(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーマチュアと、
電磁石が同心状に複数並列して配設されて構成され、前記アーマチュアに電磁吸引力を作用させる一対の電磁石群と、
前記アーマチュアを両電磁石群側にそれぞれ付勢する一対の戻しばねと、を含んで構成され、
前記各電磁石群は、それぞれその中心線がアーマチュアの中心軸に略沿って延び、かつ該中心軸と略直交する一方の端面がアーマチュアの両側面にそれぞれ対向するように配置された電磁駆動装置の通電制御方法であって、
アーマチュアが電磁石群に近づくに連れて、電磁石群のうちの外側に位置する電磁石から順次通電電流値を変化させることを特徴とする電磁駆動装置の通電制御方法。
【請求項２】
電磁石群のうちの最内側に位置する電磁石以外の他の電磁石への通電電流値を順番に０とすることを特徴とする請求項１記載の電磁駆動装置の通電制御方法。
【請求項３】
アーマチュアと、
電磁石が同心状に複数並列して配設されて構成され、前記アーマチュアに電磁吸引力を作用させる一対の電磁石群と、
前記アーマチュアを両電磁石群側にそれぞれ付勢する一対の戻しばねと、を含んで構成され、
前記各電磁石群は、それぞれその中心線がアーマチュアの中心軸に略沿って延び、かつ該中心軸と略直交する一方の端面がアーマチュアの両側面にそれぞれ対向するように配置された電磁駆動装置の通電制御方法であって、
アーマチュアが電磁石群に近づいたときに、電磁石群のうち最内側に位置する電磁石以外の所定の電磁石への通電電流値を同時に変化させることを特徴とする電磁駆動装置の通電制御方法。
【請求項４】
電磁石群のうちの最内側に位置する電磁石以外の他の電磁石への通電電流値を同時に０とすることを特徴とする請求項３記載の電磁駆動装置の通電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁機構等に用いられる電磁駆動装置及びその通電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁駆動装置として、アーマチュアと、該アーマチュアの両側面にそれぞれ対向配置され、当該アーマチュアに電磁吸引力を作用させる一対の電磁石と、前記アーマチュアを両電磁石側にそれぞれ付勢する一対の戻しばねと、を含んで構成されるものが知られている（特開平７−３３５４３７号公報参照）。
【０００３】
このような電磁駆動装置においては、各電磁石に選択的に通電を行い、これによって発生した電磁吸引力によりアーマチュアの吸引動作を行うようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電磁駆動装置にあっては、アーマチュアの２つの方向の吸引動作を、それぞれ１つずつの電磁石で受け持ち、各電磁石でそれぞれ必要な電磁吸引力を発生させるようにしているため、大きな電流を各電磁石毎に通電する必要がある。
【０００５】
このように、１つの電磁石に通電する電流が大きい結果、通電に伴って電磁石のコイル発熱量が大きくなり、コイル発熱量の増大に伴う電気抵抗の増加によって電磁石が発揮する電磁吸引力が低下し、アーマチュアの吸引保持が安定して行えないという事態が発生する。
又、１つの電磁石に通電する電流が大きい結果、電流変化の応答性が悪いため、電磁吸引力の変化速度が遅く、アーマチュアの吸引保持動作が迅速に行えない。
【０００６】
更に、単一の電磁石への通電による電磁吸引力は、アーマチュアの中心に設けられたアーマチュア軸よりも遠い位置にも作用するため、電磁石自体に電磁吸引力のばらつきがある場合にはアーマチュア軸の倒れが顕著になり、又、アーマチュア軸の倒れによる電磁吸引力のばらつきがある場合、アーマチュア軸がますます倒れるといった事態を引き起こす。
【０００７】
このようなアーマチュア軸の倒れに対処するには、部品強度を特に高める対策を施す必要が生じる。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、電磁石の発熱に伴う電磁吸引力の低下、電磁石自体に電磁吸引力のばらつきがある場合或いはアーマチュア軸の倒れによる電磁吸引力のばらつきがある場合に対処でき、安定したアーマチュア吸引保持動作、電流変化の応答性の向上、アーマチュア軸の倒れの抑制等を可能とした電磁駆動装置及びその通電制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、アーマチュアと、電磁石が同心状に複数並列して配設されて構成され、前記アーマチュアに電磁吸引力を作用させる一対の電磁石群と、前記アーマチュアを両電磁石群側にそれぞれ付勢する一対の戻しばねと、を含んで構成され、前記各電磁石群は、それぞれその中心線がアーマチュアの中心軸に略沿って延び、かつ該中心軸と略直交する一方の端面がアーマチュアの両側面にそれぞれ対向するように配置された電磁駆動装置の通電制御方法であって、アーマチュアが電磁石群に近づくに連れて、電磁石群のうちの外側に位置する電磁石から順次通電電流値を変化させることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、電磁石群のうちの最内側に位置する電磁石以外の他の電磁石への通電電流値を順番に０とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、アーマチュアと、電磁石が同心状に複数並列して配設されて構成され、前記アーマチュアに電磁吸引力を作用させる一対の電磁石群と、前記アーマチュアを両電磁石群側にそれぞれ付勢する一対の戻しばねと、を含んで構成され、前記各電磁石群は、それぞれその中心線がアーマチュアの中心軸に略沿って延び、かつ該中心軸と略直交する一方の端面がアーマチュアの両側面にそれぞれ対向するように配置された電磁駆動装置の通電制御方法であって、アーマチュアが電磁石群に近づいたときに、電磁石群のうち最内側に位置する電磁石以外の所定の電磁石への通電電流値を同時に変化させることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、電磁石群のうちの最内側に位置する電磁石以外の他の電磁石への通電電流値を同時に０とすることを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明の作用について説明する。
本発明において、電磁駆動装置は、複数の電磁石が同心状に並列配置されて構成され、アーマチュアに電磁吸引力を作用させる一対の電磁石群を設け、各電磁石群でそれぞれ必要な電磁吸引力を発生させるようにしているため、大きな電流を各電磁石毎に通電する必要がなく、各電磁石群における１つの電磁石に通電する電流を小さくできる結果、通電に伴う電磁石のコイル発熱量の増大を抑制でき、コイル発熱量の増大に伴う電気抵抗増大の抑制によって電磁石が発揮する電磁吸引力の低下を抑制できる。
【００１３】
ここで、請求項１及び３に係る発明において、例えば、アーマチュアが電磁石群に近づくに連れて、電磁石群のうちの外側に位置する電磁石から順次通電電流値を低減させることにより、或いは、アーマチュアが電磁石群に近づいたときに、電磁石群のうち最内側に位置する電磁石以外の所定の電磁石への通電電流値を同時に低減させることにより、電流変化の応答性が向上する。
請求項２及び４に係る発明において、アーマチュアが最も電磁吸引力の影響を受け易い、電磁石とアーマチュア間距離が０に近づいたときに、例えばアーマチュアの中心軸から遠い位置の外側の電磁石への通電電流値を０にする通電制御を行うため、アーマチュアの中心軸から遠い位置の外側の電磁石のアーマチュアへの影響を小さくすることができる。
【００１４】
この結果、電磁石自体に電磁吸引力のばらつきがある場合、アーマチュアの中心軸から遠い位置の外側の電磁石のアーマチュアへの影響によるアーマチュアの中心軸の倒れを小さく抑えることができる。
又、アーマチュアの中心軸が倒れていた場合、アーマチュアの中心軸の倒れによる電磁吸引力のばらつきを小さく抑えることができ、アーマチュアの中心軸がますます倒れるのを防止することができる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１及び３に係る発明によれば、コイル発熱量の増大に伴う電気抵抗増大の抑制によって電磁石が発揮する電磁吸引力の低下を抑制できる結果、アーマチュアの吸引保持を安定して行うことができると共に、電流変化の応答性が向上し、電磁吸引力の変化速度を速めることができる結果、アーマチュアの吸引保持動作を迅速に行うことが可能となる。
【００１６】
請求項２及び４に係る発明によれば、アーマチュアの中心軸の倒れを抑制でき、これにより、部品強度を特に高める対策を施す必要がなくなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明に係る電磁駆動装置の一実施形態として、内燃機関の動弁機構に用いられる電磁駆動装置を示す縦断面図である。
即ち、この図において、シリンダヘッド１には図示しない燃焼室に臨んで開口する吸気ポート（排気ポート）が設けられ、該吸気ポート（排気ポート）を開閉する電磁駆動装置２が設けられている。
【００１８】
かかる電磁駆動装置２は、シリンダヘッド１上に設けられる非磁性材料製のハウジング３と、例えば弁体４が連結されたアーマチュア軸５に一体に設けられてハウジング３内に移動可能に収納される長方形状のアーマチュア６と、このアーマチュア６を図の上方に吸引して弁体４を閉弁作動せしめる電磁力を発生する閉弁用電磁石群７と、アーマチュア６を図の下方に吸引して弁体４を開弁作動せしめる電磁力を発生する開弁用電磁石群８と、弁体４の閉弁方向に向けてアーマチュア６を付勢する閉弁側戻しばね９と、弁体４の開弁方向に向けてアーマチュア６を付勢する開弁側戻しばね１０と、を含んで構成されている。
【００１９】
前記閉弁用電磁石群７は、電磁石７Ａ，７Ｂが同心状に複数（本実施形態では２つ）並列して配設されて構成され、ハウジング３内のアーマチュア６の上面に対向する位置でハウジング３内に固定配置される。
この場合、閉弁用電磁石群７は、その中心線がアーマチュア６の中心軸、即ち、アーマチュア軸５に沿って延び、かつ該アーマチュア軸５と直交する下端面がアーマチュア６の上側面に対向するように配置される。
【００２０】
かかる閉弁用電磁石群７の各電磁石７Ａ，７Ｂは、アーマチュア６側に開放した略Ｕ字状の縦断面形状を有すると共に、アーマチュア軸５を同軸に囲繞する固定コア１１内にコイル１２を収納して構成される。
又、前記開弁用電磁石群８は、電磁石８Ａ，８Ｂが同心状に複数（本実施形態では２つ）並列して配設されて構成され、ハウジング３内のアーマチュア６の下面に対向する位置でハウジング３内に固定配置される。
【００２１】
この場合、開弁用電磁石群８は、その中心線がアーマチュア軸５に沿って延び、かつ該アーマチュア軸５と直交する上端面がアーマチュア６の下側面に対向するように配置される。
かかる開弁用電磁石群８の各電磁石８Ａ，８Ｂは、アーマチュア６側に開放した略Ｕ字状の縦断面形状を有すると共に、アーマチュア軸５を同軸に囲繞する固定コア１３内にコイル１４を収納して構成される。
【００２２】
尚、上記固定コア１１及び１３は、長方形状のアーマチュア６に対応して、その横断面形状が４つの角部にアール部を設けた略長方形状をなすように構成される。
一方、閉弁側戻しばね９は、アーマチュア６に上方に向けてのばね力を作用させるように、シリンダヘッド１上面の収納溝１５内において、収納溝１５底面とアーマチュア軸５下部の外周部に固定されたばね座１６との間に介装される。
【００２３】
又、開弁側戻しばね１０は、アーマチュア６に下方に向けてのばね力を作用させるように、ハウジング３の上面に取り付けられた収納部１７内において、収納部１７内上面のばね座１８とアーマチュア軸５上端部に固定されたばね座１９との間に介装される。
従って、両戻しばね９，１０は、両電磁石群７，８が消磁状態にあるときに、アーマチュア６を両電磁石群７，８間の中央部における平衡中立位置に保持し、この状態では、弁体４は閉弁位置と開弁位置の中間位置に位置する。
【００２４】
かかる実施形態においては、閉弁用電磁石群７及び開弁用電磁石群８として、電磁石が同心状に２つ並列して配設された構成の例について説明したが、電磁石が同心状に３つ，４つ・・・と並列して配設された構成としても良い。
かかる構成の電磁駆動装置２によれば、それぞれ電磁石７Ａ，７Ｂ、８Ａ，８Ｂが同心状に複数並列して配設されて構成され、アーマチュア６に電磁吸引力を作用させる一対の電磁石群７，８を設け、各電磁石群７，８でそれぞれ必要な電磁吸引力を発生させるようにしているため、大きな電流を各電磁石毎に通電する必要がなく、各電磁石群７，８における１つの電磁石に通電する電流を小さくできる結果、通電に伴う電磁石のコイル発熱量の増大を抑制でき、コイル発熱量の増大に伴う電気抵抗増大の抑制によって電磁石が発揮する電磁吸引力の低下を抑制できる。
【００２５】
この結果、アーマチュア６の吸引保持を安定して行うことができる。
次に、本発明の電磁駆動装置の通電制御方法について説明する。
上述の構成の電磁駆動装置２の通電制御方法を次の（１）〜（６）のようにする。
（１）アーマチュア６が電磁石群７，８に近づくに連れて、電磁石群７，８の所定の電磁石への通電電流値を順番に変化させる。
（２）（１）において、電磁石群７，８のうちの外側に位置する電磁石から１つずつ順番に通電電流値を変化させる。
（３）（１）において、電磁石群７，８のうちの最内側に位置する電磁石以外の他の電磁石への通電電流値を順番に０とする。
（４）アーマチュア６が電磁石群７，８に近づいたときに、電磁石群７，８の所定の電磁石への通電電流値を同時に変化させる。
（５）（４）において、電磁石群７，８のうちの外側に位置する複数の電磁石への通電電流値を同時に変化させる。
（６）（４）において、電磁石群７，８のうちの最内側に位置する電磁石以外の他の電磁石への通電電流値を同時に０とする。
【００２６】
上述の（１）及び（４）の通電制御方法による作用・効果について説明すると、例えば、図１の実施形態の場合、アーマチュア６が電磁石群７に近づくに連れて、電磁石群７の電磁石７Ｂ，７Ａの順に通電電流値を低減させることにより、或いは、アーマチュア６が電磁石群７に近づいたときに、該電磁石群７の電磁石７Ａと電磁石７Ｂへの通電電流値を同時に低減させることにより、電流変化の応答性が向上する。
【００２７】
即ち、従来技術においては、単一の電磁石に通電しているため、図２のＡの特性のような電流変化となるのに対して、本方法では、例えば、図２のＢ及びＣに示すように、電磁石群７の電磁石７Ｂ、電磁石７Ａの順に通電電流値を低減させることにより、電磁石群７への電流変化は、図２のＤの特性のようになり、従来技術のＡの特性のような電流変化と比較して、電流変化の応答性を向上することができる。
【００２８】
次に、上述の（２），（３），（５）及び（６）の通電制御方法の作用について説明する。
図３は、本構成の電磁駆動装置２において、閉弁用電磁石群７の外側の電磁石７Ｂに通電した場合を示しており、電磁石７Ｂ自体に電磁吸引力のばらつきがある場合或いはアーマチュア軸５の倒れによる電磁吸引力のばらつきがある場合、例えば、アーマチュア６外周部の相反する２部位に加わる荷重は、Ｆ１  ＞Ｆ２  となり、Ｍ１  のモーメントが発生する。
【００２９】
一方、図４は、本構成の電磁駆動装置２において、閉弁用電磁石群７の内側の電磁石７Ａに通電した場合を示しており、同様に電磁吸引力のばらつきがある場合、例えば、アーマチュア軸５近傍の相反する２部位に加わる荷重は、Ｆ３  ＞Ｆ４  となり、Ｍ２  のモーメントが発生する。
電磁石とアーマチュア６との距離ｘとアーマチュア６に加わる荷重（電磁吸引力）との関係である電磁吸引力特性は、図５の特性図に示すようであり、距離ｘと荷重とは負の相関の関係にあるので、アーマチュア６外周部の相反する２部位に加わる荷重Ｆ１  ，Ｆ２  と、アーマチュア軸５近傍の相反する２部位に加わる荷重Ｆ３  ，Ｆ４  との関係は、Ｆ１  ＞Ｆ３  ＞Ｆ４  ＞Ｆ２  となる。
【００３０】
即ち、上述したモーメントＭ１  とＭ２  との関係は、Ｍ１  ＞Ｍ２  となり、外側の電磁石７Ｂに通電した場合は、内側の電磁石７Ａに通電した場合と比較して、ますますアーマチュア６の傾斜角θが大きくなり、アーマチュア軸５の倒れがますます大きくなる。
かかる事態の発生はアーマチュア６が最も電磁吸引力の影響を受け易い、電磁石群７とアーマチュア６間距離が０に近づいたときに顕著である。
【００３１】
上述の（２），（３），（５）及び（６）の通電制御方法によれば、アーマチュア６が最も電磁吸引力の影響を受け易い、電磁石とアーマチュア６間距離が０に近づいたときに、例えばアーマチュア軸５から遠い位置の外側の電磁石への通電電流値を低減或いは０にする通電制御を行うため、アーマチュア軸５から遠い位置の外側の電磁石のアーマチュア６への影響を小さくすることができる。
【００３２】
この結果、電磁石自体に電磁吸引力のばらつきがある場合、アーマチュア軸５から遠い位置の外側の電磁石のアーマチュア６への影響によるアーマチュア軸５の倒れを小さく抑えることができる。
又、アーマチュア軸５が倒れていた場合、アーマチュア軸５の倒れによる電磁吸引力のばらつきを小さく抑えることができ、アーマチュア軸５がますます倒れるのを防止することができる。
【００３３】
このようにアーマチュア軸５の倒れを抑制できる結果、部品強度を特に高める対策を施す必要がなくなる。
尚、上記の実施形態においては、本発明に係る電磁駆動装置の一実施形態として内燃機関の動弁機構に用いられる電磁駆動装置について説明したが、本発明は、弁を駆動するのに限らない電磁駆動装置、即ち、アーマチュアと、電磁石が同心状に複数並列して配設されて構成され、前記アーマチュアに電磁吸引力を作用させる一対の電磁石群と、アーマチュアを両電磁石群側にそれぞれ付勢する一対の戻しばねと、を含んで構成される電磁駆動装置であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁駆動装置の一実施形態を示す縦断面図
【図２】従来技術と本発明の電流変化応答性を比較する図で、時間と電流値及びリフト量の関係を示す図
【図３】同上の電磁駆動装置において、閉弁用電磁石群の外側の電磁石に通電した場合のアーマチュア軸倒れを示す図
【図４】同上の電磁駆動装置において、閉弁用電磁石群の内側の電磁石に通電した場合のアーマチュア軸倒れを示す図
【図５】電磁駆動装置における電磁吸引力特性を示す図
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
２  電磁駆動装置
３  ハウジング
４  弁体
５  アーマチュア軸
６  アーマチュア
７  閉弁用電磁石群
７Ａ  内側の電磁石
７Ｂ  外側の電磁石
８  開弁用電磁石群
８Ａ  内側の電磁石
８Ｂ  外側の電磁石
９  閉弁側戻しばね
１０  開弁側戻しばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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