JPH1181939A - 電磁駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁石の磁束の漏れを防止して起磁力の向上
を図り、電磁吸引力を高める。 【解決手段】 シリンダヘッド１１の上面に固定された
ケーシング１７の内部上下位置に設けられた環状の固定
コア２４と、吸気弁１３のバルブステム１３ｂの上端部
に固定されて、固定子２４に一対のエアギャップＬ１，
Ｌ２を介して対峙する円板状のアーマチュア２０とを備
えている。前記固定コア２４をＬ字形に形成する一方、
アーマチュア２０の本体２８の外周に筒状部２９を一体
に設けて、筒状部２９のＬ字形の上端部２９ａ上面と固
定コア２４の上壁部２４ｂ外端部下面との間に他方のエ
アギャップＬ２を配置形成して、一方のエアギャップＬ
１と対角線上に最も離れた位置に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用内
燃機関の吸気弁や排気弁を電磁吸引力によって開閉駆動
させる電磁駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知にように、自動車用内燃機関の吸気
弁や排気弁の開閉駆動を、カムシャフトのカム駆動に代
えて電磁石を用いた電磁駆動により行うものが提供され
ており、その一つとして、特開平７−３３２０４４号公
報に開示されているものがある。

【０００３】図８に基づいて概略を説明すれば、機関の
シリンダヘッド１に摺動自在に設けられた吸気弁２と、
該吸気弁２を開閉駆動する電磁駆動装置３とを備えてい
る。

【０００４】前記吸気弁２は、吸気ポート４の開口端を
開閉する傘部２ａと、該傘部２ａの上端部に一体に設け
られたバルブステム２ｂとを有している。

【０００５】前記電磁駆動機構３は、シリンダヘッド１
上に固定されたケーシング５と、該ケーシング５内に挿
通されたバルブステム２ｂの上端部に固定された円板状
のアーマチュア６を有していると共に、ケーシング５の
内部上下位置に前記アーマチュア６を吸引して吸気弁２
を開閉作動させる閉弁用電磁石７及び開弁用電磁石８を
備えている。

【０００６】前記電磁石７，８は、横断面ほぼコ字形状
の固定子７ａ，８ａと該固定子７ａ，８ａに巻装された
電磁コイル７ｂ，８ｂとを備え、該固定子７ａ，８ａの
各内外周部７ｃ，７ｄ、８ｃ，８ｄがエアギャップＬ
１，Ｌ１、Ｌ２，Ｌ２を介してアーマチュア６の上下面
６ａ，６ｂに対向配置されている。

【０００７】また、ケーシング５の上壁とアーマチュア
６の上面６ａとの間には、吸気弁２を開方向へ付勢する
開弁側スプリング９が弾持され、一方、シリンダヘッド
１上面のシート溝底面とアーマチュア６の下面６ｂとの
間には、吸気弁２を閉方向へ付勢する閉弁側のスプリン
グ１０が弾持されている。さらに、前記各電磁石７，８
は、夫々の図外のコイルに増幅器を介して電子制御ユニ
ットからの制御電流が出力されるようになっている。

【０００８】この電子制御ユニットは、機関回転数セン
サや閉弁用電磁石７の温度検出センサからの検出信号に
基づいて両電磁石７，８の電磁コイル７ｂ，８ｂへの通
電−非通電を制御するようになっている。

【０００９】そして、前記２つのスプリング９，１０の
ばね力と２つの電磁石７，８による吸引力とによって、
各スプリング９，１０に蓄力して位置エネルギーとして
保持し、電磁力の開放，吸引を交互に繰り返すことによ
って吸気弁２を開閉駆動させるようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の電磁駆動装置にあっては、便宜上、一方側の電磁石
７についていえば、固定子７ａが横断面ほぼコ字形状に
形成され、その内外周部７ｃ，７ｄをアーマチュア６の
上面６ａとの間に有する一対のエアギャップＬ１，Ｌ２
が並列に隣接した位置に形成されているため、固定子７
ａと各エアギャップＬ１，Ｌ２及びアーマチュア６とに
よって形成される矩形状の磁路Ｑを通る磁束φの漏れが
発生し易くなり、固定子７ａの起磁力が低下してしまう
おそれがある。

【００１１】すなわち、図９に示すように、両エアギャ
ップＬ１，Ｌ２が近接していると、固定子７ａの内周部
７ｃから一方のエアギャップＬ１を通過してアーマチュ
ア６へ流れようとする磁束φはその一部（例えばφ）
が、通過しにくいエアギャップＬ１，Ｌ２を短絡して外
周部７ｄ側へ直接リークしてしまい、固定子７ａの起磁
力に寄与しなくなる。したがって、該固定子７ａによる
アーマチュア６に対する吸引力が低下し、開弁側スプリ
ング１０のばね力に打ち勝つ十分な吸引力が得られず、
この結果、吸気弁２の閉弁作用が不安定となるおそれが
ある。

【００１２】この現象は、近時の機関高出力化等の要請
から１気筒当たり２つあるいは３つの吸気弁を備えたも
のにあってはさらに顕著になる。つまり、狭いスペース
に多数の吸気弁を設けると、電磁駆動装置の数もその分
多くなるため、各ケーシング５の外径を小さくせざるを
得ず、したがって、固定子７ａの外径もできるだけ小さ
くしなければならないので、内外周部７ｃ，７ｄ間の長
さＡをさらに短くする必要がある。したがって、内周部
７ｃ側から外周部７ｄへの直接的な磁束φのリーク量が
多くなるのである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の電
磁駆動装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請
求項１に記載の発明は、電磁コイルが巻装された固定子
と、該固定子に一対のエアギャップを介して対峙する可
動子とを備え、前記電磁コイルへの通電によって固定子
と両エアギャップ及び可動子との間に磁路を形成して固
定子の起磁力により可動子を吸引駆動させる電磁駆動装
置において、前記両エアギャップを、互いにほぼ最大に
離間した位置に形成したことを特徴としている。

【００１４】請求項２記載の発明は、内燃機関の吸排気
ポートを開閉する機関弁のバルブステム端部側に設けら
れたケーシングと、該ケーシングの内部に設けられて、
電磁コイルが巻装された固定子と、前記バルブステムの
端部に固定されて、前記固定子に一対のエアギャップを
介して対峙する円板状の可動子とを備え、前記電磁コイ
ルへの通電によって固定子と前記両エアギャップと可動
子との間にほぼ矩形状の磁路を形成して固定子の起磁力
により可動子を吸引して機関弁を開閉駆動させる電磁駆
動装置において、前記一対のエアギャップをほぼ対角線
上に配置形成したことを特徴としている。

【００１５】請求項３記載の発明は、前記固定子を横断
面ほぼＬ字形に折曲形成すると共に、可動子を固定子と
対称形状となるほぼＬ字形状に折曲して、固定子と可動
子とによってほぼ矩形状の磁路を形成すると共に、前記
両エアギャップをほぼ対角線上に配置したことを特徴と
している。

【００１６】請求項４記載の発明は、前記両エアギャッ
プのすくなくとも一方を、可動子の吸引駆動方向である
電磁コイルのほぼ中央位置に形成したことを特徴として
いる。

【００１７】前記構成の本発明によれば、一対のエアギ
ャップを対角線状の位置、つまり互いに十分に離間した
位置に配置形成することによって、可動子に対峙する固
定子の両端部の各端面が十分に離れた位置になる。した
がって、固定子の一端部からエアギャップを通って可動
子へ流れる磁束は固定子の他端部側へリークすることな
く、その全てが可動子へ流れる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の電磁駆動装置を内
燃機関の吸気弁に適用した第１の実施形態を示し、内燃
機関のシリンダヘッド１１内に形成された吸気ポート１
２を開閉する吸気弁１３と、該吸気弁１３を開閉作動さ
せる電磁駆動機構１４とから主として構成されている。

【００１９】前記吸気弁１３は、燃焼室に臨む吸気ポー
ト１２開口端の環状バルブシート１５に離着座して該開
口端を開閉する傘部１３ａと、該傘部１３ａの上面中央
に一体に設けられてバルブガイド１６を介してシリンダ
ヘッド１内を摺動するバルブステム１３ｂとを備えてい
る。また、この吸気弁１３のバルブステム１３ｂは、上
端部がシリンダヘッド１１のアッパデッキ上面１１ａか
ら上方へ突出している。

【００２０】前記電磁駆動機構１４は、シリンダヘッド
１１のアッパデッキ上面１１ａに設けられたケーシング
１７と、該ケーシング１７内の上下位置に一定の隙間を
介して対向配置された上側の閉弁用電磁石１８及び下側
の開弁用電磁石１９と、該両電磁石１８，１９間の隙間
内に配置された円板状の可動子であるアーマチュア２０
と、該アーマチュア２０の中央部上下面とケーシング１
７との間に弾装されて、アーマチュア２０を介して吸気
弁１３を開方向に付勢する開弁側スプリング２１及び閉
方向へ付勢する閉弁側スプリング２２とを備えている。

【００２１】前記ケーシング１７は、非磁性材でカップ
状に形成され、上壁１７ａの下面中央位置に開弁側スプ
リング２１の上端部を保持するスプリングシート２３が
設けられていると共に、底壁１７ｂの中央に前記バルブ
ガイド６を挿通保持する保持孔１７ｃが貫通形成されて
いる。

【００２２】前記各電磁石１８，１９は、夫々横断面ほ
ぼＬ字形に形成された固定子である環状の固定コア２
４，２５と、該各固定コア２４，２５の内周壁部２４
ａ，２５ａに巻装された電磁コイル２６，２７とから構
成されている。前記固定コア２４，２５は、上壁部２４
ｂと下壁部２５ｂがケーシング１７の上壁１７ａ下面と
底壁１７ｂ上面に固定されている。さらに、前記電磁コ
イル２６，２７には、後述する電子制御ユニット３０か
らの通電−非通電信号が出力されて励磁−消磁されるよ
うになっている。

【００２３】前記アーマチュア２０は、円板状の本体２
８と該本体２８の外周側に一体に設けられた筒状部２９
とからなり、本体２８は、中央に貫通形成された固定用
孔に前記バルブステム１３ｂの上端部がナット３１によ
って固定されていると共に、上下面２８ａ，２８ｂが各
固定コア２４，２５の内周壁２４ａ，２５ａの端面と一
方のエアギャップＬ１，Ｌ１を介して対向している。

【００２４】前記筒状部２９は、内周面の上下方向の中
央位置に本体２８の外周が一体に固定されて、上端部２
９ａと下端部２９ｂが本体２８に対してほぼＬ字形に折
曲された形になっている。また筒状部２９は、外径が固
定コア２４，２５の上壁部２４ｂ及び下壁部２５ｂとの
外径とほぼ同一に設定されていると共に、各上下端部２
９ａ，２９ｂの各端面が上下壁部２４ｂ，２５ｂの外端
側側端面２４ｄ，２５ｄに他方のエアギャップＬ２，Ｌ
２を介して対向している。したがって、夫々のエアギャ
ップＬ１，Ｌ２、Ｌ１，Ｌ２は、各電磁コイル２６，２
７を挟んだ対角線上に配置形成され、互いに最も離間し
た位置になっていると共に、アーマチュア２０が例えば
上方に最大移動した際には図２Ａに示すように最小隙間
巾Ｃ１が確保されるようになっている。

【００２５】また、このアーマチュア２０は、両電磁石
１８，１９の相対的な励磁，消磁によって上方向あるい
は下方向へ吸引されて、吸気弁１３を開閉作動させるに
ようになっていると共に、両電磁石１８，１９への非通
電時（消磁時）には両開閉弁側スプリング２１，２２の
ばね力によって上下の中立位置に保持されている。

【００２６】前記電子制御ユニット３０は、機関のクラ
ンク角センサ，機関回転数センサ，閉弁用電磁石１８の
温度を検出する温度検出センサ及び機関負荷を検出する
エアフローメータから夫々の検出値に基づいて、閉弁
用，開弁用電磁石１８，１９に通電−非通電を相対的に
繰り返し出力している。ここで、前記クランク角センサ
からの回転角検出値は、吸気弁１３の開閉タイミングを
クランクシャフトの回転と同期制御するためのものであ
り、機関回転数検出センサからの検出値つまりクランク
シャフトの回転数の検出値は、該回転数によって変化す
る各電磁石１８，１９の吸引許容時間に対処するために
利用され、さらに、温度センサの検出値は、温度上昇に
よる閉弁用電磁石１８の電磁コイル２６の通電抵抗増大
に対処するためのものである。また、エアフローメータ
による機関負荷検出値は、機関回転数検出値とともに吸
気弁１３の開閉タイミングを最適に制御するために利用
するものである。

【００２７】以下、本実施形態の作用について説明すれ
ば、まず機関停止時には、両電磁石１８，１９の各電磁
コイル２６，２７に電子制御ユニット３０から通電され
ず、消磁状態となっている。このため、アーマチュア２
０は、図１に示すように、両スプリング２１，２２の相
対的なばね力によって両電磁石１８，１９間のほぼ平衡
中立位置に保持され、したがって、吸気弁１３もバルブ
シート１５から若干離れた中立位置になっている。

【００２８】機関が始動されて、電子制御ユニット３０
から開弁用電磁石１９に通電信号が出力されると、図２
Ｂに示すようにアーマチュア２０が該固定コア２５に吸
引されて、閉弁側スプリング２２のばね力に抗して下降
する。したがって、吸気弁１３もバルブステム１３ｂを
介して下降し、つまり開弁する。このとき、閉弁用電磁
石１８は非通電状態が維持されていることは勿論であ
る。

【００２９】次に、電子制御ユニット３０から開弁用電
磁石１９に非通電信号が出力され、閉弁用電磁石１８に
通電信号が出力されて励磁されると、図２Ａに示すよう
にアーマチュア２０が今度は該閉弁用電磁石１８の吸引
力によって開弁側スプリング２１のばね力に抗して上昇
し、吸気弁１３が閉弁作動する。即ち、電子制御ユニッ
ト３０から開弁用電磁石１９に非通電信号が出力される
と、閉弁用スプリング２２に蓄積されたばねエネルギー
により、アーマチュア２０は開弁用スプリング２１のば
ね力に抗して上昇する。次に、閉弁用電磁石１８に通電
信号が出力されて励磁されると、アーマチュア２０は閉
弁用電磁石１９の吸引力によって所定位置まで上昇す
る。

【００３０】そして、前記吸気弁１３の開弁時及び閉弁
時に各電磁コイル２６，２７に相対的に通電されて固定
コア２４，２５と各エアギャップＬ１，Ｌ２、Ｌ１，Ｌ
２及びアーマチュア２０との間にほぼ矩形状の磁路Ｑが
形成されるが、各エアギャップＬ１，Ｌ２、Ｌ１，Ｌ２
が互いに最も離れた位置になっているため、この磁束φ
の全てがアーマチュア２０を必ず流動する。すなわち、
便宜上、図２に示す閉弁側を例にとって説明すれば、固
定コア２４からアーマチュア２０の本体２８に向かう磁
路φは、そのほとんどが内周壁２４ａの端面２４ｆから
一方のエアギャップＬ１を通って垂直に本体２８の上面
２８ａに流れて該本体２８から筒状部２９側へ流れ、一
部の磁束φ２がエアギャップＬ１を避けて筒状部２９寄
りの本体２８上面２８ａに流れるが、この一部の磁束φ
２は、磁路Ｑの空隙有効磁路φと同じ方向のベクトル成
分を含んでいるため、有効に吸引力を発生する磁束φを
アシストすることになる。したがって、磁束φの全てが
内周壁２４ａからアーマチュア２０へ流れて起磁力に寄
与するため、該起磁力が大きくなってアーマチュア２０
電磁吸引力の低下が防止される。つまり、図３に示すよ
うに本実施形態の電磁吸引力は実線で示すようにエアギ
ャップＬ１，Ｌ２大きくなるにしたがって、従来例（破
線）に比較して十分大きな電磁吸引力が得られる。この
結果、吸気弁１３の開弁，閉弁作用が常時安定かつ確実
となり、燃焼ガスの吹き抜けなどが防止されて機関性能
の低下が防止できる。

【００３１】しかも、大きな起磁力が得られることによ
り、該起磁力をある程度小さくすることも可能になるか
ら、この分、電磁コイル２６，２７の巻線数を減少させ
ることができ、したがって、装置全体の小型化が図れる
と共に、消費電力を低減できる。

【００３２】尚、本体２８に流れた磁束φは、筒状部２
９から各エアギャップＬ１，Ｌ２を通って上下壁部２４
ｂ，２５ｂに流動することは勿論である。

【００３３】図４は本発明の第２の実施形態を示し、閉
弁側電磁石１８側のみを説明すれば、固定コア２４の上
壁部２４ｂの外端部を第１の実施形態よりも短く形成す
る一方、筒状部２９の上端部２９ａを上方向へ延長形成
して、該上端部２９ａの端部内側面２９ｃと上壁部２４
ｂの外端面とを他方のエアギャップＬ２を介して対向さ
せたものである。したがって、両エアギャップＬ１，Ｌ
２さらに互いに離れた位置に形成されることになり、第
１実施形態と同様な作用効果が得られる。

【００３４】図５は第３の実施形態を示し、筒状部２９
の上端部２９ａの長さを第１実施形態の場合よりも短く
形成する一方、固定コア２４の上壁部２４ｂの外端部２
４ｅを上端部２９ａ方向へ下方に突設させて、この間に
他のエアギャップＬ２を設定した。好ましくは、電磁コ
イル２６の上下方向中間位置にエアギャップＬ２を設定
する。この実施形態によれば、他方のエアギャップＬ２
が、起磁力源である電磁コイル２６のほぼ中央に配置さ
れ、かつ空隙磁束φが主磁路方向に揃えられるので、こ
のエアギャップＬ２の吸引力が大きくなる。しかも、ア
ーマチュア２０の筒状部２９の上下方向の短尺化に伴い
軽量化が図れ、慣性質量が小さくなるため、移動応答性
が向上する。

【００３５】図６は第４の実施形態を示し、固定子２４
を第１実施形態などの場合と逆のＬ字形状に形成する一
方、アーマチュア２０の本体２８の上下面に突起部３１
を設けて、固定子２４の外周壁２４ｆと本体２８の上面
２８ａ外周側との間に、一方のエアギャップＬ１を形成
し、突起部３１の上面と上壁部２４ｂの下面内端部との
間に他方のエアギャップＬ２を形成し、互いに対角線上
に配置したものである。したがって、第１の実施形態と
同様の作用効果が得られる。他、突起部３１がアーマチ
ュア２０中心側に設けられるから、アーマチュア２０が
比較的たわみにくい。

【００３６】図７は第５の実施形態を示し、外周に電磁
コイル２６が巻装された固定コア２４をほぼ円筒状に形
成し、下端部にフランジ状の下壁部３２を一体に設けて
横断面ほぼＬ字形状に形成する一方、アーマチュア本体
２８の外周端に筒状部２９も形成して、全体を横断面ほ
ぼＬ字形状に形成し、固定コア２４と矩形状に組み合わ
さるように配置したものである。この場合も、固定コア
２４の下壁部３２外周上面とアーマチュア２０の筒状部
２９下面との間に他方のエアギャップＬ２が形成され、
固定コア２４の上面と本体２８の内周下面との間に一方
のエアギャップＬ１が形成されて、互いに対角線上の最
も離れた位置に配置してある。したがって、この場合も
第１の実施形態と同様な作用効果が得られる。

【００３７】本発明は前記実施形態の構成に限定される
ものではなく、例えば吸気弁ばかりか排気弁側にも適用
できると共に、かかる機関弁以外に他の機器類等に適用
することも可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
電磁駆動装置によれば、固定子と可動子との間に形成さ
れる一対のエアギャップの形成位置を互いに最も離れた
位置としたため、たとえ固定子の両端部間の距離が短く
なってもエアギャップを短絡した磁束の漏れが十分に防
止できる。この結果、磁束の全てが固定子の起磁力を寄
与できるため、可動子に対する電磁吸引力の低下を防止
できる。

【００３９】したがって、吸気弁等の機関弁に適用した
場合は、該機関弁の開成及び閉止作用が安定かつ確実と
なり、機関性能の向上が図れると共に、各ケーシングの
が外径を小さくでき、シリンダヘッドへの搭載性が向上
し、特に１気筒当たり３弁以上の機関にも有効に適用で
きる。

【００４０】また、エアギャップが大きいときの吸引力
を従来例と同じようにするならば、電磁コイルの巻数を
減少させることができ、この分、装置の小型化と消費電
力の低減化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す縦断面図。

【図２】Ａ，Ｂは本実施形態の作用を示す要部拡大断面
図。

【図３】本実施形態と従来例の電力吸引力を比較して示
す特性図。

【図４】本発明の第２の実施形態を示す要部拡大断面
図。

【図５】本発明の第３の実施形態を示す要部拡大断面
図。

【図６】本発明の第４の実施形態を示す要部拡大断面
図。

【図７】本発明の第５の実施形態を示す要部拡大断面
図。

【図８】従来の電磁駆動装置を示す縦断面図。

【図９】従来装置の要部拡大断面図。

【符号の説明】

１１…シリンダヘッド １３…吸気弁 １４…電磁駆動機構 １７…ケーシング １８，１９…開閉弁側電磁石 ２０…アーマチュア ２１，２２…開閉用スプリング ２４，２５…固定コア ２６，２７…電磁コイル ２８…本体 ２９…筒状部 Ｌ１，Ｌ２…エアギャップ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁コイルが巻装された固定子と、該固
   定子に一対のエアギャップを介して対峙する可動子とを
   備え、前記電磁コイルへの通電によって固定子と両エア
   ギャップ及び可動子との間に磁路を形成して固定子の起
   磁力により可動子を吸引駆動させる電磁駆動装置におい
   て、 前記両エアギャップを、互いにほぼ最大に離間した位置
   に形成したことを特徴とする電磁駆動装置。
2. 【請求項２】 内燃機関の吸排気ポートを開閉する機関
   弁のバルブステム端部側に設けられたケーシングと、該
   ケーシングの内部に設けられて、電磁コイルが巻装され
   た固定子と、前記バルブステムの端部に固定されて、前
   記固定子に一対のエアギャップを介して対峙する円板状
   の可動子とを備え、前記電磁コイルへの通電によって固
   定子と前記両エアギャップと可動子との間にほぼ矩形状
   の磁路を形成して固定子の起磁力により可動子を吸引し
   て機関弁を開閉駆動させる電磁駆動装置において、 前記一対のエアギャップをほぼ対角線上に配置形成した
   ことを特徴とする電磁駆動装置。
3. 【請求項３】 前記固定子を横断面ほぼＬ字形に折曲形
   成すると共に、可動子を固定子と対称形状となるほぼＬ
   字形状に折曲して、固定子と可動子とによってほぼ矩形
   状の磁路を形成すると共に、前記両エアギャップをほぼ
   対角線上に配置したことを特徴とする請求項２記載の電
   磁駆動装置。
4. 【請求項４】 前記両エアギャップのすくなくとも一方
   を、可動子の吸引駆動方向である電磁コイルのほぼ中央
   位置に形成したことを特徴とする請求項１記載の電磁駆
   動装置。