JPH10220622A

JPH10220622A - 幅の狭い構造の電磁式アクチュエータ

Info

Publication number: JPH10220622A
Application number: JP9328907A
Authority: JP
Inventors: Thomas Goebel; トマース・ゲーベル
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 1998-08-21
Also published as: DE29620741U1; US5903070A; DE19751609B4; DE19751609A1

Abstract

(57)【要約】【課題】狭いスペースに組み込むことができ、特に４
弁構造の往復動エンジンのガス交換弁を操作するために
使用可能である、電磁式アクチュエータを提供する。【解決手段】本発明は、ヨーク本体１がコイル巻線６
を備え、アーマチュア１０が操作手段に連結され、コイ
ル巻線６の通電時にアーマチュアが戻し手段１１の力に
抗してヨーク本体１の極面１２に当接する、少なくとも
１個の電磁石を備えた電磁式アクチュエータに関する。
ヨーク本体１は、少なくとも２つの平行な側面４を有す
るほぼ長方形の輪郭を有し、ヨーク本体１の極面１２は
円形の面として形成され、アーマチュア１０は円板とし
て形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヨーク本体がコイ
ル巻線を備え、アーマチュアが操作手段に連結され、コ
イル巻線の通電時にアーマチュアが戻し手段の力に抗し
てヨーク本体の極面に当接する、少なくとも１個の電磁
石を備えた電磁式アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁式アクチュエータを使用する際に、
コイル巻線を支持するヨーク本体が、加えるべき操作力
を考慮して比較的に大きな寸法を有するという問題がた
びたび生じる。例えば、このような電磁式アクチュエー
タを往復動エンジンのガス交換弁（吸排気弁）の操作の
ために使用するときに問題が生じる。特に最新の４弁式
エンジンの場合には、供される組み込み幅が狭い。なぜ
なら、隣接する２個のアクチュエータの最大幅が、シリ
ンダの隣接する２個の弁の間の最小間隔の大きさによっ
て決まるからである。今まで使用された円形のアクチュ
エータの場合には、この間隔を大幅に上回る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の根底をなす課
題は、狭いスペースに組み込むことができ、特に４弁構
造の往復動エンジンのガス交換弁を操作するために使用
可能である、電磁式アクチュエータを提供することであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この課題は本発明に従い
ヨーク本体が、少なくとも２つの平行な側面を有するほ
ぼ長方形の輪郭を有し、ヨーク本体の極面が円形の面と
して形成され、アーマチュアが円板として形成されてい
ることによって解決される。例えばねじれ力を伝達する
コイル圧縮ばねを戻し手段として用いる際に、可動部品
としてのアーマチュアが移動軸線回りの回転モーメント
を受けるので、アーマチュアを円板として形成すると、
移動軸線回りのアーマチュアの回転運動が妨害されな
い。従って、故障の原因が排除される。平行な側面は好
ましくはヨーク本体の長辺を形成し、短辺を決定する長
辺の相互間隔は少なくともアーマチュアの直径に等し
い。

【０００５】基本的には、ヨーク本体の短辺の側面を同
様に平面に形成可能であるが、本発明の他の実施形に従
ってヨーク本体の短辺の側面は好ましくは湾曲し、特に
円筒状に形成されている。この形状は、ヨーク本体の両
短辺の範囲にそれぞれ１個の極片が設けられ、この極片
が極面から突出しているときに特に有利である。この場
合、通電した電磁石に近接するときにアーマチュアの外
周を取り囲む、極面から突出する極片は、充分な大きさ
の捕捉力を生じる。

【０００６】この場合本発明の実施形では更に、極片が
自由端から増大する横断面を有する。これにより、極片
はそれぞれ、短辺を円筒状に形成したときに、その外側
に、いわゆる制御円錐部の機能を有する。この制御円錐
部の形状により、アーマチュアが極面に近接する際にア
ーマチュアに作用する磁力の変化に影響を与え、最適化
することができる。

【０００７】本発明の他の実施形では、コイル巻線が中
空円筒状に形成された、ヨーク本体の凹部内に設けられ
ている。コイル巻線が専ら磁石コア内にあるので、磁石
コイルの一部が外側にあるアクチュエータと比べて、オ
ーム抵抗が約２０パーセント減少する。

【０００８】

【発明の実施の形態】実施の形態の概略図に基づいて本
発明を詳しく説明する。図１，２に示した電磁式アクチ
ュエータはほぼ長方形の、上から見た輪郭を有するヨー
ク本体１を備えている。長方形の輪郭は、両横方向軸線
２，３の異なる長さによって決定され、横方向軸線２に
対して平行に延びる両側面４は長方形の長辺を形成し、
横方向軸線３に従属する両側面５は長方形の短辺を形成
する。しかし、少なくとも、ヨーク本体１の長辺を形成
する両側面４が、互いに平行に延びていることが重要で
ある。

【０００９】ヨーク本体１は中空円筒状の凹部を有す
る。この凹部内にはコイル巻線６が配置されている。こ
のコイル巻線は図示していない制御装置を介して通電可
能である。ヨーク本体１は更に、中央の凹部７を有す
る。この凹部内で、案内棒９が軸受８を介して軸方向に
往復運動可能に案内されている。この案内棒は操作すべ
き操作手段に連結されている。案内棒９にはアーマチュ
ア１０が設けられている。このアーマチュアはコイル巻
線６によって定められる形状に相応して、円板として形
成されている。案内棒９には、例えば圧縮ばねの形をし
た戻し手段１１が付設されている。この戻し手段は、コ
イル巻線６に通電したときに、アーマチュア１０が戻し
手段１１の力に抗して移動するように配置されている。
コイル６に通電されなくなると、アーマチュア１０は戻
しばね１１の力によって図示していないその静止位置に
再び戻る。

【００１０】図１に図示したアーマチュア１０はコイル
巻線６への通電時の近接相内の位置にある。コイル巻線
６の端面１２．１とこの端面に隣接するヨーク本体１の
範囲は、電磁石の極面１２を形成する。図示した実施の
形態の場合、極面１２寄りのアーマチュア１０の面１３
は少なくとも縁範囲が外側へテーパ（円錐）状に下降傾
斜するように形成され、極面１２の対応する範囲はテー
パ状に上昇傾斜するように形成されている。従って、電
磁石に通電するときに、アーマチュア１０は極面１２に
密着保持されるがしかしその際、その都度コイル巻線６
の端面１２．１の側方を画成するヨーク本体１の範囲に
支持される。

【００１１】コイル巻線６の他方の端面１２．２は端面
１２．１に対応して形成され、ヨーク本体１は中空円筒
状の凹部の下方に、同様に円錐形の横断面を有する。従
って、アーマチュア１０内においてもヨーク１内におい
ても、半径方向に通過する磁束にとってほぼ同じ通過面
積が生じる。図示した実施の形態の場合、ヨーク本体１
の両短辺５は湾曲しており、特に円筒状の形を有し、極
面１２から突出する極片１４として形成されている。極
片１４の配置構造により、近接するアーマチュア１０の
捕捉力が高まる。このアーマチュアは図１では既に、極
面１２への近接相内にある。極片１４に設けた制御円錐
部１５の形状に応じて、アーマチュア１０に作用する磁
力の変化を、戻しばね１１の力の変化に適合させること
ができる。

【００１２】このアクチュエータ構造の場合、短辺５を
決定する、長辺４の相互間隔が、アーマチュア１０の直
径にほぼ一致しているので、アーマチュア直径を適切に
採寸することにより、アクチュエータの幾何学形状を既
存の構造空間に合わせることができる。両側面４の間隔
によって設定される最大許容幅は、アーマチュアの直径
の増大によって極面を減少する。これは、それぞれの短
辺に隆起した極片１４を配置することができるので補償
される。それによって、アーマチュアが極面に近接する
とき、特に当たる直前に、ピーク力が大幅に減少するよ
うに、アーマチュアが極面１２に対して離れているとき
に、従来の電磁式アクチュエータと比較して、ほぼ同じ
大きさの磁力をアーマチュアに作用させることができ
る。これにより、当接速度ひいては音の発生が減少し、
いわゆる跳ね返りが実質的に回避される。

【００１３】極片１４は自由端から増大する横断面を有
していてもよい。これは、図示した実施の形態の場合に
は、極片が自由端の範囲において外側に傾斜面１５を備
えていることによって達成される。このような“制御円
錐部”を配置したことにより、運動時にアーマチュアに
作用する磁力が影響を受ける。これは図４を参照して力
変化曲線に基づいて詳細に後述する。

【００１４】図３には往復動エンジンのガス交換弁（吸
排気弁）を操作するための電磁式アクチュエータが示し
てある。このアクチュエータは２個の電磁石１６，１７
を備えている。この電磁石はそれぞれ、図１，２に基づ
いて説明した構造に一致しているので、同じ部品には同
じ参照符号が付けてある。従って、図１，２の説明を参
照することができる。

【００１５】両電磁石１６，１７は互いに間隔をおいて
設けられている。この場合、その曲面は互いに向き合っ
ている。両電磁石の間においてアーマチュア１０が案内
棒９を介して往復運動可能に案内されている。案内棒９
は図示していないガス交換弁１９のシャフト１８に連結
されている。ガス交換弁はアーマチュア１０が矢印２０
方向に動くときに開放し、そして開放磁石の機能を有す
る電磁石１７のコイル巻線６に通電している間開放位置
に保持される。電磁石１６のコイル巻線６に通電する
と、アーマチュア１０は矢印２１の方向に動き、弁１９
が閉じ、閉鎖磁石の機能を有する電磁石１６のコイル巻
線６の通電している間弁は閉鎖位置に保持される。戻し
ばね１１．１はガス交換弁１９の閉鎖ばねとしての働き
をし、同時に開放磁石１７の戻し手段を形成する。戻し
手段として閉鎖磁石１６に、開放方向に作用するばね１
１．２が付設されている。アクチュエータに通電しない
ときに、アーマチュア１０は両ばね１１．１，１１．２
を介して、両磁石１６，１７の間の静止位置に保持され
る。両電磁石１６，１７を交互に通電して開閉制御する
と、アーマチュア１０が両電磁石の間で往復運動するの
で、ガス交換弁は周期的に開閉する。この場合、制御装
置を介してガス交換弁の開閉時間と開放持続時間および
閉鎖持続時間に影響を与えることができる。

【００１６】この運動時にアーマチュア１０はその都度
両極面の間の静止位置を通過するので、磁力によって極
面に近接する際にその都度反対方向に作用する戻しばね
の力に打ち勝たなければならない。図４には、通電され
た電磁石の極面に対するアーマチュアの距離に依存して
変化する、アーマチュア１０に作用する磁力が、静止位
置を通過してところから示してある。ここで、曲線２２
は所属の戻しばねのばね力の変化を示している。

【００１７】曲線２３，２４は従来の構造の電磁石の場
合のアーマチュア１０に作用する磁力の変化を示してい
る。この場合、曲線２３は２アンペヤで通電するときの
力の変化を示し、曲線２４は４アンペヤで通電するとき
の力の変化を示している。０．５〜４ｍｍの間の距離
（間隔）範囲内の、ばね力２２と磁力２３，２４のと間
の“負の合力”は、その前に通電されていない他方の磁
石から離れた後で静止位置を通過するときにアーマチュ
アに内在する運動エネルギーによって相殺される。

【００１８】曲線２５，２６は、本発明による構造の電
磁石についてのアーマチュア１０の近接時の磁力の変化
を示している。曲線２５は２アンペヤで通電するときの
力の変化を示し、曲線２６は４アンペヤで通電するとき
の力の変化を示している。曲線２３と曲線２５を比較す
ると、すなわち同じ通電のときに、４〜０．５ｍｍの間
の距離範囲ではほぼ同じ力変化が生じることが判る。こ
の場合、極片を設けたことによって本発明の電磁石の極
面が従来の電磁石と比べて減少しているにもかかわら
ず、ほぼ同じ力の変化が生じる。しかし、０．５ｍｍか
ら極面に当接するまでの近接範囲では、大きく異なって
いる。いわゆる制御円錐部と関連して極片を配置したこ
とにより、最大磁力が大幅に減少し、それによって極面
に対するアーマチュアの当接速度も従来の電磁石と比べ
て大幅に低下している。更に、当接時にアーマチュアに
作用する磁力がばねの最大戻し力よりも少しだけしか大
きくないので、当接速度も低下する。しかし、磁力は、
アーマチュアが戻しばねの力に抗して電磁石によって確
実に保持されるような大きさである。

【００１９】曲線２６は４アンペヤの通電時の本発明に
よる電磁石を示している。この場合、力の変化に対する
制御円錐部の影響は非常に大きい。４〜１ｍｍの距離範
囲では、従来の電磁石の曲線２４の変化と、本発明によ
る電磁石の曲線２６の変化がほぼ同じであるのに対し、
１〜０ｍｍの距離範囲では、極片と制御円錐部の作用に
よって、磁力が大幅に減少するので、磁力はばね力の曲
線２２に対してその上方でほぼ平行に変化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】電磁式アクチュエータの垂直断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った水平断面図であ
る。

【図３】往復動エンジンのガス交換弁を操作するための
装置の部分断面図である。

【図４】従来のアクチュエータと本発明によるアクチュ
エータの場合のアーマチュアに作用する磁力の変化を示
す図である。

【符号の説明】

１ヨーク本体４長辺の側面５短辺の側面６コイル巻線１０アーマチュア１１戻し手段１２極面１２．１端面１４極片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者トマース・ゲーベルオランダ国、6351ボックホルツ、ペルソーンストラート、６

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヨーク本体（１）がコイル巻線（６）を
備え、アーマチュア（１０）が操作手段に連結され、コ
イル巻線（６）の通電時にアーマチュアが戻し手段（１
１）の力に抗してヨーク本体（１）の極面（１２）に当
接する、少なくとも１個の電磁石を備えた電磁式アクチ
ュエータにおいて、ヨーク本体（１）が、少なくとも２
つの平行な側面（４）を有するほぼ長方形の輪郭を有
し、ヨーク本体（１）の極面（１２）が円形の面として
形成され、アーマチュア（１０）が円板として形成され
ていることを特徴とする電磁式アクチュエータ。
【請求項２】平行な側面（４）がヨーク本体（１）の
長辺を形成していることを特徴とする請求項１記載のア
クチュエータ。
【請求項３】短辺（５）を決定する長辺（４）の相互
間隔が少なくともアーマチュア（１０）の直径に等しい
ことを特徴とする請求項１または２記載のアクチュエー
タ。
【請求項４】ヨーク本体（１）の短辺（５）の側面が
湾曲し、特に円筒状に形成されていることを特徴とする
請求項１〜３のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
【請求項５】ヨーク本体（１）の両短辺（４）の範囲
にそれぞれ１個の極片（１４）が設けられ、この極片が
極面（１２）から突出していることを特徴とする請求項
１〜４のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
【請求項６】極片（１４）が自由端から増大する横断
面を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一
つに記載のアクチュエータ。
【請求項７】コイル巻線（６）が中空円筒状に形成さ
れた、ヨーク本体（１）の凹部内に設けられていること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のアク
チュエータ。
【請求項８】コイル巻線（６）の端面（１２．１）が
極面（１２）の少なくとも一部を形成していることを特
徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のアクチュ
エータ。
【請求項９】極面（１２）寄りのアーマチュア（１
０）の面の少なくとも縁範囲が、外側へ向かってテーパ
状に下降傾斜するように形成され、極面（１２）の対応
する範囲がテーパ状に上昇傾斜するように形成され、ヨ
ーク本体（１）がコイル巻線（６）の中空円筒状の凹部
の下方に、前記極面に対して鏡像対称的なテーパ状の横
断面を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか
一つに記載のアクチュエータ。
【請求項１０】コイル巻線（６）の端面（１２．１）
が極面（１２）のテーパ状に上昇傾斜する範囲に設けら
れていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つ
に記載のアクチュエータ。