JP4130773B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
従来技術
弁またはリレーのための電気的なアクチュエータは、磁気的な回路内に少なくとも３つの鉄部材、すなわちソレノイドプランジャと、ソレノイドポットおよびソレノイドコアから成る２部分構成の磁気的な帰路エレメントとを有している。
【０００２】
ソレノイド特性線をそれぞれの弁またはリレーの所望の力・ストローク特性線に適合させることにより、ソレノイドの作業能力をより良好に利用できるようにするためには、従来慣用のソレノイドにおいては、プランジャの幾何学形状およびプランジャ対応部材の幾何学形状に手間がかかると共に、精度および製作誤差についての要求が高くなってしまう。
【０００３】
発明の利点
これに対して、請求項１に記載した特徴を有する、本発明によるアクチュエータは、磁気的な回路内では２つの鉄部材のみから成っており、かつ広範なストローク過程にわたっても、一定の高いソレノイド力（Ｍａｇｎｅｔｋｒａｆｔ）を得られるアクチュエータを簡単に製作できるという利点を有している。この場合、２つの異なるソレノイド型式の力・ストローク特性線が使用される。
【０００４】
さらに、このアクチュエータは、簡単で低廉な構造を有しており、このことは、特に構成部材数と所要製造精度と加工プロセスとに関連して有利である。
【０００５】
請求項２以下に記載された手段により、請求項１に記載したアクチュエータの有利な変化形および改良形が可能である。
【０００６】
帰路エレメントとプランジャの第１の端部との間の磁気的な抵抗を、可能な限り少なく維持するために、帰路エレメントが、十分に大きな半径方向比例面を有していることは有利である。
【０００７】
コイル内にスリーブが配置されていると有利である。コイル内にプレス嵌めされたスリーブは、帰路エレメント内でのコイルの位置決めとセンタリングとを統合し、高い精度で、プランジャと磁気的な帰路エレメントとの間に半径方向の間隔を限定する。このことにより、半径方向でのソレノイド力は、プランジャストローク全体にわたって効果的に制限されている。さらに、スリーブは、磁気的に絶縁する働きをしている。引抜き加工されたスリーブは、低い製作コストで、良好な滑動特性および高い強度に結び付く高い表面品質を可能にする。
【０００８】
帰路エレメントが打抜き・曲げ部材として製作されることは有利である。それというのは、これが、帰路エレメントのための簡単で低廉な製造方法であるからである。
【０００９】
プランジャは、有利には中空円筒であり、有利な形式で、打抜き・曲げ部材として製作されている。支承する上で重要なプランジャの外径を得るためには、プランジャの外側の周壁面にエンボス加工部が圧刻されていると有利である。これらのエンボス加工部は、所定の幾何学形状／製作誤差を達成するために、冷間成形により寸法補正可能である。
【００１０】
アクチュエータは、プランジャ内に３ポート通路でその都度１つの開口をシールするシール栓体が配置されている場合に、有利な形式で弁のために使用され得る。
【００１１】
実施例の説明
以下に図面を参照しながら本発明の実施例を詳説する。
【００１２】
図１には、本発明によるアクチュエータ１（図３ａ，図３ｂ）の構成部材が示されている。アクチュエータ１は少なくとも１つの磁気的な帰路エレメント３から成っており、この帰路エレメント３は、例えば打抜き・曲げ部材として製作されて、例えば唯一の部材から成る。
【００１３】
帰路エレメント３は、第１の面２１と、第２の面２４とを有しており、これらの面２１，２４は、互いに平行に配置されていて、かつ軸方向１８に対して垂直に延在している。さらに、帰路エレメント３は、例えば第１の側面２７と、第２の側面２８と、第３の側面２９とを有しており、これらの側面２７，２８，２９が、第１の面２１と第２の面２４とを結合している。側面２７，２８，２９の間には、例えばそれぞれ１つの間隙３０がある。
【００１４】
第１の面２１は例えば、軸方向１８で見て外方に向かってリング状に延在する引込み部３８を有している。スリーブ６は、例えば中空円筒状に構成されていて、両方の軸方向端部が例えば開いている。このスリーブ６は、第１の面２１に設けられた第１の開口３２を通って、かつ第２の面２４に設けられた第２の開口３５を通って、帰路エレメント３に挿入され得る。
【００１５】
プランジャ９は、アクチュエータ１が組み立てられた状態（図３ａ）においては、スリーブ６内に配置されており、このスリーブ６内で軸方向１８で２つの終端点の間を摺動可能である。プランジャ９は、例えば中空円筒であって、かつ、例えば打抜き・曲げ部材として製作される。多くの場合、プランジャ９においてはさらに、プランジャ９がスリーブ６内で良好に摺動可能であるように、外径が適合されなければならない。それゆえ、プランジャ９は、例えば外側の周壁面４１に、外方に向かって圧刻されたエンボス加工部１２を有しており、所定の外径を製作するために、これらのエンボス加工部１２は、除去されるかもしくは変形されて寸法補正されることが可能である。
【００１６】
中空円筒状のプランジャ９内には、シール栓体１５が固定されていてよい。
【００１７】
図２には、コイルボディ４８に巻き付けられているコイル４５が示されている。さらに、コイルボディ４８には、電気的な接続端子５１が配置されていて、この接続端子５１を介して、コイル４５に外部から給電することができる。コイル４５は、例えば側方から第１の側面２７と第３の側面２９との間の間隙３０を通って、図１に示した帰路エレメント３内に挿入され、この場合、コイル開口４６は、帰路エレメント３の開口３２，３５と整合されている（図３ａ）。
【００１８】
図３ａには、本発明によるアクチュエータ１の軸方向横断面が示されており、この図では、プランジャ９は第１の終端位置にある。スリーブ６は、帰路エレメント３、およびコイル４５もしくはコイルボディ４８に密接している。コイル４５はこの位置で通電されていて、その結果、弁の、プランジャ９に作用するばね（図示せず）は緊縮される。
【００１９】
帰路エレメント３の第２の端部６６には、引込み部３８が形成されていて、この引込み部３８は十分に大きな半径方向面を形成しているので、帰路エレメント３の半径方向面とプランジャ９との間の磁気的な抵抗は僅かである。それゆえ、プランジャ９の力・ストローク特性曲線（Ｋｒａｆｔ−Ｗｅｇ（Ｈｕｂ）−Ｋｕｒｖｅ）は、主に帰路エレメント３の、第２の面２４に位置する第１の端部６３により決定される。
【００２０】
プランジャ９は、完全にスリーブ６内に配置されていて、帰路エレメント３の当接面５４に載着されている。この当接面５４は、半径方向７２でスリーブ６を超えて延在しており、つまり第２の面２４の開口３５は、第１の面２１の開口３２より小さな内径を有している。当接面５４は、軸方向１８に対して垂直に延在している。
【００２１】
この第１の終端位置で、磁束の大部分が、第１の端部６３においてプランジャ９の端面５７および当接面５４を通って走行するのは、これが帰路エレメント３に対する最短の距離であるからである。半径方向７２で見た帰路エレメント３に対する距離は、スリーブに基づき、より大きい。磁束経路は矢印６０により示されている。
【００２２】
この位置では、突合せプランジャ形ソレノイド（Ｓｔｕｍｐｆａｎｋｅｒｍａｇｎｅｔ）に典型的な双曲線状の、プランジャストロークに関する推力特性線（Ｈｕｂｋｒａｆｔｖｅｒｌａｕｆ）が得られる。双曲線状の推力特性線は、高い保持力を生ぜしめる、もしくは通電されたプランジャ終端位置において、切換弁（Ｕｍｓｃｈａｌｔｖｅｎｔｉｌ）において必要な、ソレノイド力つまり磁気吸引力（推力）の倍増を保証する。
【００２３】
図３ｂには、第２の終端位置にあるプランジャ９が示されている。この場合、ソレノイド力はばね戻し力より小さく、プランジャ９は、図３ａに示した位置と比べて、１ストローク分だけ摺動しており、例えば端部６６においてスリーブ６を超えて突出している。このことは、例えばプランジャ９に弁のばね（図示せず）が作用することにより行われる。弁のばねは、第２の終端位置において、図３ａに示した第１の終端位置におけるよりも弛緩している。スリーブ６は、プランジャ９が運動にもかかわらず完全にスリーブ６内に配置されているように形成されてもよい。ただし、帰路エレメント３の第１の端部６３における磁束経路６０は、第２の終端位置においては、図３ａに示した磁束経路とは異なる。磁束経路６０は、プランジャ９の端面５７を起点とするが、そこから磁気的な帰路エレメント３の、半径方向の比例面（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｆｌａｅｃｈｅ）６９を介して走行する。それというのは、この経路が最も僅かな磁気的な抵抗を有しているからである。ここで、磁束経路６０は屈曲している。この磁束経路は、比例ソレノイド（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｍａｇｎｅｔ）の磁束経路に相当しており、比例ソレノイドに特徴的な力・ストローク特性線が生ぜしめられる。ここでは、磁束勾配（Ｍａｇｎｅｔｆｌｕｓｓｇｒａｄｉｅｎｔ）は、特に高い軸方向成分を有する。
【００２４】
両終端位置における磁束経路６０の前記特性により、全ストローク領域にわたって高いプランジャ始動力が可能である。比例ソレノイドまたは突合せプランジャのどちらか一方を備えた、従来技術によるアクチュエータは、一方の終端位置において十分に高度な作業を行えない。
【００２５】
従来技術によるアクチュエータは、図中では破線で示した終端面７５を有している。この終端面７５は、第２の終端位置の領域におけるコイル４５の端部またはコイルボディ４６の端部とほぼ同一の軸方向高さ１８に位置している。
【００２６】
本発明によるアクチュエータ１は、帰路エレメント３に、第２の面２４を超えて突出した、例えば高さｈ′のオフセット部９０を有している。軸方向１８での、終端面７５と帰路エレメント３の当接面５４との間の間隔は、プランジャ９の最大ストロークｈにほぼ相当する。高さｈ′は、間隔ｈにほぼ等しいが、間隔ｈより小さくても大きくてもよい。
【００２７】
この間隔ｈがあってこそ、所定の位置におけるプランジャの比例的な動作を可能にする半径方向の面６９が生ぜしめられる。このようにして、全ストロークにわたって一定の高いソレノイド力が得られて、平らなソレノイド力・ストローク特性線が達成される。
【００２８】
図４には、３ポート２位置切替弁としての、本発明によるアクチュエータ１の実施例が示されている。本発明によるアクチュエータ１のシール栓体１５は、例えば第１の通路開口８１と第２の通路開口８４と第３の通路開口８７とを備えた三ポート接続通路（Ｄｒｅｉａｎｓｃｈｌｕｓｓｋａｎａｌ）７８内に配置されている。シール栓体１５は、軸方向１８で往復可動であり、選択的に第１の通路開口８１または第２の通路開口８４を閉鎖するので、通路開口８１の、通路開口８７への接続が形成されるか、または第２の通路開口８４の、第３の通路開口８７への接続が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるアクチュエータの構成部材として、磁気的な帰路エレメントとスリーブとプランジャとシール栓体とが示されている図である。
【図２】 コイルボディに巻き付けられたコイルを示す図である。
【図３ａ】 第１の終端点にある、本発明によるアクチュエータの軸方向横断面図である。
【図３ｂ】 第２の終端点にある、本発明によるアクチュエータの軸方向横断面図である。
【図４】 本発明によるアクチュエータを弁内で使用している実施例を示す図である。

Claims (9)

1. アクチュエータ、特に弁またはリレーのためのアクチュエータであって、該アクチュエータが少なくとも、電気的なコイルと、コイルのための磁気的な帰路エレメントと、少なくとも部分的にコイル内に配置されているプランジャとから成っている形式のものにおいて、
   プランジャ（９）が２つの終端位置の間を軸方向（１８）で可動であり、第１の終端位置における磁束経路が、プランジャ（９）から主に、帰路エレメント（３）の第１の端部（６３）に位置していて軸方向（１８）に対して垂直な面を通過して延びており、
   第２の終端位置における磁束経路が、プランジャ（９）から主に、帰路エレメント（３）の第１の端部（６３）に位置していて軸方向（１８）に対して平行に延在している面を通って延びており、
   プランジャ（９）が中空円筒であり、
   プランジャ（９）内にシール栓体（１５）が配置されており、
   アクチュエータ（１）内に、３つの開口（８１，８４，８７）を備えた三ポート接続通路（７８）が配置されており、かつ
   シール栓体（１５）が、プランジャ（９）の各終端位置において、その都度１つの、前記三ポート接続通路（７８）の開口（８１，８４）をシールする
   ことを特徴とする、アクチュエータ。
2. プランジャ（９）が端面（５７）を有しており、かつ帰路エレメント（３）が第１の端部（６３）に十分な大きさの半径方向比例面（６９）を有しており、該半径方向比例面（６９）に前記端面（５７）の位置が合わされており、その結果、半径方向比例面（６９）と端面（５７）との間の磁気的な抵抗が可能な限り僅かである、請求項１記載のアクチュエータ。
3. 帰路エレメント（３）が第２の端部（６６）に引込み部（３８）を有している、請求項１記載のアクチュエータ。
4. コイル（４５）内にスリーブ（６）が配置されている、請求項１記載のアクチュエータ。
5. 帰路エレメント（３）が、打抜き／曲げ部材である、請求項１記載のアクチュエータ。
6. プランジャ（９）が打抜き曲げ部材である、請求項１記載のアクチュエータ。
7. プランジャ（９）が外側の周壁面（４１）にエンボス加工部（１２）を有している、請求項１または６記載のアクチュエータ。
8. 帰路エレメント（３）が、プランジャ（９）のために軸方向で当接面（５４）を有している、請求項１記載のアクチュエータ。
9. プランジャ（９）が当接面（５４）に載着しているときに、プランジャ（９）と帰路エレメント（３）とが部分的に、半径方向（７２）で対向して位置している、請求項８記載のアクチュエータ。

Images