JP2002147211A - Electromagnet actuator - Google Patents
Electromagnet actuatorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、電磁バルブのア
クチュエータ機構に関し、より具体的には自動車、船舶
等に搭載されるエンジンにおける各種バルブを駆動する
電磁石型アクチュエータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator mechanism for an electromagnetic valve, and more particularly, to an electromagnetic actuator for driving various valves in an engine mounted on an automobile, a ship or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】自動車などのエンジンにおける吸排気バ
ルブを、従来の機械的駆動に代えて電磁的に駆動するア
クチュエータは、一般に電磁石型アクチュエータと呼ば
れる。このような電磁石型アクチュエータは、電気信号
を制御することによって駆動のタイミングおよび駆動力
をきめ細かく制御することができ、精密なタイミング制
御および可変制御が望まれる分野で必要性が高い。2. Description of the Related Art An actuator that drives an intake / exhaust valve in an engine of an automobile or the like electromagnetically instead of a conventional mechanical drive is generally called an electromagnet type actuator. Such an electromagnet type actuator can precisely control the driving timing and driving force by controlling an electric signal, and is highly needed in a field where precise timing control and variable control are desired.
【0003】このような電磁石型アクチュエータの1つ
に、電磁石に交互に電力を供給して一方の端と他方の端
との間で、対向する一対のバネに挟まれたアマチャ(ar
mature)を駆動するものがある。バルブは、バルブシャ
フトによりアマチャに連結され、アマチャの移動に応じ
て開閉動作する。[0003] An armature (ar) sandwiched between a pair of opposing springs is provided between one end and the other end by alternately supplying power to an electromagnet to one of such electromagnet type actuators.
mature). The valve is connected to the armature by a valve shaft, and opens and closes in response to movement of the armature.
【0004】電磁石型アクチュエータは、いわゆるEI
型と呼ばれるヨーク、アマチャ、およびコイルを備えて
いる。コイルとヨークは、電磁石を構成し、コイルに流
れる電流の大きさに応じて磁束を発生する。アマチャ
は、この駆動方向に沿った磁束の大きさに応じて電磁石
に引きつけられ、所望の駆動動作を果たす。一般的に、
アマチャを鎖交する磁束の方向および大きさは、ヨー
ク、アマチャ、コイルの構成および形状などに依存す
る。さらにアマチャの駆動時には、駆動方向におけるア
マチャとヨークとの距離が変化するので、アマチャを鎖
交する磁束の方向および大きさも、その距離に応じて複
雑に変化する。An electromagnet type actuator is a so-called EI.
It has a yoke, an armature, and a coil called a mold. The coil and the yoke constitute an electromagnet, and generate a magnetic flux according to the magnitude of the current flowing through the coil. The armature is attracted to the electromagnet according to the magnitude of the magnetic flux along the driving direction, and performs a desired driving operation. Typically,
The direction and magnitude of the magnetic flux linking the armature depends on the configuration and shape of the yoke, the armature, and the coil. Further, at the time of driving the armature, the distance between the armature and the yoke in the driving direction changes, so that the direction and the magnitude of the magnetic flux linking the armature also change complicatedly according to the distance.
【0005】したがって、アマチャを効率よく駆動させ
るためには、どのようなアマチャ位置においてもアマチ
ャを鎖交する磁束の大きさが可能な限り大きくなるよう
な、ヨーク、アマチャ、コイルの構成および形状をとる
ことが望ましい。Therefore, in order to drive the armature efficiently, the configuration and shape of the yoke, the armature, and the coil must be such that the magnitude of the magnetic flux linking the armature becomes as large as possible at any armature position. It is desirable to take.
【0006】従来技術の電磁石型アクチュエータの断面
図を図1に示す。電磁石型アクチュエータ11は、バル
ブ13、バルブシャフト15、アマチャ17、開側バネ
19、閉側バネ21、閉側ヨーク23、開側ヨーク2
5、閉側コイル27、および開側コイル29、を備え
る。バルブ13は、バルブシャフト15によりアマチャ
17に連結され、アマチャ17の移動に応じて開閉動作
することができる。開側ヨーク25により囲まれた開側
コイル29、および閉側ヨーク23により囲まれた閉側
コイル27はそれぞれ、任意の電気的制御手段によって
電流を供給されて磁束を発生することができる。両方の
コイルに電流が流れていない場合(すなわち磁束が発生
していない場合)、アマチャ17は、開側バネ19およ
び閉側バネ21から成る一対のバネによってオフセット
荷重を与えられ、閉側ヨーク23と開側ヨーク25との
間の中立位置に保持される。FIG. 1 is a sectional view of a conventional electromagnet type actuator. The electromagnet type actuator 11 includes a valve 13, a valve shaft 15, an armature 17, an open spring 19, a closed spring 21, a closed yoke 23, and an open yoke 2.
5, a closed coil 27 and an open coil 29. The valve 13 is connected to the armature 17 by a valve shaft 15 and can open and close according to the movement of the armature 17. The open-side coil 29 surrounded by the open-side yoke 25 and the closed-side coil 27 surrounded by the closed-side yoke 23 can be supplied with current by any electric control means to generate magnetic flux. When current does not flow through both coils (that is, when no magnetic flux is generated), the armature 17 is given an offset load by a pair of springs including an open-side spring 19 and a closed-side spring 21, and the closed yoke 23 And the open side yoke 25 is held at a neutral position.
【0007】一方のコイルに電流を流して、一対のバネ
の反発力に打ち勝つ磁束を発生させた場合、アマチャ1
7は、その磁気吸引力によりヨークに着座する。適当な
時間、一定の電流がコイルに供給されて、アマチャ17
は、着座を保持し、電流供給の停止を契機として着座状
態から開放される。着座状態から開放されるとき、アマ
チャ17は、バネの位置エネルギによって他方のヨーク
に向かって移動を始める。このときアマチャ17の変位
に応じて、他方のコイルに適当な電流が供給され、アマ
チャ17を他方のヨークに引きつける磁気吸引力が発生
する。When a current is applied to one coil to generate a magnetic flux that overcomes the repulsive force of a pair of springs, the armature 1
7 is seated on the yoke by its magnetic attraction. For a suitable period of time, a constant current is supplied to the coil and the armature 17
Is released from the seated state when the current supply is stopped. When released from the seated state, the armature 17 starts moving toward the other yoke due to the potential energy of the spring. At this time, an appropriate current is supplied to the other coil in accordance with the displacement of the armature 17, and a magnetic attraction force that attracts the armature 17 to the other yoke is generated.
【0008】従来技術の電磁石型アクチュエータ11に
おけるアマチャ17の位置による磁束の状態を表す模式
図を図2に示す。この図においては、便宜的に、バネ、
バルブ、およびバルブシャフトは図示されない。ここ
で、磁束を31で示し、アマチャ着座時の吸引力の向き
を33で示す。この図においては、電流が下方のコイル
に流され、アマチャ17を下方の電磁石に着座させるた
めの磁束31を発生している。図2の(a)は、アマチ
ャ17が着座側ヨーク(図で下側のヨーク)に対して離
れている場合を示し、図2の(b)は、アマチャ17が
着座側ヨークに着座している場合を示す。FIG. 2 is a schematic diagram showing the state of magnetic flux depending on the position of the armature 17 in the conventional electromagnet type actuator 11. In this figure, for convenience, a spring,
The valve and the valve shaft are not shown. Here, the magnetic flux is indicated by 31, and the direction of the attraction force when the armature is seated is indicated by 33. In this figure, a current is passed through a lower coil to generate a magnetic flux 31 for seating the armature 17 on a lower electromagnet. FIG. 2A shows a case where the armature 17 is separated from the seating yoke (the lower yoke in the figure), and FIG. 2B shows a case where the armature 17 is seated on the seating yoke. Indicates when
【0009】図2の(a)の場合、すなわちアマチャ1
7が着座側ヨークから離れている場合、アマチャ17と
着座側ヨークとの間の空隙が大きく、アマチャ17と着
座側ヨークを通過する磁路の磁気抵抗が大きいのでアマ
チャ17を鎖交する磁束31が少なくなり、空間に大量
の磁束31が漏れる。したがってアマチャ17をヨーク
に引きつける磁気吸引力も小さい。一方、図2の(b)
の場合、すなわちアマチャ17がヨークに着座している
場合、空隙が十分小さくなって磁気抵抗が急激に小さく
なるので、磁束31は急激に増加する。これにより磁気
吸引力も、アマチャ17が離れている場合と比較して大
きくなる。In the case of FIG. 2A, that is, the armature 1
When the armature 7 is apart from the seating side yoke, the air gap between the armature 17 and the seating side yoke is large, and the magnetic resistance passing through the armature 17 and the seating side yoke has a large magnetic resistance. And a large amount of magnetic flux 31 leaks into the space. Therefore, the magnetic attraction for attracting the armature 17 to the yoke is small. On the other hand, FIG.
In other words, when the armature 17 is seated on the yoke, the air gap becomes sufficiently small and the magnetic resistance rapidly decreases, so that the magnetic flux 31 rapidly increases. Thereby, the magnetic attraction force is also increased as compared with the case where the armature 17 is separated.
【0010】前述のようなアマチャ17とヨークとの距
離が離れている場合における磁気抵抗の増大に対して、
ヨークの形状を変えることによって磁気抵抗を従来より
も小さくする構造が提案されている。そのような構造を
用いた電磁石型アクチュエータ35の簡単な断面図を図
3に示す。この図も、電流が下方のコイルに流され、磁
束31を発生する状態を示している。図3の(a)は、
アマチャ17が着座側ヨーク(図で下側のヨーク)に対
して離れている場合を示し、図3の(b)は、アマチャ
17が着座側ヨークに着座している場合を示す。With respect to the increase in the magnetic resistance when the distance between the armature 17 and the yoke is large as described above,
A structure has been proposed in which the magnetic resistance is made smaller than before by changing the shape of the yoke. FIG. 3 shows a simple sectional view of an electromagnet type actuator 35 using such a structure. This figure also shows a state in which a current is passed through a lower coil to generate a magnetic flux 31. (A) of FIG.
FIG. 3B shows a case where the armature 17 is separated from the seating-side yoke (the lower yoke in the drawing), and FIG. 3B shows a case where the armature 17 is seated on the seating-side yoke.
【0011】図2に示すアクチュエータ11のヨークと
比較すると、図3に示すアクチュエータ35の閉側のヨ
ークと開側のヨークは、外周部において連続する。この
ような構造をとることによって、連続するヨーク37と
アマチャの側縁部39との間の小さな空隙で磁気回路が
構成され、アマチャ17が着座側ヨークから離れている
時でも、磁気抵抗を小さくすることができる。As compared with the yoke of the actuator 11 shown in FIG. 2, the yoke on the closed side and the yoke on the open side of the actuator 35 shown in FIG. By adopting such a structure, a magnetic circuit is formed by a small gap between the continuous yoke 37 and the side edge portion 39 of the armature, and the magnetic resistance is reduced even when the armature 17 is separated from the seating side yoke. can do.
【0012】図3の(a)の場合、すなわちアマチャ1
7が着座側ヨークから離れている場合、ヨーク37とア
マチャの側縁部39との間の小さな空隙で磁気回路が構
成されるので、磁気抵抗が低減され、より多くの磁力線
がアマチャ17を鎖交する。このため、アマチャ17が
着座側ヨークから離れている場合の磁気抵抗が減少し、
アマチャ17を鎖交する磁束31の大きさは増大する。In the case of FIG. 3A, that is, the armature 1
When the armature 7 is away from the seating yoke, the magnetic circuit is formed by a small gap between the yoke 37 and the side edge 39 of the armature, so that the magnetic resistance is reduced and more lines of magnetic force link the armature 17. Intersect. Therefore, the magnetic resistance when the armature 17 is separated from the seat side yoke decreases,
The magnitude of the magnetic flux 31 linking the armature 17 increases.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術の構造においては、磁気吸引力の垂直方向
成分の比率が減少するので、アマチャ17を引きつける
吸引力は増大しない。さらにアマチャ17がヨーク37
に着座した状態では、アマチャ17の中心部は内側のヨ
ークの着座面41に完全に着座するけれども、連続する
ヨーク37とアマチャの側縁部39との間に空隙が存在
するので、磁気抵抗を十分小さくすることができない。
また、連続するヨーク37とアマチャの側縁部39との
間では、磁気吸引力は水平方向に作用し、アマチャ17
を下方に引きつける吸引力としては作用しない。このた
め、下方に十分な大きさの保持力を発生させるために
は、比較的大きな電流を流さなければならない。However, in such a prior art structure, the ratio of the vertical component of the magnetic attractive force is reduced, so that the attractive force for attracting the armature 17 does not increase. Further, the armature 17 has a yoke 37
In the seated state, the center of the armature 17 is completely seated on the seating surface 41 of the inner yoke, but since there is a gap between the continuous yoke 37 and the side edge 39 of the armature, the magnetic resistance is reduced. It cannot be made small enough.
Also, between the continuous yoke 37 and the side edge 39 of the armature, the magnetic attraction acts in the horizontal direction, and
It does not act as a suction force to draw the downward. Therefore, in order to generate a sufficient holding force downward, a relatively large current must be passed.
【0014】したがって、この発明は、アマチャがヨー
クから離れた位置にあるときでも電磁石駆動時の磁気抵
抗を小さくし、かつ着座時に小さな保持電流でアマチャ
を保持することができる電磁石型アクチュエータを提供
することを目的とする。Accordingly, the present invention provides an electromagnet type actuator which can reduce the magnetic resistance when driving the electromagnet and can hold the armature with a small holding current when seated even when the armature is at a position away from the yoke. The purpose is to:
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、この発明の電磁石型アクチュエータは、バルブに接
続され、非動作状態で中立位置に支持されるアマチャ
と、前記アマチャを挟んで対向し、該アマチャを前記バ
ルブの閉位置と開位置との間で駆動する第1および第2
の電磁石と、を備える電磁石型アクチュエータであっ
て、前記第1および第2の電磁石のヨークは外周部が伸
延ヨーク部により接続されており、前記アマチャが前記
第1または第2の電磁石に着座した状態において、該ア
マチャの端部が前記ヨークの端面に対面し、前記アマチ
ャの側縁部と前記伸延ヨーク部との間には空隙が存在す
る。In order to solve the above problems, an electromagnet type actuator according to the present invention faces an armature connected to a valve and supported at a neutral position in a non-operating state, with the armature interposed therebetween. First and second driving the armature between a closed position and an open position of the valve.
An electromagnet-type actuator comprising: an electromagnet; and a yoke of the first and second electromagnets has an outer peripheral portion connected by an extension yoke portion, and the armature is seated on the first or second electromagnet. In this state, the end of the armature faces the end surface of the yoke, and a gap exists between the side edge of the armature and the extension yoke.
【0016】この発明によると、第1及び第2のヨーク
が外周部で伸延ヨーク部により接続されているので、ア
マチャが第1または第2の電磁石から離れた位置にある
ときにも、電磁石駆動時の磁気抵抗が比較的小さく、か
つアマチャの着座時にはアマチャの端部がヨークの端面
に対面するので垂直方向の吸引力を効率よく発生するこ
とができ、小さな保持電流でアマチャを保持することが
できる。According to the present invention, since the first and second yokes are connected by the extension yoke portion at the outer peripheral portion, the electromagnet drive can be performed even when the armature is at a position away from the first or second electromagnet. When the armature is seated, the armature faces the end face of the yoke, so that a vertical attractive force can be efficiently generated, and the armature can be held with a small holding current. it can.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】次に図面を参照して、この発明の
実施例を説明する。図4は、この発明による電磁石型ア
クチュエータ43を簡単に示した断面図である。この図
においては、バネ、バルブ、およびバルブシャフトを便
宜的に図示していないが、ヨーク45の構造を除いて図
1に示すものと同じものである。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a sectional view schematically showing an electromagnet type actuator 43 according to the present invention. In this figure, a spring, a valve, and a valve shaft are not shown for convenience, but are the same as those shown in FIG. 1 except for the structure of the yoke 45.
【0018】この発明による電磁石型アクチュエータ4
3のヨーク45は、コイルを囲む外周部および内周部の
壁を上下に有しており、外周部の上下が伸延ヨーク部4
7で接続される。コイルは、ヨーク45の上下で内周部
と外周部との間にそれぞれ配置され、第1の電磁石49
および第2の電磁石51を構成する。これらの電磁石
は、例えば図5に示すような任意の電気的制御手段によ
って電流を供給され、アマチャ17を駆動するための磁
束を発生することができる。両方のコイルに電流が流れ
ていない場合(すなわち磁束が発生していない場合)、
アマチャ17は、一対のバネによってオフセット荷重を
与えられ、あらかじめ定められた中立位置に保持され
る。Electromagnet type actuator 4 according to the present invention
The yoke 45 has an outer peripheral wall and an inner peripheral wall surrounding the coil at upper and lower sides, and the upper and lower outer peripheral parts are at the extension yoke part 4.
7 is connected. The coils are arranged above and below the yoke 45 between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion, respectively.
And the second electromagnet 51. These electromagnets can be supplied with current by, for example, any electric control means as shown in FIG. 5 to generate a magnetic flux for driving the armature 17. If no current is flowing through both coils (ie, no magnetic flux is generated),
The armature 17 is given an offset load by a pair of springs, and is held at a predetermined neutral position.
【0019】アマチャ17は、第1の電磁石49と第2
の電磁石51との間で移動可能にされ、どのようなアマ
チャ位置においてもアマチャの側縁部39と伸延ヨーク
部47との間に空隙が存在するよう構成される。この実
施例においては、この空隙の大きさは、約0.1mmで
ある。さらにアマチャ17が第1または第2の電磁石4
9、51に着座した場合、アマチャの端部54は、外周
部のヨーク端面52に対面し、アマチャの端部54とヨ
ークの端面52との間の空隙は、アマチャの側縁部39
と伸延ヨーク部47との間の空隙より小さくされる。こ
の実施例においては、この空隙の大きさは、約0.02
mmである。The armature 17 includes a first electromagnet 49 and a second electromagnet 49.
Between the side edge 39 of the armature and the extension yoke 47 at any armature position. In this embodiment, the size of the gap is about 0.1 mm. Further, the armature 17 is the first or second electromagnet 4
9 and 51, the end 54 of the armature faces the yoke end face 52 of the outer periphery, and the gap between the end 54 of the armature and the end face 52 of the yoke is the side edge 39 of the armature.
And the extension yoke portion 47 is made smaller than the gap. In this embodiment, the size of the gap is about 0.02.
mm.
【0020】図4は、この発明による電磁石型アクチュ
エータ43の動作における磁束の状態を示す。この図に
おいても図2および図3の場合と同様に、電流が下方の
コイルに流され、アマチャを下方のヨークに着座させる
ための磁束31を発生している。図4の(a)は、アマ
チャ17が着座側ヨーク(図で下側のヨーク)から離れ
ている場合を示し、図4の(b)は、アマチャ17が着
座側ヨークに着座している場合を示す。FIG. 4 shows the state of magnetic flux in the operation of the electromagnet type actuator 43 according to the present invention. Also in this figure, as in the case of FIGS. 2 and 3, a current is passed through the lower coil to generate a magnetic flux 31 for seating the armature on the lower yoke. FIG. 4A shows a case where the armature 17 is separated from a seat-side yoke (the lower yoke in the figure), and FIG. 4B shows a case where the armature 17 is seated on the seat-side yoke. Is shown.
【0021】図4の(a)に示すようにアマチャ17が
着座側ヨークから十分離れている場合では、伸延ヨーク
部47とアマチャの側縁部39との間の空隙は、ヨーク
の端面52とアマチャの端部54との間の空隙と比較し
て小さい。したがって伸延ヨーク部47とアマチャの側
縁部39との間の空隙を介して、比較的大きな磁束が流
れる。これは、図3に示す電磁石型アクチュエータ35
と同様の効果をもたらし、着座側ヨークから離れた位置
のアマチャ17における磁気抵抗を下げる効果をもたら
す。When the armature 17 is sufficiently separated from the seat-side yoke as shown in FIG. 4A, the gap between the extension yoke portion 47 and the side edge portion 39 of the armature is formed with the end surface 52 of the yoke. It is small compared to the air gap between the end 54 of the armature. Therefore, a relatively large magnetic flux flows through the gap between the extension yoke portion 47 and the side edge portion 39 of the armature. This is the electromagnet type actuator 35 shown in FIG.
And the effect of lowering the magnetic resistance of the armature 17 at a position distant from the seat-side yoke.
【0022】図4の(b)に示すようにアマチャ17が
ヨークに着座する場合、アマチャ17の下方向への移動
により、ヨーク端面52とアマチャ端部54との間の空
隙が極めて小さくなる。しかしながら、伸延ヨーク部4
7とアマチャ側縁部39との間の空隙の大きさが変化し
ないので、この空隙は、ヨーク端面52とアマチャ端部
54との間の空隙と比較して相対的に大きくなる。この
結果、磁束の流れは、伸延ヨーク部47とアマチャ側縁
部39との間の空隙を通らずに、より磁気抵抗の小さな
ヨーク端面52とアマチャ端部54との間を通過する。
このときアマチャ17に作用する磁気吸引力は、ヨーク
端面52で作用する力が垂直方向の力として作用するの
で、図3に示した電磁石型アクチュエータ35と比較し
て大きくなる。したがって、本発明による電磁石型アク
チュエータ43は、アマチャ端部54とヨーク端面52
との距離が離れている場合に磁気抵抗を小さくするのと
同時に、着座時の保持力を発生させるのに要する電磁エ
ネルギを小さくして、コイルに流す電流を小さくするこ
とができる。When the armature 17 is seated on the yoke as shown in FIG. 4B, the gap between the yoke end face 52 and the armature end 54 becomes extremely small due to the downward movement of the armature 17. However, the distraction yoke 4
Since the size of the gap between the armature 7 and the armature side edge 39 does not change, this gap is relatively large as compared with the gap between the yoke end face 52 and the armature end 54. As a result, the flow of the magnetic flux does not pass through the gap between the extension yoke portion 47 and the armature side edge portion 39, but passes between the yoke end surface 52 and the armature end portion 54 having a smaller magnetic resistance.
At this time, the magnetic attraction force acting on the armature 17 is greater than that of the electromagnet type actuator 35 shown in FIG. 3 because the force acting on the yoke end face 52 acts as a vertical force. Therefore, the electromagnet type actuator 43 according to the present invention includes the armature end portion 54 and the yoke end surface 52.
When the distance is large, the magnetic resistance can be reduced, and at the same time, the electromagnetic energy required to generate a holding force at the time of sitting can be reduced, so that the current flowing through the coil can be reduced.
【0023】図5は、この発明による電磁石型アクチュ
エータ43に使用される制御装置53の全体的な構成例
を示す。制御装置53は、演算装置(CPU)55、制
御プログラムおよびデータを格納する読み取り専用メモ
リ(ROM)57、データを一時記憶し、CPUの演算
作業領域を提供するランダムアクセスメモリ(RAM)
59および入出力インターフェイス61を備える。FIG. 5 shows an overall configuration example of a control device 53 used in the electromagnet type actuator 43 according to the present invention. The control unit 53 includes an arithmetic unit (CPU) 55, a read-only memory (ROM) 57 for storing control programs and data, and a random access memory (RAM) for temporarily storing data and providing an arithmetic work area for the CPU.
59 and an input / output interface 61.
【0024】電磁石71は、電磁石型アクチュエータの
それぞれのコイルにより形成される第1の電磁石49ま
たは第2の電磁石51を示す。PWM(パルス幅変調)
ドライバ65は、制御装置53からの制御信号にしたが
って定電圧電源63から供給される電圧をパルス幅変調
し、電磁石71に供給する。電磁石71に供給された電
圧は、電圧検出器67で検出され、電流は電流検出器6
9で検出される。定電圧電源63は、車載のバッテリか
ら提供される12V等の電圧を昇圧してたとえば30V
から100Vの定電圧を供給する電源である。The electromagnet 71 indicates the first electromagnet 49 or the second electromagnet 51 formed by each coil of the electromagnet type actuator. PWM (pulse width modulation)
The driver 65 performs pulse width modulation on the voltage supplied from the constant voltage power supply 63 according to a control signal from the control device 53 and supplies the voltage to the electromagnet 71. The voltage supplied to the electromagnet 71 is detected by the voltage detector 67, and the current is supplied to the current detector 6
9 is detected. The constant voltage power supply 63 boosts a voltage, such as 12 V, provided from a vehicle-mounted battery to, for example, 30 V
This is a power supply that supplies a constant voltage of 100 V to 100 V.
【0025】制御装置53の入出力インターフェイス6
1には、電圧検出器67からの電圧検出信号、電流検出
器69からの電流検出信号、およびその他の任意の信号
が入力される。これらの入力から、あらかじめROM5
7に格納されている制御プログラムにしたがって、制御
装置53は、電力供給のタイミング、供給する電圧の大
きさ、電圧を供給する時間などのパラメータを決定す
る。決定されたパラメータに応じた制御信号が、制御装
置53の入出力インターフェイス61を介してPWMド
ライバ65に送られ、電磁石型アクチュエータを制御す
る。The input / output interface 6 of the control device 53
1, a voltage detection signal from the voltage detector 67, a current detection signal from the current detector 69, and any other signals are input. From these inputs, ROM5
In accordance with the control program stored in 7, the control device 53 determines parameters such as the timing of power supply, the magnitude of the supplied voltage, and the time of supplying the voltage. A control signal corresponding to the determined parameter is sent to the PWM driver 65 via the input / output interface 61 of the control device 53 to control the electromagnet type actuator.
【0026】制御装置53は、アマチャを他端に着座さ
せるまでは、あらかじめ定められた定電圧で電磁石71
に電力を供給し、アマチャを他端で保持するときには、
定電流で電磁石71に電力を供給するようにPWMドラ
イバ65を制御する。このような制御方法は、アマチャ
を安定して着座させる駆動動作を可能にする。The controller 53 controls the electromagnet 71 at a predetermined constant voltage until the armature is seated at the other end.
When power is supplied to the armature and the armature is held at the other end,
The PWM driver 65 is controlled so as to supply electric power to the electromagnet 71 with a constant current. Such a control method enables a driving operation for stably seating the armature.
【0027】図6から図8に、従来技術の電磁石型アク
チュエータ11、35および本発明による電磁石型アク
チュエータ43の駆動動作における各パラメータの推移
を示す。これらの図を参照して、この発明によるアクチ
ュエータの利点を説明する。FIGS. 6 to 8 show the transition of each parameter in the driving operation of the conventional electromagnet type actuators 11 and 35 and the electromagnetism type actuator 43 according to the present invention. With reference to these figures, advantages of the actuator according to the present invention will be described.
【0028】図6が図2に示す従来技術の電磁石型アク
チュエータ11の駆動動作における各パラメータの推移
を示し、図7が図3に示す連続するヨークを有する従来
技術のアクチュエータ35における各パラメータの推移
を示し、図8が図4に示す本発明の一実施例のアクチュ
エータ43の駆動動作の各パラメータの推移を示す。各
アクチュエータの駆動動作は、アマチャ17が一方の着
座面から開放されてから約3.5ms後に他方の着座面
に着座し、5msまで他方の着座面にアマチャ17を保
持するよう制御される。FIG. 6 shows the transition of each parameter in the driving operation of the conventional electromagnet type actuator 11 shown in FIG. 2, and FIG. 7 shows the transition of each parameter in the prior art actuator 35 having a continuous yoke shown in FIG. 8 shows the transition of each parameter of the driving operation of the actuator 43 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. The driving operation of each actuator is controlled so that about 3.5 ms after the armature 17 is released from one seating surface, the armature 17 is seated on the other seating surface, and the armature 17 is held on the other seating surface until 5 ms.
【0029】これらの図のいずれにおいても、珪素鋼板
の積層E型ヨークと、単板のアマチャを有するアクチュ
エータが使用された。x軸は、msを単位とする時間を
示し、アマチャが一方の着座面に完全に着座した状態を
0msとする。y軸は、それぞれの曲線(a〜e)に対
応して図示される。In each of these figures, an actuator having a laminated E-type yoke made of a silicon steel plate and a single-plate armature was used. The x-axis indicates time in units of ms, and the state where the armature is completely seated on one seating surface is defined as 0 ms. The y-axis is illustrated corresponding to each of the curves (ae).
【0030】それぞれの図において、曲線aは、一方の
着座面からのアマチャの変位を示す。アマチャが対向す
る電磁石との間で移動することができる移動量は、約7
mmである。曲線bは、電磁石に投入された電気エネル
ギを示す。このエネルギは、コイルに供給された電気エ
ネルギの推移を示しており、アクチュエータ駆動時に消
費される消費電力量に関連する。曲線cは、電磁石が発
生する垂直方向の吸引力の大きさを示す。ここでアマチ
ャを保持するのに必要な力は、約300Nである。それ
ぞれのアクチュエータにおいて、これに相当する電流が
アマチャを保持するためにコイルに供給されなければな
らない。この実施例において保持電流は、例えばPWM
ドライバ65を使用して一定電流を供給される。曲線d
は、コイルに流される電流を示す。曲線eは、電磁石を
構成するコイルの端子間に供給された電圧を示す。In each of the figures, the curve a shows the displacement of the armature from one seating surface. The amount of movement that the armature can move between the opposing electromagnet is about 7
mm. Curve b shows the electric energy input to the electromagnet. This energy indicates the transition of the electric energy supplied to the coil, and is related to the amount of power consumed when the actuator is driven. A curve c indicates the magnitude of the vertical attractive force generated by the electromagnet. Here, the force required to hold the armature is about 300N. In each actuator, a corresponding current must be supplied to the coil to hold the armature. In this embodiment, the holding current is, for example, PWM.
A constant current is supplied using the driver 65. Curve d
Indicates a current flowing through the coil. Curve e shows the voltage supplied between the terminals of the coil constituting the electromagnet.
【0031】図7の連続するヨークを有するアクチュエ
ータ35および図8の本発明のアクチュエータ43にお
けるヨークとアマチャ側縁部39との間の空隙は、とも
に0.1mmである。さらに、アマチャ17の着座時に
おけるヨークの端面とアマチャ端部との間の空隙は、す
べて0.02mmである。The gap between the yoke and the armature side edge 39 in the actuator 35 having the continuous yoke shown in FIG. 7 and the actuator 43 of the present invention shown in FIG. 8 is 0.1 mm. Further, the gap between the end surface of the yoke and the end of the armature when the armature 17 is seated is all 0.02 mm.
【0032】図6を参照して、ヨークの分かれたアクチ
ュエータ11の駆動動作の詳細を説明する。Referring to FIG. 6, the details of the driving operation of the actuator 11 having the divided yokes will be described.
【0033】1)0msにおけるアマチャの初期状態
は、アマチャが一方のヨークに着座した状態である。一
方のコイルにアマチャを保持する電流が供給され、アマ
チャは、一方のヨークで完全に静止している。このとき
他方のコイルには電流は流されず、このため他方のヨー
クにアマチャを引きつけようとする吸引力も存在しな
い。1) The initial state of the armature at 0 ms is a state where the armature is seated on one yoke. The current holding the armature is supplied to one coil, and the armature is completely stationary at one yoke. At this time, no current flows through the other coil, and therefore, there is no attractive force for attracting the armature to the other yoke.
【0034】2)アマチャを一方のヨークに保持する電
流の停止と同時に、アマチャが着座状態から開放され、
図における時間が経過し始める。アマチャは、一方のヨ
ークに対する保持力を失い、対向する一対のバネの位置
エネルギによって他方のヨークに向かって移動を始め
る。アマチャの開放直後から、アマチャの位置が中立位
置を過ぎるまでは、依然として他方のコイルに電流は供
給されず、バネの位置エネルギによる駆動力だけでアマ
チャは移動する。2) Simultaneously with stopping the current holding the armature in one yoke, the armature is released from the seated state,
The time in the figure begins to elapse. The armature loses the holding force on one yoke and starts moving toward the other yoke by the potential energy of the pair of opposing springs. Immediately after the armature is released, until the armature position passes the neutral position, no current is still supplied to the other coil, and the armature moves only by the driving force due to the potential energy of the spring.
【0035】3)アマチャの位置が中立位置を過ぎたあ
る時点、すなわち図6の場合、約2.5msが経過した
時点で、他方のコイルに定電圧が供給されることにより
電流が流れて磁束が発生し、他方のコイルにアマチャを
引きつける吸引力が発生する。この時点ではアマチャの
端部とヨークの端面との間の距離が離れているので、ア
マチャを流れる磁束は少なく、その吸引力も小さい。約
3msを経過した時点で、コイルに供給される電流はピ
ークとなるが、磁気吸引力は増加し続ける。3) At a certain point in time when the position of the armature has passed the neutral position, ie, in the case of FIG. 6, about 2.5 ms has elapsed, a current flows due to the supply of a constant voltage to the other coil and a magnetic flux. Is generated, and an attractive force for attracting the armature to the other coil is generated. At this time, since the distance between the end of the armature and the end surface of the yoke is large, the magnetic flux flowing through the armature is small, and the attraction force is also small. After about 3 ms, the current supplied to the coil reaches a peak, but the magnetic attraction continues to increase.
【0036】4)約3.5ms後にアマチャは、他方の
ヨークに着座する。この時点で、電磁石の制御は定電圧
駆動から定電流駆動に切り替わり、コイルに流れる保持
電流がアマチャをヨークに保持し、磁気吸引力は、約3
00Nで一定に保たれる。4) After about 3.5 ms, the armature sits on the other yoke. At this point, the control of the electromagnet is switched from the constant voltage drive to the constant current drive, the holding current flowing through the coil holds the armature in the yoke, and the magnetic attraction force becomes approximately 3
It is kept constant at 00N.
【0037】図6と同様のアマチャの駆動動作ステップ
が、図7および図8における各アクチュエータに対して
なされ、動作に要する電流および電気的エネルギが各ア
クチュエータに関して比較された。図6、図7、図8に
よれば、5msまでに電磁石に投入されるエネルギの総
計は、それぞれ0.29J、0.42J、0.24Jで
あり、この発明によるアクチュエータ43(図6)が最
も低い消費電力を示している。連続するヨークを有する
アクチュエータ35(図4)が他と比較して大きなエネ
ルギを必要とする理由は、着座時のアマチャ保持に必要
なエネルギ(電流)が他と比較して大きいことに起因す
る。先に述べたように、連続するヨークとアマチャ側縁
部39との間で作用する力は、水平方向に作用する力で
ある。この力は、着座面にアマチャを保持しようとする
ときにアマチャを下方に引きつける吸引力としては作用
しないで、単なる損失となる。したがって、電磁石によ
りアマチャを保持する吸引力を生成しようとする場合、
他と比較してより多くの電流を必要とし、結果として投
入エネルギが大きくなる。An armature driving operation step similar to that shown in FIG. 6 was performed for each actuator in FIGS. 7 and 8, and the current and electric energy required for the operation were compared for each actuator. According to FIGS. 6, 7, and 8, the total amount of energy input to the electromagnet by 5 ms is 0.29 J, 0.42 J, and 0.24 J, respectively. It shows the lowest power consumption. The reason why the actuator 35 having the continuous yoke (FIG. 4) requires a large amount of energy as compared with the others is that the energy (current) required for holding the armature at the time of sitting is large as compared with the others. As described above, the force acting between the continuous yoke and the armature side edge 39 is a force acting in the horizontal direction. This force does not act as a suction force for pulling the armature down when the armature is to be held on the seating surface, but is merely a loss. Therefore, when trying to generate an attractive force that holds the armature with an electromagnet,
Requires more current than others, resulting in higher input energy.
【0038】図6に示すヨークの分かれたアクチュエー
タ11が本発明のアクチュエータ43と比較して大きな
投入エネルギを要する理由は、約3ms近辺における電
流ピーク値の違いから明らかになる。ヨークの分かれた
アクチュエータ11の電流ピークが約9Aであるのに対
して、伸延ヨーク部に端面を有するアクチュエータ43
の電流ピークが約7Aであり、アマチャを保持するのに
必要な電流がほぼ同じ大きさであるので、本発明のアク
チュエータ43の投入エネルギは、相対的に小さくな
る。The reason why the actuator 11 having the divided yokes shown in FIG. 6 requires a larger input energy than the actuator 43 of the present invention becomes clear from the difference in the current peak value around about 3 ms. The current peak of the actuator 11 having a divided yoke is about 9 A, whereas the actuator 43 having an end face at the extension yoke portion is provided.
Is about 7 A, and the current required to hold the armature is approximately the same, so that the input energy of the actuator 43 of the present invention is relatively small.
【0039】このような本発明によるアクチュエータ4
3における小さな投入エネルギは、従来技術におけるア
クチュエータ11、35と比較して消費電力を低減する
ことが可能である。特にエンジン回転が低い時には、ア
マチャ保持時の消費電力特性が大きな影響を及ぼすの
で、本発明によるアクチュエータにおけるアマチャ保持
時の低消費電力は、非常に有益となる。さらに電流ピー
ク特性の低下は、駆動回路に使用されるスイッチング素
子などの構成部品に対する要求事項を緩和し、コスト低
減を実現することができる。Such an actuator 4 according to the present invention
The small input energy at 3 makes it possible to reduce the power consumption compared to the actuators 11, 35 in the prior art. In particular, when the engine speed is low, the power consumption characteristic when the armature is held has a great effect. Therefore, the low power consumption when the armature is held in the actuator according to the present invention is very useful. Further, the reduction in the current peak characteristic can reduce the requirements for components such as switching elements used in the drive circuit, and can realize cost reduction.
【0040】以上、この発明の具体的な実施形態につい
て説明したが、この発明はこのような実施形態に限定さ
れるものではない。Although the specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments.
【0041】[0041]
【発明の効果】この発明による電磁石型アクチュエータ
は、アマチャが第1または第2の電磁石から離れた位置
にあるときにも電磁石駆動時の磁気抵抗を比較的小さく
し、かつアマチャの着座時に垂直方向の吸引力を効率よ
く発生して、小さな保持電流でアマチャを保持すること
ができる。According to the electromagnet type actuator of the present invention, even when the armature is located at a position distant from the first or second electromagnet, the magnetic resistance when driving the electromagnet is relatively small, and when the armature is seated, Can be efficiently generated, and the armature can be held with a small holding current.
【図1】 従来技術のヨークの分かれた電磁アクチュエ
ータの断面図を示す。FIG. 1 shows a sectional view of a prior art yoke-separated electromagnetic actuator.
【図2】 図1のアクチュエータにおけるアマチャ位置
による磁束の変化を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a change in magnetic flux according to an armature position in the actuator of FIG. 1;
【図3】 従来技術の連続するヨークを有する電磁アク
チュエータにおけるアマチャ位置による磁束の変化を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing a change in magnetic flux depending on an armature position in a conventional electromagnetic actuator having a continuous yoke.
【図4】 本発明による電磁アクチュエータの断面図を
示す。FIG. 4 shows a sectional view of an electromagnetic actuator according to the invention.
【図5】 本発明の実施例におけるアクチュエータ制御
装置の全体的ブロック図を示す。FIG. 5 shows an overall block diagram of an actuator control device according to an embodiment of the present invention.
【図6】 従来技術のヨークの分かれた電磁アクチュエ
ータの駆動動作おける各パラメータを示す。FIG. 6 shows parameters in a driving operation of a conventional electromagnetic actuator having a divided yoke.
【図7】 従来技術の連続するヨークを有する電磁アク
チュエータの駆動動作における各パラメータを示す。FIG. 7 shows parameters in a driving operation of an electromagnetic actuator having a continuous yoke according to the related art.
【図8】 本発明による電磁アクチュエータの駆動動作
における各パラメータを示す。FIG. 8 shows parameters in a driving operation of the electromagnetic actuator according to the present invention.
【符号の説明】 17 アマチャ 43 電磁石型アクチュエータ 45 ヨーク 47 伸延ヨーク部 49 第1の電磁石 51 第2の電磁石 52 ヨークの端面[Description of Reference Numerals] 17 armature 43 electromagnet type actuator 45 yoke 47 extension yoke part 49 first electromagnet 51 second electromagnet 52 end face of yoke
フロントページの続き Fターム(参考) 3G018 AB09 CA12 DA39 DA41 DA83 FA01 FA06 FA07 GA14 GA18 GA37 3H106 DA07 DA25 DB02 DB12 DB26 DB32 DC02 EE16 GA13 KK17 5E048 AB01 AD02 5H633 BB07 BB10 GG02 GG04 GG09 GG13 HH16 HH25 JA02 JA05 JA07 JB05 Continued on front page F term (reference) 3G018 AB09 CA12 DA39 DA41 DA83 FA01 FA06 FA07 GA14 GA18 GA37 3H106 DA07 DA25 DB02 DB12 DB26 DB32 DC02 EE16 GA13 KK17 5E048 AB01 AD02 5H633 BB07 BB10 GG02 GG04 GG09 GG13 HH05 JA05 JA02
Claims (1)
置に支持されるアマチャと、 前記アマチャを挟んで対向し、該アマチャを前記バルブ
の閉位置と開位置との間で駆動する第1および第2の電
磁石と、を備える電磁石型アクチュエータであって、 前記第1および第2の電磁石のヨークは外周部が伸延ヨ
ーク部により接続されており、前記アマチャが前記第1
または第2の電磁石に着座した状態において、該アマチ
ャの端部が前記ヨークの端面に対面し、前記アマチャの
側縁部と前記伸延ヨーク部との間には空隙が存在する、
電磁石型アクチュエータ。An armature connected to a valve and supported at a neutral position in a non-operating state, a first armature facing the armature across the armature, and driving the armature between a closed position and an open position of the valve; And a second electromagnet, wherein a yoke of the first and second electromagnets has an outer peripheral portion connected by an extension yoke portion, and the armature is connected to the first electromagnet.
Alternatively, in a state where the armature is seated on the second electromagnet, the end of the armature faces the end surface of the yoke, and a gap exists between a side edge of the armature and the extension yoke.
Electromagnet type actuator.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2000344126A JP2002147211A (en) | 2000-11-10 | 2000-11-10 | Electromagnet actuator |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2000344126A Pending JP2002147211A (en) | 2000-11-10 | 2000-11-10 | Electromagnet actuator |
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2000
- 2000-11-10 JP JP2000344126A patent/JP2002147211A/en active Pending
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