JP5444345B2 - 電磁駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、主請求項の前提部に記載された電磁駆動装置に関する。この種類の装置は、本願と同一の出願人による特許文献１から知られており、多種多様な駆動動作、例えば、内燃機関に関する駆動動作に用いられる。

図５は、公知の電磁駆動装置の構造を示す、先行技術に関する図である。円筒状のハウジング３０の内部には、固定側の部材であるコアユニット３２が設けられている。このコアユニット３２は、円筒状のハウジング３０との間の径方向空間に、巻線３６が巻きつけられたコイル巻型３４を備える。係合端部４４を形成する細長いタペットユニット４２を備えた電機子ユニットが、コアユニット３２に対して軸方向に移動するように案内される。この電機子ユニットは、前記係合端部４４の反対側において、コアユニット３２と磁気的に相互作用するための、複数のディスクからなる構造体を備えている。この構造体は、永久磁石ディスク３８と、永久磁石ディスク３８の両側に位置する第１および第２の電機子ディスク４８，５０とを有する。なお、この構造体の外側は、囲みリング５２によって取り囲まれる。

図５の状態では、電機子ユニットが、永久磁石３８の作用によってコア３２に固定されている。巻線３６に電流を流すと反発磁場が発生し、その結果電機子ユニットは軸方向（同図平面の右側）に移動し、係合端部４４が駆動対象物の端部に係合するので、駆動対象物を駆動することができる。

このように概略的に説明した種類の装置は、様々な形態のものが知られており、かつ、内燃機関のカムシャフト調節動作などの様々な用途に用いられる。このような種類の装置は製造が簡単なので、大量生産に極めて適しており、先行技術から知られた製品は、すでに好適な単位コストで生産することが可能になっている。

独国特許出願公開第１０２４０７７４号明細書

しかしながら、図５の技術では、特殊な設置空間の設置要件に対して融通が利かないことが判明した。例えば、図５に示す既知技術の構造的な詳細原理として、タペットユニット４２は、電機子ユニットの一部とされ、かつ、一群のディスク４８，３８，５０に強固に取り付けられる。これらの部材を分離することはできないので、効率よく設置するには、設置部分の形状をできる限り径方向に対称的に形成しなければならない。図６は、内燃機関の設置空間の形状（詳細には、カムシャフト調節動作用の電磁アクチュエータの設置空間）を概略的に示したものであり、実際の使用箇所の空間条件の一例を描いている。図７に模式的に示された組合せから分かるように、図５に示す従来の径方向に対称的な構造を有する装置（ユニット６０は、図５の原理で動作するアクチュエータと仮定する）では図６の設置条件に対して設置不可能である。径方向に対称的な構造の原理を維持するためには、アクチュエータの径を著しく減少させなければならないが、これは構造上の理由から採用し得ず、仮に径の減少に成功したとしても、磁力密度を大いに増加させなければならない。この場合、極めて希少（したがって高価）な材料を、例えば永久磁石ユニット３８に使用しなければならないので、そのような小型化は経済的に不利になる可能性があるだけでなく、特殊な構成品の調達によってコスト増につながる。

以上を踏まえて、本発明の目的は、上述した汎用的な種類の電磁駆動装置を、簡単に製造でき、かつ、使用時に融通が利くように、特に、非対称の設置条件でも設置できるように改良することである（なお、「非対称（非対称的）」という用語は、タペットユニットの移動方向を基準として径方向に対称的な形状でない設置条件（設置空間）を指すのに用いられる）。

この目的は、主請求項に記載の特徴を有する電磁駆動装置、請求項１３に記載された電磁駆動装置の使用方法、および請求項１４に記載のカムシャフト調節装置によって達成される。本発明の有利な改良形態は、従属請求項に記載されている。

本発明は、タペットユニット（詳細には、タペット部）と電機子ユニットとが着脱不能かつ機械的に強固に連結され、かつ、その連結構造が径方向に対称的である場合に生じる問題を、有利に解消することができる。本発明では、アクチュエータユニットに対して、別体のタペットユニットが、磁気的に、かつ着脱自在に取り付けられている。好ましい例示的な実施形態では、タペットユニットは、アクチュエータユニットの係合面に対し、偏心して接する（あるいは、タペットユニットの端面がアクチュエータの係合面の一部のみに重なり合うようにして接している）。すなわち、タペットユニットは、アクチュエータと共に、非対称的な構造、つまり、径方向に非対称的な構造を形成することができ、設置空間に適宜に合致することができる。

本発明において、典型的にはアクチュエータユニットは電機子ユニットを備えており、当該電機子ユニットは、公知のものと同じく、固定側の部材であるコアユニットと相互作用する永久磁石手段を有し、固定側の部材であるコイルユニットに電流が流れることで移動可能となる。

また、磁束の導通を最適化することができ、および／または設置空間に対して適宜に合致することのできる極めて好適な構造形状を得るために、少なくとも一部が円筒状または中空円筒状であり、前記係合面を露出するように軸方向に開いた磁束導通可能なアクチュエータケーシングユニットを、コイルユニットを覆うハウジングとして使用することが有利であることが判明した。

上記アクチュエータケーシングユニットは、完全に閉じた構造ではなく、単なるブラケット状の構造とされるか、または単一の長片部を有するＬ字形状の構造とされる。

本発明の範疇における有利な一改良形態において、永久磁石手段を、電機子の、コアユニット内を案内される細長い電機子タペット部よりも径方向が大径なディスク状に構成することにより、磁気特性を向上させることができる。本発明の好ましい改良形態において、コアユニットは所望の用途に適宜に対応することができ、例えば、流体圧を補償する通路を設けることにより、動力学的性能の向上を達成することができる。

磁束の好適化を図るために、タペットユニットは、係合側、すなわち、係合側の端面の領域（近傍）が軟磁性に形成されており（特には、この領域は軟鉄で構成される）、アクチュエータの係合面と相互作用することで、当該アクチュエータまたはアクチュエータの係合面に容易に磁気的に取り付けられる。

したがって、本発明は、非対称の設置条件にも極めてフレキシブルに対応することができる。つまり、本発明の電磁駆動装置は、内燃機関での様々な駆動動作、例えば、カムシャフト調節動作を行う際にしばしば遭遇するような、非対称的な設置空間での多種多様な用途にも極めて好適に対応することができる。

本発明のさらなる好ましい実施形態では、単一のタペットユニットをアクチュエータユニットの係合面に対して配し、そのアクチュエータユニットによって駆動可能とできるだけでなく、複数のタペットを、共通の係合面に対して配設することもできる。このような構成は、今日まで先行技術から知られている技法で実現するには問題が多かった。というのも、固定された状態の２つのタペットを２つの各々の孔内に位置決めして大量生産するには、極めて厳密な公差が求められるので、特に、熱に敏感な自動車環境では実現がほぼ不可能であった。しかしながら、本発明の機械的な取付構造は公差を補償することができるので、特に、２つ（またはそれ以上の数）のタペットを単一のアクチュエータユニットの同一（共通）のストロークで駆動可能とするための、極めて簡便な解決手段を提供することができる。

本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、好ましい例示的な実施形態についての以下の説明および図面から明らかになる。

本発明の好ましい第１実施形態にかかる電磁駆動装置の概略縦断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる、ブラケット状のアクチュエータケーシングユニットを有するアクチュエータユニットの係合面に対する、タペットユニットの非対称的な配置を示す斜視図である。 径方向において対称的に且つ着脱自在に取り付けられたタペットユニットを示す、図２と同様の斜視図である。 係合面に一緒に取り付けられた一対のタペットユニットを示す、図２および図３と同様の斜視図である。 従来の電磁駆動装置の構造を示す、先行技術に関する図である。 内燃機関における電磁アクチュエータの設置空間の形状を示す概略図である。 図５の電磁駆動装置を図６の設置空間に単純に当てはめた場合を示す概略図である。

図１に、タペットユニット１０の軟鉄部位が電機子ユニット１４の係合面１２上に磁気的な接続関係で着脱自在に取り付けられている状態を示す。、電機子ユニット１４が固定側の部材であるコアユニット１６内に案内可能に配設されており、（コイル巻型２０に保持された）コイル１８に電流が流れることにより、電機子ユニット１４は前記固定側の部材であるコアユニット１６に対して軸方向に移動する。電機子ユニット１４は、係合側において、前側電機子ディスク２２、永久磁石ユニット２４およびコア側電機子ディスク２６を含むディスク状の構造体を有し、さらに、このディスク状の構造体に連結された電機子タペット部２８を有する。電機子タペット部２８は、同図に示すように、コアユニット１６の中空円筒状の内部で移動することができる。ディスク構造体２２，２４，２６は着脱不能にタペット部２８に固定連結されており、例えば、透磁性を有する鋼で構成されたディスク２２，２６がタペット２８の端部に溶接されている。コアユニット１６は、その後側の端部において、孔２９を介して開口している。

タペットユニット１０は、その磁気作用により、電機子ユニット１４の係合面１２の表面の一部または全体に対し、長手軸心と同軸に（図３）または長手軸心から偏心して（図２）固定されている。したがって、タペットユニット１０は、様々な設置条件や設置空間に対して適宜に合致することができる。つまり、図１に示すタイプの構造が図６の設置要件に問題なく対応できることは明らかである。したがって、図示の電磁ユニットの設置空間を、何の問題もなく最大限に活用することができる。

上記構造の実施形態によると、本発明の範疇において、図４に示すように電機子ユニット１４の同じ係合面１２に２つ（またはそれ以上の数）のタペットユニット１０を取り付けることが可能である。したがって、例えば図４に示すように、複数のタペットユニット１０を、互いに平行な方向に共に駆動することができる。この構成においては、タペットユニットと電機子ユニットとの間の磁気的な結合により、公差を簡単に補償することができるので、先行技術から知られている、２つのタペットを２つの各々の孔内で案内する場合の公差の問題を、極めて効率的に解消することができる。

本発明の好ましい改良形態にかかるタペットユニット１０は、磁気的な工程を経て作製される。すなわち、タペットユニット１０は、好ましくは軟鉄で構成された、電気氏ユニットの係合面１２に接する軟磁性の部位を有しており、この部位が永久磁石ユニット２４と相互作用することで永久磁石ユニット２４に固定される。対照的に、タペットユニット１０の、反対側に位置する駆動対象物（図示せず）の方の部位は、カムシャフト調節動作などの長期動作でも長寿命になるように、硬質で耐摩耗性の構造とされる。これら２つの部位は、適切な材質変化処理を施す（例えば、軟鉄のタペット本体に硬化処理を施すことによって耐摩耗性の部位を形成する）か、または２種類の異なる材料（例えば、金属）を溶接または同様の方法によって着脱不能に接合して形成することができる。

１０ タペットユニット
１２ 係合面
１４ 電機子ユニット
１６ コアユニット
１８ コイルユニット
２７ アクチュエータケーシングユニット

Claims (15)

1. 細長いタペットユニットに駆動力を加えるように動作可能な電磁的アクチュエータユニットを備え、前記アクチュエータユニットが、その駆動方向に沿ってハウジング内に設けられている電磁駆動装置において、
   前記アクチュエータユニットが、前記タペットユニットに面する係合端部において、少なくとも前記係合端部の一部が平坦な係合面を形成しており、かつ、前記駆動方向に沿って軸方向に移動可能であり、
   前記タペットユニットの係合側の端面が前記係合面に対して着脱自在に相互作用し、
   前記タペットユニットは、前記係合端部を介して、前記アクチュエータユニットの前記係合面上に磁気的に固定することにより取り付けられていることを特徴とする、電磁駆動装置。
2. 請求項１において、前記タペットユニットは、前記アクチュエータユニットの係合面に対して偏心して取り付けられており、および／または当該係合面の一部の領域のみに接して取り付けられていることを特徴とする、電磁駆動装置。
3. 請求項１または２において、前記アクチュエータユニットは、その端部が永久磁石手段を有し、かつ前記係合面を形成する電機子ユニットを備えており、前記電機子ユニットが、固定側の部材であるコイルユニットに電流が流れることで移動可能となることを特徴とする、電磁駆動装置。
4. 請求項３において、前記コイルユニットが、磁束導通可能なアクチュエータケーシングユニット（２７）によって覆われており、当該ケーシングユニットの少なくとも一部が円筒状または中空円筒状であって、前記アクチュエータユニットの係合面が前記アクチュエータケーシングユニットの開口端部内を移動可能であることを特徴とする、電磁駆動装置。
5. 請求項４において、前記アクチュエータケーシングユニットが、Ｌ字形状またはブラケット状の構造を有し、当該アクチュエータケーシングユニットの長片部が、前記電機子ユニットおよび前記コイルユニットの周方向外周面を形成しており、前記周方向外周面は中空円筒体の一部を形成していることを特徴とする、電磁駆動装置。
6. 請求項３から５のいずれか一項において、前記電機子ユニットが大径の電機子部位を有しており、前記電機子部位は、前記コイルユニットの軸方向外側に位置する前記永久磁石手段と、当該電機子部位に取り付けられた細長い電機子タペット部とを有し、当該電機子タペット部の少なくとも一部が、前記コイルユニットに取り囲まれた、前記アクチュエータユニットの細長いコアユニット内を案内されることを特徴とする、電磁駆動装置。
7. 請求項６において、前記コアユニットが、磁性材料で構成されていること、および／または流体圧を補償する通路を有していることを特徴とする、電磁駆動装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項において、金属製材料で構成されたピン状の一体品の前記タペットユニットが、その長手軸心に沿って２つの部位を有し、前記２つの部位のうちの第１部位は、前記アクチュエータユニットの永久磁石手段と相互作用することで当該永久磁石手段に磁気的に固定される軟磁性であり、前記２つの部位のうちの第２部位は、駆動対象物と相互作用するように構成され、かつ、硬質および／または耐摩耗性であることを特徴とする、電磁駆動装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項において、複数のタペットユニットが、互いに共通の係合面に対して着脱自在に相互作用することを特徴とする、電磁駆動装置。
10. 請求項９において、前記複数のタペットユニットのうちの少なくとも２つが、互いに平行に案内されることを特徴とする、電磁駆動装置。
11. 請求項９または１０において、前記複数のタペットユニットのうちの少なくとも２つが、互いに傾いて案内されることを特徴とする、電磁駆動装置。
12. 請求項１から１１のいずれか一項において、前記タペットユニットは、前記端面の領域において軟磁性に形成されている電磁駆動装置。
13. 請求項１２において、前記タペットユニットは、前記端面の領域において軟鉄で構成されることにより軟磁性に形成されている電磁駆動装置。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の電磁駆動装置を、内燃機関における非対称的な設置空間に設置することを含む、電磁駆動装置の使用方法。
15. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の電磁駆動装置を備えた、内燃機関のカムシャフト調節装置。

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