JPH0345266B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、互いに同軸的に配置されていて直列
に接続されているリング状の２つのコイルと、両
コイルの間において軸線に対して垂直な半径方向
平面に配置されている永久磁石と、軟鉄コアとが
設けられていて、該軟鉄コアが、両コイルの軸線
に対して同軸的にシフト可能でかつ導磁性材料か
ら成つていて弁体と結合されている可動子を有し
ている形式の電磁弁に関する。

英国特許第1490033号明細書に基づいて公知の
電磁弁では、弁体は導磁性材料から成る球として
構成されており、球の上には、縦方向に磁化され
ている棒磁石が配置されている。この棒磁石は非
磁性材料から成る非磁性体によつて取り囲まれて
いる。この非磁性体の上には、コイルが巻かれて
いて棒磁石に対して同軸的に配置されている磁性
のコアが位置している。コイルが電気的な信号を
受信しない場合、球は、両端に異なつた極を有す
る棒磁石によつて引き付けられて、棒磁石と接触
する。同時にコアが磁石され、この結果コアと棒
磁石とは互いに引き付け合い、棒磁石は、部分的
にコアと棒磁石との間に位置している非磁性体に
当接し、弁は開放状態にもたらされる。コイルに
電流が流されると、コアにおいて磁界が生ぜしめ
られ、この結果コアの磁極が逆転され、棒磁石は
球と共にコアから突き離される。球は弁座に押圧
されて、弁は閉鎖される。しかしながらこの公知
の電磁弁の配置形式には、永久磁石の磁界の励磁
力の利点が利用されないという欠点がある。なぜ
ならば、エネルギ変換に関与する磁界エネルギは
全磁界エネルギの極めて僅かな部分しか有してい
ないからである。それというのは特に、有効磁束
は主として、広い区域において高い磁気抵抗を有
している磁気回路において生じることに起因して
いる。

冒頭に述べた形式の電磁弁において、永久磁石
がリング状円板の形をしていて、該永久磁石が軸
方向に磁化されており、両コイルが逆向きに巻か
れていて、それぞれ軟鉄コアによつて取り囲まれ
ており、該軟鉄コアがそれぞれ、外側の中空シリ
ンダと、該外側の中空シリンダに対して同軸的に
位置していて該外側の中空シリンダに比べて僅か
な高さしか有していない内側の中空シリンダと、
軸方向外側に位置しているカバープレートとから
成つており、可動子が、軸方向で互いに前後に位
置していて半径方向に突出している２つのフラン
ジを有しており、両フランジがそれぞれ各フラン
ジに所属の軟鉄コアと共に、半径方向において接
続している空〓と、軸方向に延びる空〓とを形成
していることを特徴とする本発明による電磁弁に
は公知のものに比べて、有効磁気回路における磁
気抵抗が高価な導磁体の使用によつて低減される
という利点がある。磁気抵抗は作業空〓において
のみ高いので、この箇所において磁界エネルギは
集中される。同時に、有効磁気回路における低い
磁位降下によつて磁位は漂遊磁束の空〓を介して
減少され、この結果有効力に役立たない漂遊エネ
ルギは生ぜしめられない。この結果本発明による
電磁弁では、消費エネルギの量を節減すると共に
切換え速度をより迅速にすることができる。

特許請求の範囲の従属項に記載した手段によつ
て本発明による電磁弁の有利な実施例が可能であ
る。総力が等しい場合には、４つの空〓が設けら
れていることによつて各空〓にもたらされる力は
減少する。また、永久磁石が軸方向に磁化されて
いることによつて、高導磁性でかつ異方性の磁石
が廉価に使用され得る。両コイルが共通の１つの
剛性の巻型に巻かれていると、多数の空〓にもか
かわらず磁石系の組立ては容易である。可動子に
おいて磁束が飽和状態にあると、永久磁石の磁束
は永久磁石の磁化の変化例えば温度の作用に対し
て安定化される。作業空〓が特許請求の範囲の従
属項に記載したように配置されていると、磁石系
の運動不能の部分が作用できるように製作された
後で、可動子を組み込むことができる。さらに、
作業空〓を特別に構成することによつて、力の特
性曲線は弁座に対する弁の行程に関連して影響さ
れ得る。

次に図面につき本発明の実施例を説明する。迅
速に応働する本発明による電磁弁は例えば自動車
の燃料噴射ポンプにおいて使用される。

第１図において永久磁石１は、軸方向に磁化さ
れているリング状の円板として構成されている。
永久磁石１の上側には同様にリング状の第１の導
磁円板２が、永久磁石１の下側にも同様にリング
状の第２の導磁円板３が配置されている。永久磁
石１が軸方向に磁化されていることに基づいて第
１及び第２の導磁円板２，３は異なつた磁極を有
している。例えば第１の導磁円板２はＮ極とし
て、第２の導磁円板３はＳ極として構成されてい
る。永久磁石１及び第１の導磁円板２は第１の軟
鉄コア４と、永久磁石１及び第２の導磁円板３は
第２の軟鉄コア５と接続している。両軟鉄コア
４，５はそれぞれ、互いに同心的に位置していて
一方の端面において導磁性のカバープレート８を
介して互いに結合された２つの中空シリンダ６，
７として構成されている。外側の中空シリンダ７
の高さは内側の中空シリンダ６の高さよりも大で
ある。第１及び第２の軟鉄コア４，５は開いてい
る方の端面で互いに対向して位置しており、この
場合永久磁石１及び導磁円板２，３は両軟鉄コア
４，５の間に配置されていて、外側の中空シリン
ダ７は永久磁石１に接触している。第１及び第２
の導磁円板２，３は、それぞれの縁部で各外側の
中空シリンダ７に当接することによつて、それぞ
れ第１及び第２の軟鉄コア４，５と互いに磁気的
に結合されている。この配置形式によつて両軟鉄
コア４，５は異なつた磁極を有するようになる。
例えば第１の軟鉄コア４はＮ極、第２の軟鉄コア
５はＳ極である。軟鉄コア４，５の内側の中空シ
リンダ６のなかには導磁性材料から成る可動子９
が位置しており、この可動子９は、端面に半径方
向に突出しているフランジを備えた中空シリンダ
として構成されている。可動子９のフランジは軟
鉄コア４，５及び導磁円板２，３と共にそれぞれ
空〓を形成している。すなわち、第１の空〓２６
は可動子９と第１の導磁円板２との間において、
第３の空〓２８は可動子９と第２の軟鉄コア５と
の間において共に弁作用方向に対して直角に位置
しており、第２の空〓２７は可動子９と第１の軟
鉄コア４との間おいて、第４の空〓２９は可動子
９と第２の導磁円板３との間において共に弁作用
方向に位置している。各軟鉄コア４，５の外側の
中空シリンダ７と内側の中空シリンダ６との間の
スペースはそれぞれ第１のコイル１０及び第２の
コイル１１によつて満たされている。この場合両
コイル１０，１１の巻き線方向は逆向きである。
コイル１０，１１は、絶縁性の共通の巻型１２に
巻かれている。両コイル１０，１１は導線１３を
介して互いに接続されている。導線１３は巻型１
２の各１つのブリツジ１４を介して延びている。
永久磁石１及び導磁円板２，３はブリツジ１４の
箇所において相応に切り欠かれている。この切欠
きが、組立てに際して永久磁石１を両導磁円板
２，３と共に（第１図の図平面で見て）前から巻
かれた巻型１２に差し込むことができるように、
構成されていると有利である。このように構成さ
れていると、軟鉄コア４，５は巻かれた巻型１２
に永久磁石１を差し込んだ後で差し嵌められる。
第１のコイル１０の２つの電気供給部のうちの１
つが符号１５で示されている。

可動子９は非磁性材料から成る弁突き棒１６を
有しており、この弁突き棒１６には半球体１７が
設けられている。半球体１７は非磁性材料から成
るケーシング１９に設けられた弁座１８を開放又
は閉鎖することができる。油圧媒体の流入部及び
流出部はそれぞれ符号２０，２１で示されてい
る。弁突き棒１６はケーシング１９における支承
箇所２２において軸方向に案内されているので、
支承箇所２２と弁座１８とは正確に整合する。弁
突き棒１６は上部範囲に孔２３を有していて、こ
の孔２３は中空室２４を外室２５と接続してい
る。中空室２４内にある液体例えば燃料は、下方
への可動子９の行程時に孔２３を通つて容易に漏
出することができる。

次に、電磁弁における磁束の経過を示す第２図
を参照しながら電磁弁の作用形式を説明する。コ
イル１０，１１に電流が流されると、第２図にお
いて一点鎖線で示されている永久磁石の磁界の他
に、第２図において破線で示されている磁界が生
じる。永久磁石１の導磁性が僅かなこと並びに導
磁円板２，３の導磁性が高いことに基づいて、第
１の軟鉄コア４、第１の導磁円板２、第１の空〓
２６、可動子９及び第２の空〓２７を介して閉じ
られる磁界と、第２の軟鉄コア５、第２の導磁円
板３、第４の空〓２９、可動子９及び第３の空〓
２８を介して閉じられる磁界とが電流によつて生
ぜしめられる。第１図において符号３０で示され
ている方向でコイル１０，１１に電流が流される
と、第１及び第３の空〓２６，２８においてはコ
イル１０，１１の磁界は永久磁石１の磁界にプラ
スされるのに対して、第２及び第４の空〓２７，
２９においては両磁界の方向は逆向きである。こ
の結果臨界値においては第２及び第４の空〓２
７，２８における全磁束は零になる。磁界の加算
は機械的な引張り力を増大させ、磁界の減算は引
張り力を減衰させる。この結果、電流の影響によ
つて可動子９には下方（図平面で見て）に向かつ
て対加的な力が加えられる。電流の転極時には電
流によつて生ぜしめられる磁界の方向が逆転し、
この結果電流に所属の力の方向も転極する。つま
り、第１及び第３の空〓２６，２８においては磁
界は減算され、第２及び第４の空〓２７，２９に
おいては磁界は加算される。

第２図に示された磁束の経過に対して当て嵌ま
るのだが、磁束の範囲における可動子９の磁気飽
和が僅かな場合には、永久磁石１によつて生ぜし
められる磁界は温度及び時間に無関係であること
が望ましい。このことは高価な永久磁石の使用に
よつて達成される。しかしながら可動子９が磁界
の範囲において飽和状態で作動されると、永久磁
石１の磁界の下変性は余り重要ではなくなるの
で、廉価な永久磁石を使用することが可能にな
る。

永久磁石の磁束φpと、コイル１０，１１を流
れる電流によつて生じる磁束φsとが重畳される
と、総力に対して次の式が成り立つ： Ｐ∝（φp＋φs）²＝φp²＋2φpφs＋φs² この場合コイルの磁界による力の変化は次のよ
うに成される： ΔF＝2φpφs＋φs² すなわち、電磁石のコイルの磁束φsによる力
の変化は、永久磁石１の磁束φpによつて増強さ
れる。従つて一定の力を永久磁石１の大きな磁束
φpを用いて得ようとする場合、電磁石によつて
生じる磁束φsのエネルギは、永久磁石の磁界を
用いない系に比べて低減され得る。ゆえに、両方
の系が等しい空〓を有しているとすると、永久磁
石の磁界を用いる磁石系のインダクタンスは低減
されることになり、この結果理想的には電気エネ
ルギは、それが同時に運動の際の機械的な仕事と
して利用されたときに初めて系によつて消費され
る。

図示の実施例では４つの空〓２６，２７，２
８，２９を備えた電磁弁が構成されている。比較
的多数の空〓は、総力が等しいと仮定すると各空
〓に加えられる力を低減させる。すなわち、空〓
の直径が等しい場合空〓ごとに必要な磁束は僅か
になり、従つてこの場合空〓幅も低減される。空
〓幅はほぼ導磁体の厚さに相当するので、これに
よつて導磁体の厚さをも減少することができる。
導磁体への磁束の侵入速度の時定数は渦電流のた
め、導磁体の電気抵抗が等しい場合空〓幅の二乗
に比例する。従つて空〓幅が狭くなればなるほ
ど、侵入速度の時定数も小さくなる。

第１及び第３の空〓２６，２８は弁の作用方向
に対して垂直に配置されている。第２図に示され
ているように、正の電流が流される場合両空〓２
６，２８には正の方向（図平面で下方）における
力が生じる。弁の閉鎖時には（弁の行程は０）、
第１及び第３の空〓２６，２８は最小なので、こ
の場合僅かな漂遊磁束によつて最大にされ得る所
定の力に対しては電磁石の特別に小さあ磁位（こ
れは電流強度によつて生ぜしめられる）しか必要
でない。小さな磁位は弁のための保持電流を低減
する。このような正の電流の場合第２及び第４の
空〓２７，２９では電磁石の磁束とは逆向きに永
久磁石の磁束が貫いているので、この結果導磁体
の飽和は妨げられる。従つて半径方向の空〓は構
造上小さく選択されているので、空〓２７，２９
においては小さな磁位の降下しか生じない。すな
わち、弁の閉鎖状態においてはすべての空〓２
６，２７，２８，２９において小さな磁位の降下
しか生じないので、第１及び第３の空〓２６，２
８並びに第２及び第４の空〓２７，２９は、弁の
閉鎖状態では小さな正の電流であつても大きな保
持力が生じるように互いに補ない合う。電流が転
極されると、力は負の方向に働く。それというの
は第２及び第４の空〓２７，２９では電磁石の磁
束と永久磁石の磁束とが加算され、第１及び第３
の空〓２６，２８では減算されるからである。す
なわち力は主に第２及び第４の空〓２７，２９に
よつてもたらされ、この場合導磁体は第２及び第
４の空〓２７，２９の範囲において、特に弁の閉
鎖状態において極めて強く磁気飽和されるので、
第２及び第４の空〓２７，２９では特に弁の閉鎖
時に大きな力を有する高いエネルギ変換が生じ
る。先に述べたように、電磁回路の磁位の降下は
弁の閉鎖時には、その場合にほとんど作用しない
第１及び第３の空〓２６，２８において極めて低
い。従つて負の電流において弁を迅速に復旧させ
るためには極めて僅から磁界エネルギが形成され
ればよく、この場合、透磁率の高い導磁体が飽和
状態にまで制御されるようになつていると特に有
利であり、このようになつていると、比較的小さ
な電磁エネルギで極めて大きな機械的な作業能力
が得られる。

第３図には第１図の１部として特に第１及び第
２の空〓２６，２７の配置形式が示されている。
第１の空〓２６は第１図の場合と同様に第１の導
磁円板２と可動子９との間に位置している。第３
図の実施例では第１の導磁円板２及び可動子９は
第１の空〓２６の範囲において円錐形に構成され
ている。このように構成されていることによつて
力の特性線は弁の行程に関連して影響され得る。
さらに力の特性線は第２の空〓２７を特別に構成
することによつて弁の行程に関連して影響され得
る。つまりこれは次のことによつて、すなわち弁
の開放位置において第１の軟鉄コア４の内側の中
空シリンダ６及び可動子９によつておおわれる、
第２の空〓２７の範囲が、弁の閉鎖位置において
既に第１の軟鉄コア４及び可動子９によつておお
われている、第２の空〓２７の範囲よりも大であ
ることによつて、達成される。

第３図には第１及び第２の空〓２６，２７の区
分しか示されていないが、上に述べたことは第３
及び第４の空〓２８，２９に対しても言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電磁弁の１実施例を示す
断面図、第２図は磁束の経過を示す図、第３図は
空〓の別の配置形式を示す図である。 １……永久磁石、２，３……導磁円板、４，５
……軟鉄コア、６，７……中空シリンダ、８……
カバープレート、９……可動子、１０，１１……
コイル、１２……巻型、１３……導線、１４……
ブリツジ、１５……電気供給部、１６……弁突き
棒、１７……半球体、１８……弁座、１９……ケ
ーシング、２０……流入部、２１……流出部、２
２……支承箇所、２３……孔、２４……中空室、
２５……外室、２６，２７，２８，２９……空
〓。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに同軸的に配置されていて直列に接続さ
   れているリング状の２つのコイル１０，１１と、
   両コイルの間において軸線に対して垂直な半径方
   向平面に配置されている永久磁石１と、軟鉄コア
   ４，５とが設けられていて、該軟鉄コアが、両コ
   イルの軸線に対して同軸的にシフト可能でかつ導
   磁性材料から成つていて弁体１６と結合されてい
   る可動子９を有している形式の電磁弁であつて、 永久磁石１がリング状円板の形をしていて、該
   永久磁石が軸方向に磁化されており、 両コイル１０，１１が逆向きに巻かれていて、
   それぞれ軟鉄コア４，５によつて取り囲まれてお
   り、該軟鉄コアがそれぞれ、外側の中空シリンダ
   ７と、該外側の中空シリンダに対して同軸的に位
   置していて該外側の中空シリンダに比べて僅かな
   高さしか有していない内側の中空シリンダ６と、
   軸方向外側に位置しているカバープレート８とか
   ら成つており、 可動子９が、軸方向で互いに前後に位置してい
   て半径方向に突出している２つのフランジを有し
   ており、両フランジがそれぞれ各フランジに所属
   の軟鉄コア４，５と共に、半径方向において接続
   している空〓２７，２９と、軸方向に延びる空〓
   ２６，２８とを形成している。 ことを特徴とする電磁弁。 ２ 永久磁石１と第１の軟鉄コア４との間にリン
   グ状の第１の導磁円板２が、永久磁石１と第２の
   軟鉄コア５との間にリング状の第２の導磁円板３
   が配置されている、特許請求の範囲第１項記載の
   電磁弁。 ３ 第１及び第２の導磁円板２，３が大きな導磁
   性を有している、特許請求の範囲第２項記載の電
   磁弁。 ４ 可動子９と第１の導磁円板２との間に軸方向
   に延びる第１の空〓２６が、可動子９と第１の軟
   鉄コア４との間に半径方向に延びる第２の空〓２
   ７が、可動子９と第２の軟鉄コア５との間に軸方
   向に延びる第３の空〓２８が、可動子９と第２の
   導磁円板３との間に半径方向に延びる第４の空〓
   ２９が配置されている、特許請求の範囲第１項か
   ら第３項までのいずれか１項記載の電磁弁。 ５ 可動子９、第１の導磁円板２及び第２の軟鉄
   コア５が、第１及び第３の空〓２６，２８を形成
   している範囲において円錘形に構成されている、
   特許請求の範囲第４項記載の電磁弁。 ６ 第２及び第４の空〓２７，２９の、弁開放状
   態においてのみ可動子９によつておおわれる範囲
   が、弁閉鎖状態において既に可動子９によつてお
   おわれている範囲よりも大である、特許請求の範
   囲第４項又は第５項記載の電磁弁。 ７ 両コイル１０，１１が逆向きに巻かれてい
   て、１つの巻型１２に配置されている、特許請求
   の範囲第１項から第６項までのいずれか１項記載
   の電磁弁。 ８ 可動子９が磁気回路の組立て後に軸方向で電
   磁弁に組み込まれる、特許請求の範囲第１項から
   第７項までのいずれか１項記載の電磁弁。 ９ 可動子９が磁気飽和状態におて作動される、
   特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれか
   １項記載の電磁弁。