(57)【要約】【課題】堅牢で、かつ切替時間の短い電磁駆動装置を提供する。【解決手段】本発明の電磁駆動装置は、固定状態で設けられたコイル装置の力により移動可能であり、端部に係合部（１１）が形成された細長い駆動要素（３）を備えており、前記駆動要素（３）の一部に、固定されたコア部（７）と相互作用する永久磁石手段（４）が設けられており、ヨークとして作用する固定された取付要素（８）が、少なくとも一部においてピストンの形態である前記駆動要素（３）に対して前記コア部（７）と軸方向反対側に設けられており、前記駆動要素（３）が２つの部位（３ａ，３ｂ）を有しており、第１部位（３ａ）が、前記永久磁石手段（４）の領域に配置され、透磁率に関して最適化されており、第２部位（３ｂ）が、前記係合部側に配置され、摩耗に関して最適化されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定状態で設けられたコイル装置の力により移動可能であり、端部に係合部（１１）が形成された細長い駆動要素（３）を備え、
前記駆動要素（３）の一部に、固定されたコア部（７）と相互作用する永久磁石手段（４）が設けられており、
ヨークとして作用する固定された取付要素（８）が、少なくとも一部においてピストンの形態である前記駆動要素（３）に対して、軸心方向における前記コア部（７）の反対側に設けられている電磁駆動装置において、
前記駆動要素（３）が２つの部位（１９，２０；３ａ，３ｂ）を有しており、
第１の部位（１９，３ａ）が、前記永久磁石手段（４）の領域に配置され、透磁率に関して最適化されており、
第２の部位（２０，３ｂ）が、前記係合部側に配置され、摩耗に関して最適化されていることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第２部位（２０，３ｂ）が前記取付要素（８）内方に延びており、取付部として使用されることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記第１部位（１９，３ａ）が第１駆動要素部（３ａ）により形成されており、前記第２部位（２０，３ｂ）が第２駆動要素部（３ｂ）により形成されており、前記２つの駆動要素部が好ましくは互いに接続されており、特には、相対回転不能に接続されていることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項４】
請求項３において、前記第１駆動要素部（３ａ）が軟磁性材料からなり、および／または、前記第２駆動要素部（３ｂ）がオーステナイト系材料からなることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項５】
請求項３または４において、前記２つの駆動要素部（３ａ，３ｂ）が、軸方向に互いに隣接して配置されていることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項６】
請求項３または４において、前記第２駆動要素部（３ｂ）が、前記第１駆動要素部（３ａ）を少なくとも一部において把持するスリーブの形態であり、好ましくは焼嵌めまたは圧入されていることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか一項において、前記２つの駆動要素部（３ａ，３ｂ）が、互いに接着結合されているか、または溶接されており、特には、摩擦溶接、コンデンサ放電溶接もしくはレーザ溶接されていることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれか一項において、前記２つの駆動要素部（３ａ，３ｂ）が、互いにインターロック式に接続されていることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項９】
請求項１または２において、前記駆動要素（３）が一体形成されており、前記第２部位（２０）が、前記駆動要素（３）の硬化された部位、特には熱処理により硬化された部位であることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項において、好ましくは閉じられている、環状のビード部（１４）が、前記永久磁石手段（４）に面する、前記取付要素（８）の端面に設けられており、前記永久磁石手段（４）に対するストッパおよび／または対向支持部を形成していることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項において、前記駆動要素（３）が、内燃エンジンのカムシャフト動作切替部を制御可能に構成されていることを特徴とする電磁駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載された電磁駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような装置は、例えば電気的吸引磁石（electrical attraction magnet）を備えた駆動装置として、長い間知られており、幅広い種類の目的を果たすために用いられている。この装置の基本的な原理とは、ピストンの形態であり、駆動を行うための係合部を端部に備えた駆動要素が、固定されたコア部と、ヨークとして作用する取付要素との間の電機子としてハウジング内を案内され、上記コア部の近傍に設けられた電磁石により操作され得ることができる、というものである。上記ハウジングは、通常、磁束を透過させるように構成されており、ヨークとして作用する上記取付要素と共に磁気回路を閉じている。
【０００３】
本願と同一の出願人による特許文献１は、本願の請求項１の前提部に記載された電磁駆動装置を記載している。この公知の電磁駆動装置において、駆動要素は軟磁性材料から一体形成されている。この軟磁性材料により、磁力線が束ねられて駆動要素の領域における磁場が増加され、この結果として、より高速な切替時間を得ることができる。しかしながら、この公知の電磁駆動装置には短所がある。この短所とは、動作を行う間、駆動要素の、同じく軟磁性材料からなる、強度が小さい係合部に対して機械的負荷が不可避に作用するので、この係合部における駆動要素の摩耗が増大してしまうことである。
【０００４】
従来技術として、本願と同一の出願人による特許文献１は、さらに、永久磁石手段の代わりに復帰用ばねを備える、上述した一般的な型ではない電磁駆動装置を開示している。この電磁駆動装置では、駆動要素は３つの部材で形成されている。この公知の電磁駆動装置において、上記３部材からなる実施形態は、上記復帰用ばねに対する対向支持部を形成するために必要である。当該電磁駆動装置の中央部が対向支持部として用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許第１０２４０７７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が基礎とする目的は、上述した一般的な型の電磁駆動装置であって、堅牢で、かつ短い切替時間を有する電磁駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１に記載の構成により達成される。
【０００８】
本発明の有利な改良形態は、従属請求項に記載されている。
【０００９】
本発明の基礎となる概念は、駆動要素を２つの部位に分けて、永久磁石手段の領域における第１部位、好ましくは永久磁石手段より径方向内側における第１部位を透磁率に関して最適化する、つまり、磁力線により駆動要素が可能な限り加速されるように当該部位を構成することである。したがって、磁力線が密に束ねられることにより、コイル装置から駆動要素に作用する磁場が増加されて駆動要素の加速度が可能な限り速くなり、これにより、短い切替時間を得ることができる。本発明によると、駆動要素の第２部位が当該駆動要素の端部における係合部を備える。この第２の部位は透磁率ではなく強度に関して最適化されており、自身に作用する機械的負荷に対し、損傷することなく可能な限り長期間耐えることができる。本発明に従い、駆動要素を、上記２つの部位、すなわち、透磁率に関して最適化された、コイル装置側の第１部位と、係合部を備え摩耗特性に関して最適化された第２部位とに分けることにより、短い切替時間と長寿命とが保証された電磁駆動装置を提供することができる。これらの特性は、特に、本発明の電磁駆動装置を自動車、例えば、カムシャフト動作切替部（camshaft-travel switching）用またはバルブ駆動装置として使用するのに極めて有利である。
【００１０】
本発明の一改良形態において、有利なことに、上記第２部位、すなわち、摩耗が最小となるように最適化された部位は、ヨークとして作用する取付要素内方に延びている。つまり、この好ましい改良形態によると、係合部のみでなく駆動要素の取付部も、摩耗に関して最適化されており、直線状の変位運動の際に自身に作用する摩擦力を、損傷されることなく吸収することができる。
【００１１】
本発明の好ましい一実施形態によると、駆動要素の上記２つの部位は、好ましくは互いに接続されて異なる材料からなる駆動要素部により形成されている。この好ましい実施形態によると、駆動要素は一体形成されていないが、好ましくは２つの部品から形成されており、コイル装置側の第１駆動要素部は、詳細には材料を選択することにより、透磁率に関して最適化されており、係合部側の第２駆動要素部は摩耗に関して最適化されている。これら２つの駆動要素部の対応する特性の最適化について異なる材料を選択することは有利である。その理由は、高透磁率に係る必要条件と機械的強度に係る必要条件とが、一般的に正反対だからである。好ましくは、これら２つの駆動要素部は、例えばバネ力の支援によって、互いに当接しているのみでなく、相対回転不能に接続されており、２つの駆動要素部で構成される駆動要素が確実に同期運動するように設定されている。
【００１２】
本発明の一改良形態において、有利なことに、第１駆動要素部は軟磁性材料からなり、磁力線を極端に束ねることができる。軟磁性材料は、容易に着磁される能力により区別される。原則として、金属製の軟磁性材料とセラミック製の軟磁性材料とのいずれを用いて第１駆動要素部を形成してもよい。好ましくは、鉄、コバルトおよびニッケルなどの強磁性金属が適している。しかしながら、酸化金属に基づくフェライトを使用してもよい。良好な機械的強度を有する第２駆動要素部を得るため、本発明の一改良形態において、第２駆動要素部は、例えばオーステナイト系材料からなるものであってもよい。オーステナイトは面心立方構造（cubic-area-centered structure）を有しており、この場合、特に冷間成形により、当該オーステナイトの硬度を大幅に増加させることができる。オーステナイトは強磁性でないので、第１駆動要素部を形成するのには適していない。
【００１３】
本発明の一改良形態において、有利なことに、２つの駆動要素部は軸方向に互いに隣接して配置されている。好ましくは、これら２つの駆動要素部は互いに直接当接している。このような一改良形態は、製造の観点からみて有利である。なぜなら、上記２つの駆動要素部は、端部で互いを接続するだけでよいからである。
【００１４】
本発明の他の、特に堅牢な一改良形態によると、有利なことに、２つの駆動要素部は、軸方向に互いに隣接するのではなく、むしろ互いに対して径方向に配置されている。これは、例えば、第２駆動要素部、すなわち係合部側の駆動要素部を、例えば焼嵌めするかまたは圧入することにより、第１の駆動要素部の少なくとも一部を把持する、スリーブの形態とすることで達成できる。この場合、本発明の一改良形態において、このスリーブは端部において閉じられており、駆動要素の自由端面を損傷から保護している。対照的に、第２駆動要素部が両端において開いたスリーブの形態である場合、駆動要素の係合部は、外囲表面、特には外囲表面における径方向の凹部により形成されている。
【００１５】
２つの駆動要素部間に長寿命な固定接続を形成するため、本発明の一改良形態において、これら２つの駆動要素部は互いに接着結合または溶接されている。
【００１６】
これに加えて、または代えて、特に、相対回転不能な接続を確実に行うため、これら２つの駆動要素部を互いにインターロック式に接続してもよい。
【００１７】
本発明の他の一改良形態によると、駆動要素は２つの部品からではなく、むしろ一体的に形成されている。この場合、好ましくは、駆動要素は軟磁性材料からなり、摩耗に関して最適化された第２部位は、硬化された、特には熱処理によって硬化された駆動要素の部位により形成されている。
【００１８】
ヨークとして作用する取付要素を摩耗に関して最適化させるため、本発明の一改良形態において、永久磁石手段は取付要素の端面全体に当接しない。代わりに、好ましくは閉じられている、環状のビード部が、永久磁石手段に面する当該取付要素の端面に設けられており、駆動要素が伸張した位置のときに、永久磁石手段に対するストッパまたは対向支持部として作用する。好ましくは、上記環状のビード部を有する上記端面は、取付要素の径方向外側の同軸心の円周部によって囲まれており、この同軸心の円周部は、永久磁石手段に面していない側において支持部、特にはエンジンブロックにシールされている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の好ましい一実施形態の電磁駆動装置を示す部分破断断面図である。
【図２】図１に示された細部Ａの拡大図である。
【図３】２つの駆動要素部が軸方向に隣接して互いに溶接された、２部品からなる駆動要素の一実施形態を示す断面図である。
【図４】図３と同じく駆動要素が２つの部品からなり第２の駆動要素部がスリーブよりも強固である、駆動要素のさらなる一実施形態を示す断面図である。
【図５】２つの部位が一体形成され、第２の部位が硬化部よりも機械的に強固である駆動要素部の例示的なさらなる一実施形態を示す断面図である。
【図６】２つの駆動要素部が互いに連結接続され、かつ互いに接着結合または溶接されている、２つの部品からなる駆動要素の例示的なさらなる一実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、図面を用いて行う、好ましい例示的な実施形態についての以下の説明から明らかになる。
【００２１】
図において、同一の構成要素および同一の機能を有する構成要素には、同一の符号が付されている。
【００２２】
図１は、図示しない駆動対象、特にはカムシャフト動作切替部と相互作用し、これを動作させる電磁駆動装置１を示したものである。電磁駆動装置１は、透磁性を有する中空円筒状のブッシュ要素２を備えており、このブッシュ要素２内に、ピストンの形態である細長い駆動要素３が配置されている。駆動要素３は、永久磁石手段である永久磁石構造体４内を貫通しており、この永久磁石構造体４は、駆動要素３に相対回転不能に配設されている。また、永久磁石構造体４は、中央にある、円筒状の軟鉄ディスク体５と、この軟鉄ディスク体５の両側に配置された、大径であるが軟鉄ディスク体５よりも薄い永久磁石６ａ，６ｂとを備えている。駆動要素３は、固定されたコア部７と、スリーブの形態でヨークとして作用する取付要素８との間を可動案内される。この取付要素８は、例えばエンジンブロック部である支持部１０の、取付要素８と完全に合致する寸法を有する中空円筒状の凹部において、シールを形成しながら案内される。
【００２３】
コア部７は、図示されていないコイル装置の一部であり、図１の左側半分においてブッシュ要素２内に配置されている。このコイル装置は、駆動要素３に作用して、詳細には、コア部７に電流が流れたときの磁場の発生により、駆動要素３をコア部７から離れるように移動させる。
【００２４】
図１から分かるように、取付要素８内を案内されるピストンである駆動要素３は、２つの部品で形成されている。駆動要素３は、永久磁石構造体４の領域に配置される第１駆動要素部３ａと、この第１駆動要素部３aに軸方向に隣接して取付要素８内を案内される第２駆動要素部３ｂとを備えている。第２駆動要素部３ｂは、駆動要素３が後退した状態においても取付要素８から延出している係合部１１を端部に備えており、この係合部１１は、図示しない駆動対象に作用してこれを駆動させる。これら２つの駆動要素部３ａ，３ｂは、相対回転不能にインターロック式に接続されており、各々の端面において互いにレーザ溶接されている。このインターロック式の接続は、軸方向に互いに係合する接続部１２ａ，１２ｂを用いて行われており、これら接続部１２ａ，１２ｂを介して、２つの駆動要素部３ａ，３ｂ間で周方向にトルクが伝達される。駆動要素部３ａ，３ｂの接続部１２ａ，１２ｂは、周方向に沿って交互に配置されている。
【００２５】
図１の平面視で左側に位置する第１駆動要素部３ａは軟鉄からなり、図１の平面視で右側に位置し係合部１１を備える第２駆動要素部３ｂは、冷間成形されたオーステナイトからなり、したがって機械的強度に優れる。
【００２６】
図２は、図１からの細部Ａを拡大して示している。これは、周方向に閉じた環状のビード部１４を有する取付要素８の細部を示したものである。永久磁石構造体４に面した丸みを帯びた端面が設けられた端面１３を有する当該ビード部１４は、駆動要素３すなわち第２駆動要素部３ｂと同軸心、かつ、第２駆動要素部３ｂから径方向に離れたところに配置されている。環状のビード部１４の軸方向における長さは、約３．０ｍｍである。この環状のビード部１４は、永久磁石構造体４の永久磁石６ｂに対するストッパまたは対向支持部を形成している。また、環状のビード部１４は、取付要素８の外周壁１５内に径方向に配置されており、外周壁１５から約０．３ｍｍ突出している。外周壁１５の内径は、永久磁石構造体４の最大外径よりも大きい。
【００２７】
図３は、駆動要素の例示的なさらなる一実施形態を示したものである。図示された駆動要素３は、ほぼ同一の長さを有し、各々の端面において互いに当接して互いに溶接された２つの駆動要素部３ａ，３ｂを備えている。図示の例示的な実施形態では、２つの駆動要素部３ａ，３ｂ間の接触面１６は、接触面１６に軸方向に直接隣接した、駆動要素部３ａ，３ｂ各々の部分よりも大きい面積を有している。これら２つの駆動要素部３ａ，３ｂは、互いに溶接されており、例えば、摩擦溶接、コンデンサ放電溶接、またはレーザ溶接されている。図３の平面視において左側の駆動要素部３ａは、透磁率に関して最適化されており、軟磁性材料からなる。この第１駆動要素部３ａは、円筒状の永久磁石構造体４内を貫通するように形成されている。一方、第２駆動要素部３ｂは、機械的に強固で硬質な材料からなり、摩耗特性に関して最適化されている。第２駆動要素部３ｂは、コア部７から遠く離れているので、その磁気特性については重要でない。
【００２８】
図４に示されている例示的な実施形態において、軟磁性材料からなる第１駆動要素部３ａは、駆動要素３の軸方向範囲全体にわたって延びている。図４の平面において右側に位置し係合部１１を備える駆動要素３の領域には、スリーブの形態であり第１駆動要素部３ａよりも機械的に強固である第２駆動要素部３ｂが設けられており、この第２駆動要素部３ｂが係合部１１を形成している。スリーブである第２駆動要素部３ｂは、例えば、第１駆動要素部３ａに焼嵌められているか、または圧入されている。接着結合も適している。この図示された例示的な実施形態の代わりに、第２駆動要素３ｂであるスリーブをその端部において閉じ、上記の場合と同様に駆動要素３の端面１７を機械的負荷から保護するようにしてもよい。
【００２９】
図５に示されている例示的な実施形態において、永久磁石構造体４は、駆動要素３における周溝１８に軸方向に連結保持されている。上述した例示的な実施形態とは対照的に、駆動要素３は一体形成されており、全体が軟磁性材料からなる。駆動要素３は、永久磁石側の第１非硬化部位１９と、取付領域および係合部１１を備える第２硬化部位２０とに分けられる。駆動要素３の上記第２部位２０が硬化されていることにより、駆動要素３は、取付要素８および係合部１１の領域における摩耗に関して最適化されている。
【００３０】
図６に示された例示的な実施形態は、図１に示された駆動要素３の拡大図である。詳細に関しては、図１についての記載を参照されたい。
【符号の説明】
【００３１】
１    電磁駆動装置
３    駆動要素
４    永久磁石手段
７    コア部
８    取付要素
１１    係合部
１９，３ａ    第１部位
２０，３ｂ    第２部位
【図１】
2009545867.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2009545867.tif 000010
2009545867.tif 000011
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