(57)【要約】      （修正有）【課題】電機子の静止位置を正確に決定する。【解決手段】強磁性回路の極に当接する電機子の２つの極限位置の間でロッドを軸方向に駆動する強磁性材料の電機子２２に対して軸方向の移動間隔を画定する強磁性回路と、当該極限位置の間の中間位置にバルブを静止させて保持するべく設けられた弾性戻り手段２８ａ、２８ｂと、当該回路に支持されて当該電機子を当該位置の双方に交互に動かし得る少なくとも１つのコイルとをハウジング内に有する電磁アクチュエータである。ロッドは、電機子の移動距離以上の長さを有して径方向に磁化された棒を支持する。ハウジングは、単数又は複数のコイルによって生じる磁界に弱くさらされる領域に配置された少なくとも１つの磁束センサを支持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性回路の極に当接する電機子の２つの極限位置の間でロッドを軸方向に駆動する強磁性材料の電機子（２２）に対して軸方向の移動間隔を画定する強磁性回路と、
前記極限位置の間の中間位置にバルブを静止させて保持するべく設けられた弾性戻り手段（２８ａ、２８ｂ）と、
前記回路に支持されて前記電機子を前記位置の双方に交互に動かし得る少なくとも１つのコイルと
をハウジング内に有する電磁アクチュエータであって、
前記ロッド又は前記ハウジングが前記電機子の移動距離以上の長さを有して径方向に磁化された棒（５４）を支持することと、
前記ハウジング（１４）又は前記ロッドが前記単数又は複数のコイルによって生じる磁界に弱くさらされる領域に配置された少なくとも１つの磁束センサ（５６）を支持することと
により位置検出器が構成されるアクチュエータ。
【請求項２】
前記センサはホール効果センサである、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記電機子と組み合せられて、前記電機子と前記強磁性回路との間の大きさゼロのエアギャップに双方が対応する２つの安定な磁束経路を呈する構造の強磁性回路に取り付けられた単一のコイル（３８）を有する、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記センサ（５６）は電機子の軸を含む磁気回路の対称平面に置かれる、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記アクチュエータは、極表面が積層された電機子を有する単一コイルアクチュエータであり、前記極表面は面取りされ、前記電機子に面する表面と平行である、請求項３又は４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記移動の軸と直交する平面に配向された２つのコイルを有し、前記コイルの端部が磁気的に遮蔽される、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記磁化された棒（５４）は、一の部分から次の部分へと進むときに逆になる径方向磁化を有する３つの連続的な部分を含む、請求項１から６のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記棒は異なる態様で磁化された３つの領域を有する、請求項１から６のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記棒の材料は高温において１テスラよりも大きい残留磁界を有する、請求項１から８のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記ロッドは磁性材料で作られ、前記磁化された棒（５４）は磁束戻りブッシング（５８）に固定される、請求項１から５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記ロッドは強磁性であり、前記磁化された棒は前記ロッドの平らな部分に固定される、請求項１から５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１に記載のアクチュエータを較正する方法であって、
前記複数のコイルの１つ又は前記コイルに給電することによって前記電機子を前記極限位置の一方に動かし、前記センサからの出力信号を測定するステップと、
前記電機子を前記極限位置の他方に動かし、前記センサからの出力信号を測定するステップと、
前記測定した信号から前記電機子の前記中間位置に対応する出力信号を決定するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動ロッドを支持する電機子を当該ロッドの軸沿いの直線並進で動かす電磁アクチュエータに関する。特に重要だが排他的ではない本発明の用途は、バルブを開位置及び閉位置に交互に動かすアクチュエータにある。特に、火花点火又は圧縮点火を用いる内燃エンジンのバルブ用アクチュエータにある。
【背景技術】
【０００２】
仏国特許出願第９８／１２４８９号（ＦＲ−Ａ−２７８４２２２）に記載される電磁アクチュエータは、ロッド駆動強磁性電機子の２つの極限位置間の軸方向変位間隔を画定する強磁性回路と、両極限位置間の中間位置にバルブを静止させて保持するべく設けられた弾性戻り手段と、当該回路に支持されて当該電機子の２つの極限位置に交互に動かし得る少なくとも１つのコイルとをハウジング内に有する。上記２つの極限位置において、電機子は強磁性回路の両極と当接する。
【０００３】
電磁手段は、当該電機子の一側と他側とに配置された２つのコイルを含んでよい。当該一側に配置されたコイルは励起によって、バルブを閉じる方向に当該電機子を引き付ける。当該他側に配置された第2電磁石は励起によって、バルブを、例えば完全開位置に動かす。他方、参照し得る特許出願第９８／１２４８９号に記載される実施例は、一つのみのコイルが強磁性回路に取り付けられる。これは２つの安定した磁束経路を呈する電機子と組み合せた構造である。磁束経路の双方は、電機子と強磁性回路の極の一方との間の大きさゼロのエアギャップに対応する。
【０００４】
かかるアクチュエータが満足に動作するには、電機子をその両極限位置の間の中間位置に静止させる初期調整が必要である。これを目的として、複数のばねの一つの初期圧縮を調整する調整部材を設けることができる。この手段は、「バルブ制御のための調整可能装置及び調整方法」という本願と同日出願の仏国特許出願に記載されている。しかし、両極によって画定される間隔すなわちエアギャップ内の電機子位置を決定できるようにするべく、電機子位置を検知するセンサを有することが必要である。さらに、良好な動作のためには、電機子のストロークが完全となることを保証するのに十分なエネルギーを単数又は複数のコイルに送る必要があるが、これは、騒音及び摩耗を生じるストローク端の衝撃を避けるべく過剰とならないようにすべきである。
【０００５】
第２の課題を解決するべく特許出願第９８／１２９４０号は、電機子変位の最終段階で加えられるエネルギを、コイルの磁気抵抗を測定することにより決定することを保証する。これが示唆するのは、電機子が強磁性回路の両極に固着するまでのストロークの最終部分において、磁気抵抗Ｒ（ｘ）とエアギャップｘとの間にほぼ直線的な関係が存在する強磁性回路である。当該アプローチは、電機子の静止位置の測定を可能とはしない。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は詳しくは、電機子の静止位置を正確に決定することが可能な手段を有する上述のタイプのアクチュエータを与えることである。
【０００７】
これを目的として本発明は特に、電機子の移動距離以上の長さを有する径方向に磁化された棒を支持するロッド又はハウジングを有するアクチュエータを与える。また、当該ハウジング又はロッドは少なくとも１つの磁束センサを支持する。当該センサは、コイルを通る電流により誘導される磁界に弱くさらされた領域に配置される。当該センサは特にホール効果センサであってよい。
【０００８】
ホール効果センサは磁界に応じて実質的に線形的に応答するので、その出力信号を測定することによって磁石の移動を追跡することが可能である。さらに、温度又はエージングによるセンサドリフトが遅いので、中間位置にある電機子に対応する信号を識別するべく再較正を周期的に行なうだけでよい。
【０００９】
棒はロッドに固定できるので、センサの要求が容易になる。交互の加速に対する感度を低減するべく、配置を逆にしてもよい。
【００１０】
有用信号を増大させながら任意の外部擾乱成分の影響を低減するべく、検出器はロッドの両側に置かれる感度方向が反対の２つのセンサを有してよい。当該２つのセンサからの出力は減算器により受信される。これにより、双方のセンサにおいて等しい外的影響が相殺される。
【００１１】
双方のセンサがハウジングによって支持される場合、これらは共通のシリコン基板上に、ロッドの両側において検知される磁束をそれぞれのセンサに運ぶ強磁性回路と、２つのセンサからの出力を受信する減算器とともに並べて置かれてよい。
【００１２】
本発明はまたアクチュエータを調整する方法を与える。この方法は、複数のコイル又は当該コイルの１つに給電することによって電機子をその極限位置の一方に動かし、センサからの出力信号を測定するステップと、電機子を他方の極限位置にもたらし、センサからの出力信号を測定するステップと、測定した信号に基づいて電機子の中間位置に対応する出力信号を決定するステップとを含む。
【００１３】
棒はロッド上にあってもよく、センサはハウジング上にあってもよい。磁石の脆弱性に適応させるべく配置を逆にしてもよい。
【００１４】
特許出願第９８／１２４８９号（ＦＲ−Ａ−２７８４２２２）に記載される種類の単一コイルを有するアクチュエータは、電機子の軸を含む磁気回路の対称平面における磁界強度は、特別な注意を払わずにその中にセンサを置き得るほど十分に小さい。プローブの感度要素の平面に対する垂線は前記対称面中に置かれる。対照的に、２つのコイルを有する回路では、当該２つのコイルは、変位軸に直交する平面に配向される。この場合、例えば強磁性材料からアクチュエータのヨークを作ることによって当該コイルの端部を遮蔽することが一般的に必要である。
【００１５】
前述の特徴と組合せて有利に用い得るが個別に用いることもできる前述及びその他の特徴は、制限的でない例として与えられる特定の実施例の以下の説明を読むことによってより明らかになるであろう。
以下の説明は添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明が適用されるバルブアクチュエータを、バルブの軸を含む平面での断面図で示す。
【図２】実施例における位置測定手段の構造を示す詳細図である。
【図３】図２の変形例の一部を示す。
【図４】２つのセンサが接続される様子を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示されるアクチュエータ１０は、特許出願第ＦＲ９８／１２９４０号に記載されるタイプのものであり、エンジンバルブを制御するべく構成される。これはエンジンのシリンダヘッド１２に取り付けるためのハウジングを含み、ねじのような手段（図示せず）によって積み重ねられて組み付けられる複数の部品によって構成される。かかる部品は、例えば軽合金等の非強磁性材料から作られる。このハウジングは、同様に非強磁性材料のシム２０を介してシリンダヘッド１２に固定される。
【００１８】
アクチュエータは強磁性材料の可動電機子２２を有する。これは、有利に積層されて損失が低減される。可動電機子２２は、バルブ２５を駆動するロッド２４に固定される。電機子は矩形形状であり、ハウジング内で回転できない。ロッド２４はハウジングの環状突起又はチムニーに固定されたリング２６によって導入される。
【００１９】
２つの戻りばね２８ａ及び２８ｂが設けられて、バルブが閉位置と完全な開位置との間の実質的な中間位置に静止して保持される。ばね２８ａは、ロッド２４に固定されたプレート３０とばねの圧縮調整手段（図示せず）との間で圧縮される。他方のばね２８ｂは、バルブのステムに固定されたプレート３１とシリンダヘッド内に形成されたバルブウェルの底との間で圧縮される。アクチュエータは引張／圧縮動作する単一のばねとともに用いられてよい。また、仏国特許第９８／１１６７０号に記載されるように、バルブが閉じられるときの密封を保証する弾性ダンパに関連付けられもよい。これにより、ロッドとバルブステムとを一体で作ることが可能になる。
【００２０】
ハウジングは、有利に積層された強磁性材料のコア３６を含む。当該コア３６は、電機子と協働して強磁性回路を画定する。当該回路は、当該コアに配置されたコイル３８を含む。当該回路は、互いに支持し合う２つの相補的部品を含んでよい。また、一体として作られてもよい。コアの半体の各々を構成する積層はＥ字形状である。Ｅ字形状の上部分岐４２はコイル３６に係合し、マンドレル４４を介してコイル３６を支持する。
【００２１】
各半体の他方の２つの分岐は協働して電機子の移動体積を画定する。電機子は、当該体積の底部４６に当接する場合に当該バルブの完全な開位置を画定する。当該体積の天井４８は、当接する電機子がバルブの閉動作を妨げないことを保証するべくバルブシートに関して位置決めされる。
【００２２】
電機子とバルブとばねとによって構成されるアセンブリは、特有の共振周波数を有する振動システムを構成する。定常状態では、コイルには電力が供給されて、可動器具が極限位置に動かされる。次いで、低い電流が印加されて器具はそこに保持される。その後、電流がオフにされてから、電機子が他方の極に向けて引き付けられる位置に到達すると電流が再確立される。当該可動器具は当接するまで反対方向に動かされる。
【００２３】
コイル中の電流は、制御ループ手段によって、及び電機子のストローク端において特許出願第９８／１２９４０号に記載される方法を行うことによって、サーボ制御される。
【００２４】
下部の磁束回路に対する上部の磁束回路の自然な非対称性は、上部及び下部の極表面と電機子の表面とに異なる傾斜を与えることによって強調できる。
【００２５】
図２に一部が示されるアクチュエータは、ばね２８ａの圧縮に作用することによって電機子の静止位置を調整する装置を含む。当該装置は、ハウジングに当接する歯車５０と、ハウジングに対してスライドするキーによって回転を防止されるタップ付きリング５２とによって構成される。タップ付きリング５２は、ばね２８ａからの圧縮力を受ける。特許出願第ＦＲ９９／０５２０６号に記載される種類のものであり得る手段を用いて外側から当該歯車を回すことにより、ハウジングに関する電機子の静止位置を調整することができる。
【００２６】
ハウジングに対するロッドの位置すなわち電機子の位置を測定する検出器は、ロッド２４に固定された磁化された棒５４を含む。当該棒５４は、磁束センサ５６に面して配置される。当該センサは一般に、ホール効果センサによって構成されてハウジングのチムニーに固定される。
【００２７】
棒の軸方向の長さＬ１は少なくとも電機子の移動距離と同じ長さである。当該棒は径方向の磁化を呈する。センサが当該棒の中心に面する場合、当該棒が生じる磁力線は、図２に示される見かけを呈する。ロッドが非磁性の場合、ロッドの金属部分が、磁力線を導く強磁性材料のブッシング５８によって棒から分離される。センサ５６は、磁束を軸方向に導く強磁性材料の２つのプレート６０の間に置かれる。センサの両側にあるプレートの軸方向長さは、棒の長さＬ１と同じオーダである。センサ５６からの出力配線６２が、チムニーの溝の中に置かれてよい。
【００２８】
ロッドが強磁性材料で作られる場合、棒はロッドの平らな部分に直接固定される。
【００２９】
検出器を含む方位角平面は、コイルによって誘導される磁界が小さくなるように選択される。磁気回路の対称性によって、図１の平面における当該磁界が実質的にゼロとなることが保証される。
【００３０】
２コイル構成に対しては当該平面が存在しないので、当該センサを、鉄の外側にあるコイルの一部からの磁界の影響から保護する必要がある。これを目的として、しばしばコイル「端部」と呼ばれる当該一部は、磁束を導く強磁性材料の薄いケースによってそれ自体が遮蔽される。
【００３１】
図３に示される変形例において、磁化された棒５４は、一の部分から次の部分へと進む反対方向において径方向磁化された３つの連続的な部分を含む。したがって、当該磁石によって生じるより大きな磁束により、電機子の変位をより正確に追跡できる。さらに別の変形例においては、棒は異なる態様で磁化された３つの領域を有する。
【００３２】
高温であっても強い（１テスラより大きい）残留磁界を有する磁石（例えばサマリウムコバルト磁石又はネオジム−鉄−ホウ素型磁石）を用いることによって、プローブ内の磁束及びコイルに由来する擾乱に対する有用信号の割合をさらに増加させることができる。
【００３３】
場合によっては、特に複数のアクチュエータが共通の磁気回路部分と並べて取り付けられる場合（特許出願第ＦＲ９９／０５２０６号）、各アクチュエータは、ロッドの軸まわりの配向にある隣接アクチュエータのセンサに擾乱を与える可能性がある。これは内部擾乱の見地からは好都合だが、隣接アクチュエータにより生じる擾乱の見地からは不都合である。当該アクチュエータの影響は、図４に示される種類の異なる構成によって実質的になくすことができる。当該構成は、ロッドまわりに対称的に配置されたセンサを有し、同じアクチュエータ又は隣接アクチュエータから実質的に同じ磁束を受け、反対の極性の作動信号を与えるべくバイアスされる。２つのセンサ５６ａ及び５６ｂは反対の極性である。その出力信号はアナログ減算器６６の２つの入力に印加される。減算器６６の出力Ｓは、２倍の大きさの作動信号を与える。双方のセンサが同じ擾乱磁界を受ける場合、外部擾乱に起因する残差にはもはや、共通モード誤差が含まれない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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