KR20130042556A - 자기 액추에이터 - Google Patents

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디터 마이어
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 폴 코어(2)을 포함하는 자기 액추에이터에 관한 것이며, 상기 폴 코어(2)는 적어도 하나의 자성 영역(3) 및 적어도 하나의 비자성 영역(4)을 포함하고, 상기 비자성 영역(4)은 자성 영역(3)의 자기적 분리를 제공하며, 폴 코어(2)는 일체형 부품으로서 형성되고, 상기 폴 코어(2)의 자성 영역(3)과 비자성 영역(4)은 2성분-금속 분말-사출 성형 방법에 의해 재료 결합 방식으로 결합된다.

Description

자기 액추에이터{MAGNETIC ACTUATOR}
본 발명은 연료 분사 밸브용 자기 액추에이터 및 자기 액추에이터용 폴 코어의 제조 방법에 관한 것이다.
선행 기술의 연료 분사 밸브는 실질적으로 코일 및 자기 액추에이터를 포함하는 자기 전환 밸브로서 형성되고, 자기 액추에이터의 폴 코어는 페라이트자성 재료를 가진 다수의 섹터로 형성되며, 상기 섹터들은 표면 층에 의해 서로 전기 절연된다. 이러한 자기 전환 밸브는 예컨대 DE 196 39 117 A1에 공지되어 있다. 폴 코어의 얇은 표면 층 및 윤곽에 의해, 작동 중에 자기장의 형성되고 사라질 때 와류 손실 및 그에 따라 연료 분사 밸브의 스위칭 시간 또는 다이내믹의 감소가 나타난다. 또한, 다수의 프로세스 단계에서 조립되는 폴 코어의 제조는 매우 복잡하다.
본 발명의 과제는 효과적으로 와류 최소화된 자기 회로를 포함함으로써 밸브의 현저히 짧아진 스위칭 시간을 가능하게 하는 자기 액추에이터를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항의 특징들을 포함하는 자기 액추에이터에 의해 달성된다.
청구항 제 1항의 특징들을 포함하는 본 발명에 따른 자기 액추에이터는 효과적으로 와류 최소화된 자기 회로를 포함함으로써 밸브의 현저히 짧아진 스위칭 시간을 가능하게 하는 자기 액추에이터를 제공하는 장점을 갖는다. 이는 본 발명에 따라 자기 액추에이터가 적어도 하나의 자성 영역 및 적어도 하나의 비자성 영역을 가진 일체형 부품으로서 형성된 폴 코어를 포함함으로써 달성된다. 비자성 영역은 자기적 분리를 가능하게 하고, 자성 영역과 비자성 영역 사이에 2 성분-금속 분말-사출 성형 방법에 의해 재료 결합 방식 결합이 주어진다. 따라서, 자기 액추에이터의 일체형 폴 코어의 제조는 하나의 프로세스 단계에서 짧은 사이클 시간으로 그리고 낮은 부품 비용으로 간단히 대량 생산 부품으로서 구현될 수 있다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 나타낸다.
바람직하게는 폴 코어가 적어도 2개의 자성 영역 및 적어도 2개의 비자성 영역을 포함하고, 상기 영역들은 폴 코어의 원주 방향으로 교대로 배치된다. 이로 인해, 자성 영역들은 비자성 영역들에 의해 서로 분리되고, 폴 코어의 자성 영역과 비자성 영역은 2 성분-금속 분말-사출 성형 방법에 의해 재료 결합 방식으로 결합된다.
바람직하게는 폴 코어의 비자성 영역들의 2개의 측면들은 서로 평행하므로, 자기 액추에이터는 특히 높은 다이내믹을 달성한다. 비자성 영역의 폭은 인접한 자성 영역들의 전기적 분리가 달성될 정도의 크기로 선택된다. 비자성 영역들의 섹터 면은 자성 영역들의 섹터 면보다 훨씬 더 작고, 바람직하게는 팩터 4 내지 6 만큼, 특히 팩터 5 만큼 더 작다.
또한, 폴 코어가 방사방향 외부로 연장하는 플랜지를 갖는 것이 바람직하다. 다른 바람직한 실시예에 따라 플랜지 내에 전기 콘택팅을 위한 덕트가 배치된다. 이로 인해, 완전히 밸브 하우징의 내부에서 짧은 케이블 안내가 가능해지고, 상기 케이블 안내는 자기 액추에이터의 안전한 전기 콘택팅을 보장한다. 또한, 하나의 제조 단계에서 2 성분-금속 분말-사출 성형 방법에 의해 동시에 코일 하우징이 제조될 수 있다.
바람직하게는 폴 코어가 축 방향으로 연장하는 코일 하우징을 포함함으로써, 코일이 방사 방향으로 코일 하우징과 폴 코어 사이에 배치된다. 이로 인해, 자기 액추에이터의 컴팩트한 디자인이 구현되며, 상기 컴팩트한 디자인은 전체 연료 분사 밸브의 체적 최소화에 기여한다.
또한 바람직하게는 폴 코어의 축 방향 길이가 코일 하우징의 축 방향 길이보다 더 길다. 이로 인해, 분사 측을 향한 폴 코어의 단부가 간단하고 저렴한 방식으로 밸브 하우징에 고정되는 한편, 분사 측으로부터 먼 폴 코어의 단부는 밸브 하우징의 내부에 지지된다. 따라서, 적은 수의 조립 단계로 신속한 제조가 가능하다.
다른 바람직한 실시예에 따라, 폴 코어는 중앙 관통구를 포함한다. 이로 인해, 그 안에 배치된 밸브 니들 및 리턴 스프링 및 슬리브의 안전한 가이드가 보장된다.
바람직하게는 폴 코어가 짝수의 자성 영역, 특히 4개의 자성 영역, 및 짝수의 비자성 영역, 특히 4개의 비자성 영역을 포함한다. 또한, 바람직하게는 폴 코어가 대칭 구성을 갖는다. 이로 인해, 적은 수의 자성 영역 및 비자성 영역에 의해서도 이미 자기 액추에이터의 작동 중 자기장의 변화시 와류 손실의 현저한 감소가 달성된다. 또한, 폴 코어는 간단하고 저렴하게 제조 가능한 디자인을 갖는다.
본 발명은 또한 하기 단계: 자성 및 비자성 재료를 제공하는 단계, 및 자성 영역과 비자성 영역 사이의 재료 결합 방식 결합을 형성하기 위해 2 성분-금속 분말-사출 성형 방법에 의해 폴 코어의 비자성 영역 및 자성 영역을 형성하는 단계를 포함하는 자기 액추에이터용 일체형 폴 코어의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 높은 재현 가능성을 가진 일체형 폴 코어의 제조가 이루어짐으로써, 연료 분사 밸브의 스위칭 시간을 현저히 줄이는 자기 액추에이터가 제공되고, 그 결과 예컨대 자동차에 사용시 훨씬 더 적은 연료량이 연소실 내로 분사되면 된다. 감소된 연료량에 의해, 엔진의 아이들링 성능이 개선된다. 이는 엔진의 훨씬 개선된 배기 가스 방출 특성을 일으킨다. 또한, 본 방법은 상이한 크기의 복잡한 부품을 제조하기 위해 매우 경제적으로 사용될 수 있다.
본 발명에 의해, 효과적으로 와류 최소화된 자기 회로를 포함함으로써 밸브의 현저히 짧아진 스위칭 시간을 가능하게 하는 자기 액추에이터가 제공된다.
이하, 본 발명의 실시예가 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따른 자기 액추에이터를 포함하는 연료 분사 밸브의 개략적인 단면도.
도 2는 도 1의 연료 분사 밸브의 평면 A-A을 따른 단면도.
도 3은 본 발명의 제 2 바람직한 실시예에 따른 폴 코어의 단면도.
도 4는 도 3의 폴 코어의 평면 B-B을 따른 단면도.
이하, 도 1 및 도 2를 참고로 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따른 자기 액추에이터 및 상기 자기 액추에이터의 폴 코어의 제조 방법이 설명된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유체의 제어를 위한 연료 분사 밸브(10)의 개략적인 단면도를 도시한다. 연료 분사 밸브(10)는 밸브 하우징(11)을 포함하고, 상기 밸브 하우징(11)의 내부에는 내부를 향해 개방되는 밸브 니들(12)이 그것 상에 배치된 리턴 부재(14) 및 가압 부재(15)와 함께 제공된다. 또한, 자기 액추에이터(1)가 제공되고, 상기 액추에이터는 밸브 니들(12)에 고정된 자기 아마추어(13), 및 폴 코어(2) 및 코일(8)을 포함하고, 상기 아마추어, 폴 코어 및 코일은 중심 축(X)에 대해 동축으로 코일 하우징(7) 내에서 코일 하우징(7)과 폴 코어(2) 사이에 방사 방향으로 배치된다. 폴 코어(2)는 관통구(9)를 가지며, 상기 관통구(9) 내에서 밸브 니들(12)이 리턴 부재(14) 및 가압 부재(15)와 함께 안내된다. 폴 코어(2)는 또한 방사방향 외부로 연장하는 플랜지(5)를 포함하고, 상기 플랜지(5) 내에 코일(8)의 전기 콘택팅을 위한 덕트(6)가 형성된다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 폴 코어(2)의 축 방향 길이는 코일 하우징(7)의 축 방향 길이보다 더 크게 형성된다. 분사 측을 향한 폴 코어(2)의 단부는 코일(8)과 자기 아마추어(13) 사이에서 코일 하우징(7)으로부터 안내되고 외부 면에서 밸브 하우징(11)에 고정된다. 연료 분사 밸브(1)의 작동시, 밸브(12)는 중심 축(X)의 방향으로 폴 코어(2)를 향해 이동되고 차단시 리턴 부재(4)에 의해 다시 출발 위치로 안내된다.
폴 코어(2)는 도 1에 나타나는 2개의 비자성 영역(4)을 포함하고, 분사 측을 향한 그리고 분사 측으로부터 먼 단부에 자성 영역(3)을 포함한다. 도 1의 평면 A-A을 따른 단면도를 도시하는 도 2에 나타나는 바와 같이, 상기 제 1 실시예에서 4개의 비자성 영역들(4)이 제공되고, 상기 비자성 영역들(4)은 폴 코어(2)에 90°의 각 간격으로 배치되며 4개의 자성 영역들(3)을 서로 자기적으로 분리시킨다. 비자성 영역들(4)은 각각 2개의 서로 평행한 측면들(4a, 4b) 및 각각 하나의 볼록하게 형성된 외부 단부면 및 오목하게 형성된 내부 단부면에 의해 제한된다. 이 경우, 외부 단부면의 볼록한 곡률은 폴 코어(2)의 외부 직경에 상응하고, 내부 단부면의 오목한 곡률은 관통구(9)의 외부 직경에 상응한다. 자성 및 비자성 영역들(3, 4)의 수는 여기에 도시된 제 1 실시예에 대한 대안으로서 자기 액추에이터의 소정 기능에 따라 변화될 수 있지만, 적어도 2개의 비자성 영역들이 존재하거나 제공된다.
자기 액추에이터(1)의 폴 코어(2)의 제조는 바람직하게 2 성분-금속 분말-사출 성형 방법에 의해 이루어진다. 이 경우, 대안으로서 먼저 비자성 영역(4)이 비자성 재료로 그리고 그 다음에 자성 영역(3)이 자성 재료로 또는 반대의 순서로 성형되고, 하나의 제조 단계에서 시간 및 비용 효율적으로 서로 재료 결합 방식으로 결합된다. 이 방법의 매우 양호한 재현 가능성에 의해, 자기 액추에이터(1)의 폴 코어(2)의 자기 값의 적은 변동이 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 제조 방법에 의해 본 발명에 따른 자기 액추에이터(1)용 일체형 폴 코어(2)가 복잡한 윤곽으로 특히 경제적으로 단일 제조 프로세스에서 제조될 수 있고, 이는 종래의 제조 방법으로 달성될 수 없다. 또한, 코일 하우징(7)의 부품 집적도 가능하므로, 조립 및 결합 프로세스 및 그와 관련된, 제조시 테스트 단계가 절감될 수 있다. 달성 가능한 와류 손실 감소에 따라 특히 고압 분사 밸브에 바람직하며 필요한 동적 거동이 현저히 개선되고, 이는 엔진의 연비 및 배기 가스 방출 특성을 현저히 개선한다.
이하에서, 도 3 및 도 4를 참고로, 본 발명의 제 2 바람직한 실시예에 따른 자기 액추에이터가 상세히 설명된다. 제 1 실시예에서와 동일한 또는 기능적으로 동일한 부품들은 동일한 도면 부호로 표시된다.
전술한 제 1 실시예와는 달리, 제 2 실시예는 통합된 코일 하우징(7) 없이 하나의 폴 코어(2)를 포함하며(도 3), 상기 폴 코어는 4개의 자성 영역(3) 및 4개의 비자성 영역(4)으로 형성되고, 상기 영역들은 도 4에 도시된 도 3의 평면 B-B에을 따른 단면도에 나타나는 바와 같이 서로 90°의 각 간격으로 교대로 배치된다. 단부면의 축 방향 단부들(31, 32)은 도 1에 도시된 제 1 실시예에서와 같이 각각 완전히 환형의 자성 영역(3)을 포함한다.
2 폴 코어
3 자성 영역
4 비자성 영역
5 플랜지
6 덕트
7 코일 하우징

Claims (11)

  1. - 폴 코어(2)를 포함하고,
    - 상기 폴 코어(2)는 적어도 하나의 자성 영역(3) 및 적어도 하나의 비자성 영역(4)을 포함하고,
    - 상기 비자성 영역(4)은 상기 자성 영역(3)의 자기적 분리를 제공하고,
    - 상기 폴 코어(2)는 일체형 부품으로서 형성되고,
    - 상기 폴 코어(2)의 상기 자성 영역(3) 및 비자성 영역(4)은 2 성분-금속 분말-사출 성형 방법에 의해 재료 결합 방식으로 결합되는, 자기 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴 코어(2)는 적어도 2개의 자성 영역(3) 및 적어도 2개의 비자성 영역(4)을 포함하고, 상기 영역들은 상기 폴 코어(2)의 원주 방향으로 교대로 배치되며, 상기 비자성 영역(4)은 상기 자성 영역들(3) 간의 분리를 제공하고, 상기 폴 코어(2)의 모든 자성 영역(3) 및 모든 비자성 영역(4)은 2 성분-금속 분말-사출 성형 방법에 의해 재료 결합 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 자기 액추에이터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폴 코어(2)의 상기 비자성 영역(4)의 2개의 측면들(4a, 4b)이 서로 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 액추에이터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴 코어(2)는 방사 방향 외부로 연장하는 플랜지(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 액추에이터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 플랜지(5) 내에 전기 콘택팅용 덕트(6)가 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 액추에이터.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 폴 코어(2)는 축 방향으로 연장하는 코일 하우징(7)을 포함함으로써, 코일(8)이 상기 코일 하우징(7)과 상기 폴 코어(2) 사이에 방사 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 액추에이터.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 폴 코어(2)의 축 방향 길이는 상기 코일 하우징(7)의 축 방향 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 자기 액추에이터.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴 코어(2)는 중앙 관통구(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 액추에이터.
  9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴 코어(2)는 짝수의 자성 영역, 특히 4개의 자성 영역(4), 및 짝수의 비자성 영역, 특히 4개의 비자성 영역(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 액추에이터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴 코어(2)는 대칭 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 액추에이터.
  11. 자기 액추에이터(1)용 일체형 폴 코어(2)의 제조 방법으로서,
    - 자성 및 비자성 재료를 제공하는 단계, 및
    - 자성 영역과 비자성 영역 사이의 재료 결합 방식 결합을 형성하기 위해 2 성분-금속 분말-사출 성형 방법에 의해 상기 폴 코어(2)의 비자성 영역(4) 및 자성 영역(3)을 형성하는 단계를 포함하는 폴 코어의 제조 방법.
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