(57)【要約】  回転電磁アクチュエータ（２）は、トルクをそのロータ（４）に印加するためのバイアス組立体（３０）を含む。このようなアクチュエータは、内燃エンジンのポペット弁を動作させるために用いられ得る。ロータはカム表面（１４）を規定し、バイアス組立体は、カム表面と係合したカム従動子（１６）を含み、バイアス組立体によってロータに加えられるトルクの大きさは、カム表面によるカム従動子の変位の大きさに依存する。カム面は、カム従動子を受けるための少なくとも１つのディテント（５０）を規定する。
2019534975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁アクチュエータであって、
ステータと、
ロータであって、前記ロータの回転範囲にわたって前記ステータに対して回転可能である、ロータと、
前記ロータの前記回転範囲の少なくとも部分にわたってトルクを前記ロータに印加するためのバイアス組立体と、
を備え、
前記ロータがカム表面を規定し、前記バイアス組立体が、前記カム表面と係合したカム従動子を含み、前記バイアス組立体によって前記ロータに加えられる前記トルクの大きさが、前記カム表面による前記カム従動子の変位の大きさに依存し、
前記カム面が、前記カム従動子を受けるための少なくとも１つのディテントを規定する、
電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記カム従動子が前記ロータの前記回転範囲にわたって最小変位位置と最大変位位置との間で変位させられ、前記ディテントと係合している時の前記カム従動子の変位が前記最小変位よりも大きい、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのディテントが、前記カム面に沿って前記ロータの回転軸に対して円周方向に運動する時に、前記カム面の曲率半径が減少し、その後、増大する、前記カム面の部分を含む、請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのディテントを規定する前記カム面の前記部分のプロファイルが、前記軸と垂直である平面内において、最小半径の前記プロファイルの点および前記ロータの前記回転軸を通過する線に関して対称的である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記少なくとも１つのディテントを規定する前記カム面の前記部分のプロファイルが、前記軸と垂直である平面内において、最小半径の前記プロファイルの点および前記ロータの前記回転軸を通過する線に関して非対称的である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記バイアス組立体が機械組立体であり、弾性機械構成要素を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記弾性機械構成要素の部分が前記カム従動子を形成するか、またはそれに結合されており、前記カム従動子の運動に応答して運動する、請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記弾性機械構成要素が板ばねである、請求項７に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記カム従動子がローラを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
少なくとも１つの弁、および請求項１〜９のいずれか一項に記載のアクチュエータを有する少なくとも１つのシリンダを含む内燃エンジンであって、前記アクチュエータは、前記少なくとも１つの弁を作動させるように構成されている、エンジン。
【請求項１１】
電磁アクチュエータを動作させる方法であって、前記電磁アクチュエータは、
ステータと、
ロータであって、前記ロータの回転範囲にわたって前記ステータに対して回転可能である、ロータと、
前記ロータの前記回転範囲の少なくとも部分にわたってトルクを前記ロータに印加するためのバイアス組立体と、
を備え、
前記ロータがカム表面を規定し、前記バイアス組立体が、前記カム表面と係合したカム従動子を含み、前記バイアス組立体によって前記ロータに加えられる前記トルクの大きさが、前記カム表面による前記カム従動子の変位の大きさに依存し、
前記カム面が、前記カム従動子を受けるための少なくとも１つのディテントを規定し、
前記方法は、
前記ステータに電流を流し、それにより、前記ディテントが前記カム従動子に向かって運動し、前記カム従動子と係合するように前記ステータに対する前記ロータの回転を生じさせるステップと、
次に、時間遅延の後に、前記ステータに電流を流し、それにより、前記ディテントが前記カム従動子から遠ざかるように前記ステータに対する前記ロータの回転を生じさせるステップと、
を含む、方法。
【請求項１２】
実質的に、添付の図面を参照して本明細書に記載されているとおりの電磁アクチュエータ。
【請求項１３】
実質的に、添付の図面を参照して本明細書に記載されているとおりの電磁アクチュエータを動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁アクチュエータに関する。より詳細には、本発明は、ステータに対して回転可能であるロータを有し、トルクをロータに印加するためのバイアス組立体を含む回転電磁アクチュエータに関する。このようなアクチュエータは、例えば、内燃エンジンのポペット弁を動作させるために用いられ得る。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２００４／０９７１８４号パンフレットは、内燃エンジンの弁を開放および閉鎖するために用いられ得る回転電磁アクチュエータを記載している。一例では、ロータとともに回転する偏心面の外周と接触している弾性片持ちばねアーム。アームはロータの回転の部分にわたって変形させられ、これにより、ロータの回転を加速するために後に用いられる位置エネルギーを蓄積する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、電磁アクチュエータであって、
ステータと、
ロータであって、このロータの回転範囲にわたってステータに対して回転可能である、ロータと、
ロータの回転範囲の少なくとも部分にわたってトルクをロータに印加するためのバイアス組立体と、
を備え、
ロータがカム表面を規定し、バイアス組立体が、カム表面と係合したカム従動子を含み、バイアス組立体によってロータに加えられるトルクの大きさが、カム表面によるカム従動子の変位の大きさに依存し、
カム面が、カム従動子を受けるための少なくとも１つのディテントを規定する、
電磁アクチュエータを提供する。
【０００４】
カム面内のディテントの存在は、カム従動子とのカム面の相互作用を通じて、ステータに対するロータの回転位置を規定し得る。ディテントは、ディテントによって規定される回転配向から遠ざかる方向のロータおよびそのカム面の回転に抵抗し得る。
【０００５】
カム面内のディテントの存在は、アクチュエータの動作の間にディテントによって規定されるロータの回転位置をより確実に選択するために、アクチュエータの制御を容易にし得る。ディテントの存在は、特定の既定の回転位置へのロータの回転を支援し得る。つまり、ステータによってロータに加えられる電磁力のみを用いてロータを特定の位置へ回転させるのと比べて、アクチュエータの制御システムによるアクチュエータの制御を通じて、より容易に、確実に位置を得ることができる。
【０００６】
好ましい実施形態では、カム従動子はロータの回転範囲にわたって最小変位位置と最大変位位置との間で変位させられ、ディテントと係合している時のカム従動子の変位は最小変位よりも大きい。それゆえ、ディテントは、バイアス組立体が、その後、トルクをロータに加えるために用いる位置エネルギーを蓄積しているロータの回転位置の確実な選択を容易にし得る。
【０００７】
アクチュエータが、内燃エンジンの弁を動作させるために用いられる適用物においては、ロータの各サイクル（ロータの完全回転、あるいはロータの回転範囲にわたる後方および前方へのロータの回転であり得る）は、関連付けられた弁の開放および閉鎖である、弁イベントに対応し得る。
【０００８】
実施形態によっては、ロータの回転範囲は完全回転の一部分であってもよく、ロータは、この部分にわたって後方および前方に振動するように制御可能である。代替的に、ロータの回転範囲は、ロータが同じ方向に連続的に回転すること、および／または２つの端点の間で振動することを可能にする、完全回転であってもよい。
【０００９】
好ましい実施形態では、ロータの運動エネルギーは、ロータの回転の部分にわたってバイアス組立体内に蓄積される位置エネルギーに変換され、次に、この位置エネルギーは、後に、ロータの回転を加速するために、ロータの回転の別の部分にわたってロータへ逆に伝達される。
【００１０】
カム面は、カム面の半径が（半径方向外向きに面するカム面上では）最小から増大し、その後、再び最小へ戻る（または半径方向内向きに面するカム面上では、最大から減少し、その後、再び最大へ戻る）区分を有し得る。アクチュエータが、内燃エンジンの弁を動作させるために用いられる適用物では、このような区分は、カム従動子が（半径方向外向きに面するカム面上の）この区分（または半径方向内向きに面するカム面上の最小半径）を通り越す際における、エネルギーの蓄積および、ロータへのエネルギーのその後の再解放の、バイアス組立体のサイクルに対応し得る。ディテントはこのような区分内に設けられ得る。より具体的には、ディテントは、（半径方向外向きに面するカム面上の）このような区分内のカム面の最大半径（または半径方向内向きに面するカム面上の最小半径）またはその近くに設けられ得る。このとき、ディテントは、カム従動子の最大変位またはその近く、ひいては、バイアス組立体内の最大エネルギー蓄積またはその近くにおける位置を規定するために用いられ得る。
【００１１】
このように、ディテントは、所望のカム面の位置が、確実で安定した仕方で選択可能になることを確実にする。好ましくは、この位置は実質的にカム従動子の最大変位にある。したがって、例えば、後続の弁イベントの最中など、必要な時に放出するのに備えた実質的に最大レベルのエネルギーがバイアス組立体内に蓄積され得る。ディテントが特定のカム従動子変位の確実な選択を可能にするため、蓄積されるエネルギー量が明確に規定され、再現可能になる。さらに、アクチュエータのロータを所望の回転位置に保つためにアクチュエータによって少しでも電力が消費される場合には、ディテントは最小限の電力を確実にする。
【００１２】
ディテントは、このような位置が、安定した仕方で選択されることを可能にし得る。
バイアス組立体は、例えば、機械的に、油圧により、または空気圧により実施され得る。好ましくは、バイアス組立体は機械組立体であり、弾性機械構成要素を含む。この構成要素は、バイアス組立体によってロータに加えられるバイアス力を発生する役割を果たし得る。
【００１３】
ロータは、ロータがその回転範囲の少なくとも部分にわたって回転するのに従い、弾性機械構成要素の部分が運動させられる、または撓むよう、バイアス組立体に結合され得る。
【００１４】
バイアス組立体の弾性機械構成要素は、ばね、または弾性材料のブロックなどの、様々な形態を取り得ることは理解されるであろう。
【００１５】
実装形態によっては、弾性機械構成要素は板ばねである。このような構成では、ピボットから離間したばねの一部分がロータの回転範囲の少なくとも部分にわたって撓む。
【００１６】
好ましくは、少なくとも１つのディテントは、カム面に沿ってロータの回転軸に対して円周方向に運動する時に、カム面の曲率半径が（半径方向外向きに面するカム面上では）減少し、その後、増大する（または半径方向内向きに面するカム面上では、増大し、その後、減少する）カム面の部分を含む。
【００１７】
少なくとも１つのディテントを規定するカム面の部分のプロファイルは、軸と垂直である平面内において、（半径方向外向きに面するカム面上の）最小半径（または半径方向内向きに面するカム面上の最大半径）のプロファイルの点およびロータの回転軸を通過する線に関して対称的であり得る。他の実施形態では、このプロファイルはこのような線に関して非対称的であり得る。例えば、この線の一方の側では、プロファイルは他方の側より急峻であってもよい。より急峻な側は、高速回転するロータがディテントにおいて停止するように制御するのを支援することができ、その一方で、このとき、より浅い側は、ロータを反対方向に逆回転させることをより容易にすることができる。
【００１８】
好ましくは、弾性機械構成要素の部分はカム従動子を形成するか、またはそれに結合されており、カム従動子の運動に応じて運動する。カム従動子は、カム面に向けて付勢され、カム面と接触させられたローラを含み得る。
【００１９】
本発明は、少なくとも１つの弁、および本明細書に記載されるとおりのアクチュエータを有する少なくとも１つのシリンダを含む内燃エンジンであって、アクチュエータは、少なくとも１つの弁を作動させるように構成されている、内燃エンジンをさらに提供する。
【００２０】
さらに、本発明は、電磁アクチュエータを動作させる方法であって、電磁アクチュエータは、
ステータと、
ロータであって、このロータの回転範囲にわたってステータに対して回転可能である、ロータと、
ロータの回転範囲の少なくとも部分にわたってトルクをロータに印加するためのバイアス組立体と、
を備え、
ロータがカム表面を規定し、バイアス組立体が、カム表面と係合したカム従動子を含み、バイアス組立体によってロータに加えられるトルクの大きさが、カム表面によるカム従動子の変位の大きさに依存し、
カム面が、カム従動子を受けるための少なくとも１つのディテントを規定し、
本方法は、
ステータに電流を流し、それにより、ディテントがカム従動子に向かって運動し、カム従動子と係合するようにステータに対するロータの回転を生じさせるステップと、
次に、時間遅延の後に、ステータに電流を流し、それにより、ディテントがカム従動子から遠ざかるようにステータに対するロータの回転を生じさせるステップと、
を含む、方法を提供する。
【００２１】
実施形態によっては、アクチュエータは、ロータが、ディテントがカム従動子に向かって運動し、カム従動子と係合する時に、ディテントがその後、カム従動子から遠ざかる時と同じ方向に回転するように動作させられてもよい。代替的に、他の実施形態では、ロータは、ディテントがカム従動子から遠ざかる時には、反対方向に回転するように制御されてもよい。
【００２２】
次に、本発明の実施形態を、例として、添付の概略図を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、アクチュエータのうちの一方が本発明を具体化する、回転電磁アクチュエータの対の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係るカム面プロファイルおよびカム従動子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に、本発明を具体化する回転電磁アクチュエータ２が示される。回転電磁アクチュエータ２は、ステータ６内に回転可能に装着されたロータ４を含む。図示の実施形態において、ステータ６は第２のアクチュエータ８と共有される。ステータは、ロータの回転軸１２に対して、ロータの周りに均等に円周方向に離間配置された８つのコイル１０を含む。アクチュエータの動作時には、ステータ巻線を選択的に励磁することによって、磁気的に発生されたトルクがロータに加えられる。アクチュエータ８のロータは、明確にするために、図面において省略されている。
【００２５】
カム表面１４がロータ上に形成されている。ローラの形態のカム従動子１６がカム表面と係合している。カム従動子１６はアーム１８の一方の端部において回転可能に装着されている。アームの他方の端部はシャフト２０上に回転可能に装着されている。シャフト２０はロータ４のための軸受ハウジングによって支持されている。この軸受ハウジングは、明確にするために、図１において省略されている。シャフト２０の露出部分は軸受ハウジング内の孔内へのプレス嵌めである。
【００２６】
カム従動子１６は、バイアス組立体３０によってカム表面１４と係合するように付勢されている。この組立体は板ばね３２を含む。板ばねは第１の端部３４においてステータ６上に枢動可能に装着されている。板ばねの第２の反対側端部３６はカム従動子アーム１８を圧迫し、それをカム表面１４に向けて下方へ付勢している。この下向きの力はロータ軸に向かうのでなく、ロータ軸の一方の側に作用し、それにより、力がこの軸の周りのトルクを発生する。
【００２７】
バイアス組立体はまた、ロックシリンダ４０の形態の拘束部材を含む。ロックシリンダ４０は、図１には示されていない手段により、ロックシリンダの中心長手方向軸４２の周りに回転させるよう使用するために装着されている。ロックシリンダが、図１に示されるように配向されている時には、その円筒状周面４４が、板ばね３２の上面と係合する。ロックシリンダの周面はまた、ロックシリンダの回転軸４２と平行であり、且つその軸を包含する平面と垂直な平面内に延在する、扁平な平面部分４６を含む。本態様は、本出願人によって出願された同時係属の英国特許出願の主題である。
【００２８】
バイアス組立体３０は、カム表面１４とカム従動子１６との間の相互作用に応じた板ばねの上方運動が拘束部材４０によって拘束される（図１に示されるとおりの）構成と、平面部分４６が板ばねに面している第２の構成との間で回転可能である。この第２の構成では、板ばねの第２の端部３６がカム面１４とカム従動子１６との間の相互作用に応じて運動させられた時に、板ばねの上方運動がロックシリンダ４０によってあまり拘束されないか、または拘束されないため、組立体のバイアス効果が低減されるか、または完全に取り除かれる。アクチュエータの本態様は同時係属の英国特許出願の主題である。
【００２９】
カム面１４はディテント５０を含む。カム面のこの区分の反対側端部は、カム面のプロファイルが曲率変化を有する部位によって規定される。カム面プロファイルは円周方向の位置とともに変化し、それにより、どちらかの円周方向からディテントに接近すると、半径は、ディテントの縁部において、一定であるか、または増大する状態から、減少する状態へ変化する。ディテントに沿って同じ円周方向に進み続けると、次に、半径はディテントの反対側端部に向かって増大する。したがって、ディテントの最小半径がディテント内において規定される。カム面へ向かうカム従動子に対するバイアス力は、カム従動子がディテントと係合している時には、カム従動子がディテント内のこの最小半径の部位へ向かう傾向を持つことになることを意味する。
【００３０】
図１の実施形態では、ディテントによって規定される位置は、ばね３０がカム面とカム従動子との間の相互作用によって撓ませられる部位にある。それゆえ、この点では、位置エネルギーがひずみエネルギーの形態でバイアス組立体の板ばね３０内に蓄積される。したがって、このエネルギーは、後続の時点における解放のために利用可能である。
【００３１】
ディテントを設けることにより、制御システムにおいて、それがこの位置を確実に選択することができるために要求される精度のレベルが低減される。ロータが、カム従動子が、ディテントを規定するカム面の区分と接触するように配向されると、ロータの角速度が所定の閾値未満である場合には、ロータは、制御システムによるより高精度の制御を必要とすることなく、ディテント内の最小半径によって規定される回転位置を獲得することになる。これは、ロータが既定の回転位置において確実に「駐車される（ｐａｒｋｅｄ）」ことを可能にする。
【００３２】
図２は、ロータの回転軸１２と垂直な平面内におけるカム面プロファイルおよびカム従動子を示す図である。
【００３３】
カム従動子１６は、ディテント５０と接触した状態で示されている。ディテント５０は、ディテントから軸１２へ延び、その軸と垂直な平面内に存在する線６０に関して対称的である。
【００３４】
ディテント５０は、反対側端部６２および６４の間に延びるカム面１４の区分である。各端部において、カム面の半径は、カム面に沿って円周方向にディテントに向かって運動する時に、増大する状態から減少する状態へ変化する。
【００３５】
図２に示されるカム面は最小半径「ｒ」および最大半径「Ｒ」を有する。ディテント５０の端部６２、６４の各々において最大半径に達する。
【００３６】
ディテントは、カム面の半径が最小値ｒよりも大きいカム面の部分６６内に規定される。ディテントは、部分６６上において最大半径の点６２および６４の間に規定される。
【００３７】
部分６６はロータの中心軸１２における約７２度の角度「Ａ」に対する。ディテントを確実に選択する能力を高めるために、（円周方向における外縁部である）ディテントの２つの縁部はロータの軸１２における実質的な角度Ｂに対し得る。好ましくは、この角度は約８°〜１５°以上の範囲内であり、好ましくは、この角度は約１１°である。
【図１】
2019534975.tif 000003
【図２】
2019534975.tif 000004
【国際調査報告】
2019534975.tif 000005
2019534975.tif 000006