Title:
Elektromagnetischer Aktuator
Kind Code:
T5


Abstract:

Der magnetische Widerstand eines magnetischen Wegs, der durch eine Spule (6) verläuft, wird durch magnetisches Teilen eines Statorkerns in eine Vielzahl von geteilten Kernen (4, 5) auf eine solche Weise erhöht, dass der magnetische Fluss eines Dauermagneten (7) durch den magnetischen Weg fließt, wenn ein Vorsprung (82) eines Ventilkolbens (8) die geteilten Kerne (4, 5) magnetisch verbindet, dadurch ändert sich der magnetische Widerstand des magnetischen Wegs, der durch die Spule (6) verläuft, schnell, wegen einer Lagebeziehung zwischen einem Spalt zwischen den geteilten Kernen (4, 5) und dem Ventilkolben (8), und der magnetische Fluss, der durch den magnetischen Weg fließt, ändert sich schnell, und außerdem wird eine große gegenelektromotorische Kraft hergestellt.




Inventors:
Sugawara, Masafumi (Tokyo, JP)
Ogawa, Toru (Tokyo, JP)
Tesen, Satoshi (Tokyo, JP)
Arita, Hideaki (Tokyo, JP)
Daikoku, Akihiro (Tokyo, JP)
Application Number:
DE112015006534T
Publication Date:
02/15/2018
Filing Date:
05/14/2015
Assignee:
MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION (Tokyo, JP)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
HOFFMANN - EITLE Patent- und Rechtsanwälte PartmbB, 81925, München, DE
Claims:
1. Elektromagnetischer Aktuator, umfassend:
ein Gehäuse, das aus einem magnetischen Material gefertigt ist;
einen Kern, der in dem Gehäuse eingebaut ist;
eine Spule zum Erzeugen von magnetischem Fluss in dem Kern;
einen Dauermagneten zum Erzeugen einer Anziehungskraft zu oder einer Abstoßungskraft von dem Kern; und
einen Ventilkolben, der einstückig mit dem Dauermagneten ist und der ausgestaltet ist, durch Anziehung des Dauermagneten zum Kern in einer Ausgangsposition gehalten zu werden, wenn die Spule nicht erregt ist, und sich von der Ausgangsposition durch Abstoßung des Dauermagneten vom Kern zu bewegen, wenn die Spule erregt ist, wobei
der Kern eine Struktur aufweist, in der eine Vielzahl von geteilten Kernen, die magnetisch geteilt sind, in einer Bewegungsrichtung des Ventilkolbens angeordnet sind, und eine Öffnung, die es dem Ventilkolben ermöglicht, dort hindurchzugelangen, in mindestens einem geteilten Kern der Vielzahl der geteilten Kerne gebildet ist, der am nächsten zur Seite des Dauermagneten ist, und
der Ventilkolben in einer Form gebildet ist, die es dem Ventilkolben ermöglicht, von der Öffnung, die in dem geteilten Kern gebildet ist, bis zu einer Position in den Kern einzutreten, in der mindestens zwei der Vielzahl der geteilten Kerne magnetisch miteinander verbunden sind, in der Ausgangsposition.

2. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Kern durch zwei der geteilten Kerne gebildet ist.

3. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Ventilkolben eine Platte, die an einem geteilten Kern der Vielzahl der geteilten Kerne anliegt, der am nächsten zur Seite des Dauermagneten ist, und einen Vorsprung aufweist, der von der Platte hervorragt und in die Öffnung eintritt, die in dem geteilten Kern gebildet ist.

4. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 3, wobei der geteilte Kern der Vielzahl der geteilten Kerne, der am nächsten zur Seite des Dauermagneten ist, eine Platte, in der eine Öffnung gebildet ist, die es dem Ventilkolben ermöglicht, dort hindurchzugelangen, und einen röhrenförmigen Vorsprung aufweist, der von einer Kante der Öffnung zu der Seite der anderen geteilten Kerne hervorragt.

5. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der geteilten Kerne so angeordnet sind, dass sie einen Spalt zwischen sich bilden.

6. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Ventilkolben durch zwei Magnetkörper gebildet ist, zwischen denen der Dauermagnet sandwichartig eingefasst ist.

7. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 3, wobei der Vorsprung des Ventilkolbens zylindrisch oder säulenförmig ist.

8. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 6, wobei von den zwei Magnetkörpern, die den Ventilkolben bilden, ein Magnetkörper, der auf einer Seite entfernt von dem Kern ist, eine plattenartige Form aufweist.

9. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 6, wobei von den zwei Magnetkörpern, die den Ventilkolben bilden,
ein Magnetkörper, der auf einer Seite nahe dem Kern ist, eine Platte, die eine der Flächen des Dauermagneten bedeckt und an einem geteilten Kern der Vielzahl der geteilten Kerne anliegt, der am nächsten zu der Seite des Dauermagneten ist, und einen Vorsprung aufweist, der von der Platte hervorragt und in die Öffnung eintritt, die in dem geteilten Kern gebildet ist, und
ein Magnetkörper, der auf einer Seite entfernt von dem Kern ist, eine Platte aufweist, die eine andere Fläche des Dauermagneten bedeckt.

10. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 6, wobei von den zwei Magnetkörpern, die den Ventilkolben bilden,
ein Magnetkörper, der auf einer Seite nahe dem Kern ist, eine Platte aufweist, die eine der Flächen des Dauermagneten bedeckt und an einem geteilten Kern der Vielzahl der geteilten Kerne anliegt, der am nächsten zu der Seite des Dauermagneten ist, und
ein Magnetkörper, der auf einer Seite entfernt von dem Kern ist, eine Platte, die eine andere Fläche des Dauermagneten bedeckt, und einen Vorsprung aufweist, der von der Platte hervorragt, durch den Dauermagneten verläuft und in die Öffnung eintritt, die in dem geteilten Kern gebildet ist.

11. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 3, wobei eine Position eines Endes des Vorsprungs des Ventilkolbens und eine Position eines Teilungsabschnitts von mindestens zwei der Vielzahl der geteilten Kerne in der Ausgangsposition zueinander ausgerichtet sind.

12. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 3, wobei eine Position eines Endes des Vorsprungs des Ventilkolbens und eine Position eines Teilungsabschnitts von mindestens zwei der Vielzahl der geteilten Kerne in der Ausgangsposition versetzt zueinander sind.

13. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, der verwendet wird, einen Nocken umzuschalten, der ein Einlassventil oder ein Auslassventil eines Verbrennungsmotors betätigt.

Description:
GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft elektromagnetische Aktuatoren, die in der Lage sind, die Position eines Ventilkolbens zu erfassen.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

In einigen Verbrennungsmotoren wird ein Hubbetrag eines Ventils gemäß der Umdrehungsfrequenz eines Verbrennungsmotors durch Umschalten zwischen zwei Arten von Nocken angepasst, einem hohen Nocken und einem niedrigen Nocken, die auf einer Nockenwelle eingebaut sind, die Einlass- und Auslassventile betätigt. Das Umschalten der Nocken wird durch das Eingreifen eines Regelstifts in eine Spiralnut ausgeführt, die in einem Nocken gebildet ist, um den Nocken in die axiale Richtung der Nockenwelle zu schieben. Um den Regelstift zu betätigen, wird ein elektromagnetischer Aktuator verwendet (siehe z. B. Patentliteratur 1).

Der elektromagnetische Aktuator, der in Patentliteratur 1 beschrieben ist, umfasst zwei Ventilkolben, die mit zwei Regelstiften gekoppelt sind, zwei Dauermagnete, die die zwei Ventilkolben in einer Richtung fort von einem Nocken anziehen, eine Spule, die die Anziehungskraft der Dauermagneten verringert, um den Ventilkolben zu ermöglichen, sich in Richtung des Nockens voranzubewegen, und zwei Federn, die die zwei Ventilkolben veranlassen, sich voranzubewegen. In einem Ausgangszustand ist die Spule nicht erregt, und die zwei Ventilkolben werden gehalten, indem sie von den zwei Dauermagneten angezogen werden. Da die zwei Dauermagneten mit ihren Magnetpolen umgekehrt zueinander angeordnet sind, wird die Anziehungskraft des einen Dauermagneten durch Erregen der Spule verringert, der Ventilkolben, der von dem Dauermagneten angezogen wird, bewegt sich mit der Vorspannungskraft der Feder voran und der Regelstift greift in eine Spiralnut des Nockens ein. Nachdem die Erregung der Spule unterbrochen wird, wenn der Regelstift durch den Nocken zurückgeschoben wird, wird der Ventilkolben vom Dauermagneten angezogen und in einer Ausgangsposition gehalten. Dadurch wird die Anziehungskraft eines der zwei Dauermagneten verringert, indem die Erregungsrichtung der Spule umgeschaltet wird, und der Regelstift auf der Seite des Dauermagneten, dessen Anziehungskraft verringert ist, wird betätigt.

Zusätzlich umfasst der elektromagnetische Aktuator, der in Patentliteratur 1 beschrieben ist, eine Funktion zum Erfassen einer Ventilkolbenposition. Wenn der Regelstift zurückgeschoben wird, wird der magnetische Fluss des Dauermagneten, der entlang eines magnetischen Wegs fließt, der durch die Spule verläuft, erhöht, wenn sich der Ventilkolben dem Dauermagneten annähert, wodurch eine gegenelektromotorische Kraft zwischen den beiden Enden der Spule erzeugt wird. Die Position des Ventilkolbens wird durch das Erfassen der gegenelektromotorischen Kraft erfasst.

ENTGEGENHALTUNGSLISTEPATENTLITERATUR

  • Patentliteratur 1: Japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2013-239538

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGTECHNISCHE AUFGABE

Bei dem elektromagnetischen Aktuator, der in Patentliteratur 1 beschrieben ist, ist, da der magnetische Fluss, der durch die Spule verläuft, stufenweise erhöht wird, wenn sich der Ventilkolben dem Dauermagneten annähert, das Problem aufgetreten, dass die gegenelektromotorische Kraft gering ist und es schwierig ist, die gegenelektromotorische Kraft zu erfassen.

Da die zwei Dauermagnete benachbart zueinander angeordnet sind, wobei ihre Magnetpole umgekehrt zueinander sind, kommt es außerdem zu einem Kurzschluss mit dem benachbarten Magnetpol, der magnetische Fluss, der durch die Spule verläuft, wird verringert, und es ist nicht möglich, die gegenelektromotorische Kraft effizient zu erzeugen. Überdies ist, um den Ventilkolben auszuwählen, der dazu veranlasst wird, sich zum Nocken voranzubewegen, eine Einrichtung zum Umschalten der Erregungsrichtung der Spule erforderlich.

Die Erfindung wurde entwickelt, um die oben genannten Probleme zu lösen, und eine ihrer Aufgaben ist es, einen elektromagnetischen Aktuator bereitzustellen, der in der Lage ist, eine große gegenelektromotorische Kraft zu erzeugen.

LÖSUNG DER AUFGABE

Ein erfindungsgemäßer elektromagnetischer Aktuator umfasst ein Gehäuse aus magnetischem Material; einen Kern, der in dem Gehäuse eingebaut ist; eine Spule zum Erzeugen eines magnetischen Flusses im Kern; einen Dauermagneten zum Erzeugen einer Anziehungskraft zum oder einer Abstoßungskraft vom Kern; und einen Ventilkolben, der einstückig mit dem Dauermagnet ist und der ausgestaltet ist, durch Anziehung des Dauermagneten zum Kern in einer Ausgangsposition gehalten zu werden, wenn die Spule nicht erregt ist, und sich von der Ausgangsposition durch Abstoßung des Dauermagneten vom Kern zu bewegen, wenn die Spule erregt ist, wobei der Kern eine Struktur aufweist, in der eine Vielzahl von geteilten Kernen, die magnetisch geteilt sind, in einer Bewegungsrichtung des Ventilkolbens angeordnet sind, und eine Öffnung, die es dem Ventilkolben ermöglicht, dort hindurchzugelangen, ist in mindestens einem geteilten Kern der Vielzahl von geteilten Kernen gebildet, der der Seite des Dauermagneten am nächsten ist, und der Ventilkolben in einer Form gebildet ist, die es dem Ventilkolben ermöglicht, in der Ausgangsposition durch die Öffnung, die in dem geteilten Kern gebildet ist, bis zu einer Position in den Kern einzutreten, in der mindestens zwei der Vielzahl von geteilten Kernen magnetisch miteinander verbunden sind.

VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird der magnetische Widerstand des magnetischen Wegs, der durch die Spule verläuft, durch magnetisches Teilen des Kerns erhöht, und der magnetische Fluss des Dauermagneten fließt durch den magnetischen Weg, wenn der Ventilkolben die geteilten Kerne magnetisch verbindet, und da sich der magnetische Widerstand des magnetischen Wegs, der durch die Spule verläuft, schnell in Abhängigkeit von einer Lagebeziehung zwischen den geteilten Kernen und dem Ventilkolben ändert, ändert sich der magnetische Fluss, der durch den Magnetpfad fließt, schnell, und eine große gegenelektromotorische Kraft wird erzeugt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Teilquerschnittsansicht, die ein Beispiel der Ausgestaltung eines elektromagnetischen Aktuators gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.

2 ist eine Querschnittsansicht, die das Beispiel der Ausgestaltung des elektromagnetischen Aktuators gemäß Ausführungsform 1 zeigt, und einen erregten Zustand zeigt.

3A und 3B stellen eine Ansicht dar, die eine Funktion zum Erfassen der Position eines beweglichen Elements in dem elektromagnetischen Aktuator gemäß Ausführungsform 1 erläutert.

4 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Position des beweglichen Elements und des Magnetflusses zeigt, der durch eine Spule in dem elektromagnetischen Aktuator gemäß Ausführungsform 1 verläuft.

5 ist ein Vergleichsbeispiel zum besseren Verständnis des elektromagnetischen Aktuators gemäß Ausführungsform 1 und zeigt eine Ausgestaltung, in der ein Statorkern nicht geteilt ist.

6 zeigt als eine Abwandlung des elektromagnetischen Aktuators gemäß Ausführungsform 1 eine Querschnittsansicht, in der eine Lagebeziehung zwischen einem Teilungsabschnitt geteilter Kerne und einem Vorsprung eines Ventilkolbens abgewandelt ist.

7A bis 7C zeigen als Abwandlung des elektromagnetischen Aktuators gemäß Ausführungsform 1 eine perspektivische Ansicht, in der der Ventilkolben abgewandelt ist.

8A und 8B zeigen als Abwandlung des elektromagnetischen Aktuators gemäß Ausführungsform 1 eine perspektivische Explosionsansicht, in der das bewegliche Element abgewandelt ist.

9A und 9B zeigen als Abwandlung des elektromagnetischen Aktuators gemäß Ausführungsform 1 eine Querschnittsansicht, in der der Statorkern abgewandelt ist.

10A und 10B zeigen als Abwandlung des elektromagnetischen Aktuators gemäß Ausführungsform 1 eine Querschnittsansicht einer Ausgestaltung, in der eine Ventilkolbenführung hinzugefügt ist.

11 zeigt als Abwandlung des elektromagnetischen Aktuators gemäß Ausführungsform 1 eine Querschnittsansicht, in der der Statorkern und das bewegliche Element abgewandelt sind.

12A und 12B zeigen ein Beispiel eines Nockenumschaltmechanismus, auf den der elektromagnetische Aktuator gemäß Ausführungsform 1 angewendet wird, wobei 12A ein Ausgestaltungsdiagramm eines Hauptabschnitts ist, wenn ein hoher Nocken verwendet wird, und 12B eine Querschnittsansicht entlang der Linie G-G ist.

13A und 13B zeigen ein Beispiel des Nockenumschaltmechanismus, auf den der elektromagnetische Aktuator gemäß Ausführungsform 1 angewendet wird, wobei 13A ein Ausgestaltungsdiagramm des Hauptabschnitts ist, wenn ein niedriger Nocken verwendet wird, und 13B eine Querschnittsansicht entlang der Linie H-H ist.

14 ist eine erklärende Ansicht, die einen Arbeitsschritt zeigt, bei dem der hohe Nocken auf den niedrigen Nocken im Nockenumschaltmechanismus umgeschaltet wird, auf den der elektromagnetische Aktuator gemäß Ausführungsform 1 angewendet wird.

15 ist eine erklärende Ansicht, die einen Arbeitsschritt zeigt, bei dem der niedrige Nocken auf den hohen Nocken im Nockenumschaltmechanismus umgeschaltet wird, auf den der elektromagnetische Aktuator gemäß Ausführungsform 1 angewendet wird.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Um die Erfindung ausführlicher zu beschreiben, werden nachfolgend die Ausführungsformen der Erfindung entsprechend der begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Ausführungsform 1

Sowohl 1 als auch 2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der Ausgestaltung eines elektromagnetischen Aktuators 1 gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt. Wie in den Zeichnungen dargestellt, umfasst der elektromagnetische Aktuator 1 Gehäuse 2 und 3, die jeweils aus magnetischem Material gefertigt sind, eine Vielzahl geteilter Kerne 4 und 5, die in den Gehäusen 2 und 3 eingebaut sind, eine Spule 6, die magnetischen Fluss in den geteilten Kernen 4 und 5 erzeugt, einen Dauermagneten 7, der eine Anziehungskraft zu und eine Abstoßungskraft von den geteilten Kernen 4 und 5 erzeugt, und Ventilkolben 8 und 9, die einstückig mit dem Dauermagneten 7 sind. Zusätzlich ist ein Regelstift 11 an dem Ventilkolben 9 angebracht.

Ein Stator wird durch die Gehäuse 2 und 3, die geteilten Kerne 4 und 5 und die Spule 6 gebildet. Ein Statorkern ist in zwei Kerne der geteilten Kerne 4 und 5 geteilt. Ein bewegliches Element 10 wird durch den Dauermagneten 7 und die Ventilkolben 8 und 9 gebildet. Ein in 1 gezeigter Pfeil A verdeutlicht die Bewegungsrichtung des beweglichen Elements 10, und das bewegliche Element 10 und der Regelstift 11 bewegen sich einstückig hin und her. In 1 und 2 befindet sich das bewegliche Element 10 in einer Ausgangsposition.

Die Gehäuse 2 und 3, die geteilten Kerne 4 und 5 und die Ventilkolben 8 und 9 sind aus magnetischem Material gefertigt. Die Spule 6 ist in dem Gehäuse 2 befestigt und die geteilten Kerne 4 und 5 sind innerhalb der Spule 6 befestigt. Die geteilten Kerne 4 und 5 sind entlang der Bewegungsrichtung A des beweglichen Elements 10 angeordnet. Zusätzlich sind der geteilte Kern 4 und der geteilte Kern 5 so angeordnet, dass sie zwischen sich einen Spalt bilden. Der Spalt zwischen den geteilten Kernen 4 und 5 ist ein „Teilungsabschnitt“. Der geteilte Kern 4, der entfernt vom Dauermagneten 7 angeordnet ist, weist eine mit einem Boden versehene, röhrenförmige Form auf. Der geteilte Kern 5, der nah zum Dauermagneten 7 angeordnet ist, weist eine Platte 51 und einen Vorsprung 52 auf. In der Platte 51 und dem Vorsprung 52 ist eine Öffnung vorgesehen, durch die ein Vorsprung 82 des Ventilkolbens 8 verläuft.

Zu beachten ist, dass der geteilte Kern 4 in dem Beispiel, das in der Zeichnung gezeigt ist, ausgestaltet ist, die mit einem Boden versehene, röhrenförmige Form aufzuweisen, aber seine Form ist nicht notwendigerweise mit einem Boden versehen und kann auch röhrenförmig sein.

Der geteilte Kern 4 kann außerdem auch als ein röhrenförmiger Kern durch Presspassen einer Vielzahl von Kernen gebildet sein, die in einer radialen Richtung geteilt sind. Im Fall dieser Ausgestaltung ist eine Vielzahl von Kernen ohne Spalt dazwischen in der radialen Richtung angeordnet, und daher sind die Kerne magnetisch miteinander verbunden. Auf ähnliche Weise kann der geteilte Kern 5 auch als ein röhrenförmiger Kern durch Presspassen einer Vielzahl von Kernen gebildet sein, die in der radialen Richtung geteilt sind.

Die Seite des Dauermagneten 7 nahe den geteilten Kernen 4 und 5 ist als der Nordpol magnetisiert, und die Seite davon entfernt von den geteilten Kernen 4 und 5 ist als der Südpol magnetisiert. Außerdem ist der Dauermagnet 7 zwischen den beiden Ventilkolben 8 und 9 sandwichartig eingefasst, und der Ventilkolben 8 ist an der Fläche des Dauermagneten 7 auf der Seite nahe den geteilten Kernen 4 und 5 befestigt, und der Ventilkolben 9 ist an der Fläche davon auf der Seite entfernt von den geteilten Kernen 4 und 5 befestigt. Der Ventilkolben 8 weist eine Platte 81 und den Vorsprung 82 auf. Der Vorsprung 82 ist koaxial zu den geteilten Kernen 4 und 5 angeordnet und kann in die geteilten Kerne 4 und 5 von der Öffnung eintreten, die in dem geteilten Kern 5 gebildet ist. Der Ventilkolben 9 weist eine plattenartige Form auf.

In einem nicht-erregten Zustand, in dem die Spule 6 nicht erregt ist, wie in 1 gezeigt, wird der Dauermagnet 7 von den geteilten Kernen 4 und 5 angezogen, und das bewegliche Element 10 wird dadurch in der Ausgangsposition gehalten.

Wenn die Spule 6 erregt ist, wie in 2 gezeigt, wird ein magnetischer Fluss B in den geteilten Kernen 4 und 5 erzeugt und fließt zum geteilten Kern 5, geteilten Kern 4 und Gehäuse 2. Andererseits fließt ein magnetischer Fluss C des Dauermagneten 7 zum Ventilkolben 9, Dauermagneten 7 und Ventilkolben 8. Entsprechend wird die höchste Abstoßungskraft zwischen der Platte 51 des geteilten Kerns 5 und der Platte 81 des Ventilkolbens 8 unmittelbar nach dem Beginn der Erregung erzeugt, und das bewegliche Element 10 bewegt sich zum Gehäuse 3. Anschließend wird der Dauermagnet 7 von dem Gehäuse 3 angezogen, und das bewegliche Element 10 wird dadurch in einer Betätigungsposition gehalten.

Wenn die Erregung der Spule 6 abgeschaltet wird und eine Kraft, die den Regelstift 11 zurückschiebt, von außen angewendet wird, wird das bewegliche Element 10 zusammen mit dem Regelstift 11 einstückig in die Ausgangsposition geschoben und wird durch die Anziehung des Dauermagneten 7 zu den geteilten Kernen 4 und 5 gehalten. Die Kraft, die den Regelstift 11 zurückschiebt, wird z. B. durch einen Nockenumschaltmechanismus bereitgestellt, der später beschrieben wird.

Als Nächstes wird unter Bezug auf 3 eine Beschreibung einer Funktion zum Erfassen der Position des beweglichen Elements 10 gegeben. 3A zeigt den magnetischen Fluss, wenn sich das bewegliche Element 10 in der Betätigungsposition befindet, und 3B zeigt den magnetischen Fluss, wenn das bewegliche Element 10 aus der Betätigungsposition in die Ausgangsposition zurückkehrt.

Die geteilten Kerne 4 und 5 sind so angeordnet, dass sie den Spalt zwischen sich bilden, und daher sind die geteilten Kerne 4 und 5 magnetisch geteilt, und der magnetische Widerstand eines magnetischen Wegs, durch den ein magnetischer Fluss D fließt, der durch die Spule 6 verläuft, ist groß. Wie in 3A gezeigt, wenn das bewegliche Element 10 in einer Position ist, die entfernt von den geteilten Kernen 4 und 5 ist, ist es entsprechend schwierig für den magnetischen Fluss C des Dauermagneten 7, entlang des magnetischen Wegs der geteilten Kerne 4 und 5 zu verlaufen, das heißt der magnetische Fluss D, der durch die Spule 6 verläuft, ist klein.

Der Spalt zwischen den geteilten Kernen 4 und 5 ist der Teilungsabschnitt, der die geteilten Kerne 4 und 5 magnetisch voneinander teilt.

Der Teilungsabschnitt weist einen großen magnetischen Widerstand auf und weist einen derartigen Querschnittsbereich auf, dass die magnetische Flussdichte, die durch NI/(R·S) bestimmt wird, kleiner als die magnetische Flusssättigungsdichte des Statorkerns ist, wobei der magnetische Widerstand des magnetischen Wegs, der über den Teilungsabschnitt verläuft (dessen Querschnittsbereich S ist) und durch die Spule 6 verläuft, durch R dargestellt ist und die magnetomotorische Kraft der Spule 6 durch NI dargestellt ist.

Wenn sich das bewegliche Element 10 von der Betätigungsposition in die Ausgangsposition bewegt, wie in 3B dargestellt, wird ein Luftspalt zwischen dem geteilten Kern 4 und dem Ventilkolben 8 verringert, und die geteilten Kerne 4 und 5 werden über den Ventilkolben 8 magnetisch miteinander verbunden. Dadurch wird der magnetische Widerstand des magnetischen Wegs, durch den der magnetische Fluss D verläuft, der durch die Spule 6 verläuft, verringert, und es wird für den magnetischen Fluss C des Dauermagneten 7 einfach, entlang des magnetischen Wegs des geteilten Kerns 4 zu verlaufen, d. h., dass der magnetische Fluss D, der durch die Spule 6 verläuft, erhöht wird. In der Ausgangsposition liegt die Platte 81 des Ventilkolbens 8 an der Platte 51 des geteilten Kerns 5 an, und die Position des Endes des Vorsprungs 82 des Ventilkolbens 8 und die Position des Teilungsabschnitts der geteilten Kerne 4 und 5 sind zueinander ausgerichtet.

Wegen einer Lagebeziehung zwischen dem Teilungsabschnitt der geteilten Kerne 4 und 5 und dem Vorsprung 82 des beweglichen Elements 10 ändert sich der magnetische Widerstand des magnetischen Wegs, der durch die Spule 6 verläuft, schnell, und der magnetische Fluss D, der durch den magnetischen Weg fließt, ändert sich schnell. Durch die schnelle Änderung des magnetischen Flusses D, der durch die Spule 6 verläuft, wird eine große gegenelektromotorische Kraft zwischen den zwei Enden der Spule 6 erzeugt. Durch Erfassen der gegenelektromotorischen Kraft mit einem Spannungsmesser wird es möglich, die Position des beweglichen Elements 10 zu erfassen.

4 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Position des beweglichen Elements 10 und des magnetischen Flusses D zeigt, der durch die Spule 6 verläuft. Die vertikale Achse des Graphen gibt den magnetischen Fluss D an, der durch die Spule 6 verläuft, und es wird angenommen, dass der magnetische Fluss D erhöht wird, wenn der Wert der vertikalen Achse im Graphen verringert wird. Die horizontale Achse gibt die Position des beweglichen Elements 10 an, und 0 [mm] entspricht der Situation, wenn das bewegliche Element 10 in der Ausgangsposition ist, und 36 [mm] entspricht der Situation, wenn das bewegliche Element 10 in der Betätigungsposition ist. Wenn sich das bewegliche Element 10 von der Betätigungsposition in die Ausgangsposition bewegt, erreicht der Vorsprung 82 den Teilungsabschnitt der geteilten Kerne 4 und 5, der Luftspalt zwischen dem geteilten Kern 4 und dem Ventilkolben 8 wird verengt, und der magnetische Widerstand wird verringert, wodurch sich der magnetische Fluss D schnell ändert (E in 4) und eine große gegenelektromotorische Kraft erzeugt wird. Durch Erfassen der gegenelektromotorischen Kraft wird es möglich, die Rückkehr des beweglichen Elements 10 zur Ausgangsposition zu erfassen.

Andererseits, in dem Fall, in dem sich der magnetische Fluss D linear ändert, wie in einem elektromagnetischen Aktuator 1a in einem Vergleichsbeispiel, ändert sich die gegenelektromotorische Kraft nicht, und daher ist es schwierig, die Position des beweglichen Elements 10 zu erfassen.

Als Vergleichsbeispiel zum besseren Verstehen des elektromagnetischen Aktuators 1 gemäß Ausführungsform 1 zeigt 5 den elektromagnetischen Aktuator 1a, der einen Kern 4a umfasst, der nicht in die geteilten Kerne 4 und 5 geteilt ist. Der elektromagnetische Aktuator 1a im Vergleichsbeispiel weist die gleiche Ausgestaltung wie die des elektromagnetischen Aktuators 1 auf, mit der Ausnahme, dass der Kern 4a nicht geteilt ist. Im elektromagnetischen Aktuator 1a im Vergleichsbeispiel wird der magnetische Fluss des Dauermagneten 7, der entlang des magnetischen Wegs des Kerns 4a verläuft, stufenweise erhöht, wenn sich das bewegliche Element 10 von der Betätigungsposition in die Ausgangsposition bewegt, und der magnetische Fluss D, der durch die Spule 6 verläuft, wird stufenweise erhöht.

Es ist zu beachten, dass die Magnetisierungsrichtung des Dauermagneten 7 in Ausführungsform 1 entgegengesetzt zu der Richtung sein kann, die in 2 gezeigt ist. In diesem Gehäuse ist auch die Erregungsrichtung der Spule 6 umgekehrt.

In Ausführungsform 1 ist es außerdem möglich, die Position, in der sich der magnetische Fluss D, der durch die Spule 6 verläuft, schnell ändert, durch Anpassen der Länge des Vorsprungs 82 des Ventilkolbens 8 in einfacher Weise zu ändern.

Als Abwandlung des elektromagnetischen Aktuators 1 zeigt 6 hier einen elektromagnetischen Aktuator 1b, in dem der Vorsprung 82 länger gefertigt ist. Der elektromagnetische Aktuator 1b weist die gleiche Ausgestaltung wie der elektromagnetische Aktuator 1 auf, mit der Ausnahme, dass ein Vorsprung 82b länger gefertigt ist, sodass das Ende des Vorsprungs 82b in der Ausgangsposition in den Kern über den Teilungsabschnitt der geteilten Kerne 4 und 5 hinaus eintritt. Im elektromagnetischen Aktuator 1b erreicht der Vorsprung 82b den Teilungsabschnitt der geteilten Kerne 4 und 5 eher als in dem Fall des elektromagnetischen Aktuators 1, wenn sich das bewegliche Element 10 von der Betätigungsposition in die Ausgangsposition bewegt, und daher ändert sich der magnetische Fluss D, der durch die Spule 6 verläuft, schnell an der Position von 24 [mm] (F in 4), und eine große gegenelektromotorische Kraft wird erzeugt. Daher ist es möglich, das bewegliche Element 10 an der Position vor der Ausgangsposition zu erfassen.

Als Nächstes werden Abwandlungen des elektromagnetischen Aktuators 1 gemäß Ausführungsform 1 beschrieben.

7 ist eine perspektivische Ansicht, die Beispiele der Ausgestaltungen der Ventilkolben 8c bis 8e zeigt, die durch Abwandeln des Ventilkolbens 8 erhalten werden. Der Ventilkolben 8, der in dem elektromagnetischen Aktuator 1 verwendet wird, kann ausgestaltet sein, einen zylindrischen Vorsprung 82c wie den Ventilkolben 8c aufzuweisen, der in 7A gezeigt ist, kann ausgestaltet sein, einen rechteckig röhrenförmigen Vorsprung 82d wie den Ventilkolben 8d aufzuweisen, der in 7B gezeigt ist, oder kann auch ausgestaltet sein, einen prismenförmigen Vorsprung 82e wie den Ventilkolben 8e aufzuweisen, der in 7C gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass der Vorsprung 82 auch andere Formen als die zylindrische oder prismenförmige Form aufweisen kann und auch massiv oder hohl sein kann.

8 stellt eine perspektivische Explosionsansicht dar, die ein Beispiel der Ausgestaltung eines beweglichen Elements 10f zeigt, das durch Abwandeln des beweglichen Elements 10 erhalten wird. Das bewegliche Element 10, das in dem elektromagnetischen Aktuator 1 verwendet wird, kann eine Ausgestaltung aufweisen, in der der Vorsprung 82 auf der Platte 81 des Ventilkolbens 8 auf der Seite nahe den geteilten Kernen 4 und 5 gebildet ist, wie in 8A gezeigt, oder kann auch eine Ausgestaltung aufweisen, in der ein Vorsprung 92f auf einer Platte 91f eines Ventilkolbens 9f auf der Seite entfernt von den geteilten Kernen 4 und 5 gebildet ist, wie in einem beweglichen Element 10f, das in 8B gezeigt ist.

In dem Fall aus 8A ist der Vorsprung 82 einstückig mit der Platte 81, und daher gibt es einen Vorteil, dass es für den magnetischen Fluss des Dauermagneten 7 einfach ist, zu den geteilten Kernen 4 und 5 durch die Platte 81 und den Vorsprung 82 zu verlaufen, und es ist möglich, die gegenelektromotorische Kraft effizient zu erzeugen.

In dem Fall aus 8B ist das bewegliche Element 10f ausgestaltet, indem der Vorsprung 92f des Ventilkolbens 9f durch eine Öffnung des Dauermagneten 7 und eine Öffnung des plattenartigen Ventilkolbens 8f verläuft, und daher gibt es einen Vorteil, dass es einfach ist, das bewegliche Element 10f zusammenzusetzen, im Vergleich zum beweglichen Element 10 in 8A. Zusätzlich ist der Dauermagnet 7 durch den Vorsprung 92f positioniert, und daher gibt es auch einen Vorteil, dass der Dauermagnet 7 nicht einfach dezentriert wird.

Es ist zu beachten, dass die Platten der Ventilkolben 8 und 9 und der Dauermagnet 7 in den Beispielen in der Zeichnung die gleiche scheibenartige Form aufweisen, aber sie können unterschiedliche Formen aufweisen. In diesem Gehäuse ist es bevorzugt, eine Ausgestaltung anzunehmen, in der die Ventilkolben 8 und 9 größer als der Dauermagnet 7 gefertigt sind, und der Dauermagnet 7 ist durch die Ventilkolben 8 und 9 bedeckt. Dadurch ist es möglich, Streufluss wirksam zu verwenden. Außerdem ist es möglich, den Dauermagneten 7, der stoßempfindlich ist, zu schützen. Überdies ist es durch Vergrößern der Platten der Ventilkolben 8 und 9 in der radialen Richtung, sodass sie veranlasst werden, sich der inneren Wandfläche des Gehäuses 2 anzunähern, möglich, das Gehäuse 2 als den magnetischen Weg zu verwenden, durch den der magnetische Fluss des Dauermagneten 7 verläuft.

9 stellt Querschnittsansichten dar, die jeweils ein Beispiel der Ausgestaltung des elektromagnetischen Aktuators 1g und 1h zeigen, der durch Abwandeln der geteilten Kerne 4 und 5 erhalten wird. In dem elektromagnetischen Aktuator 1g, der in 9A gezeigt ist, sind der geteilte Kern 4 und der geteilte Kern 5 durch einen Verbindungsabschnitt 4g verbunden. Es ist zu beachten, dass die Dicke des Verbindungsabschnitts 4g kleiner als die Dicke von jeweils jedem der geteilten Kerne 4 und 5 ist, und daher sind die geteilten Kerne 4 und 5 magnetisch geteilt, und der magnetische Widerstand des magnetischen Wegs, der durch die Spule 6 verläuft, ist groß, ähnlich wie der der geteilten Kerne 4 und 5, die so angeordnet sind, dass sie den Spalt zwischen sich bilden, wie in 1 gezeigt. Der Verbindungsabschnitt 4g ist der Teilungsabschnitt der geteilten Kerne 4 und 5.

Daher kann der Teilungsabschnitt ein Spalt sein, der den Statorkern physisch und magnetisch teilt, wie in 1 und anderen Figuren gezeigt, oder er kann auch ein dünner plattenartiger Teilungsabschnitt sein, der physisch verbunden, aber magnetisch geteilt ist, wie in 9 gezeigt. Überdies kann auch, obwohl die Abbildung davon nicht vorhanden ist, durch Bilden einer Vielzahl von Öffnungen im Statorkern ein Teilungsabschnitt verwendet werden, der physisch durch die Öffnungen teilweise verbunden und teilweise geteilt ist und magnetisch geteilt ist.

Wie in dem elektromagnetischen Aktuator 1h, der in 9B gezeigt ist, kann der Statorkern außerdem in zwei oder mehr geteilte Kerne 4h-1, 4h-2, 4h-3, und 5 geteilt sein. Mit Zunahme der Anzahl der Teilungen nimmt auch der magnetische Widerstand zu. Überdies ist in 9B eine Ausgestaltung angenommen, in der in der Ausgangsposition von den vier geteilten Kernen zwei geteilte Kerne 4h-3 und 5 durch den Ventilkolben 8 magnetisch miteinander verbunden sind, aber alle geteilten Kerne können magnetisch miteinander verbunden sein.

10 stellt Querschnittsansichten dar, die jeweils ein Beispiel der Ausgestaltung eines elektromagnetischen Aktuators 1i zeigen, dem eine Ventilkolbenführung 12 hinzugefügt ist. In den Beispielen der Ausgestaltung, die in 10A und 10B gezeigt ist, ragt die Ventilkolbenführung 12 von dem Gehäuse 3 aus in die geteilten Kerne 4 und 5. Die Ventilkolbenführung 12 wird durch das bewegliche Element 10 geführt und führt die Hin- und Herbewegung des beweglichen Elements 10. Damit ist es möglich, das Dezentrieren des beweglichen Elements 10 in der radialen Richtung zu unterbinden. 10A zeigt ein Beispiel der Ausgestaltung, in der die Ventilkolbenführung 12 durch Presspassen in das Gehäuse 3 befestigt ist, und 10B zeigt ein Beispiel der Ausgestaltung, in der die Ventilkolbenführung 12 durch Presspassen in den geteilten Kern 4 befestigt ist.

Es ist zu beachten, dass 10 die Beispiele der Ausgestaltung der Ventilkolbenführung 12 zeigt, die innerhalb des beweglichen Elements 10 bereitgestellt ist, um die Bewegung des beweglichen Elements 10 zu führen, aber deren Ausgestaltung ist nicht auf das Obengenannte beschränkt, und eine Ausgestaltung einer Ventilkolbenführung, die außerhalb des beweglichen Elements 10 bereitgestellt ist, um die Bewegung des beweglichen Elements 10 zu führen, kann ebenfalls angenommen werden.

11 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Ausgestaltung eines elektromagnetischen Aktuators 1j zeigt, der durch Abwandeln des geteilten Kerns 4 und des beweglichen Elements 10 erhalten wird. In dem elektromagnetischen Aktuator 1j, der in 11 gezeigt ist, wird ein massiver geteilter Kern 4j verwendet. Der massive geteilte Kern 4j, der in 1 gezeigt ist, kann in höherem Maß von magnetischem Fluss des Dauermagneten 7 durchflossen sein als der in dem Fall des hohlen geteilten Kerns 4, der in 1 gezeigt ist, und daher gibt es einen Vorteil, dass eine gegenelektromotorische Kraft effizient erzeugt wird. Es ist zu beachten, dass eine Platte 81j und ein Vorsprung 82j eines Ventilkolbens 8j, ein Dauermagnet 7j und ein Ventilkolben 9j ebenfalls massiv gefertigt sein können.

Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Beispiels des Nockenumschaltmechanismus eines Verbrennungsmotors gegeben, der den elektromagnetischen Aktuator 1 gemäß Ausführungsform 1 verwendet.

Sowohl 12 als auch 13 zeigt den Nockenumschaltmechanismus für ein Einlass- oder Auslassventil im Verbrennungsmotor. 12A zeigt den Hauptabschnitt des Nockenumschaltmechanismus, wenn ein hoher Nocken verwendet wird. 12B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie G-G aus 12A. 13A zeigt den Hauptabschnitt des Nockenumschaltmechanismus, wenn ein niedriger Nocken verwendet wird. 13B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie H-H aus 13A. Die Richtung einer Y-Achse in allen 12 und 13 ist identisch mit der Bewegungsrichtung A des beweglichen Elements 10, das in 1 gezeigt ist.

Unter Bezug auf 12 und 13 wird eine Beschreibung eines Nockenumschaltmechanismus 100 gegeben, der zwei elektromagnetische Aktuatoren 1 der Ausführungsform 1 verwendet.

In jedem der beiden elektromagnetischen Aktuatoren 1 wird das bewegliche Element 10 betätigt, indem der Spule 6, die in dem Gehäuse 2 untergebracht ist, elektrischer Strom über einen Stecker 13 zugeführt wird, und die Spitze des Regelstifts 11, die einstückig mit dem beweglichen Element 10 ist, wird aus dem Gehäuse 3 geschoben. Wenn die elektrische Stromzufuhr zum Stecker 13 gestoppt wird und der Regelstift 11 zurück in das Gehäuse 3 geschoben wird, ist es außerdem möglich, durch Messen der Spannung zwischen den beiden Enden des Steckers 13 mit einem Spannungsmesser oder Ähnlichem, die gegenelektromotorische Kraft, die zwischen den beiden Enden der Spule 6 erzeugt wird, zu erfassen, um zu erfassen, dass der Regelstift 11 in eine Ausgangsposition zurückgekehrt ist.

Im elektromagnetischen Aktuator 1 wird nachfolgend die Position des Regelstifts 11 in einer Achsenrichtung, in der sich das bewegliche Element 10 in die Betätigungsposition bewegt und eine Vorsprungslänge L des Regelstifts 11 aus dem Gehäuse 3 maximiert wird, als „AN-Position“ bezeichnet. Die Position des Regelstifts 11 in der Achsenrichtung, in der das bewegliche Element 10 die Ausgangsposition bewegt und die Vorsprungslänge L maximiert wird, wird außerdem als „AUS-Position“ bezeichnet. Sowohl 12A als auch 13A zeigen einen Zustand, in dem sich jeder Regelstift 11 der zwei elektromagnetischen Aktuatoren 1 in der AUS-Position befindet.

Zwei zylindrische Nockenstücke 102a und 102b sind jeweils so angeordnet, dass sie der Spitze des Regelstifts 11 von einem der zwei elektromagnetischen Aktuatoren 1 gegenüberliegen. Spiralnuten 103a und 103b sind jeweils an den seitlichen Umfangsabschnitten der Nockenstücke 102a und 102b vorgesehen. Die Spiralnut 103a des einen Nockenstücks 102a und die Spiralnut 103b des anderen Nockenstücks 102b sind in der Ausrichtung der Spirale einander entgegengesetzt.

An den inneren Enden der zwei Spiralnuten 103a und 103b sind sich verjüngende Flächen gebildet, die sanft ansteigen. Ein Rücksetzmechanismus des Nockenumschaltmechanismus 100 ist durch die sich verjüngenden Flächen der Spiralnuten 103a und 103b gebildet.

Ein Abstand zwischen jedem der zwei elektromagnetischen Aktuatoren 1 und jedem der Nockenstücke 102a und 102b ist so eingestellt, dass die Spitze in die Spiralnut 103a oder 103b eintritt, wenn sich der Regelstift 11 in der AN-Position befindet, und die Spitze bewegt sich aus der Spiralnut 103a oder 103b, wenn sich der Regelstift in der AUS-Position befindet. Eine Nockenwelle 104 ist entlang der Achse der Nockenstücke 102a und 102b eingeführt.

Hohe Nocken 105a und 105b und niedrige Nocken 106a und 106b sind zwischen den Nockenstücken 102a und 102b bereitgestellt. Die hohen Nocken 105a und 105b und die niedrigen Nocken 106a und 106b sind so angeordnet, dass sie nah zueinander sind. Wie in 12B gezeigt, ist ein konvexer Abschnitt 105c auf dem äußeren Umfangsabschnitt des hohen Nockens 105b gebildet. Wie in 13B gezeigt, ist ein konvexer Abschnitt 106c auf dem äußeren Umfangsabschnitt des niedrigen Nockens 106b gebildet. In ähnlicher Weise ist der konvexe Abschnitt 105c auf dem äußeren Umfangsabschnitt des hohen Nockens 105a gebildet, und ist der konvexe Abschnitt 106c auf dem äußeren Umfangsabschnitt des niedrigen Nockens 106a gebildet. Die konvexen Abschnitte 105c der hohen Nocken 105a und 105b sind höher als die konvexen Abschnitte 106c der niedrigen Nocken 106a und 106b.

Eine Nockeneinheit 107 wird durch die Nockenstücke 102a und 102b, die hohen Nocken 105a und 105b und die niedrigen Nocken 106a und 106b gebildet. Die Nockeneinheit 107 ist mit der Nockenwelle 104 beispielsweise keilverzahnt und ausgestaltet, sich um die Nockenwelle 104 zusammen mit der Nockenwelle 104 einstückig zu drehen. Die Nockeneinheit 107 ist außerdem so gestützt, dass sie in Bezug auf die Nockenwelle 104 entlang der Achsenrichtung der Nockenwelle 104 linear beweglich ist.

Ventile 108a und 108b sind um die Nockeneinheit 107 angeordnet. Kipphebelrollen 110a und 110b sind in Kipphebeln 109a und 109b vorgesehen, die die Ventile 108a und 108b stützen. Die Ventile 108a und 108b werden durch eine Spiralfeder und Ähnliches (nicht dargestellt) zu der Nockenwelle 104 gedrückt, und die Kipphebelrollen 110a und 110b sind ausgestaltet, gemäß der linearen Bewegungsposition der Nockeneinheit 107 an den hohen Nocken 105a und 105b oder den niedrigen Nocken 106a und 106b anzuliegen.

Als Nächstes wird unter Bezug auf 12 und 13 eine Beschreibung von Öffnungs- und Schließarbeitsschritten der Ventile 108a und 108b durch den derart ausgestalteten Nockenumschaltmechanismus 100 gegeben.

Wie in 12 gezeigt, dreht sich die Nockeneinheit 107 in einem Zustand, in dem die hohen Nocken 105a und 105b an den Kipphebelrollen 110a und 110b anliegen. Zu diesem Zeitpunkt sind die konvexen Abschnitte 105c auf den äußeren Umfangsabschnitten der hohen Nocken 105a und 105b gebildet und drücken die Kipphebelrollen 110a und 110b gemäß den Drehpositionen der konvexen Abschnitte 105c, wodurch die Kipphebel 109a und 109b auf einer Seite um Enden J schwenken. In Übereinstimmung mit dem Schwenken der Kipphebel 109a und 109b bewegen sich die Ventile 108a und 108b linear in der radialen Richtung der hohen Nocken 105a und 105b, d. h. in einer Richtung im Wesentlichen entlang der Y-Achse in der Zeichnung.

Wie in 13 gezeigt, dreht sich die Nockeneinheit 107 alternativ in einem Zustand, in der die niedrigen Nocken 106a und 106b an den Kipphebelrollen 110a und 110b anliegen. Zu diesem Zeitpunkt sind die konvexen Abschnitte 106c auf den äußeren Umfangsabschnitten der niedrigen Nocken 106a und 106b gebildet und drücken die Kipphebelrollen 110a und 110b gemäß den Drehpositionen der konvexen Abschnitte 106c, wodurch die Kipphebel 109a und 109b auf einer Seite um die Enden J schwenken. In Übereinstimmung mit dem Schwenken der Kipphebel 109a und 109b bewegen sich die Ventile 108a und 108b linear in der radialen Richtung der niedrigen Nocken 106a und 106b, d. h. in der Richtung im Wesentlichen entlang der Y-Achse in der Zeichnung.

Zu diesem Zeitpunkt sind die konvexen Abschnitte 105c der hohen Nocken 105a und 105b höher als die konvexen Abschnitte 106c der niedrigen Nocken 106a und 106b, und daher ist ein linearer Bewegungsbereich Lh jedes der Ventile 108a und 108b bei Verwendung der hohen Nocken 105a und 105b, die in 12A gezeigt sind, größer als ein linearer Bewegungsbereich Ll jedes der Ventile 108a und 108b bei Verwendung der niedrigen Nocken 106a und 106b, die in 13A gezeigt sind.

Als Nächstes wird unter Bezug auf 12 bis 15 eine Beschreibung eines Umschaltarbeitsschritts der hohen Nocken 105a und 105b und der niedrigen Nocken 106a und 106b durch den Nockenumschaltmechanismus 100 gegeben.

Wie in 14 gezeigt, schaltet der elektromagnetische Aktuator 1 auf der rechten Seite in der Zeichnung in dem Zustand, in dem die hohen Nocken 105a und 105b an den Kipphebelrollen 110a und 110b anliegen, den Regelstift 11 von der AUS-Position in die AN-Position, zu einem Zeitpunkt, an dem die Spiralnut 103b des Nockenstücks 102b unmittelbar unter dem elektromagnetischen Aktuator 1 positioniert ist, wodurch die Spitze herausgeschoben wird und veranlasst wird, in die Spiralnut 103b einzutreten.

Mit der Drehung der Nockeneinheit 107 in einem Zustand, in dem die Spitze des Regelstifts 11 in der Spiralnut 103b ist, bewegt sich die Nockeneinheit 107 in eine bestimmte Richtung entlang der Achse der Nockenwelle 104, d. h. in die positive Richtung einer X-Achse in der Zeichnung. Die Spiralnut 103b ist hierbei so bereitgestellt, dass der Bewegungsbereich der Nockeneinheit 107 im Wesentlichen gleich einem Abstand Lc zwischen jeweiligen Mittelpunkten der hohen Nocken 105a und 105b und der niedrigen Nocken 106a und 106b ist. Damit werden Nocken für die Arbeitsschritte der Ventile 108a und 108b von den hohen Nocken 105a und 105b auf die niedrigen Nocken 106a und 106b umgeschaltet.

Die sich verjüngende Fläche, die sanft ansteigt, ist außerdem an dem Ende der Spiralnut 103b gebildet und schiebt die Spitze des Regelstifts 11 zurück zum elektromagnetischen Aktuator 1 durch die Drehung der Nockeneinheit 107. Mit diesem Rücksetzmechanismus kehrt der Regelstift 11 des elektromagnetischen Aktuators 1 in die AUS-Position zurück, und der Nockenumschaltmechanismus 100 wird in einen Zustand gebracht, der in 13A gezeigt ist.

Wie in 15 gezeigt, schaltet in ähnlicher Weise der elektromagnetische Aktuator 1 auf der linken Seite in der Zeichnung in dem Zustand, in dem die niedrigen Nocken 106a und 106b an den Kipphebelrollen 110a und 110b anliegen, den Regelstift 11 von der AUS-Position in die AN-Position, zu einem Zeitpunkt, an dem die Spiralnut 103a des Nockenstücks 102a unmittelbar unter dem elektromagnetischen Aktuator 1 positioniert ist, wodurch die Spitze herausgeschoben wird und veranlasst wird, in die Spiralnut 103a einzutreten.

Mit der Drehung der Nockeneinheit 107 in dem Zustand, in dem die Spitze des Regelstifts 11 in der Spiralnut 103a ist, bewegt sich die Nockeneinheit 107 in eine bestimmte Richtung entlang der Achse der Nockenwelle 104, d. h. in die negative Richtung der X-Achse in der Zeichnung. Die Ausrichtung der Spiralnut 103a ist hierbei entgegengesetzt zu der der Spiralnut 103b, und deshalb bewegt sich die Nockeneinheit 107 in eine Richtung, die der in dem Zustand, der in Fig. 1104 gezeigt ist, entgegengesetzt ist. Damit werden die Nocken, die für die Arbeitsschritte der Ventile 108a und 108b verwendet werden, von den niedrigen Nocken 106a und 106b auf die hohen Nocken 105a und 105b umgeschaltet.

Die sich verjüngende Fläche, die sanft ansteigt, ist außerdem an dem Ende der Spiralnut 103a in ähnlicher Weise wie bei dem Ende der Spiralnut 103b gebildet und schiebt die Spitze des Regelstifts 11 zurück zum elektromagnetischen Aktuator 1 durch die Drehung der Nockeneinheit 107. Mit diesem Rücksetzmechanismus kehrt der Regelstift 11 des elektromagnetischen Aktuators 1 in die AUS-Position zurück, und der Nockenumschaltmechanismus 100 wird in einen Zustand gebracht, der in 12A gezeigt ist.

Im Hinblick auf das Vorhergenannte, ist der elektromagnetische Aktuator 1 gemäß Ausführungsform 1 ausgestaltet, Folgendes zu umfassen: die Gehäuse 2 und 3, die aus magnetischem Material gefertigt sind, den Statorkern, der in den Gehäusen 2 und 3 eingebaut ist, die Spule 6, die den magnetischen Fluss in dem Statorkern erzeugt, den Dauermagneten 7, der die Anziehungskraft zu und die Abstoßungskraft von dem Statorkern erzeugt, und den Ventilkolben 8, der einstückig mit dem Dauermagnet 7 ist, der in der Ausgangsposition durch die Anziehung des Dauermagneten 7 zum Statorkern gehalten wird, wenn die Spule 6 nicht erregt ist, und der sich von der Ausgangsposition durch die Abstoßung des Dauermagneten 7 vom Statorkern bewegt, wenn die Spule 6 erregt ist. Außerdem weist der Statorkern die Struktur auf, in der eine Vielzahl der geteilten Kerne 4 und 5, die gespaltene Kerne sind, in der Bewegungsrichtung A des Ventilkolbens 8 angeordnet sind, die Öffnung, die es dem Ventilkolben 8 ermöglicht, dort hindurchzugelangen, in mindestens dem geteilten Kern 5 als einem der Vielzahl der geteilten Kerne 4 und 5 gebildet ist, der sich am nächsten zur Seite des Dauermagneten 7 befindet, und der Ventilkolben 8 in der Form gebildet ist, die es dem Ventilkolben 8 ermöglicht, durch die Öffnung, die in dem geteilten Kern 5 gebildet ist, bis zu der Position in den Statorkern einzutreten, in der der Ventilkolben 8 magnetisch die geteilten Kerne 4 und 5 in der Ausgangsposition verbindet, und da sich der magnetische Widerstand des magnetischen Wegs, der durch die Spule 6 verläuft, schnell wegen der Lagebeziehung zwischen dem Teilungsabschnitt der geteilten Kerne 4 und 5 und dem Ventilkolben 8 ändert, ändert sich der magnetische Fluss D, der durch den magnetischen Weg fließt, schnell, und die große gegenelektromotorische Kraft wird erzeugt.

Durch Erfassen der gegenelektromotorischen Kraft wird es möglich, die Position des Ventilkolbens 8 zu erfassen, und es ist möglich, die Position des Ventilkolbens 8 zum Überwachen des Aktuatorzustands des elektromagnetischen Aktuators 1, für die Erfassung von fehlerhaften Zuständen und Ähnliches zu verwenden.

Außerdem wird eine Änderung der Flussverkettung durch eine Spule in großem Umfang durch die Änderung der Position des Ventilkolbens 8 erhöht, und daher wird selbst in dem Fall, in dem thermische Entmagnetisierung oder Ähnliches auftritt und der magnetische Fluss des Dauermagneten 7 verringert wird oder schwankt, eine gegenelektromotorische Kraft erzeugt, und es ist möglich, die Position des Ventilkolbens 8 zu erfassen.

Überdies ist es selbst in dem Fall, in dem die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilkolbens 8 langsam ist, möglich, den Betrag der Flussverkettung durch die Spule durch die Änderung der Position zu sichern, und daher ist es möglich, die Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Elements 10 unter Verwendung einer Luftdämpferfunktion oder Ähnlichem zu verringern. Damit ist es möglich, Geräusche zu verringern, wenn das bewegliche Element 10 an dem geteilten Kern 5 oder dem Gehäuse 3 anliegt.

Gemäß Ausführungsform 1 ist der Ventilkolben 8 außerdem ausgestaltet, die Platte 81, die an dem geteilten Kern 5 als einem der Vielzahl der geteilten Kerne 4 und 5 anliegt, der am nächsten zur Seite des Dauermagneten 7 ist, und den Vorsprung 82 aufzuweisen, der von der Platte 81 hervorragt und in die Öffnung eintritt, die in dem geteilten Kern 5 gebildet ist, und daher liegt die Platte 81 des Ventilkolbens 8 auf dem geteilten Kern 5 an, und es ist dadurch möglich, die große Anziehungskraft und Abstoßungskraft zu erhalten. Überdies dient die Platte 81 durch Vergrößern der Platte 81 in der radialen Richtung als der magnetische Weg, durch den der magnetische Fluss zum Gehäuse 2 fliest.

Gemäß Ausführungsform 1 ist der geteilte Kern 5 als einer der Vielzahl der Kerne 4 und 5, der am nächsten zur Seite des Dauermagneten 7 ist, außerdem ausgestaltet, die Platte 51, in der die Öffnung gebildet ist, die es dem Ventilkolben 8 ermöglicht, dort hindurchzugelangen, und den röhrenförmigen Vorsprung 52 aufzuweisen, der von der Kante der Öffnung zu dem anderen geteilten Kern 4 hervorragt, und daher liegt die Platte 51 des geteilten Kerns 5 auf der Platte 81 des Ventilkolbens 8 an, und dadurch ist es möglich, die große Anziehungskraft und Abstoßungskraft zu erhalten. Überdies dient die Platte 51 durch Vergrößern der Platte 51 des geteilten Kerns 5 als der magnetische Weg, durch den der magnetische Fluss zum Gehäuse 2 geflogen wird.

Gemäß Ausführungsform 1 sind die Ventilkolben 8 und 9 außerdem durch die zwei Magnetkörper gebildet, zwischen denen der Dauermagnet 7 sandwichartig eingefasst ist, und daher ist es möglich, den Streufluss des Dauermagneten 7 wirksam zu verwenden. Überdies ist es möglich, den Dauermagneten 7 vor dem Stoß zu schützen.

Gemäß Ausführungsform 1 ist der Ventilkolben 9 als einer der Ventilkolben 8 und 9, der auf der Seite entfernt vom Statorkern ist, außerdem ausgestaltet, die plattenartige Form aufzuweisen, und daher ist es möglich, den Streufluss des Dauermagneten 7 wirksam zu verwenden. Überdies dient der Ventilkolben 9 durch Vergrößern des plattenartigen Ventilkolbens 9 in der radialen Richtung als der magnetische Weg, durch den der magnetische Fluss zum Gehäuse 2 geflogen wird.

Gemäß Ausführungsform 1, wie in 8A gezeigt, ist es außerdem möglich, die gegenelektromotorische Kraft effizient zu erzeugen, in dem Fall, in dem der Ventilkolben 8 als einer der Ventilkolben 8 und 9, der auf der Seite nahe dem Statorkern ist, durch die Platte 81, die eine der Flächen des Dauermagneten 7 bedeckt und an dem geteilten Kern 5 anliegt, und den Vorsprung 82 gebildet ist, der von der Platte 81 hervorragt und in die Öffnung eintritt, die in dem geteilten Kern 5 gebildet ist, und in dem der Ventilkolben 9, der auf der Seite entfernt vom Statorkern ist, ausgestaltet ist, die plattenartige Form aufzuweisen, die die andere Fläche des Dauermagneten 7 bedeckt.

Andererseits, wie in 8B gezeigt, in dem Fall, in dem der Ventilkolben 8f als einer der Ventilkolben 8 und 9, der auf der Seite nahe dem Statorkern ist, ausgestaltet ist, die plattenartige Form aufzuweisen, die eine der Flächen des Dauermagneten 7 bedeckt und an dem geteilten Kern 5 anliegt, und in dem der Ventilkolben 9f, der auf der Seite entfernt vom Statorkern ist, durch die Platte 91f, die die andere Fläche des Dauermagneten 7 bedeckt, und den Vorsprung 92f gebildet ist, der von der Platte 91f hervorragt, durch den Dauermagneten 7 verläuft und in die Öffnung eintritt, die in dem geteilten Kern 5 gebildet ist, ist dessen Zusammenbau vereinfacht, und der Dauermagnet 7 ist nicht leicht dezentriert.

Gemäß Ausführungsform 1, wie in 2 gezeigt, ist es in dem Fall, in dem die Ausgestaltung angenommen wird, in der die Position des Endes des Vorsprungs 82 des Ventilkolbens 8 in der Ausgangsposition und die Position des Teilungsabschnitts der geteilten Kerne 4 und 5 zueinander ausgerichtet sind, außerdem möglich, das bewegliche Element 10 in der Ausgangsposition zu erfassen.

Andererseits ist es, wie in 6 gezeigt, in dem Fall, in dem die Ausgestaltung angenommen wird, in der die Position des Endes des Vorsprungs 82 des Ventilkolbens 8 und die Position des Teilungsabschnitts der geteilten Kerne 4 und 5 in der Ausgangsposition versetzt zueinander sind, möglich, das bewegliche Element 10 in einer anderen Position als der Ausgangsposition zu erfassen.

Es ist zu beachten, dass in der oben genannten Beschreibung die Ausgestaltung der Ausführungsform 1 auf den elektromagnetischen Aktuator des Typs angewendet wird, der einen Regelstift aufweist, aber die Ausgestaltung der Ausführungsform 1 kann auch auf den elektromagnetischen Aktuator des Typs angewendet werden, der zwei oder mehr Regelstifte aufweist.

In der vorliegenden Erfindung ist es zusätzlich zu den oben beschriebenen Abwandlungen und Auslassungen möglich, innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung beliebig Bestandteile in den Ausführungsformen abzuändern oder beliebig Bestandteile in den Ausführungsformen auszulassen.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Da sich der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator von der Ausgangsposition unter Verwendung der Abstoßungskraft zwischen dem Magnetpol, der in dem Statorkern durch Erregen der Spule erzeugt wird, und dem Magnetpol des Dauermagneten als Antriebsquelle bewegt und in die Ausgangsposition durch die Kraft von außen zurückkehrt, wird der elektromagnetische Aktuator passend in dem Nockenumschaltmechanismus oder Ähnlichem verwendet, der den Ventilhubbetrag des Verbrennungsmotors anpasst.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

  • 1, 1a, 1b, 1g, 1h, 1i, 1j: Elektromagnetischer Aktuator; 2, 3: Gehäuse; 4, 5: Geteilter Kern; 4a: Kern; 4g: Verbindungsabschnitt; 4h-1 bis 4h-3: Geteilter Kern; 4j: Geteilter Kern; 51: Platte; 52: Vorsprung; 6: Spule; 7, 7j: Dauermagnet; 8, 8c bis 8f, 8j, 9, 9f, 9j: Ventilkolben; 81: Platte; 82, 82b bis 82e, 82j: Vorsprung; 91f: Platte; 92f: Vorsprung; 10, 10f: Bewegliches Element; 11: Regelstift; 12: Ventilkolbenführung; 13: Stecker; 100: Nockenumschaltmechanismus; 102a, 102b: Nockenstück; 103a, 103b: Spiralnut; 104: Nockenwelle; 105a, 105b: Hoher Nocken; 105c, 106c: Konvexer Abschnitt; 106a, 106b: Niedriger Nocken; 107: Nockeneinheit; 108a, 108b: Ventil; 109a, 109b: Kipphebel; 110a, 110b: Kipphebelrolle