形態に係わる、端キャップと磁極片の両方に圧着（クリンプ）されたハウジングを有する電磁アクチュエータの概略図である。 本発明のさらに別の実施形態に係わる、磁極片に圧入されかつ端キャップに圧着（クリンプ）されたハウジングを有する電磁アクチュエータの概略図である。 本発明の一実施形態に係わる、磁極片のフランジに圧着（クリンプ）されかつ端キャップに圧入されたハウジングを有する電磁アクチュエータの概略図である。本発明の別の実施形態に係わる、磁極片のフランジに圧着（クリンプ）されかつ端キャップ上に成形されたハウジングを有する電磁アクチュエータの概略図である。 本発明の別の実施形態に係わる、磁極片のフランジに圧着（クリンプ）されかつボビン上に成形されたハウジングを有する電磁アクチュエータの概略図である。 本発明のさらに別の実施形態に係わる、一体形成されたハウジング及び一体型磁極片を有する電磁アクチュエータの概略図である。 本発明の別の実施形態に係わる電磁アクチュエータの斜視図である。 図１１の電磁アクチュエータの側面図である。 図１１の電磁アクチュエータの１３−１３線に沿った断面図である。 図１１の電磁アクチュエータの１４−１４線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態に係わる制御バルブに組み込まれた図１１の電磁アクチュエータの概略図である。 図１１の電磁アクチュエータの端キャップの斜視図である。

図１及び２は、本発明の一実施形態に係わる電磁アクチュエータ１０を示す。電磁アクチュエータ１０は、ハウジング１２、端キャップ１４及び一体型磁極片１８を含んでもよい。ハウジング１２は略円筒形状でもよく、磁性材料（例えば磁性鋼、鉄、ニッケルなど）から構成されてもよい。その他の非限定的な例では、ハウジング１２は所望に応じて別の形状であってもよい。ハウジング１２は複数の端キャップ突部２０及び複数の磁極片突部２２を含んでもよい。

複数の端キャップ突部２０は端キャップ１４に隣接するハウジング１２の第１の側２４から突出してもよい。複数の端キャップ突部２０はハウジングの第１の側２４の周囲に周方向に配置される。図示したハウジング１２は、ハウジング１２の第１の側２４の周囲に約１２０°の増分で周方向に配置された３つの端キャップ突部２０を含んでもよい。他の実施形態では、ハウジング１２は、ハウジング１２の第１の側２４の周囲に任意の増分で周方向に配置された３つより多い又は少ない端キャップ突部２０を含んでもよい。図１及び２に示すように、電磁アクチュエータ１０が組立てられた後、複数の端キャップ突部２０は端キャップ１４に係合するために丸められて（クリンプされて）又は曲げられて、ハウジング１２の第１の側２４が端キャップ１４に固定される。

複数の磁極片突部２２は、第１の側２４の反対側にあるハウジング１２の第２の側２６から突出してもよい。複数の磁極片突部２２は、ハウジングの第２の側２６の周囲に周方向に配置される。図示したハウジング１２は、ハウジング１２の第２の側２６の周囲で約３０°の増分で周方向に配置された１２個の磁極片突部２２を含んでもよい。他の実施形態では、ハウジング１２は、ハウジング１２の第２の側２６の周囲に任意の増分で周方向に配置された１２個より多い又は少ない磁極片突部２２を含んでもよい。図１及び２に示すように、電磁アクチュエータ１０が組立てられた後、複数の磁極片突部２２は、一体型磁極片１８と交互に係合するために丸められて（クリンプされて）もよく又は曲げられてもよい。即ち、丸められた磁極片突部の交互の対の各々の間に丸められていない又は曲げられていない磁極片突部が位置するように、複数の磁極片突部２２の交互の対が、一体型磁極片１８に係合するために丸められて（クリンプされて）もよい又は曲げられてもよい。このようにして、磁極片突部２２によってハウジング１２の第２の側２６を一体型磁極片１８に固定することができる。他の実施形態では、上述した数よりも多い又は少ない複数の磁極片突部２２を、電磁アクチュエータ１０の組立後に一体型磁極片１８に圧着（クリンプ）することができる。当然のことながら、ハウジング１２を一体型磁極片１８に結合させるために例えばステーキング工程（即ちハウジング１２の部分を一体型磁極片１８内に押し加工する）を代替的に用いてもよい。

端キャップ１４は磁性材料（例えば粉末金属、磁性鋼、鉄、ニッケルなど）から構成してもよい。端キャップ１４は、端キャップ１４の外縁の周りに周方向に配置された複数のキャップ凹部２８を含んでもよい。複数の端キャップ突部２０の各々が複数のキャップ凹部２８のうちの対応する１つ内に圧着されるように、複数のキャップ凹部２８が複数の端キャップ突部２０に対応するよう設けられている。複数のキャップ凹部２８は、組立後に複数の端キャップ突部２０の先端が端キャップ１４の上面３０と実質的に面一となるように寸法決めされてもよい。

コネクタ（非図示）を端キャップ１４の上面３０の近隣に取り付けてもよい。コネクタ（非図示）は、非磁性材料（例えばプラスチック）から構成されてもよく、また一対の電気接点３２を含んでもよい。電気接点３２は導電性材料（例えばアルミニウムや銅）から構成されてもよい。動作において、電気接点３２は電磁アクチュエータ１０の動作を制御するよう構成されたコントローラ（非図示）と電気通信することができる。当然ながら、電気接点３２の数及び配置は上述したものに限定されず、電磁アクチュエータ１０の用途に応じて変更できる。

図３及び４を参照すると、一体型磁極片１８は、磁性材料（例えば磁性鋼、鉄、ニッケルなど）から構成されてもよく、第１端３４、側壁３６、取付フランジ３８及びアーマチュア凹部４０を含んでもよい。第１端３４は、組み立てられたときに端キャップ１４の近隣に配置されてもよい。

一体型磁極片１８の側壁３６は第１端３４から実質的に垂直に延びてもよい。側壁３６はチョーク部(choke portion)４２を画定してもよい。チョーク部４２は側壁３６の径方向凹部又は径方向厚さの減少を画定してもよい。チョーク部４２は、電磁アクチュエータ１０の動作中にチョーク部４２において磁気飽和が起こるように寸法決めされている。つまり、チョーク部４２によって画定される径方向断面積は、チョーク部４２内で磁気飽和が起こるようにするためにゼロであることが理想であるが、構造要件によりチョーク部４２はある程度の断面積を有していなければならない。本明細書に記載するように、電磁アクチュエータ１０の構造及び特性によって製造中及び動作中の両方においてチョーク部４２に加えられる負荷が除去又は大幅に低減され、これによりチョーク部４２の径方向の断面厚さを大幅に減少させることが可能となる。

図示した側壁３６は、第１テーパ面４４及び第２テーパ面４６を有し、これらの間にチョーク部４２が配置されている。第１テーパ面４４及び第２テーパ面４６は両方ともチョーク部４２に向かって先細となっており、これにより側壁３６に略Ｖ字又はＵ字形状の径方向凹部が形成されている。当然ながら、チョーク部４２を形成する構造の形状は上記のものに限定されない。即ち、他の実施形態では、チョーク部４２は一例として一以上の屈曲面、弓状面及び／又はノッチによって形成されてもよい。

一体型磁極片１８は、第１端３４と側壁３６とにより形成される内部空洞によって画定されるアーマチュア凹部４０を含んでもよい。アーマチュア凹部４０はそのなかにアーマチュア４３をスライド可能に収容することができる。アーマチュア凹部４０はそのなかにアーマチュア４３を完全に包囲又は密閉してもよい。即ち、アーマチュア凹部４０はアーマチュア４３の後ろ及びアーマチュア４３の前で、一体型磁極片１８によって画定される連続面によって密閉されてもよい。具体的には、第１端３４、側壁３６及び取付面５４は、アーマチュア凹部４０に沿って延びる連続面を画定する。適用において、電磁アクチュエータ１０は、取付面５４と構造との間にシールが形成されるように当該構造に取付けられてもよい。したがって、取付けられたときに、取付面５４、側壁３６及び第１端３４に沿って画定される連続面は、アーマチュア凹部４０全体とその中にスライド可能に配置されたアーマチュア４３とを完全に密閉することができる。アーマチュア４３は磁性材料（例えば磁性鋼、鉄、ニッケルなど）から構成することができる。アーマチュア４３は、アーマチュア４３を通って長手方向に延びる中央開口部を含んでもよい。図示した非限定的な例では、ハウジング１２、端キャップ１４、一体型磁極片１８及びアーマチュア４３は共通中心軸４１を画定してもよい。

取付フランジ３８は、側壁３６における第１端３４と反対側の先端から径方向外側に延びてもよい。取付フランジ３８は、第１フランジ部４５と、該第１フランジ部４５よりも大きい直径を有してもよい第２フランジ部４７と、を含む実質的に階段状のプロファイルを画定することができる。第１フランジ部４５は、側壁３６から実質的に垂直に延びるボビン面４８と、ボビン面４８の先端から第２フランジ部４７に向かって延びる傾斜面５０と、を含んでもよい。具体的には、傾斜面５０とハウジング面５２との間の角度Ａが約７０°から９０°となるように、傾斜面５０が第２フランジ部４７のハウジング面５２に向かって延びてもよい。他の実施形態では角度Ａは約７５°から８５°の間でもよい。組み立てられたとき、複数の磁極片突部２２の交互の対は丸められて（クリンプされて）又は曲げられて傾斜面５０に係合し、これによりハウジング１２が一体型磁極片１８に固定される。また、丸められていない（クリンプされていない）又は曲げられていない複数の磁極片突部２２の交互の対は、ハウジング面５２に係合することができる。

取付フランジ３８は、適用において電磁アクチュエータ１０が結合される構造に係合するよう構成された取付面５４を含んでもよい。取付面５４は側壁３６の先端から第２フランジ部４７に向かって実質的に垂直に延びてもよい。即ち、取付面５４は側壁３６の先端から径方向外側に延びてもよい。取付面５４は、取付フランジ３８の厚さを画定するためにボビン面４８から距離をあけて配置されてもよい。

引き続き図３及び４を参照すると、電磁アクチュエータ１０は、ハウジング１２内に配置されたワイヤコイル５６を含んでもよい。ワイヤコイル５６は、組立てられた際にワイヤコイル５６がアーマチュア４３の周囲に延びるように、ハウジング１２内にワイヤコイル５６を位置づけるように寸法決めされたボビン５８に巻かれてもよい。ワイヤコイル５６は、例えば、ワイヤコイル５６に流れる電流に応じて磁場を生成することでアーマチュア４３に力を与えるよう構成された銅コイルから構成されてもよい。ワイヤコイル５６により生成された磁場の大きさ及び磁力は、ワイヤコイル５６に流れる電流の大きさによって決定することができる。上述のように、電磁アクチュエータ１０は電気接点３２を介してコントローラ（非図示）と電気通信してもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ（非図示）は所望の大きさの電流をワイヤコイル５６に選択的に流すよう構成されてもよい。

ボビン５８は非磁性材（例えばプラスチック）から構成してもよい。いくつかの実施形態では、ボビン５８はコネクタ（非図示）と一体形成されてもよい。即ち、コネクタ（非図示）及びボビン５８は単一部品を用いて形成してもよい。

アーマチュア４３は一体型磁極片１８により画定されるアーマチュア凹部４０内にスライド可能に収容されるので、アーマチュア４３は、ワイヤコイル５６の磁場により生成された力に応答してアーマチュア凹部４０内で一以上の位置の間で選択的に軸方向に移動可能としてもよい。

動作において、電磁アクチュエータ１０は例えば可変力ソレノイドとして利用されてもよく、及び／又は電磁アクチュエータ１０は制御バルブアレンジメントに組み込まれてもよい。何れの場合でも、電磁アクチュエータ１０は適用構造１０２に結合される。いくつかの非限定的な例では、適用構造１０２は第２の磁極片１０２の形でもよい。いくつかの非限定的な例では、適用構造１０２はバルブ体１０２である。

以下に、電磁アクチュエータ１０が制御バルブに組み込まれた非限定的な応用の例について図１−５を参照しながら記載する。図５に示すように、電磁アクチュエータ１０は制御バルブ１００に組み込むことができる。制御バルブ１００は、一体型磁極片１８によって画定されたアーマチュア凹部４０内に少なくとも部分的に固定されたバルブ体１０２を含んでもよい。電磁アクチュエータ１０の構造により、バルブ体１０２は一体型磁極片１８のアーマチュア凹部４０だけに係合することができるので、制御バルブ１００の組み立てを簡素化することができる。

当該分野で周知のように、バルブ体１０２は、バルブ体１０２内にスライド可能に収容されたバルブ素子（非図示）を含んでもよい。バルブ素子（非図示）は、バルブ素子（非図示）がアーマチュア４３の軸方向の作動に応じて移動可能なように、結合素子（非図示）を介してアーマチュア４３に結合することができる。

取り付けにおいて、バルブ体１０２は例えば取付構造１０８によって画定された孔１０６内に挿入されてもよい。一実施形態では、取付構造１０８は適用構造１０２の形でもよい。バルブ体１０２は、取付フランジ３８の取付面５４が適用構造１０８に係合するまでバルブ孔１０６内に挿入することができる。つまり、取付フランジ３８の取付面５４は、制御バルブ１００のための止め具の役目を果たすことができるとともに、バルブ体１０２が孔１０６内に挿入される深さを定めることができる。いくつかの実施形態では、制御バルブ体１０２が孔１０６内に挿入された状態で、制御バルブ１００を適用構造１０８上に固定するために保持装置（非図示）（例えばクランプ）を取り付けてもよい。保持装置（非図示）は、電磁アクチュエータ１０を適用構造１０８上に下向きに軸方向に押す取付力を与えるために端キャップ１４に係合することができる。図示した実施形態では、取付力によって取付面５４が適用構造１０８に係合し、これによりこれらの間にシールが提供される。

保持装置（非図示）によって制御バルブ１００が適用構造１０８上に固定されると、電磁アクチュエータ１０の構造により一体型磁極片１８のチョーク部４２に加えられた負荷を制御することができる。具体的には、保持装置（非図示）は、適用構造１０８に向かう方向に沿って端キャップ１４上に取付力を生じさせることができる。取付力は端キャップ１４から軸方向にハウジング１２を通って取付フランジ３８に伝えられる。したがって、電磁アクチュエータ１０に作用する取付負荷又は力は、端キャップ１４からハウジング１２を通って一体型磁極片１８の取付フランジ３８に配分され、したがって一体型磁極片１８のチョーク部４２を迂回（バイパス）する。これにより、チョーク部４２は電磁アクチュエータ１０の磁気性能の向上を助けるためにより小さい断面積を画定することが可能となる。

電磁アクチュエータ１０の構造により、ハウジング１２と端キャップ１４との間の相互作用を介してチョーク部４２に加えられる負荷をさらに制御することができる。圧着前において、端キャップ１４とハウジング１２との間の境界面は軸方向接触による影響を受ける。即ち、端キャップ１４の軸方向面３９は、電磁アクチュエータ１０の組み立て中にハウジング１２の軸方向面４９と相互作用するよう構成されてもよい。端キャップ１４の軸方向面３９とハウジング１２の軸方向面４９との間の相互作用は軸方向平面（即ち中心軸４１に垂直な平面）上で生じる。ハウジング１２と端キャップ１４との間の軸方向係合によって、ハウジング１２、端キャップ１４及び一体型磁極片１８間の径方向ミスアライメントが許容され、これにより製造中にチョーク部４２に加えられる可能性のある曲げモーメントが除去される。加えて、複数の端キャップ突部２０の近隣において端キャップ１４の外面３１とハウジング１２の内面３３との間に径方向の間隙を設けてもよい。この径方向の間隙により、電磁アクチュエータ１０の組み立て中にハウジング１２、端キャップ１４及び一体型磁極片１８の間の径方向のミスアライメントがさらに許容される。

さらに、端キャップ１４と一体型磁極片１８との間の相互作用により、電磁アクチュエータ１０の製造中にチョーク部４２に加えられる負荷が除去される又は大幅に低減される。いくつかの実施形態では、例えば、端キャップ１４の内面３５と側壁３６の外面３７との間にすきまばめが存在してもよい。これらの非限定的な例では、製造中にチョーク部４２に負荷が加わらない。他の実施形態では、例えば、端キャップ１４を側壁３６の外面３７に圧力ばめしてもよい。圧力ばめの構成により、端キャップ１４と一体型磁極片１８との間の空隙が減少し、これによって電磁アクチュエータ１０により与えられる出力が増大するとともに製造のばらつきが原因で生じる出力のばらつきが減少する。端キャップ１４と一体型磁極片１８との間の圧力ばめ係合は、製造中にチョーク部４２に最小限の負荷を与える。

したがって、上述のように、電磁アクチュエータ１０の構造及び特性により、製造中及び／又は適用において一体型磁極片１８のチョーク部４２に加えられる負荷が制御されかつ大幅に低減される。

動作において、制御バルブ体１０２はプロセス流体（例えば油）と流体連通することができ、バルブ体１０２内のバルブ素子（非図示）はアーマチュア４３の軸方向の移動に応じて作動される。いくつかの実施形態では、バルブ素子（非図示）の作動により、適用構造１０８の一以上のポート（非図示）間の流体連通が選択的にもたらされる及び／又は抑制される。いくつかの実施形態では、プロセス流体はアーマチュア凹部４０内に連通することができる。これらの実施形態では、プロセス流体はアーマチュア４３の作動中に加湿する(dampening)役目を果たすことができる。上述のように、一体型磁極片１８の構造（即ち第１端３４、側壁３６及び取付面５４により画定される連続面）により、アーマチュア凹部４０とその中にスライド可能に収容されたアーマチュア４３とを完全に密封することができる。これによりアーマチュア４３の作動中におけるプロセス流体の漏れの防止を助けることができ、結果として低減衰制御(reduced damping control)を得ることができる。具体的には、アーマチュア４３の作動中に、プロセス流体はアーマチュア４３内を中央開口を介して移動することができる。アーマチュア４３の背後（即ち第１端３４の近隣）にトラップされたプロセス流体は、アーマチュア４３がアーマチュア凹部４０内に包囲されていることによってアーマチュア４３の移動中にバルブ体１０２に引き寄せられる。このようにして、一体型磁極片１８は漏れ経路を少なくして電磁アクチュエータ１０により与えられる減衰制御を維持する。

図６−１１に、ハウジング１２、端キャップ１４及び一体型磁極片１８のさらなる非限定的な構成を示す。図６の非限定的な構成に示すように、ハウジング１２の第１の側２４を端キャップ１４の上面３０に圧着することができるとともに、ハウジング１２の第２の側２６を取付フランジ３８に圧着することができる。図示した端キャップ１４はキャップ凹部２８を含まなくてもよく、図示した取付フランジ３８は階段状のプロファイルを画定しなくてもよい。

図８の非限定的な構成に示すように、ハウジング１２の第１の側２４は端キャップ１４の周りに延びるとともに端キャップ１４に係合してもよく、ハウジング１２の第２の側２６は取付フランジ３８の傾斜面５０に圧着されてもよい。図示したハウジング１２は第２の側２６の形状を画定するためにプレス加工又は成形されてもよい。図９の非限定的な構成に示すように、ハウジング１２の第１の側２４は、第１端３４の近隣で一体型磁極片１８から延びるハウジングフランジ２０２の周りに延びるとともにハウジングフランジ２０２に係合してもよい。ハウジング１２の第２の側２６は取付フランジ３８の傾斜面５０に圧着されてもよい。

図１０の非限定的な構成に示すように、ハウジング１２及び一体型磁極片１８は一体形成されてもよい。即ち、ハウジング１２及び一体型磁極片１８を単一部品としてもよい。この非限定的な構成において、一体型磁極片１８は、取付フランジ３８の先端から端キャップ１４に向かって軸方向に延びるハウジング部２０４を含んでもよい。ハウジング部２０４は端キャップ１４に向かって軸方向に上向きに延びてもよく、また例えば端キャップ１４を保持するために端キャップ１４に圧着されてもよい。

図１１−１５に、本発明の別の実施形態に係わる電磁アクチュエータ３００を示す。電磁アクチュエータ３００は、以下に記載する点又はこれらの図から明らかである点以外は、上記の電磁アクチュエータ１０と同様としてもよい。電磁アクチュエータ３００と電磁アクチュエータ１０とで類似する部品には同様の参照符号を付している。図１１−１５に示すように、電磁アクチュエータ３００のハウジング１２の第２の側２６は複数の磁極片突部２２を含まなくてもよいが、代わりに一体型磁極片１８に圧力ばめされるように寸法決めされた略途切れのない(uninterrupted)プロファイルを画定する。ハウジング１２の第２の側２６と一体型磁極片１８との間の圧力ばめを容易にするために、一体型磁極片１８の傾斜面５０はハウジング面５２に向かって略垂直に延びてもよい。即ち、傾斜面５０とハウジング面５２との間で定義された角度Ａは約９０°とすることができる。ハウジング１２の第２の側２６と一体型磁極片１８との間の圧力ばめの構成によってハウジング１２と一体型磁極片１８との間の磁気接触が向上し、これによりこれらの間の潜在的な空隙が減少する。当該分野で周知のように、磁束経路内の空隙は磁気効率を下げる可能性がある。したがってハウジング１２と一体型磁極片１８との間の磁気接触が向上することにより磁気効率が向上し、したがって力の出力が向上する。さらに、ハウジング１２と一体型磁極片１８との間の磁気接触が向上することによって、製造性が向上することにより、電磁アクチュエータ３００による力の出力のばらつきが減少する。

特に図１６を参照すると、電磁アクチュエータ３００は、概して分割された(generally split)形状を画定する端キャップ３０２を含むことができる。即ち、端キャップ３０２は、裂け目又は間隙３０４を有する略円形形状を画定してもよい。換言すれば、端キャップ３０２は第１端３０６及び第２端３０８を含んでもよく、第１端３０６と第２端３０８はこれらの間に空隙３０４が配置されるように間隔を空けて配置されていてもよい。上記の端キャップ１４と同様に、端キャップ３０２は磁性材料（例えば磁性鋼、鉄、ニッケルなど）から構成することができるとともに、端キャップ３０２の縁のまわりに周方向に配置された複数のキャップ凹部２８を含むことができる。複数のキャップ凹部２８は、ハウジング１２の複数の端キャップ突部２０のうちの対応する１つがキャップ凹部２８上に圧着されるように寸法決めされてもよい。

端キャップ３０２の分割構造によって、端キャップ３０２を一体型磁極片１８の外周に圧力ばめすることが可能となる。具体的には、端キャップ３０２を、第１端３４の近隣で一体型磁極片１８の側壁３６の外面３７に圧力ばめすることができる。圧力ばめの構成によって端キャップ３０２と一体型磁極片１８との間の磁気接触が向上し、これによりこれらの間の潜在的な空隙が減少する。当該分野で周知のように、磁束経路内の空隙は磁気効率を下げる可能性がある。したがって端キャップ３０２と一体型磁極片１８との間の磁気接触が向上することにより磁気効率が向上し、したがって力の出力が向上する。さらに、端キャップ３０２と一体型磁極片１８との間の磁気接触が向上することによって、製造性が向上することにより電磁アクチュエータ３００による力の出力のばらつきが減少する。

端キャップ３０２の分割構造は、端キャップ３０２と一体型磁極片１８との間の圧力ばめにより得られる磁気的な改善に加えて、端キャップ３０２を一体型磁極片１８の外周に結合するのに必要とされる組み立て力を減少させることができる。このように圧力ばめ組み立て力が減少することで、組み立て中及び動作中の一体型磁極片１８のチョーク部４２に加えられる負荷がさらに低減され、これによって一体型磁極片１８の磁気性能の向上を助けるためにチョーク部４２がより小さい径方向断面積を画定することが可能となる。

一体型磁極片１８へのハウジング１２の圧力ばめによって、組み立て中にチョーク部４２に加えられる負荷を制御することもできる。即ち、保持装置（非図示）は、適用構造１０８に向かう方向の軸方向の取付力を端キャップ３０２上に生じさせることができる。取付力は端キャップ１４から軸方向にハウジング１２を通って取付フランジ３８に伝えられる。したがって、電磁アクチュエータ３００に作用する取付負荷又は力は、端キャップ１４からハウジング１２を通って一体型磁極片１８の取付フランジ３８に配分され、これによって一体型磁極片１８のチョーク部４２を迂回する。これにより、チョーク部４２は電磁アクチュエータ１０の磁気性能の向上を助けるためにより小さい断面積を画定することが可能となる。

さらに、電磁アクチュエータ１０の構造は、ハウジング１２と端キャップ３０２との間の相互作用を介してチョーク部４２に加えられる負荷をさらに制御することができる。圧着前において、端キャップ３０２とハウジング１２との間の境界面は軸方向接触による影響を受ける。即ち、端キャップ３０２の軸方向面３１２は、電磁アクチュエータ１０の組み立て中にハウジング１２の軸方向面４９と相互作用するよう構成されてもよい。端キャップ３０２の軸方向面３１２とハウジング１２の軸方向面４９との間の相互作用は軸方向平面（即ち中心軸４１に垂直な平面）上で生じる。ハウジング１２と端キャップ３０２との間の軸方向係合により、ハウジング１２、端キャップ１４及び一体型磁極片１８間の径方向ミスアライメントが可能となり、これにより製造中にチョーク部４２に加えられる可能性のある曲げモーメントが除去される。加えて、複数の端キャップ突部２０の近隣において端キャップ３０２の外面３１０とハウジング１２の内面３３との間に径方向の間隙を設けてもよい。この径方向の間隙により、電磁アクチュエータ１０の組み立て中にハウジング１２、端キャップ１４及び一体型磁極片１８の間の径方向のミスアライメントがさらに許容される。

当該分野で周知のように、電磁アクチュエータは、いくつかの構成において間に間隙が存在するように互いに軸方向に離された磁極片及びＣ極(c-pole)を含む場合がある。磁極片及びＣ極を別個の部品として用いることによって製造中又は動作中にこれらの部品間のミスアライメントが生じる場合がある。磁極片とＣ極との間にミスアライメントがある場合、アーマチュア側への負荷が生じ、これによりアーマチュアのすり減り又はチッピング及びヒステリシスの増大が生じる。上述のように、本開示は、一体型磁極片１８を有する電磁アクチュエータ１０，３００を提供する。一体型磁極片１８の使用によって、これが単一部品から構成されていることから、磁極片とＣ極との間の潜在的なミスアライメントが除去される。したがって、本明細書に記載の一体型磁極片を有する電磁アクチュエータのためのシステム及び方法は、磁極片／Ｃ極ミスアライメントに起因するアーマチュアのすり減り又はチッピング及びヒステリシスの増大を除去又は低減することができる。さらに、本明細書に記載の電磁アクチュエータ１０及び３００の構造及び特性により、製造中及び／又は適用において一体型磁極片１８のチョーク部４２に加えられる如何なる可能な負荷も制御又は大幅に低減される。これにより、チョーク部４２は最小限の径方向断面厚さを画定することが可能となり、よって電磁アクチュエータ１０及び３００の磁気性能が向上する。

本明細書において、実施形態について明細書の記載が明瞭かつ簡潔となるようなかたちで記載しているが、これらの実施形態は本発明から逸脱することなく様々な形で組み合わせる又は分離することができることは意図されておりまた明らかである。例えば、当然ながら、本明細書に記載の全ての特徴は本明細書に記載の本発明の全ての側面に適用可能である。

したがって、本発明について特定の実施形態及び例に関連して記載したが、本発明はそれらに限定される必要はなく、その他の数々の実施形態、例、使用並びにこれらの実施形態、例及び使用に対する改良及び展開が、添付の特許請求の範囲によって包括されるものであることを意図している。本明細書において引用した特許及び刊行物の各々は、そのような特許又は刊行物が個別に参照により組み込まれているように、その全開示が参照により組み込まれているものとする。

本発明の様々な特徴及び利点は添付の特許請求の範囲に記載されている。

Claims (36)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に少なくとも部分的に配置された一体型磁極片であって、第１端と、チョーク部を画定する側壁と、前記側壁の先端から延びる取付面と、を含む一体型磁極片と、
   前記第１端の近隣で前記一体型磁極片の周りに配置された端キャップと、
   アーマチュアと、
   ワイヤコイルと、を備え、
   前記一体型磁極片の前記第１端及び前記側壁はアーマチュア凹部を画定するよう構成され、
   前記アーマチュアは前記一体型磁極片の前記アーマチュア凹部にスライド可能に収容され、
   前記ワイヤコイルは前記ハウジング内に配置されるとともに前記アーマチュアの周囲に位置している
   ことを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記取付フランジが略階段状のプロファイルを画定するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 前記取付フランジが傾斜面を含むことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
4. 前記ハウジングの一方側が前記傾斜面に圧着されていることを特徴とする請求項３に記載の電磁アクチュエータ。
5. 前記取付フランジが、前記ハウジングに少なくとも部分的に係合するよう構成されたハウジング面を含むことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
6. 前記ハウジングの一方側が、前記一体型磁極片の前記取付フランジに圧力ばめされていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
7. 前記取付フランジが略階段状のプロファイルを画定するよう構成されていることを特徴とする請求項６に記載の電磁アクチュエータ。
8. 前記端キャップが概して分割された構造を画定するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
9. 前記端キャップは、前記一体型磁極片の前記第１端の近隣で前記一体型磁極片の前記側壁の外周に圧力ばめされていることを特徴とする請求項８に記載の電磁アクチュエータ。
10. 前記端キャップは第１端及び第２端を含み、前記第２端は、前記第１端と前記第２端との間に間隙が設けられるように前記第１端から間隔を空けて配置されていることを特徴とする請求項８に記載の電磁アクチュエータ。
11. 前記チョーク部は、前記側壁に比べて径方向厚さが減少していることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
12. 前記ハウジング及び前記一体型磁極片は一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
13. 前記ハウジングは、前記取付フランジの先端から前記端キャップに向かって軸方向に延びる、前記一体型磁極片のハウジング部を画定するよう構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の電磁アクチュエータ。
14. 前記アーマチュア凹部は、前記一体型磁極片の前記第１端及び前記側壁によって画定された空洞によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
15. 前記第１端、前記側壁及び前記取付面は、前記マーマチュアを前記アーマチュア凹部内に密閉するための連続面を画定するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
16. 前記取付面と適用構造との間の係合によりこれらの間にシールを提供するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
17. 前記端キャップに加えられた取付力が前記一体型磁極片の前記チョーク部を迂回するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
18. 前記端キャップと前記ハウジングとの間の境界面が軸方向平面内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
19. 内部にバルブ素子を有するバルブ体と、前記バルブ体に結合された電磁アクチュエータと、を備えた制御バルブであって、
    前記電磁アクチュエータは、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内に少なくとも部分的に配置された一体型磁極片であって、第１端と、チョーク部を画定する側壁と、前記側壁の先端から延びる取付面と、を含む一体型磁極片と、
    前記第１端の近隣で前記一体型磁極片の周りに配置された端キャップと、
    アーマチュアと、
    ワイヤコイルと、を備え、
    前記一体型磁極片の前記第１端及び前記側壁はアーマチュア凹部を画定するよう構成され、
    前記アーマチュアは、前記一体型磁極片の前記アーマチュア凹部にスライド可能に収容されるとともに、前記バルブ素子に結合され、
    前記ワイヤコイルは前記ハウジング内に配置されるとともに前記アーマチュアの周囲に位置しており、
    前記バルブ体は、少なくとも部分的に前記一体型磁極片の前記アーマチュア凹部内に配置されている
    ことを特徴とする制御バルブ。
20. 前記取付フランジが略階段状のプロファイルを画定するよう構成されていることを特徴とする請求項１９に記載の制御バルブ。
21. 前記取付フランジが傾斜面を含むことを特徴とする請求項１９に記載の制御バルブ。
22. 前記ハウジングの一方側が前記傾斜面に圧着されていることを特徴とする請求項２１に記載の制御バルブ。
23. 前記取付フランジが、前記ハウジングに少なくとも部分的に係合するよう構成されたハウジング面を含むことを特徴とする請求項１９に記載の制御バルブ。
24. 前記ハウジングの一方側が、前記一体型磁極片の前記取付フランジに圧力ばめされていることを特徴とする請求項１９に記載の制御バルブ。
25. 前記取付フランジが略階段状のプロファイルを画定するよう構成されていることを特徴とする請求項２４に記載の制御バルブ。
26. 前記端キャップが概して分割された構造を画定するよう構成されていることを特徴とする請求項１９に記載の制御バルブ。
27. 前記端キャップは、前記一体型磁極片の前記第１端の近隣で前記一体型磁極片の前記側壁の外周に圧力ばめされていることを特徴とする請求項２６に記載の制御バルブ。
28. 前記端キャップは第１端及び第２端を含み、前記第２端は、前記第１端と前記第２端との間に間隙が設けられるように前記第１端から間隔を空けて配置されていることを特徴とする請求項２６に記載の制御バルブ。
29. 前記チョーク部は、前記側壁に比べて径方向厚さが減少していることを特徴とする請求項１９に記載の制御バルブ。
30. 前記ハウジング及び前記一体型磁極片は一体形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の制御バルブ。
31. 前記ハウジングは、前記取付フランジの先端から前記端キャップに向かって軸方向に延びる、前記一体型磁極片のハウジング部を画定するよう構成されていることを特徴とする請求項３０に記載の制御バルブ。
32. 前記アーマチュア凹部は、前記一体型磁極片の前記第１端及び前記側壁によって画定された空洞によって形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の制御バルブ。
33. 前記第１端、前記側壁及び前記取付面は、前記マーマチュアを前記アーマチュア凹部内に密閉するための連続面を画定するよう構成されていることを特徴とする請求項１９に記載の制御バルブ。
34. 前記取付面と適用構造との間の係合によりこれらの間にシールを提供するよう構成されていることを特徴とする請求項１９に記載の制御バルブ。
35. 前記端キャップに加えられた取付力が前記一体型磁極片の前記チョーク部を迂回するよう構成されていることを特徴とする請求項１９に記載の制御バルブ。
36. 前記端キャップと前記ハウジングとの間の境界面が軸方向平面内に配置されていることを特徴とする請求項１９に記載の制御バルブ。

Images