JP4090032B2 - マグネット可動子を備えた電磁石 - Google Patents

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式のマグネット可動子を備えた電磁石に関する。
【０００２】
マグネット可動子（Magnetanker）を備えた公知の電磁石は、例えば内燃機関の噴射装置用の圧力調整弁の電磁弁において使用される。このような電磁弁は電気的な接続エレメントを有しており、これらの電気的な接続エレメントは、マグネット可動子の、電磁石とは反対の側から、可動子プレートの切欠きを貫通させられて、マグネットコイルと接触接続される。電磁石の操作時に接続エレメントが可動子プレートの切欠きの内壁と接触すること及び摩擦によって可動子プレートの運動を損なうことを回避するために、公知の電磁石は、機械的な方向付け手段すなわち固定ピン及び該固定ピンと共働する可動子プレートにおける切欠きの形をした機械的な方向付け手段を有しており、このような方向付け手段は所定の回転角に可動子プレートを方向付け、そして可動子プレートがマグネットコイルの電気的な接続エレメントにおいて摩擦することを阻止するようになっている。しかしながらこの公知の構成における欠点としては、機械的な方向付け手段がマグネット可動子の運動を損なうおそれがある、ということが挙げられる。
【０００３】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載のように構成された本発明によるマグネット可動子を備えた電磁石では、機械的な方向付け手段の使用に関連した欠点を回避することができる。可動子プレートにおける少なくとも１つの第１の切欠きと、この第１の切欠きに対応配置されていてマグネットコアの極面に設けられた少なくとも１つの第２の切欠きとによって、可動子プレートはマグネットコイルへの電流供給時に磁力によって所定の回転位置に向かって方向付けられ、この所定の回転位置では例えば接続エレメントは無接触状態で可動子プレートの切欠きを貫通することができる。従って、製造が面倒かつ高価な機械的な方向付け手段の形成を省くことができ、有利である。少なくとも１つの第１の切欠きと少なくとも１つの第２の切欠きとの内壁区分の間の領域における漂遊磁界は、有利な形式で可動子プレートとマグネットコアとを摩擦なしに適正に方向付ける。可動子ピンを中心にして可動子プレートが僅かでも回動するとその際に生じる磁界の不均一性に基づいて、可動子プレートに対して作用する戻し力が生ぜしめられ、このような戻し力によってマグネット可動子はその所定の回転位置に戻される。
【０００４】
上に述べた本発明は例えば圧力調整弁において、マグネット可動子の摩擦損失を回避するため及び電磁弁の閉鎖動作の不都合を回避するために、有利に使用することができる。しかしながらまた本発明は、例えばマグネット可動子の切欠きを貫いて延びる燃料排出通路を可動子の回動時における通路横断面の減少から守るために、マグネット可動子の適正な方向付けが必要である、内燃機関の噴射弁用の電磁弁においても使用することができる。さらにまた本発明はしかしながら、電磁弁の使用に制限されるものではなく、滑り運動及び回転運動可能に支承された可動子プレートを有利な回転位置に方向付けることが必要な、可動子プレートを備えたすべての電磁石において、使用することが可能である。
【０００５】
本発明の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。
【０００６】
図面
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【０００７】
図１は、電磁石とマグネット可動子とを備えた、従来技術に基づいて公知の圧力調整弁を示す図である。
【０００８】
図２は、本発明によるマグネット可動子を示す断面図である。
【０００９】
図３は、図２に示されたマグネット可動子を上から見た平面図である。
【００１０】
図４は、圧力調整弁のケーシング部分を同時に形成している、本発明による電磁石のマグネットコアを示す断面図である。
【００１１】
図５は、図４に示されたマグネットコアを上から見た平面図である。
【００１２】
図６は、図３及び図５に示されたマグネットコアとマグネット可動子との状態を示す平面図である。
【００１３】
図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、マグネット可動子が僅かに偏位した状態を示す図である。
【００１４】
実施例の記載
図１には、従来技術において公知の圧力調整弁が示されており、この圧力調整弁は例えば内燃機関の燃料噴射装置において、燃料高圧アキュムレータにおける圧力を内燃機関の負荷状態とは無関係に調節するために使用される。圧力調整弁は、燃料高圧ポンプ又は燃料高圧アキュムレータへの接続のためのフランジ領域１２を有している。圧力調整弁のフランジ領域１２内に挿入された弁部材１３は、高圧側に接続された燃料供給通路８を有しており、この燃料供給通路８はその一端で弁部材１３の弁座７に開口している。弁部材１３の側部開口９は、図示されていない形式で、燃料戻し路と接続されている。電磁石は圧力調整弁の開閉を制御する。図１から分かるように、電磁石は、ほぼ円筒形の輪郭を有するマグネットコア２を有しており、このマグネットコア２は同時に圧力調整弁のケーシング部分を形成している。マグネットコア２のリング状の切欠き１１内には、マグネットコイル１が配置されている。さらに電磁石は、可動子プレート３１と可動子ピン３２とを備えたマグネット可動子３を有しており、可動子ピン３２はマグネットコア２の円筒形の貫通孔内に摺動可能及び回転可能に挿入されている。可動子ピン３２の、可動子プレート３１とは反対側の端部は、球として形成された弁体６と共働する。弁体６を備えた可動子ピン３２はばね４によって負荷され、このばね４はその一方の端部で圧力調整弁のケーシング部分１４に支持され、かつ他方の端部で可動子プレート３１に支持されている。可動子ピン３２を弁座７に向かって負荷するばね４の緊張力には、燃料供給通路８内における高圧力が対向して作用しており、この場合圧力調整弁は電磁石が投入接続されていない場合には、低い系圧時に開放されて、燃料が開口９を通って流出するようになっている。電磁石の給電時に可動子プレートは電磁石によって引き付けられ、可動子ピン３２は弁体６を弁座７に押圧し、その結果燃料供給通路８は、高圧力と磁力及びばね力との間において力のバランスが得られるまで、閉鎖される。
【００１５】
図１から分かるように、圧力調整弁は電気的な接続エレメント５を有しており、これらの接続エレメント５は圧力調整弁の電気的な接続部分１０をマグネットコイル１と接続している。可動子プレート３１は接続部分１０とマグネットコイル１との間に配置されているので、電気的な接続エレメント５は、可動子プレート３１における切欠き（図１には図示せず）を貫通しなくてはならない。可動子ピン３２の軸線を中心にした可動子プレート３１の回転時に、プラスチック外装を備えた接続エレメントは、可動子プレートの切欠きの内壁において摩擦し、不都合である。この理由から従来技術において公知の電磁石は機械的な方向付け手段（Ausrichtemittel）を使用しており、これらの方向付け手段は可動子プレートを所定の回転位置に方向付けるが、電磁石の極面２２に対して垂直な方向における可動子プレートのシフトを可能にする。例えば、所定の回転位置への可動子プレートの方向付けのために、マグネットコアの極面２２から突出するピンを設けることが可能であり、このピンは若干の遊びをもって可動子プレート３１の切欠きに係合している。可動子プレートの所定の回転位置において、接続エレメントは可動子プレートを、該可動子プレートと接触することなしに貫通する。
【００１６】
図２〜図７には本発明の１実施例が示されている。本発明はしかしながら圧力調整弁又は電磁弁における使用に制限されるものではなく、マグネット可動子を所定の回転位置に方向付けることが望まれている、マグネット可動子を備えたすべての電磁石において使用することができる。図２及び図３に示されたマグネット可動子３は、ほぼ円形の可動子プレート３１と、該可動子プレートから垂直に突出している横断面円形の可動子ピン３２とを有している。可動子プレートにおける切欠き３５は、マグネットコイルの電気的な接続エレメントを貫通させるために役立つ。図２及び図３からさらに分かるように、可動子プレートはほぼＵ字形に延びる２つの第１の切欠き３３を有しており、両第１の切欠き３３の開放した側は、可動子プレートの外周部に配置されていて、可動子ピン３２を中心にして直径方向で互いに反対側に位置している。
【００１７】
図４及び図５には圧力調整弁のポット形のケーシング部分が示されている。図４には、図５のＩ−Ｉ線に沿った断面図が示されている。ケーシング部分は、マグネットコア２を形成する円筒形の中央部分と、例えば燃料高圧ポンプに圧力調整弁を固定するための側部の固定舌片１５とを有している。有利にはマグネットコアは軟鉄か又は、大きな透磁率を備えたその他の材料から成っている。ケーシング部分のフランジ領域１２は、図１に示されているように、弁部材を受容するため及び燃料高圧ポンプの高圧出口への接続のために働く。円筒形の中央部分は中央の円筒形の貫通開口２６と、該貫通開口２６に対して同心的なリング状の切欠き１１とを有しており、この切欠き１１は、図４に示されていないマグネットコイルを受容するために働く。図５にはマグネットコイル１の電気的な接続部２８が略示されている。切欠き１１は半径方向において、内方に向かっては第１の円筒周壁状の壁２３によって、かつ外方に向かっては第２の円筒周壁状の壁２４によって制限される。第１の壁２３及び第２の壁２４の、フランジ領域１２とは反対側の端部は、同一平面に配置されていて互いに同心的な円形リング状の２つの面２１，２２を形成している。面２２から突出している環状のカラー１６は、図１に示されているように、第２のケーシング部分１４を受容するために働く。
【００１８】
切欠き１１内にマグネットコイルが挿入されると、内壁２３は、コイルを貫通するマグネットコア２の区分を形成し、この区分は底プレート２５を介して、コイルを取り囲むマグネットコアの外側の壁区分２４と結合されている。両方の面２１，２２はこの場合マグネットコア２の２つの極面を形成しているので、両極面２１，２２に載設される可動子プレート３１によって磁気回路が閉じられる。図５から最も良く分かるように、マグネットコアの外側の極面２２には第２の切欠き２７が配置されており、これらの切欠き２７は、可動子プレート３１における第１の切欠き３３に対応配置されていて、貫通開口２６を中心にして直径方向で互いに反対側に位置している。
【００１９】
図６には、マグネットコアがマグネットコイルなしに、しかしながら挿入されたマグネット可動子と共に示されている。マグネット可動子は可動子ピン３２を用いて、摺動可能にかつまず第一に回転運動可能に円筒形の貫通開口２６に挿入されている。可動子プレート３１の有利な回転位置では、図５に示されたマグネットコイルの接続部２８は、マグネット可動子３の滑動方向における投影図で見て可動子プレート３１の切欠き３５と整合している。この回転位置において電気的な接続エレメントは、可動子ピン３２に対して平行に可動子プレート３１を直線的に貫通することができ、この際に切欠き３２の内縁部において摩擦が生じることはない。電磁石の運転中における回転位置の方向付けのために、第１の切欠き３３と第２の切欠き２７とが役立つ。
【００２０】
図３及び図５との関連において図６及び図７から良く分かるように、第１の切欠き３３の、周方向において互いに向かい合っている２つの内壁区分３３ａ，３３ｂの間の間隔ａは、有利には第２の切欠き２７の、同じく周方向において互いに向かい合っている２つの内壁区分２７ａ，２７ｂの間の間隔ｂに相当している。さらに図６から分かるように、第２の切欠き２７は有利には、マグネット可動子３の滑動方向において少なくとも部分的に第１の切欠き３３の投影図の内部に配置されている。言い換えれば、両方の第１の切欠き３３はそれぞれ、平行な平面に配置されているそれぞれ対応する第２の切欠き２７と部分的にオーバラップしている。しかしながら図示の実施例とは異なり、間隔ａと間隔ｂとが正確に等しく選択されていないような構成も可能である。さらに、２つの第１の切欠き及び２つの第２の切欠きの代わりに、ただ１つの第１の切欠きと１つの第２の切欠きとを設けることも可能である。さらにまた、可動子プレート及びマグネットコアの極面にそれぞれ３つ以上の切欠きを設けることも可能である。重要なことは、可動子ピンの軸線に対して半径方向にずらされている少なくとも１つの第１の切欠きが、マグネットコアの極面における第２の切欠きに対応配置されていることである。
【００２１】
図７には図６のＡ−Ａ線に沿った横断面図が示されており、この図７では、可動子プレート３１は可動子ピン３２の軸線を中心にした所定の回転位置から故意に回動させられているので、可動子プレート３１の、マグネットコアに向けられた極面３６及び第１の切欠き３３と、マグネットコアの極面２２及び第２の切欠き２７とは、互いにオーバラップしている。図６から分かるように、この回転位置ではマグネットコイル１の電流供給時に、第１の切欠き３３の内壁区分３３ａ，３３ｂと第２の切欠き２７の内壁区分２７ａ，２７ｂとの間の領域においてこの際に生じる不均一な漂遊磁界（Streumagnetfeld）（図６における破線参照）に基づいて、可動子プレート３１を所定の回転位置に戻そうとする静磁気学的な力（magnetostatische Kraft）Ｆが生じる。このことは、値ａ及びｂが僅かな差異を有している場合にも言える。前記戻そうとする力によって、可動子プレート３１は再び所定の回転位置に戻され、この回転位置において第１の切欠き３３と第２の切欠き２７とは互いに上下に位置している。この回転位置において初めて、戻そうとする力は０になる。戻そうとする静磁気学的な力Ｆは結果的に、可動子プレートの極めて小さな回転運動時においても生じるので、可動子プレートは常に漂遊磁界によって所定の回転位置に方向付けられる。「可動子プレートの方向付け」というのはこのような関係から次のように、すなわち、可動子プレートは電磁石の投入接続時に、殆ど証明できないほどの最小の回転振動を除いてその回転位置がいわば固定されている、ということを意味する。いずれにせよ可動子プレートの回転運動は、切欠き３５の内縁部がマグネットコイル１の接続エレメント５と電磁石の投入接続時にまったく又は極めて僅かしか接触せず、圧力調整弁の開閉時におけるマグネット可動子の滑り運動はまったく損なわれない。電磁石の遮断時に、切欠き３５を貫通しているマグネットコイルの電気的な接続エレメントは、可動子プレートの強い振れもしくは偏位を阻止し、その結果可動子プレートは電磁石の新たな操作時に直ちに再び、所定の回転位置に方向付けられる。
【００２２】
上に挙げた実施例では可動子プレート及び電磁石コアの極面はそれぞれ２つの切欠きを有している。他の実施例では、可動子プレートにおける第１の切欠きの数及びマグネットコアの極面における第２の切欠きの数を高めることができ、そして電磁石の投入接続時における可動子プレートの出発ポジションとは無関係に、磁気による方向付けによって、常に有利な回転位置が生ぜしめられ、この有利な回転位置では第１の切欠きと、これらの第１の切欠きに対応配置された第２の切欠きとが互いに向かい合って位置している。特に、可動子プレート３１の第１の切欠き３３の数及び周方向長さａは、第１の切欠きを互いに隔てている可動子プレート３１の極面セグメントの数及び周方向長さと同じであることができる。このような場合にはマグネットコアにおいて、等しい周方向長さ（ｂ＝ａ）を備えた相応な数の第２の切欠き２７を得ることができる。可動子プレート及びマグネットコアのこのような構成は特に、接続エレメントが可動子プレートによって把持されていないような電磁弁のために適している。
【００２３】
互いに向かい合って位置している切欠きの数は、可動子プレートの方向付けられた力Ｆに対して正比例している。その結果、互いに向かい合っている切欠きの数は、個々の場合に、必要な戻し力Ｆの大きさに合わせて設計することができる。
【００２４】
本発明はここでは圧力調整弁を例として示されているが、本発明は他の電磁弁においても使用することができる。例えば燃料噴射装置用の燃料噴射弁の電磁弁における使用が可能であり、このような使用においては、可動子プレートに設けられた、流出する燃料用の排出貫通孔の横断面が、可動子プレートの回動によって小さくなることを、阻止することができる。また、可動子プレートを備えた電磁石のここに挙げた作用原理は、電磁弁における使用に制限されるものではなく、すべての電磁石、すなわち摺動可能でかつ回転運動可能に支承された可動子プレートを有利な回転位置において方向付けることが望まれているすべての電磁石において、有利に使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 電磁石とマグネット可動子とを備えた、従来技術に基づいて公知の圧力調整弁を示す図である。
【図２】 本発明によるマグネット可動子を示す断面図である。
【図３】 図２に示されたマグネット可動子を上から見た平面図である。
【図４】 圧力調整弁のケーシング部分を同時に形成している、本発明による電磁石のマグネットコアを示す断面図である。
【図５】 図４に示されたマグネットコアを上から見た平面図である。
【図６】 図３及び図５に示されたマグネットコアとマグネット可動子との状態を示す平面図である。
【図７】 図６のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、マグネット可動子が僅かに偏位した状態を示す図である。

Claims (7)

1. マグネット可動子を備えた電磁石、特に電磁弁において使用するためのものであって、マグネットコイル（１）と、該マグネットコイル（１）を貫通していて少なくとも１つの極面（２２）を備えているマグネットコア（２）と、該マグネットコア（２）の少なくとも１つの極面（２２）に対して垂直に摺動可能に支承されたマグネット可動子（３）とが設けられており、該マグネット可動子（３）が、極面（２２）に向けられた可動子プレート（３１）と、該可動子プレート（３１）から突出していて摺動可能にかつ回転運動可能に支承された可動子ピン（３２）とを備えており、さらに、電磁石及び／又はマグネット可動子に形成された方向付け手段が設けられていて、該方向付け手段が、可動子プレート（３１）を所定の回転位置に方向付ける形式のものにおいて、方向付け手段が、可動子ピン（３２）に対して半径方向にずらされていて可動子プレート（３１）に形成された少なくとも１つの第１の切欠き（３３）と、マグネットコア（２）の少なくとも１つの極面（２２）に配置されていて第１の切欠き（３３）に対応配置された少なくとも１つの第２の切欠き（２７）とを有しており、該第２の切欠き（２７）がマグネットコイル（１）の電流供給時に第１の切欠き（３３）と磁気的に共働して、可動子プレート（３１）が所定の回転位置に方向付けられるように構成されており、しかも可動子プレート（３１）の所定の回転位置においてマグネットコイル（１）の電気的な接続エレメント（５）が、可動子プレート（３１）の、マグネットコイル（１）とは反対の側から、可動子プレート（３１）に接触することなしに、可動子プレート（３１）の切欠き（３５）を貫通していることを特徴とする、マグネット可動子を備えた電磁石。
2. 第１の切欠き（３３）の、周方向において互いに向かい合っている２つの内壁区分（３３ａ，３３ｂ）の間の間隔（ａ）が、第２の切欠き（２７）の、同方向において互いに向かい合っている２つの内壁区分（２７ａ，２７ｂ）の間の間隔（ｂ）にほぼ相当している、請求項１記載の電磁石。
3. 第２の切欠き（２７）が少なくとも部分的に、マグネットコア（３）の滑り方向における第１の切欠き（３３）の投影図の内部に配置されている、請求項１又は２記載の電磁石。
4. 方向付け手段が、可動子ピン（３２）の軸線（３７）を中心にして直径方向で互いに向かい合っている２つの第１の切欠き（３３）と、可動子ピン（３２）の軸線（３７）を中心にして同様に直径方向で互いに向かい合っていて第１の切欠き（３３）に対応配置された２つの第２の切欠き（２７）とを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の電磁石。
5. 可動子プレート（３１）の第１の切欠き（３３）の数及び周方向長さ（ａ）が、第１の切欠きを互いに隔てている可動子プレート（３１）の極面セグメント（３６）の数及び周方向長さと同じであり、マグネットコア（２）が、同じ周方向長さを備えた相応な数の第２の切欠き（２７）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の電磁石。
6. 第１の切欠き（３３）及び第２の切欠き（２７）の数及び周方向長さが、必要な戻し力（Ｆ）の値に合わせられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電磁石。
7. 電磁石を備えた電磁弁、特に燃料噴射装置用の電磁弁であって、請求項１から６までのいずれか１項記載のような、電磁石及びマグネット可動子とが設けられている電磁弁。

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