(57)【要約】      （修正有）【課題】ソレノイド・アクチュエータに対して、より大きな開口力を提供する。【解決手段】ソレノイド・アクチュエータは、アーマチュアと、極片と、移動方向に沿う第１及び第２の位置の間でアーマチュアを励磁に応答して移動させるように構成された電磁石コイルと、アーマチュアが第１の位置にあるときに、少なくとも第１の位置においてアーマチュアをラッチするために配置されかつ配向された永久磁石と、アーマチュアを付勢するように構成されたばねとを備える。ソレノイド・アクチュエータは、部分的上昇を提供するように動作可能である。【選択図】図４
2018026568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーマチュアと、極片と、励磁に対応して前記アーマチュアを移動の方向に沿う第１及び第２の位置の間で移動させるように構成された電磁石コイルと、前記アーマチュアを付勢するように構成されたばねとを備えるソレノイド・アクチュエータを備える燃料インジェクタを操作する方法であって、ここで、前記第１の位置において、前記燃料インジェクタは閉鎖されており、そしてここで、前記アーマチュアの準静止位置は、前記アーマチュアの移動行程の全長又は少なくとも一部の長さにおいて、コイル電流により、少なくとも単調であり、前記方法は以下を備える：
あるサイクルにおいて駆動波形を前記電磁石コイルに適用すること、ここで前記駆動波形は、前記アーマチュアを、前記第１及び第２の位置の間の位置であって前記アーマチュアが実質的に停止する位置に位置させるようなプロファイルと持続時間を持つターンオン駆動波形と、前記第１の位置に向けて前記アーマチュアを移動させるようなプロファイルと持続時間を持つターンオフ駆動波形とを含んでいる；
前記電磁石コイルからの逆起電力及び／又は電流及び／又は抵抗の測定値を取得すること；及び
前記測定値を用いて、前記サイクルにおいて前記電磁石コイルに適用される前記駆動波形を調整すること、及び／又は、前記電磁石コイルに適用される駆動波形を後続のサイクルにおいて調整すること。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、ここで、前記ターンオン駆動波形を適用することは以下を含む：
低インピーダンス電圧駆動を用いて、前記アーマチュアを前記位置に保持すること。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって、ここで、前記ターンオン駆動波形を適用することは、前記アーマチュアへの力を、前記ターンオン駆動波形の終端において実質的にバランスさせるように、前記ターンオン駆動波形の終端に向かう前記電流を調整することを備えている。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法であって、以下を備える：
保持駆動波形を前記電磁石コイルに適用すること、ここでこの波形は、前記アーマチュアを、前記第１及び第２の位置の間の位置に保持するような、そして、電流を前記コイルに流すようなプロファイルと持続時間を持つ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法であって、ここで、前記の又はそれぞれのターンオフ駆動波形は、前記ターンオン駆動波形とは反対の極性を持つバイアスプロファイル部分を含む。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法であって、以下を備える：
前記第１の位置に戻る前記アーマチュアを減速させるような抗反発駆動波形を前記電磁石コイルに適用すること。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法であって、以下を備える：
既定の駆動波形を提供すること；そして
先に提供された駆動波形に基づいて既定の駆動波形を改変すること。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
前記アーマチュアを保持位置に到達させるようなブースト波形を提供すること、そして、所望の保持位置において前記アーマチュアを安定に保持するような一定の低インピーダンス電圧を前記サイクルにおいて提供すること。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、以下を含む：
ＰＷＭ供給を用いて前記電圧を維持すること。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
第１の方向に電流を流した後に、第２の、反対の方向において、前記電磁石コイルを通る電流を流すこと。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
前記電磁石コイルを通る負電流を加えて、前記アーマチュアを前記第１の位置に保持すること。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
前記電磁石コイルを通る負電流を加えて、前記第１の位置に向かう前記アーマチュアの迅速な移動を可能にすること。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
第１及び第２のパルスを適用して、前記アーマチュアを、前記第２の位置における、又は、前記第１及び第２の位置の間の位置における安定した位置に到達可能にすること。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
前記電磁石コイルと整合するようにインピーダンスを適合させて、前記アーマチュアが移動を止めたときの反発を減らすこと。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
パルス幅変調を用いて、前記保持駆動波形を形成すること。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
定電流モードにおいて電流を駆動するときに、前記電磁石コイルからの起電力を測定すること。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
電圧モードにあるときに、前記コイルを流れる電流を測定すること。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
前記電磁石コイルに加えられる前記電流を、測定された前記起電力に応じて制御すること。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
前記電磁石コイルに加えられる電圧を、測定された前記電流に応じて制御すること。
【請求項２０】
請求項１６に記載の方法であって、以下を含む：
測定された前記起電力に応じて、アーマチュア位置を決定すること。
【請求項２１】
請求項１７に記載の方法であって、以下を含む：
測定された前記電流に応じて、アーマチュア位置を決定すること。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
測定された前記起電力を分析すること。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
前記コイルを通る、測定された前記電流を分析すること。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法であって、ここで、少なくとも前記第１の位置に前記アーマチュアをラッチするために、永久磁石が配置されかつ配向されている。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか１項に記載の前記方法を実行するために構成された制御ユニット。
【請求項２６】
アーマチュアと；
極片と；
励磁に応答して、前記アーマチュアを、第１及び第２の位置の間において、移動方向に沿って移動させるように構成された電磁石コイルと；
前記アーマチュアを付勢するように構成されたばねと
を含むソレノイド・アクチュエータを備える燃料インジェクタ、
及び
前記アクチュエータに動作可能なように接続された、請求項２５に記載の制御ユニット
を含むシステム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシステムであって、さらに以下を含む：
少なくとも前記第１の位置において前記アーマチュアをラッチするために配置されかつ配向された永久磁石。
【請求項２８】
請求項２６又は２８に記載のシステムであって、さらにピントルを備えており、
ここで、前記ピントルは、前記アーマチュアに、離脱可能なように取り付けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソレノイド・アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
WO2011/058344A1は、ソレノイド・アクチュエータを記載している。このソレノイド・アクチュエータは、使用されるべきアンペアターン（amp turns）を少なくすることができるバイアスを提供する永久磁石を含む。したがって、小さいコイル断面と短い磁路長とを使用することができ、そのことは、磁束漏れ（magnetic leakage）の減少に役立ち、そしてこれは、さらに少ないアンペアターンを使用できることを意味する。
【０００３】
前出のWO2011／058344A1に記載されたソレノイド・アクチュエータは、永久磁石を持たないソレノイド・アクチュエータに対して、例えば大きな開口力（opening force）を提供する可能性があるといった利点を有するものの、更なる改良が可能である。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の面によれば、ソレノイド・アクチュエータが提供される。このソレノイド・アクチュエータは、アーマチュアと、極片（単数又は複数）と、励磁（energisation）に対応して、移動方向に沿う第１及び第２の位置の間でアーマチュアの移動を生じさせるように配置された電磁石コイル（単数または複数）（electromagnet coil(s)）と、少なくとも第１の位置でアーマチュアをラッチするために配置され、かつ配向された永久磁石（単数又は複数）と、アーマチュアを付勢するために配置されたばね（単数又は複数）とを備えている。
【０００５】
このアクチュエータは、二つ以上の位置において、例えば電磁石コイル（単数または複数）を通る電流（単数または複数）に依存して第１及び第２の位置の間におけるいずれかの位置においてアーマチュアが安定して停止可能となっている構成であってもよい。これにより、位置センサを必要とせずに、電流に依存して、様々な上昇を達成可能である。
【０００６】
ばね（単数又は複数）は、内腔（lumen）を有する円筒状の湾曲（flexure）を備えていてもよい。極片（単数又は複数）、アーマチュア、及び電磁石コイル（単数又は複数）は、前記内腔の内部に配置可能である。
【０００７】
ばね（単数又は複数）は、プレート湾曲（plate flexure）あるいは少なくとも２枚のプレート湾曲の積層を含む少なくとも一つのプレートベースの湾曲（plate-based flexure）を含むことができ、前記湾曲は、当該あるいはそれぞれのプレート湾曲が移動の方向に沿って配置されるように調整されており、さらに、当該あるいはそれぞれのプレート湾曲の法線は、移動の向きに実質的に平行に配向されている。これは、ソレノイド・アクチュエータにおける幅あるいは直径の減少に役立つ。当該のあるいはそれぞれのプレートは、一つ以上のスリット及び／又は一つ以上の開孔（apertures）を含むことができる。当該又はそれぞれのプレートは、円盤状であってもよい。少なくとも一つのプレートベースの湾曲は、第１及び第２のプレートベースの湾曲を備えることができる。極片（単数又は複数）、アーマチュア、及び電磁石コイル（単数又は複数）は、第１及び第２のプレートベースの湾曲の間に配置可能である。
【０００８】
少なくとも一つの永久磁石は、正多角形の側部に配置された少なくとも五つの永久磁石を含むことができ、これにより、永久磁石の磁化（magnetisations）は、内側あるいは外側を向く。これは、一様な放射状磁界（radial magnetic field）を提供することに役立つ。
【０００９】
少なくとも一つの永久磁石（単数又は複数）が、極片（単数又は複数）に対して固定されていてもよい。永久磁石（単数又は複数）をアーマチュアから機械的に分離することは、アーマチュア構造の質量を減少させることに役立ち、したがって、アーマチュアは、所定の力に対して、より迅速に加速できる。永久磁石（単数又は複数）は、アーマチュアを通過することができる。少なくとも一つの電磁石コイル（単数又は複数）は、極片（単数又は複数）に対して固定されていてもよい。
【００１０】
アクチュエータは、アーマチュア内に配置された少なくとも二組の永久磁石と少なくとも二組の電磁石コイルとを備えることができる。各ペアの電磁石コイルは、対応する組の永久磁石と関連することができ、これにより、アーマチュアを並行して駆動することができる。このことは、アクチュエータにより適用される力を増加させやすくする。
【００１１】
アクチュエータは、少なくとも二つの、リンクされたアーマチュアを備えることができ、それらは、移動の方向に沿って積層状に配置される。各アーマチュアは、少なくとも一つの対応する磁石を支持することもでき、さらに、ソレノイド・アクチュエータは、少なくとも二組の電磁石コイルを備える。このことは、アクチュエータの所定の断面領域に対する力を増加させやすくする。
【００１２】
各アーマチュアは、第１及び第２の対向形状の面（opposite shaped faces）を備えることができる。アーマチュアの面を、例えば面取り（bevelling）によって形成することにより、アーマチュアの質量を減らすことができる。このことは、所定の力に対応する加速を増加させやすくする。アーマチュアは、円錐状あるいは角錐状の部分を含むことができる。アーマチュアは、円錐台（frusto-conical）あるいは角錐台（frusto-pyramidal）形状の部分を含むことができる。第１及び第２の面は、一般的に凸状である。極片（単数または複数）は、少なくとも一つの、対応して反対形状の面（correspondingly inversely-shaped face）を、アーマチュアの着座（seating）のために、含むことができる。
【００１３】
このことは、アーマチュアと極片との間のギャップを減らすことに役立つ。
【００１４】
アクチュエータあるいはアクチュエータのセットは、単独の輪（annulus）に構成された単独のコイルを備えることができる。
【００１５】
永久磁石（単数または複数）は、主に、サマリウム−コバルト（samarium-cobalt）あるいはネオジム（neodymium）を備える。
【００１６】
ばね（単数または複数）は、アーマチュアが第２の位置に停止することを防ぐのに十分な力を提供するように構成されてもよい。ばね（単数または複数）は、アーマチュアの移動の長さにわたる方向と同じ方向の力を提供するように構成されてもよい。ばね（単数または複数）は、アーマチュアの移動の長さにわたって実質的に一定な力を提供するように構成されてもよい。ばね（単数または複数）は、アーマチュアの移動の長さにわたって変化する力を提供するように構成されてもよい。この力は、２：１より小さいファクターで変化するものであってもよい。もし、二つ以上のばねがある場合は、この力は、これらのばねの合力であるかもしれない。ばね（単数または複数）におけるばね定数の大きさは、ソレノイド・アクチュエータで提供される磁気ばねのばねレートの大きさより小さくてもよい。ばね（単数または複数）におけるばね定数の大きさは、ソレノイド・アクチュエータで提供される磁気ばねのばねレートの大きさより大きくてもよい。ばね（単数または複数）におけるばね定数の大きさは、少なくとも一つのばねなしでソレノイド・アクチュエータで提供される磁気ばねのばねレートの大きさの１．５から２．０倍の範囲の値を持つことができる。もし、二つ以上のばねがあれば、ばね定数は、ばねの合成のばね定数である。
【００１７】
アクチュエータは、さらにチューブを備えることができる。少なくとも一つの電磁石コイルは、単独のコイル（single coil）を備えることができる。単独のコイルは、チューブ外に配置されてもよく、そして、アクチュエータは、チューブ内に配置される。したがって、アクチュエータは、ウエット・アクチュエータ（wet actuator）として使用可能である。少なくとも一つの永久磁石は、チューブ外に配置可能である。チューブは、少なくとも２５である初期比透磁率（initial relative permeability）を有する材料を備えることができる。チューブは、２Ｔより小さい飽和磁束密度（saturation flux density）を有する材料を備えることができる。チューブは、１から２の間の初期比透磁率を有する材料を備えることができる。材料は、オーステナイト系ステンレス鋼（austenitic stainless steel）、例えばタイプ３０４、タイプ３１０、タイプ３１６、あるいはタイプ３２１であってもよい。材料は、窒素強化型（nitrogen-strengthened）のオーステナイト系ステンレス鋼、例えばNitronic 33あるいはNitronic 50であってもよい。材料は、マルテンサイト系（martensitic）のステンレス鋼、例えばType 17-4あるいはCarpenter 465 typeであってもよい。材料は、二相ステンレス鋼（duplex stainless steel）、例えばSanvik SAF 2205であってもよい。
【００１８】
チューブは、段差付きの壁（stepped wall）を持っていてもよい。アクチュエータの近傍において、チューブは、第１及び第２の異なる径を有する少なくとも二つの部分を備えることができる。チューブは、アクチュエータの近傍において、第１、第２及び第３の部分を備えることができる。第２のチューブ部分は、チューブにおける第１及び第３の部分の間に配置可能であり、第１及び第３の部分よりも大きな径を持つことができ、これによって、アクチュエータの部分を収容するパイプバルジ（pipe bulge）を形成することができる。段付き壁のパイプを使うことにより、複数の部分、例えば極片とアーマチュアを、例えばパイプ内に部品を落下させることにより、容易に組み付けることができる。部品は、異なる径を持つパイプの部分の間に形成された、一つ又は複数の座（seats）に位置する。
【００１９】
チューブは、異なる磁気特性を持つ複数の部分を持つことができる。
【００２０】
チューブは、少なくとも第１、第２、第３、第４及び第５の部分を備えることができる。第２の部分は、第１及び第３の間に配置可能であり、第４の部分は、第３及び第５の部分の間に配置可能である。第２及び第４の部分は、比透磁率について相対的に低い値を持ち、第１、第３及び第５の部分は、比透磁率について相対的に高い値を持つ。したがって、チューブの特性を選択して、漏れ磁束（flux leakage）を最小とすることができる。比透磁率について異なる値を持つチューブの部分は、異なる材料を用いて形成可能である。例えば、第１、第３及び第５の部分は、高い比透磁率のスチールのチューブを備えることができ、第２及び第４の部分は、低い比透磁率のスチールのチューブあるいは溶接部（welds）を備えることができる。比透磁率について異なる値を持つチューブの部分は、異なる条件下でチューブの部分をアニーリング（annealing）することにより形成可能である。
【００２１】
少なくとも一つのばねは、固定硬さ（fixed stiffness）を持つ固定ばね（fixed spring）を備えることができる。
【００２２】
固定ばねは、異なるばねレートを持つ複数の固定ばねの一つから選択可能である。したがって、組み立てにおいては、アクチュエータを較正（calibrated）して、適切なばねレートを持つ固定ばねを選んで使用することができる。
【００２３】
本発明の第２の面によれば、アクチュエータのセット（set）が提供される。各アクチュエータは、実質的に同一の極片、アーマチュア、電磁石コイル、及び永久磁石を備えており、ここで、少なくとも一つのセットにおけるアクチュエータは、当該セットにおける他のアクチュエータに対して異なるばねレートを有する固定ばねを備える。較正ばねの使用は、アクチュエータのセットを検査することによって特定可能である。
【００２４】
少なくとも一つの調整可能ばね（adjustable spring）を使用して、例えば、閉鎖力（closing force）を適用することができる。これは、インジェクタの中で使用可能であり、これにより、ニードル（needle）あるいはピントル（pintle）に閉鎖力を作用させることができる。
【００２５】
固定ばねは、与圧されたもの（preloaded）であってもよい。
【００２６】
少なくとも一つのばねは、アタッチメント（attachment）の第１及び第２のポイントあるいは領域、及び、アタッチメントの第３の更なるポイントあるいは領域を持つ単独のばねを備えることができる。アーマチュアは、ばねにおけるアタッチメントの第３のポイントあるいは領域に取り付け可能である。したがって、単独のばねを、二つのばねとして作用するものと考えることができる。
【００２７】
少なくとも一つのばねは、少なくとも二つの別々のばね（separate springs）を備えることができる。アーマチュアは、第１及び第２のばねに取り付け可能である。アーマチュア並びに第１及び第２のばねは、アーマチュアの動きが第１のばねについての伸び（extension）あるいはたわみ（deflection）と、第２のばねについての圧縮あるいは反対のたわみを生じるように配置可能である。
【００２８】
ばねは、初期では、圧縮されていてもよく、そして、第１及び第２の位置の間、圧縮状態を続けてもよい。これにより、アクチュエータの構成を容易とすることができる。なぜなら、ばねは他の部品あるいはアクチュエータに固定される必要がないからである。
【００２９】
少なくとも一つのばねは、流体を含むことができる。例えば、アクチュエータは、液体インジェクタに含まれていてもよく、ばね力を、少なくとも部分的には、液体あるいは気体燃料（gaseous fuel）により提供可能である。
【００３０】
ばね（単数又は複数）は、つる巻きばね（helical springs）であってもよい。
【００３１】
少なくとも一つの極片及び／又はアーマチュアの全部又は一部は、コバルト第一鉄（ferrous cobalt）あるいはコバルトクロム第一鉄（ferrous cobalt chromium）を主として備えていてもよい。少なくとも一つの極片の全部又は一部は、Somaloy（登録商標）を主として備えていてもよい。例えば、ウエットタイプのアクチュエータでは、移動しない、及び／又は作動流体との接触位置に来ない極片の部分は、Somaloy（登録商標）から形成可能である。
【００３２】
ばね（単数または複数）を、第１の位置でのアーマチュアのラッチを助けるように構成することができる。
【００３３】
ばね（単数又は複数）を、第２の位置においてアーマチュアがラッチされることを避けるように構成することができる。
【００３４】
アクチュエータは、前出のWO2011/058344A1で規定されるような短行程のアクチュエータであってもよい。アクチュエータは、非短行程（non-short-travel）アクチュエータであってもよい。
【００３５】
アクチュエータは、８００μｍまでの行程の長さを持っていてもよい。アクチュエータは、１ｍｍまでの、あるいは２ｍｍまでの行程の長さを持っていてもよい。
【００３６】
アクチュエータの外側の幅あるいは直径（ｄ）とアクチュエータの行程（Δｔ）の比は、１００より小さくてもよい。アクチュエータの外側の幅あるいは直径とアクチュエータの行程との比は、少なくとも２０としてもよい。
【００３７】
少なくとも一つのばねは、５Ncm-2×A/tから２０Ncm-2×A/tの範囲での（合成の）ばね定数ｋ（N/μm）を持つことができる。ここで、Aは、極片の、cm2での作用領域（active area）であり、ｔは、アーマチュアと極片との間におけるμｍでのギャップ長である。
【００３８】
ばね（単数又は複数）は、少なくとも第１及び第２のばねを備えることができ、ここで、第１のばねは、第１の位置に戻るときにアーマチュアを減衰（damp）させるように構成される。
【００３９】
アクチュエータは、被作動部材（actuated member）をさらに備えることができ、そして、アーマチュアは、その被作動部材を駆動することができる。
【００４０】
被作動部材は、第１及び第２の部分を備えることができる。アーマチュアは、被作動部材における第１の部分に固定的に接続されていてもよく、これにより、アーマチュアと被作動部材の第１の部分とは、一緒に移動することができる。被作動部材における第１の部分は、被作動部材における第２の部分に、スライドするよう（slidably）に接続されていてもよく、これにより、被作動部材における第１及び第２の部分は、第１の方向において一緒に移動し、第２の、反対の方向において独立に移動することができる。
【００４１】
アクチュエータは、被作動部材における第２の部分を付勢するように構成されたばねを備えることができる。
【００４２】
被作動部材は、ピントルあるいはニードルを備えることができる。
【００４３】
本発明の第３の面によれば、アクチュエータと、アクチュエータに動作可能なように接続された制御手段（例えば制御ユニット）とを備える装置が提供される。
【００４４】
制御手段は、第１のパルス電流（すなわち「第１の駆動波形部」）を、第１の方向（すなわち「極性」）において、電磁石コイル（単数又は複数）を流れるように適用するように構成されていてもよく、これにより、電磁石コイル（単数又は複数）を励磁（energise）することができる。第１のパルスは、アーマチュアの移動の持続時間より長い持続期間を持つことができる。
【００４５】
制御手段は、第２の、反対の方向（反対極性）において、第２のパルス電流（すなわち「第２の駆動波形部」）を、電磁石コイル（単数又は複数）を流れるように適用するように構成されていてもよい。これは、アーマチュアの閉鎖を助けるために使用可能である。
【００４６】
制御手段は、アーマチュアが第１の位置にあるときに、第２のパルス電流を適用するように構成されていてもよい。このことを用いて、追加的な閉鎖力を生成できる。これは、例えば内向き開口（inward-opening）のインジェクタにおいて、燃焼で生成した開口力に対抗する助けとして使用できる。
【００４７】
制御手段は、電磁石コイル（単数又は複数）と適応的に（adaptably）インピーダンス整合（impedance-matched）されるように構成されていてもよく、これにより、アーマチュアが移動を止めるときの反発（bounce）を減らすことができる。このことは、検出の必要なしで反発を減らすために使用できる。
【００４８】
制御手段は、電磁石コイル（単数又は複数）からの逆起電力（単数又は複数）を測定するように、そして、アーマチュアの位置を決定するように構成されていてもよい。
【００４９】
制御手段は、測定された逆起電力（単数又は複数）に基づいて、アーマチュアの位置を決定するように構成されていてもよい。
【００５０】
制御手段は、測定された逆起電力（単数又は複数）に基づいて、電磁石コイル（単数又は複数）を流れる電流（単数又は複数）を制御するように構成されていてもよい。したがって、逆起電力（単数又は複数）を使用して、部分的な上昇の制御を向上させ、及び／又は反発の減少を助けることができる。
【００５１】
装置は、測定された逆起電力（単数又は複数）を分析するために、及び／又は測定された逆起電力（単数又は複数）の特徴を記録するために構成された診断ユニット（diagnostic unit）をさらに備えることができる。
【００５２】
装置は、磁束検出用のループ（単数又は複数）及び／又はコイル（単数又は複数）を備えることができ、これにより、磁気回路での磁束を検出することができる。
【００５３】
二つの（あるいはさらに多くの）コイルを含むアクチュエータのケースでは、アクチュエータにおけるコイルの一つは、作動用に使用でき、他のコイルは、磁気回路における磁束変化レートの検出用に使用でき、これにより例えば、制御手段を支援して、現在波形あるいは後続波形（following waveform）の駆動波形を調整できる。
【００５４】
制御手段は、検出された電流（単数又は複数）に基づいて、電磁石コイル（単数又は複数）に流される電流（単数又は複数）を制御するために構成されていてもよい。したがって、検出された電流は、部分的な上昇の制御を向上させるために、及び／又は反発を減らすために、使用できる。
【００５５】
制御手段は、上昇部分（rise section）、保持部分（hold section）、及び降下部分（fall section）を含む駆動波形を提供するために構成されていてもよい。
【００５６】
本発明の第４の面によれば、Ｎ個のソレノイド・アクチュエータのアレイ（array of N solenoid actuators）を備える装置が提供される。この装置は、Ｎ＋１組のスイッチの並列なアレイをさらに備えており、ここで、各組におけるスイッチは、接合を介して直列に接続されており、各ソレノイド・アクチュエータは、隣り合う組のスイッチにおける接合の間で接続され、これにより、隣り合うソレノイド・アクチュエータは、対応する組のスイッチを共有する。したがって、ソレノイド・アクチュエータは、少ないスイッチを用いて、独立して制御可能である。
【００５７】
スイッチは、電界効果トランジスタを含むことができる。
【００５８】
本発明の第５の面によれば、アクチュエータを備える流体流の制御装置が提供される。
【００５９】
本発明の第６の面によれば、アクチュエータを備える燃料インジェクタが提供される。
【００６０】
本発明の第７の面によれば、ソレノイド・アクチュエータを操作する方法が提供される。このアクチュエータは、アーマチュアと、極片（単数又は複数）と、励磁に対応してアーマチュアを移動方向に沿って第１及び第２の位置の間で移動させるように配置された電磁石コイル（単数又は複数）と、少なくとも第１の位置においてアーマチュアをラッチするように配置及び配向された永久磁石（単数又は複数）と、アーマチュアを付勢するように配置されたばね（単数又は複数）とを備えている。この方法は、アーマチュアを第１及び第２の位置の間に安定的に位置させるプロファイル（単数又は複数）及び持続時間を持つターンオン用の駆動波形（単数又は複数）を、電磁石コイル（単数又は複数）に適用することを備え、この位置において、アーマチュアは、実質的に停止し、さらに、コイル（単数又は複数）において電流（単数又は複数）を既定の保持値（単数又は複数）に到達させることができる。
【００６１】
したがって、ソレノイド・アクチュエータは、部分的な上昇を提供するために操作可能である。このことは、アクチュエータについての開ループの可変上昇制御（open-loop variable lift control）を可能にする。
【００６２】
方法は、第１及び第２の位置の間の位置にアーマチュアを保持し、かつ、前記保持電流を有する駆動電流（単数又は複数）をコイル（単数又は複数）に流すようなプロファイル（単数又は複数）及び持続時間を有する保持駆動波形（単数又は複数）を電磁石コイル（単数又は複数）に適用することをさらに備えることができる。
【００６３】
方法は、第１の位置に向けてアーマチュアを移動させるようなプロファイル（単数又は複数）及び持続時間を持つターンオフ（turn-off）駆動波形（単数又は複数）を電磁石コイル（単数又は複数）に適用することをさらに備えることができる。
【００６４】
当該の又はそれぞれのターンオフ駆動波形は、ターンオン駆動波形に対して反対極性のバイアスプロファイル部（bias profile portion）を含むことができる。当該の又はそれぞれのターンオフ駆動波形は、ゼロの適用バイアス（zero applied bias）のバイアスプロファイル部を含む。
【００６５】
方法は、第１の位置に戻るアーマチュアを減速させるような抗反発駆動波形（anti-bounce drive waveform(s)）を電磁石コイル（単数又は複数）に適用することをさらに備えることができる。
【００６６】
方法は、第１サイクルのために駆動波形（単数又は複数）を生成することと、第１サイクルから測定値を取得することと、測定値に基づいて第２の後のサイクルのために駆動波形（単数又は複数）を生成することとをさらに備えることができる。したがって、フィードフォワードのプロセスを使用してもよい。
【００６７】
電磁石コイル（単数又は複数）は、単独のコイルを含むことができる。電磁石コイル（単数又は複数）は、二つ以上の電磁石コイルを含むことができる。二つ以上のコイルの場合、少なくとも二つのコイルに同じ駆動波形を適用することができる。二つ以上のコイルの場合、少なくとも一つのコイルに第１駆動波形を適用でき、第１駆動波形とは逆（inverse）の第２駆動波形を他の少なくとも一つのコイルに適用できる。
【００６８】
本発明の第８の面によれば、アクチュエータ、装置、デバイス、又は燃料インジェクタを形成することを備える方法が提供される。
【００６９】
この方法は、アクチュエータ、装置、デバイス、又は燃料インジェクタの各部分を提供することを備えることができる。
【００７０】
本発明の第９の面によれば、アクチュエータを形成する方法が提供される。方法は、アーマチュアを提供すること、極片（単数又は複数）、第１及び第２の位置の間において移動方向に沿ってアーマチュアを励磁に対応して移動させるように配置された電磁石コイル（単数又は複数）を提供すること、少なくとも第１の位置でアーマチュアをラッチするために配置されかつ配向された永久磁石（単数又は複数）を提供すること、及び、アーマチュアを付勢するために配置されたばね（単数又は複数）を提供することを備えることができる。
【００７１】
方法は、ばね（単数又は複数）なしでの、あるいは、試験ばね（単数又は複数）を用いてのアクチュエータの性能を測定すること、既定のばね定数（単数又は複数）のばね（単数又は複数）を、アクチュエータの性能に基づいて、異なるばね定数（単数又は複数）のばね（単数又は複数）に優先して選ぶこと、及び、既定のばね定数（単数又は複数）のばね（単数又は複数）をアクチュエータに追加することを備えることができる。
【００７２】
方法は、永久磁石（単数又は複数）を部分的に非磁性化（demagnetising）することを備えることもできる。例えば、永久磁石（単数又は複数）を非磁性化することは、磁石（単数又は複数）を加熱すること、過剰な駆動電流をコイル（単数又は複数）に通すこと、及び／又は外部磁界を適用することを含むことができる。このことは、組み立ての後であっても、アクチュエータを調整（trim）することに役立つ。
【００７３】
方法は、ばね（単数又は複数）によって提供される与圧（preload）を調整（adjusting）することをさらに備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】硬質ばね（stiff spring）を用いた単動ソレノイド・アクチュエータについての概略図である。
【図２】二つの永久磁石を含むアーマチュアを備えるソレノイド・アクチュエータの概略図である。
【図３ａ】図２に示すアクチュエータにおける磁石ばねのための力学特性のセットを示す。
【図３ｂ】図２に示すアクチュエータにおける機械ばねのための力学特性のセットを示す。
【図３ｃ】図２に示す磁石ばね及び機械ばねの組み合わせのための力学特性のセットを示す。
【図３ｄ】機械ばね無しでの図２に示すソレノイド・アクチュエータにおける、ストロークに対する力のプロットを示す。
【図３ｅ】機械ばね有りでの図２に示すソレノイド・アクチュエータにおける、ストロークに対する力のプロットを示す。
【図４ａ】図１に示すソレノイド・アクチュエータにおける電流に対する変位のプロットを示す。
【図４ｂ】図２に示すソレノイド・アクチュエータにおける電流に対する変位のプロットを示す。
【図４ｃ】機械ばねのかたさが磁石ばねのかたさと釣り合うように、図４ｂに示されるよりも柔らかい機械ばねを用いる図２に示すソレノイド・アクチュエータにおける、電流に対する変位のプロットを示す。
【図５ａ】シリンダ状湾曲構成（cylindrical flexure arrangement）の第１のタイプを含むソレノイド・アクチュエータの透視断面図である。
【図５ｂ】シリンダ状湾曲構成（cylindrical flexure arrangement）の第２のタイプを含むソレノイド・アクチュエータの透視断面図である。
【図５ｃ】シリンダ状湾曲の側面図である。
【図５ｄ】シリンダ状湾曲の平面図である。
【図６】プレートベース湾曲の平面図である。
【図６ａ】図６に示されるプレートベース湾曲の、Ａ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図６ｂ】図６に示されるプレートベース湾曲を形成するために用いられるプレートの平面図である。
【図６ｃ】他のプレートベース湾曲の平面図である。
【図７】プレートベース湾曲の形態でのばねを含むソレノイド・アクチュエータの断面図である。
【図８ａ】環状アーマチュア内にセットされた多角形の側部に沿って配置された６個の永久磁石のセットについての平面図である。
【図８ｂ】四角形アーマチュア内にセットされた多角形の側部に沿って配置された６個の永久磁石のセットについての平面図である。
【図９】４個のアクチュエータのための制御回路の概略図である。
【図１０】永久磁石が内部に固定配置されたソレノイド・アクチュエータの断面図である。
【図１０ａ】図１０に示されたアーマチュア及び永久磁石の平面図である。
【図１１】二つのソレノイド・アクチュエータについての一連の配置の断面図である。
【図１２】延長されたソレノイド・アクチュエータの断面図である。
【図１２ａ】図１２に示されたアーマチュア及び永久磁石の平面図である。
【図１２ｂ】直線的（rectilinear）アーマチュアの平面図である。
【図１３】単純化された電磁石コイル構成を備える３個のソレノイド・アクチュエータについての一連の配置の断面図である。
【図１４】単純化された電磁石コイル構成とテーパ付（tapered）アーマチュアとを備える３個のソレノイド・アクチュエータについての一連の配置の断面図である。
【図１５】３ピースの積層されたアーマチュアと単純化された電磁石コイル構成とを持つソレノイド・アクチュエータの断面図である。
【図１６】機械式ばねの硬さが磁石ばねのそれよりも硬いときの、異なる値の上昇についての、ソレノイド・アクチュエータにおける駆動電流に対する力のプロットを示す。
【図１７】（機械式）ばねの硬さが磁石ばねのそれと同じ硬さのときの、異なる値の上昇についての、ソレノイド・アクチュエータにおける駆動電流に対する力のプロットを示す。
【図１８】（機械式）ばねの硬さが磁石ばねのそれよりも低いときの、異なる値の上昇についての、ソレノイド・アクチュエータにおける駆動電流に対する力のプロットを示す。
【図１９】ウエットタイプのソレノイド・アクチュエータ及びパイプの断面である。
【図２０】インジェクタの断面図であり、その内部では、機械式ばねがアーマチュアの一側から力を加えており、ばねにより加えられた力は、移動の長さにわたって反転しない。
【図２１】燃料インジェクタの断面であり、これは、ソレノイド・アクチュエータを含み、かつ、機械式の抗反発構成（anti-bounce arrangement）を含む。
【図２２】制御ユニットの概略的なブロック図である。
【図２３】ソレノイド・アクチュエータを制御するための第１制御ユニットの概略的な回路図である。
【図２３ａ】図２３に示される第１制御ユニットのための駆動波形を示す。
【図２４】ソレノイド・アクチュエータを制御するための第２制御ユニットの第２の概略的な回路図である。
【図２４ａ】図２４に示される第２制御ユニットのための駆動波形を示す。
【図２５】図２５ａ〜図２５ｃは、三つの異なる上昇についての、駆動電圧波形、電流、アーマチュア速度、及び変位を示す。
【実施形態についての詳細な説明】
【００７５】
ソレノイド・アクチュエータについての以下の記載において、同様な部品は、同様な参照番号により示される。
【００７６】
ソレノイド・アクチュエータ１
図１を参照して、単動のソレノイド・アクチュエータ１が示されている。アクチュエータ１は、軸２を有しており、軸２の周りに巻かれた電磁石コイル３と、コイル３に関連付けられた極片４と、極片４から軸方向に離間されたアーマチュア５と、ばね定数を有する圧縮ばね６とを備える。ここで、用語「ばね定数」は、「ばねレート」、「ばね係数」あるいは「硬さ（stiffness）」としても参照される。ギャップサイズｔを有するエアギャップ（air gap）７は、極片４とアーマチュア５との間に形成される。
【００７７】
図１は、励起された電磁石コイル３を用いない完全開位置（fully open position）、すなわちｔ＝ｔｍａｘでのアーマチュア１を示す。完全開位置は最大変位であり、そこでは、バルブは、ばねにより、依然として閉状態に保たれる。電磁石コイル３を使用すれば、適切な方向に流れる電流を用いてコイル３を励磁することにより、エアギャップ７を閉じる、つまりｔ＝０とすることができる。
【００７８】
磁束切り替えソレノイド・アクチュエータ１１
図２を参照して、磁束切り替え（flux-switched）ソレノイド・アクチュエータ１１が示されている。図１に示される単動ソレノイド・アクチュエータ１と同様に、ソレノイド・アクチュエータ１１は、軸２を有しており、さらに、軸２の周りに巻かれた第１電磁石コイル３と、第１コイル３に関連付けられた第１極片４と、極片４から軸方向に離間されたアーマチュア５と、ばね定数ｋを有する第１圧縮ばね６とを備える。ギャップサイズｔを有する第１エアギャップ７は、第１極片４とアーマチュア５との間に形成される。
【００７９】
アクチュエータ１１は、軸２の周りに巻かれた第２電磁石コイル１３と、第２電磁石コイル１３に関連付けられた第２極片１４と、ばね定数を有する第２圧縮ばね１６とを含む。この例では、各ばね定数は同じである。ギャップサイズｕを有する第２エアギャップ１７は、第２極片１４とアーマチュア５との間に形成される。この例では、ｕ＝ｔｍａｘ−ｔである。したがって、ｔ＝ｔｍａｘのとき、ｕ＝０であり、ｔ＝０のとき、ｕ＝ｔｍａｘである。ソレノイド・アクチュエータ１１は、内向きに配向された磁化（inwardly-oriented magnetisations）１９を有する二つの永久磁石１８を含む。
【００８０】
図１に示されるソレノイド・アクチュエータ１と、図２に示されるソレノイド・アクチュエータ１１とは、別様に振る舞うのであり、このことは、以下において燃料インジェクタバルブ（図示せず）の文脈において詳しく説明される。以下においては、アクチュエータが開（open）であるとき（すなわちｔ＝ｔｍａｘ）、バルブは閉（closed）である。アクチュエータが閉であるとき（すなわちｔ＝０）、バルブは開である。
【００８１】
ソレノイド・アクチュエータ１とソレノイド・アクチュエータ１１との比較
ソレノイド・アクチュエータ１の振る舞い
図１を参照して、ソレノイド・アクチュエータ１では、コイル３は、ＮＩの起磁力（ＭＭＦ）を発生し、ここでＮは巻数、Ｉは電流である。起磁力は、リラクタンス（reluctance）Ｒで磁気回路を通る磁束（magnetic flux）φ＝Ｂ・Ａに関連しており（ここでＢは磁界、Ａは面積である）、すなわちＲ＝ＭＭＦ／φである。ギャップサイズｔを有するギャップ７内での磁界Ｂは、ｔが変更されたときに変化する。なぜなら、磁気回路における全体のリラクタンスが変わるからである。
【００８２】
磁気回路の全リラクタンスＲｔｏｔは、Ｒｔｏｔ＝Ｒｓｔｅｅｌ＋Ｒｇａｐであり、ここでＲｓｔｅｅｌは、回路４、５の柔軟磁気部品（これはスチールあるいは他の柔軟磁気材料から形成可能である）における全リラクタンスであり、Ｒｇａｐ≒（ｔ／Ａμ０）である。ギャップ７での磁界はＢ≒（ＮＩ／Ａ）／Ｒｔｏｔ≒（ＮＩ／Ａ）／（Ｒｓｔｅｅｌ＋（ｔ／Ａμ０））である。
【００８３】
アーマチュア５にかかる磁力ＦｍａｇはＦｍａｇ≒−（Ａ／２μ０）・Ｂ２≒−（Ａμ０／２）・（（ＮＩ／Ａ）／（Ｒｓｔｅｅｌ＋（ｔ／Ａμ０）））２である。磁力Ｆｍａｇは、飽和の場合に制限され、Ｆｍａｇ≒−（Ａ／２μ０）・（Ｂｓａｔ）２になる。磁力Ｆｍａｇの符号は、この力がアーマチュア５を極片４に向けて引っ張るので、負になる。これは、バルブを閉じる力を供給する機械式ばね６により対抗され、この力はＦｓｐ＝ｋ（ｔ０−ｔ）であり、ここでｔ０≧ｔｍａｘであり、ｔ０は典型的にはｔｍａｘの数倍である。
【００８４】
コイルが励磁されていないとき、バルブは閉じる（ｔ＝ｔｍａｘ）。バルブを開くために（つまりアクチュエータを閉じるために）は、ほぼ√（ｋ（ｔ０−ｔｍａｘ））・（Ｒｓｔｅｅｌ＋（ｔｍａｘ／Ａμ０））・（１／Ｎ）√（２Ａ）より大きい電流が必要である。この電流が流れる間、バルブは開き続ける。もし電流が降下して、電流がほぼ√（ｋｔ０）・Ｒｓｔｅｅｌ・（１／Ｎ）√（２Ａ）以下に降下したとき、バルブは閉じはじめる。したがって、この振る舞いは、もし回路リラクタンスの変化がばね力変化の平方根を越えるならば、ヒステリシス的（hysteretic）であり、このようなことはこのケースでよくあることである。
【００８５】
ヒステリシス的振る舞いは電流Ｉに対するギャップサイズｔのプロットで表される。
【００８６】
ソレノイド・アクチュエータ１１の振る舞い
図２及び図３ａ〜３ｅを参照して、電流が流れる、又は流れないソレノイド・アクチュエータの振る舞いが以下に記述される。
【００８７】
−電流なしでかつばねなしでの磁気的振る舞い−
第１に、永久磁石１８の影響下でのソレノイド・アクチュエータ１１の振る舞いが、コイルあるいは機械ばねの影響を除外して、次のように考察される：
【００８８】
永久磁石１８から出てアーマチュア５に入る磁束はφｍ＝Ｂｐｍ・Ａｐｍであり、ここでＢｐｍは永久磁石１８からの磁界であり、Ａｐｍは永久磁石１８からの磁束が通る面積である。磁石１８からの全磁束は一定を保ち、磁束は磁界と同様に変化する。なぜなら、この応用において面積は変化せず、永久磁石１８の厚さは、典型的にはアクチュエータの行程（travel）よりも厚い。したがって、永久磁石１８から見た全体のリラクタンスは、アーマチュアがギャップの中央に配置された状態からいずれかの端に配置された状態の間では顕著には増加しない。
【００８９】
磁束は、アーマチュア５の上方及び下方にそれぞれある二つのギャップ７、１７を通る。磁束（及びしたがって磁界）は、二つのギャップ７、１７の間で、それらのギャップサイズに比例して共有される。下方ギャップ７のギャップサイズはｔである（ここでｔ＝ｔｍａｘであり、これは、ゼロの幅を有する上方ギャップ１７とｔｍａｘの幅を持つ下方ギャップ７に対応する）。
【００９０】
下記において、Ｂｐｍは、Ａｐｍ／Ａｐｏｌｅの比（ここでＡｐｏｌｅは極からの磁束が通る面積）により、面積の相違に応じて調整される。上方及び下方のギャップ７、１７における磁界Ｂ１、Ｂ２はそれぞれ以下のようになる：
【００９１】
2018026568.tif 000003
【００９２】
ここでｙは変位である。符号は、図２のｘにおける磁界の方向を反映する。
【００９３】
永久磁石磁気回路パスのリラクタンスＲｐｍは、以下で与えられる：
【００９４】
2018026568.tif 000004
【００９５】
Ａｐｍは典型的にはＡｐｏｌｅと同様であり、これはＢ１又はＢ２の最大値をもたらし、それはおおよそＢｐｍに等しい。Ｒｐｍは典型的にはｔｐｍで支配され、そしてこれは、主として、磁石の厚さからなっている。したがって、Ｂｐｍは、磁石材料の残留磁気（remanence）Ｂｒの大部分（large fraction）である（例えば０．５〜０．８）。（ｙ（ｙ−１））は、行程の端におけるゼロから、中央における最大値１／４の間で変化する。
【００９６】
場（field）におけるエネルギー密度は１／２Ｂ・Ｈ、又は、自由空間では１／２Ｂ２／μ０である。面積Ａの極片の間での幅ｔの体積にたまるエネルギーは、Ｅ＝１／２Ｂ２Ａｔ／μ０である。（下方の）ギャップサイズｔの変更による体積の変化は、約Ｆ＝１／２Ｂ２Ａ／μ０の力をもたらす。明確さと便宜のために、１／２（μ０）のファクターは、以下の説明において無視される。
【００９７】
それぞれの場（each field）によるアーマチュアへの力（ファクター１／２μ０は無視する）は以下のようになる。
【００９８】
2018026568.tif 000005
【００９９】
これらの力を合計すると、アーマチュアへの合成力Ｆを得られる
【０１００】
2018026568.tif 000006
【０１０１】
これは、力Ｆが変位ｙに対して直線的に変化して、ｙ＝１／２である中央でゼロになることを示す。
【０１０２】
後述のために、Ｂｐｍは、アーマチュア５が極片４、１４に触れるときに柔軟磁気材料が飽和するように選ばれる。したがって、行程におけるそれぞれの端部での力はＦｍａｘ＝±ＡＢｐｍ２である。飽和により制約される最大力はＦｍａｘ＝ＡＢｓａｔ２である。
【０１０３】
−電流ありだがばねなしでの磁気的振る舞い−
次に、永久磁石１８及びコイル３、１３の影響下でのソレノイド・アクチュエータの振る舞いは次のように考察される：
【０１０４】
上方及び下方のコイル１３、３を同じ方向に通る電流は、追加の磁界をもたらし、これは、両ギャップにおいてＢｃ≒ＮＩμ０／ｔｍａｘである。注意として、磁石からの磁束と異なり、追加の場は、両ギャップにおいて同じ方向である。これは、全ての場を二乗して力を計算する前に（ファクター１／２μ０は再び無視する）、永久磁石からの磁界Ｂ１及びＢ２に追加される。
【０１０５】
2018026568.tif 000007
【０１０６】
合成力を得るために、前記と同様にして力が合計される：
【０１０７】
2018026568.tif 000008
【０１０８】
したがって、力は、アーマチュアの位置に対して線形的であり、さらに、直線的な力は、電流に依存する。しかしながら、それぞれの反対のギャップにおける力は、飽和効果により、Ｆｍａｘより大きくならない。したがって、非ゼロ電流のとき、ギャップでの力が、ｔのいずれかの値においてＦｍａｘに達する場合、それはさらに高くはならない。もし、駆動電流Ｉｍａｘ（アクチュエータ位置により変化する）が、上部ギャップ（top gap）あるいは下部ギャップ（bottom gap）のいずれかでの全ての磁界がＢｓａｔあるいはＢｐｍに等しいように、そして、反対側のギャップにおける磁界がゼロに近づくようにセットされると、全てのアーマチュア位置ｔについてＦ＝±Ｆｍａｘである。この振る舞いは、図３ａ及び３ｄに示され、ばねと組み合された場合、図３ｃ及び３ｅに示される。
【０１０９】
−電流を備え、ばねを備えた磁気的振る舞い−
最後に、永久磁石１８、コイル３、１３及びばね６、１６の影響下でのソレノイド・アクチュエータ１１の振る舞いが考察される：
【０１１０】
磁力は、アーマチュアを極片４、１４の一つに向けて単に引っ張ることができる。極片４、１４から離れるようにアーマチュア５を押すことができるばね６、１６を追加できる。ばねの硬さを選んで、磁気ばねと整合（match）させることができる。ばねの振る舞いは、図３ｂに示され、磁気及び機械ばねの組み合わせの振る舞いは、図３ｃに示される。
ばね力と磁力が組み合わされると、Ｉｍａｘに電流を設定することにより、２Ｆｍａｘまでの力が得られ、アーマチュアの開（又は閉）を促進でき、一方で、電流がないときは力は全くない。実際は、ばねは、好ましくは、一端に向けてアクチュエータをわずかに付勢するように選ばれ、そのような振る舞いは図３ｅに示されるとおりである。
【０１１１】
以降においてさらに詳しく説明されるように、もし、磁気ばね定数よりもばねが硬いならば、変位は、一定電流（hold current）によって、直線的に変化する。この特徴は、燃料インジェクタや他の応用において、制御可能な、可変な上昇を提供するために使える。
【０１１２】
−アクチュエータの振る舞いの修正−
アーマチュアを軽量にする調整により、動作スピードは修正でき、Ｆ＝ｍ・ａに従って大きな加速を得ることができる、ここでｍはアーマチュア構成（アーマチュアと他の部品）の質量であり、ａは加速度である。
【０１１３】
力はＦ＝ＡＢ２により増減するので、動作力は、アクチュエータの積み重ねにより、そして面積Ａの増加により修正できる。
【０１１４】
可変上昇
図１、２、４ａ、４ｂ、４ｃを参照すると、ソレノイド・アクチュエータ１と磁束切り替えのソレノイド・アクチュエータ１１の動きが以下で記載される。
【０１１５】
図４ａは、単動（single-acting）ソレノイド・アクチュエータ１の振る舞いを示す。すでに述べた理由により、変位は、階段状の、ヒステリシス的な電流依存を示す。図４ｂは、磁気ばねよりも硬いばねを備える磁束切り替えのソレノイド・アクチュエータ１１の振る舞いを示す。ヒステリシスはなく、変位は電流に対して直線的になる。図４ｃは、磁束切り替えソレノイド・アクチュエータ１１の振る舞いを示し、ここでは、ばねおよび磁気ばねのばねレートはほぼ同じである。
【０１１６】
磁気回路の一部を形成する空気ギャップ７、１７の全体のサイズは、動作の間、一定であり、その理由は、第１極片４とアーマチュア５との間の下方空気ギャップ７の減少は、アーマチュア５と第２極片１４との間の空気ギャップ１７の上昇を常に伴うからである。
【０１１７】
先に示したように、アーマチュアへの力は、位置と電流との両者において直線的である。磁気ばねよりも硬い機械ばね６、１６に対して動く時、アーマチュア５の準静止位置（quasi-static position）は、行程の長さの全体あるいは一部にわたって、コイル電流に対して、実質的に直線的であり、あるいは、少なくとも単調である。したがって、アクチュエータ１１は、コイルを流れる電流を用いたアーマチュア位置（上昇）についての直線的制御を可能にする。比較として、図１に示すソレノイドによると、アーマチュア位置について、そのような正確な制御はできず、バルブ位置と電流との関係は、非直線でありかつヒステリシス的である。
【０１１８】
横湾曲配置（Lateral flexure arrangements）
図５ａ及び５ｂは、第１及び第２のソレノイド・アクチュエータ２１、２１’を示す。
【０１１９】
各ソレノイド・アクチュエータ２１、２１’は、全体として、中心軸２に対して円筒対称（cylindrically symmetric）である。
【０１２０】
各ソレノイド・アクチュエータ２１、２１’は、軸２の周りに巻かれた第１電磁石コイル３と、第１コイル３に関連付けられた第１極片４と、第１極片４から軸方向に離間されたアーマチュア５とを備える。ギャップサイズｔを持つ第１エアギャップ７は、第１極片４とアーマチュア５との間に形成される。
【０１２１】
各ソレノイド・アクチュエータ２１、２１’は、軸２の周りに巻かれた第２電磁石コイル１３と、第２電磁石コイル１３に関連付けられた第２極片１４とを含む。この例では、ばね定数は同じである。ギャップサイズｕを持つ第２エアギャップ１７は、第２極片１４とアーマチュア５との間に形成される。この例では、ｕ＝ｔｍａｘ−ｔである。したがって、ｔ＝ｔｍａｘのとき、ｕ＝０で、ｔ＝０のときｕ＝ｔｍａｘである。
【０１２２】
各ソレノイド・アクチュエータ２１、２１’は、内向きに配向された磁化１９を持つ二つの永久磁石１８を含む。
【０１２３】
ソレノイド・アクチュエータ２１、２１’は、ここで記載されたような、及び／又は、前出のWO2011/058344A1に記載されたように、寸法を持つことができ、材料から形成できる。
【０１２４】
第１ソレノイド・アクチュエータ２１内では、ばね６、１６は、極片４、１４及びアーマチュア５を囲うシースのような（sheath-like）円筒状湾曲６、１６の形態をとる。湾曲６、１６は、極片４、１４の径よりもわずかに大きい径を持つ。ばねレートの値は、ここに記載されたようなものである。
【０１２５】
環状スペーサ２２は、極片４、１４の間の固定されたスペースを維持し、それは、アーマチュア５を収容する。極片４、１４及びアーマチュア５は、ねじ２３、２４により、あるいは他の取付手段により、円筒状湾曲６、１６にしっかりと取り付けられている。図５ａに示されるように、アーマチュア５を円筒状湾曲６、１６に取り付けるために用いられるねじ２４は、スペーサ２２を通るが固定されておらず、これにより、ねじ２４及びアーマチュア５は、移動できる。円筒状湾曲６、１６は、少なくとも二つの離間されたセットの部分円周的（part-circumferential）スロット２５を含み、これにより、湾曲６、１６は、その長さ方向にたわむことができる。
【０１２６】
第２ソレノイド・アクチュエータ２１’でも、ばね６、１６は、極片４、１４及びアーマチュア５を囲むシース状円筒湾曲６、１６の形態をとる。しかしながら、硬質の外側チューブ２６が用いられて、極片４、１４間の固定距離を維持する。図５ｂに示されるように、円筒状湾曲６、１６は、外側チューブ２６と極片４、１４とアーマチュア５との間に挿入される。極片４、１４及びアーマチュア５は、ねじ２３、２４により、または他の取付手段により、円筒状湾曲６、１６にしっかりと取り付けられている。アーマチュア５を湾曲６、１６に取り付けるために使用されるねじ２４は、硬質外側チューブ２６には取り付けられていない。
【０１２７】
図５ｃ及び５ｄに示されるように、円筒状湾曲６、１６は、平行の、指を組むようにされた（すなわち組み合わされた）スロット２５のセットを含むことができる。スロット２５の各セットは、湾曲に沿って異なる位置（Ｌ）に置かれ、例えば２、３、４個、あるいはそれ以上のスロット２５を含むことができる。スロット２５のセットは、隣のスロットのセットに対して円周的にオフセット（つまり回転）されている。
【０１２８】
端部湾曲配置（End flexure arrangement）
図６、６ａ及び６ｂを参照すると、プレートベース湾曲（plate-based flexure）が示されている。後に詳しく説明されるように、ここで説明された又は前出のWO2011/058344に記載されたソレノイド・アクチュエータの端部（単数又は複数）にプレートベース湾曲を取り付けることができる。図６に示されるように、プレートベース湾曲は、平面視して全体として円周状であり、円筒状ソレノイド・アクチュエータと共に使用されることが意図されている。しかしながら、プレートベース湾曲は、平面視して四角形、例えば正方形であってもよい。
【０１２９】
プレートベース湾曲６、１６は、プレート２８の積層（stack）２７を備える。各プレート２８は、外側リング２９と内側の柔軟アーム３０とを含む。柔軟アーム３０は、全体として「Ｆ」の形状であり、これは、リング２９に取り付けられた上部のクロスバー部３０ａと、ステム部３０ｂと、中央クロスバー部３０ｃとを有する。中央クロスバー部３０ｃは、可動シャフト３２（図７）の取り付けのための中央ポイント３１を含む。端部プレート２８（つまり、スタック２７中でアクチュエータに面する端部３３にあるプレート２８）の外側リング２９が極片４、１４に固定される。柔軟アーム３０により、中央ポイント３１は、外側リング２９に対して移動できる。プレートベース湾曲６、１６は、プレート２８を交互の方向で積層することにより、つまり、プレートを順向き（in obverse）で積み、次いで逆向き（in reverse）で積むことで形成される。
【０１３０】
図６ａに示されるように、積層２７は、積層２７を通る第１及び第２の縦方向部分３４、３５を含む。積層２７の第１部分３４は、第２部分３５よりも少ない層を含む。したがって、第１部分３４は、湾曲の柔軟部分（ここでは「可動アーム」としても参照される）を提供し、第２部分３５は、湾曲の硬質部分を提供する。
【０１３１】
図６ｃを参照すると、他のベース状湾曲が示されており、これは、例えば二重シャフト（図示せず）に取り付けるための二つの取付ポイント３１１、３１２を備える。
【０１３２】
プレートベース湾曲は、それがアクチュエータ１１の径を余り増加させないという利点を有する。
【０１３３】
図７を参照して、ソレノイド・アクチュエータ３６が示されており、これは、図６に記載されたような端部湾曲構成（end flexure arrangement）を用いる。
【０１３４】
ソレノイド・アクチュエータ３６は、軸２の周囲に巻かれた第１電磁石コイル３と、第１コイル３に関連する第１極片４と、第１極片４から軸方向に離間されたアーマチュア５とを備える。ギャップサイズｔを有する第１エアギャップは、第１極片４とアーマチュア５との間に形成される。ソレノイド・アクチュエータ３６は、軸２の周りに巻かれた第２電磁石コイル１３と、第２電磁石コイル１３に関連付けられた第２極片１４とを含む。ギャップサイズｕを有する第２エアギャップ１７は第２極片１４とアーマチュア５との間に形成される。ソレノイド・アクチュエータ３６は、内向きに配向された磁化１９を持つ二つの永久磁石１８を含む。
【０１３５】
ソレノイド・アクチュエータ３６は、ここに記載され、及び／又は、前出のWO2011/058344に記載されたような寸法を有し、そのような材料から形成される。
【０１３６】
端部湾曲６、１６は、例えばねじ（図示せず）を用いて、外側ケーシング３７に固定され、これはさらに、極片４、１４に接続される。外部ケーシングは、極片４、１４の分離を維持する。湾曲の可動アーム３４は、アーマチュア５に接続されたアクチュエータ３６を通る中央シャフト３２に固定される。アーマチュア５及び中央シャフト３２は、多数の部分から構成されてもよい。
【０１３７】
永久磁石の構成（Permanent magnet arrangements）
前出のWO2011/058344A1は、２〜４個の永久磁石を備えるアーマチュアを含むソレノイド・アクチュエータを記述する。
【０１３８】
図８ａ及び８ｂは、（平面視で）円形状の、そして四角形状のアーマチュア５をそれぞれ示す。アーマチュア５は、大きい個数（すなわち＞５、例えば６）の永久磁石１８を持つ磁石構成３８を含む。永久磁石１８は、（行程の軸を決める）アーマチュアの中心３９の周りで角度的に（angularly）離間されており、そして、内側に向けられた磁化１９を有する。磁化１９は、放射方向に向ける必要がない。磁石構成３８の内側の、柔軟材料４０１の面積Ａ１は、好ましくは、磁石構成３８の外側の柔軟材料４０２の面積Ａ２と実質的に同じである。例えば、０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．２である。
【０１３９】
他の磁石構成、すなわち、正多角形の側部の周りに磁石１８が配置される構成を用いることができ、そこでは、それらの磁化は内側を指し、そしてそこでは、多角形磁石構成の内側での柔軟材料の面積は、磁石構成の外側の材料の場合とほぼ同じである。
【０１４０】
永久磁石材料
ここで説明されるソレノイド・アクチュエータの永久磁石は、好ましくは、サマリウムコバルト（SmCo）から形成される。サマリウムコバルトの磁石を用いると、一つまたは二つ以上の利点がある。例えば、サマリウムコバルトは、高い耐腐食性を提供する傾向がある。さらに、サマリウムコバルトは、全体として、よりよい温度特性を提供することができ、例えば、低い温度係数、及び、高い最大温度である。例えば、SmCo磁石のBrの温度係数は、わずかに−０．０３／℃であり、これは、例えば、NdBFe磁石における約−０．１１／℃と対比できる。これは、磁気ばね係数に対する温度係数が、SmCo磁石では、約−０．０６％／℃に減ること意味し、これは、NdBFe磁石における−０．２２％／℃と対比できる。したがってこれは、SmCo磁石において、−４０°〜１５０℃の範囲にわたって、±５．４％のばね定数の変化をもたらし、これはNdBFe磁石における±２０％の変化と比較できる。ばね硬さの温度係数は、ステンレススチールでは、典型的には約−０．０２％／℃である。温度係数は同じ極性を持つ。これにより、磁石の磁気ばね温度係数を補償できる。SmCo磁石の最小厚さは１．５ｍｍとすることができる。
【０１４１】
多数アクチュエータの制御
図９を参照して、回路４１が示されており、これを使用して、Ｎ個の磁束切り替えソレノイド・アクチュエータ４２のセットに電力を提供でき、各ソレノイド・アクチュエータは、ここで記述された、又は、前出のWO2011/058344A1で記述されたソレノイド・アクチュエータを備える。このケースでは、回路４１は、電力をＮ＝４のソレノイド・アクチュエータ４２に供給する。しかしながら、回路４１を拡張して、Ｎ＝２，３，５あるいはそれより多いソレノイド・アクチュエータ４２に電力を提供することができる。このような回路４１を用いて、燃料インジェクタに対応して提供されたソレノイド・アクチュエータ４２のセットを制御することができる。
【０１４２】
図９に示されるように、スイッチ４３の構成が、電界効果トランジスタ（FETs）を一例として、用いられている。回路４１は、１０個のスイッチ４３を用いて、四つのアクチュエータ４２を制御できる。これは、Ｈブリッジ構成を用いて達成でき、ここでは、二つのスイッチ４３が、隣のアクチュエータ４２と共有される。したがって、２（Ｎ＋１）個のスイッチ４３が使用されて、Ｎ個のソレノイド・アクチュエータ４２を制御できる。
【０１４３】
例えば２（Ｎ＋２）個のスイッチを用いる回路より少ないスイッチ４３を使用しても、回路４１は、各ソレノイド・アクチュエータ４２に対して独立に、いずれの極性でも、所望の波形を提供できる。
【０１４４】
少ないスイッチを使用できることの評価は、四つのシリンダを備えるエンジンでは、複数のシリンダに一度に燃料噴射する必要がないという洞察に、少なくとも部分的に、基づく。
【０１４５】
回路４１により、エンジン管理システムの一部を構成するコントローラのコストを減らすことができる。
【０１４６】
静止磁石構成（Stationary magnet arrangement）
図１０及び１０ａを参照して、ソレノイド・アクチュエータ４４が示されている。
【０１４７】
ソレノイド・アクチュエータ４４は、軸２の周りに巻かれた第１電磁石コイル３と、第１コイル３に関連付けられた第１極片４と、第１極片４から軸方向に離間されたアーマチュア５とを備える。ギャップサイズｔを有する第１エアギャップ７は、第１極片４とアーマチュア５との間に形成される。ソレノイド・アクチュエータ４４は、軸２の周りに巻かれた第２電磁石コイル１３と、第２電磁石コイル１３に関連付けられた第２極片１４とを備える。ギャップサイズｕを有する第２エアギャップ１７は、第２極片１４とアーマチュア５との間に形成される。ソレノイド・アクチュエータ４４は、内向きに配向された磁化１９を有する二つの永久磁石１８を含む。永久磁石１８は固定され、アーマチュア５と一緒には移動しない。
【０１４８】
ソレノイド・アクチュエータ４４は、ここで記述されたのと同様の及び／又は前出のWO2011/058344A1に記載されたのと同様の寸法を有することができ、材料で構成されることができる。
【０１４９】
図１０ａに示されるように、永久磁石１８は、アーマチュア５の外部境界（outer perimeter）４５の範囲内に含まれる。アーマチュア５は、円弧状スロット（arcuate slots）又は他の形態の開口４６を含み、これは、永久磁石１８を収容する。しかしながら、他の永久磁石の形状及びサイズを使用してもよい。例えば、四角形磁石及び四角形スロットを使用できる。
【０１５０】
図１０及び１０ａに示すように、電磁石コイル３、１３及び永久磁石１８は、極片４、１４に対して静止しており、一方、アーマチュア５は、軸方向に移動できる。この構成により、高い加速度を得ることができる。なぜなら、永久磁石１８をアーマチュアの移動部分から移動させることによってアーマチュアの質量を減らすことができるからである。
【０１５１】
複数アクチュエータ、拡張アクチュエータ、及び、複数アーマチュアの構成
前記した、及び前出のWO2011/058344A1に記載されたソレノイド・アクチュエータは、一般的に、一対の極片と永久磁石（単数又は複数）とコイル（単数又は複数）と単独のアーマチュアとを備える単独のアクチュエータユニットを備える。しかしながら、複数にリンクしたアクチュエータユニット又は拡張アクチュエータユニットを備えるソレノイド・アクチュエータを用いて、より速い加速あるいは強い力を提供でき、このことは以下において詳しく説明される。
【０１５２】
複数アクチュエータ構成
図１１を参照して、第１複数アクチュエータ構成４６が示される。
【０１５３】
図１１に示されるように、複数アクチュエータ構成４６は、第１及び第２のアクチュエータ４７１、４７２の積層を備える。第１及び第２のアクチュエータ４７１、４７２は、シャフトの形態のリンク部材４８を介してリンクされている。
【０１５４】
第１ソレノイド・アクチュエータ４７１は、軸２の周りに巻かれた第１電磁石コイル３１と、第１コイル３１に関連付けられた第１極片４１と、第１極片４１から軸方向に離間されたアーマチュア５１とを備える。第１ソレノイド・アクチュエータ４７１も、軸２の周りに巻かれた第２電磁石コイル１３１と、第２電磁石コイル１３１に関連付けられた第２極片１４１とを備える。第１ソレノイド・アクチュエータ４７１は、内向きに配向された磁化を有する二つの永久磁石１８１を含む。
【０１５５】
同様に、第２ソレノイド・アクチュエータ４７２は、軸２の周りに巻かれた第１電磁石コイル３２と、第１コイル３２に関連付けられた第１極片４２と、第１極片４２から軸方向に離間されたアーマチュア５２とを備える。第１ソレノイド・アクチュエータ４７２も、軸２の周りに巻かれた第２電磁石コイル１３２と、第２電磁石コイル１３２に関連付けられた第２極片１４２とを備える。第２ソレノイド・アクチュエータ４７２は、内向きに配向された磁化を持つ二つの永久磁石１８２を含む。
【０１５６】
図１１では、共通の湾曲６、１６が、明確化のために省略されている。しかしながら、長尺状の湾曲、例えば前記したような円筒状湾曲、前記したような端部湾曲（単数又は複数）、あるいは他の形態のばね構成を用いることができる。
【０１５７】
図１１に示すように、第１アクチュエータ４７１の第２極片１４１及び第２アクチュエータ４７２の第２極片４２が、磁気材料を用いた単独の共通部分により提供される。
【０１５８】
第１の複数アクチュエータ構成４６は、所定の径のアクチュエータに対して、増加した力を供給できる。したがって、例えば燃料インジェクタのように、アクチュエータの径に対する制約があるような状況において、この構成を適用できる。
【０１５９】
複数アクチュエータ構成４６は、例えば後述するように、ウエットタイプのアクチュエータで使用できる。
【０１６０】
拡張アクチュエータ
図１２及び１２ａを参照して、拡張アクチュエータ４９が示される。
【０１６１】
図１２及び１２ａに示されるように、拡張アクチュエータ４９は、回転対称アクチュエータのケースでは中心軸５０の周りに、あるいは四角形アクチュエータのケースでは、中央平面５０’（図１２ｂ）の周りに配置された第１及び第２のアクチュエータ４９Ａ、４９Ｂからなる平行構成である。
【０１６２】
拡張アクチュエータ４９は、軸５０の周りに巻かれた電磁石コイル３Ａ、３Ｂからなる第１及び第２のペアと、電磁石コイル３Ａ、３Ｂからなる第１ペアに関連付けられた第１拡張極片４ＡＢと、第１極片４ＡＢから軸方向に離間された拡張アーマチュア５ＡＢとを備える。第１拡張アクチュエータ４９も、電磁石コイル１３Ａ，１３Ｂからなる第２ペアと、電磁石コイル１３Ａ，１３Ｂからなる第２ペアに関連付けられた第２極片１４ＡＢとを備える。拡張アクチュエータ５０は、外向き及び内向きに配向された磁化を有する永久磁石１８Ａ、１８Ｂからなる第１及び第２のペアを含む。
【０１６３】
図１２ａに示されるように、アクチュエータ４９は、全体として、中心軸５０を中心として対称である。このケースでは、アクチュエータは、中央の孔又は内腔（lumen）Ｌを有する。しかしながら、図１２ｂに示されるように、ストライプ状の永久磁石１８ａ、１８を持つ四角形アーマチュアを有するようにして、アクチュエータ５０を直線的に構成することもできる。
【０１６４】
図１２では、明確化のために湾曲６、１６が省略されている。しかしながら、長尺状湾曲、例えばここで記載された円筒状湾曲及び／又は端部湾曲（単数又は複数）あるいはばね構成の他の形態を使用可能である。
【０１６５】
したがって、拡張アクチュエータ４９は、大きな極片面積のために、大きな動作力を提供できる。このように二つのアクチュエータを有効に組み合わせることにより、アーマチュアの単位面積当たりで小さい質量を持つアーマチュアを提供できる。したがって、素早い動作を達成できる。
【０１６６】
狭い複数アクチュエータ構成
図１３を参照して、複数アクチュエータ構成５１が示される。図１３に示されるように、複数アクチュエータ構成５１は、結合（amalgamated）された第１、第２及び第３のアクチュエータユニット５２１、５２２、５２３からなる積層を備える。各ユニットのアクチュエータユニット５２１、５２２、５２３は、対応するアーマチュア５１、５２、５３の周りに配置され、そして、アーマチュア５１、５２、５３は、構成（図示せず）によりリンクされ、それらが共通の長手方向軸５３に沿って一緒に移動するようになっている。
【０１６７】
各アーマチュア５１、５２、５３は、下方及び／又は上方極片４１、１４１、４２、１４２、４３、１４３を提供する柔軟磁気材料からなるブロック５４１、５４２、５４３、５４４の間に配置されている。第１ブロック５４１は、第１アクチュエータユニット５２１の下方極片４１を提供する。しかしながら、第２及び第３のブロック５４２、５４３は、それぞれ、一つのアクチュエータユニット５２１、５２２の上方極片１４１、１４２と、他方の隣り合うアクチュエータユニット５２２、５２３の下方極片４２、４３とを提供し、これにより、構成５１の結合構造に貢献する。第４ブロック５４は、上方極片１４３を提供する。
【０１６８】
電磁石コイル３１、３２、３３、３４は、柔軟磁気材料からなるそれぞれのブロック５４１、５４２、５４３、５４４を通る、対応する横軸（transverse axis）５５１、５５２、５５３、５５４の周りに巻かれている。図１３に示すように、第１コイル３１は、第１横軸５５１の周りに巻かれており、第１下方極片４１に関連付けられている。第２及び第３のコイル３２、３３は、第２及び第３の横軸５５１、５５２の周りにそれぞれ巻かれており、それらは第２及び第３の下方極片４２、４３にそれぞれ関連付けられている。第２及び第３のコイル３２、３３は、下方コイルをそれぞれ提供するだけでなく、第１及び第２の上方極片１４２、１４３にそれぞれ関連付けられた上部コイルを有効に提供する。第４コイル３４は、第４の横軸５５４の周りに巻かれており、第３上方極片１４３に関連付けられている。図１３に示されるように、第１及び第３コイル３１、３３は、第１の意義（sense）（すなわち「方向」）で巻かれており、第２及び第４コイル３２、３４は第２の、反対の意義で巻かれている。
【０１６９】
各アーマチュア５１、５２、５３は、アーマチュア５１、５２、５３の中央に配置された、磁化１９１、１９２、１９３を持つ永久磁石１８１、１８２、１８３を含む。しかしながら、図１３に示されるように、磁化１９１、１９２、１９３の向きは、構成５１を通って交互となっており、隣り合う磁石１８１、１８２、１８３の向きは逆平衡（anti-parallel）となる。
【０１７０】
リンク構成（図示せず）は、コイルの両側における極片４１、１４１、４２、１４２、４３、１４３を通る二重シャフトであってもよい。
【０１７１】
図１３において、明確化のために湾曲６、１６が省略されている。しかしながら、例えば、ここで述べた円筒状湾曲のような長尺状湾曲及び／又は端部湾曲（単数又は複数）、あるいは、ばね配置の他の形態を使用可能である。端部湾曲の使用は、構成５１の径を最小化することに関して好ましい。
【０１７２】
複数アクチュエータ構成５１及びアクチュエータ５６（図１４）、５９（図１５）は、増加した力を、所定の径又は幅のアクチュエータに対して提供できる。それぞれ極片面積Ａを持つアクチュエータユニットを積層すると、全体の表面面積が３Ａに増えるために、より大きい力を提供できる。アクチュエータユニットを積層することにより、より大きな加速を得ることもできる。なぜなら、同じ径あるいは幅の単独のアクチュエータ、例えばアクチュエータ１１（図２）に比較して、より細い（thinner）アーマチュアを使用できるからである。複数アクチュエータ構成５１は、燃料インジェクタのように、アクチュエータの径に対する制約がある状況で使用できる。
【０１７３】
複数アクチュエータ構成５１は、第１及び第４のコイル３１、３４を省略して、二つのコイルのみを残す変更が可能である。
【０１７４】
図１４を参照して、他の複数アクチュエータ構成５６が示される。
【０１７５】
複数アクチュエータ構成５６は、アーマチュア５１、５２、５３が面取りされてそれらに下方及び上方表面５７１、５７２が形成される点、及び、柔軟磁気材料からなるブロック５４１、５４２、５４３、５４４に上方及び下方表面５８１、５８２が対応して形成されてアーマチュア５１、５２、５３が着座できる点を除いて、図１３に示される構成５１と同じである。磁石１８１、１８２、１８３は同じ形状及びサイズを保つことができる。
【０１７６】
したがって、アーマチュア５１、５２、５３の質量が減り、これにより、所定の力に対してアクチュエータを高速化することができる。
【０１７７】
複数アーマチュア構成
図１５を参照して、三重アーマチュアアクチュエータ５９が示される。アクチュエータ５９は、直接ディーゼルインジェクタ（direct diesel injector）で例えば使用できる。
【０１７８】
アクチュエータ５９は、第１アーマチュア５１、第１極片４、第２（あるいは「中央」）アーマチュア５２、第２極片１４及び第３アーマチュア５３を順に備える積層を含む。アーマチュア５１、５２、５３は、構成（図示せず）によりリンクされており、これにより、これらは、共通軸５３に沿って一緒に移動できるようになっている。電磁石コイル３は、中央アーマチュア５２の周りに巻かれている。第１及び第２の極片４、１４は、第１及び第２の永久磁石１８１、１８２をそれぞれ含む。コイル３は、中央アーマチュア５２の隣の極片４、１４内に配置されており、第１及び第２の永久磁石１８１、１８２は、第１及び第３のアーマチュア５１、５３の隣の対応する極片４、１４内に配置されている。リンク構成（図示せず）は、コイル両側の極片４、１４を通る二重シャフトとすることができる。
【０１７９】
図１５では、明確化のために湾曲６、１６が省略されている。しかしながら、例えば円筒状湾曲のような長尺状湾曲及び／又は、ここに記載されたような湾曲（単数又は複数）、あるいは、他の形態のばね構成を使用できる。端部湾曲の使用は、アクチュエータ５９の径を最小化するために好ましい。
【０１８０】
アクチュエータ５９は、三重アーマチュア構成で形成される表面積の増加により、より大きな力を提供できる。アクチュエータ５９は、迅速な加速を示すことができる。なぜなら、永久磁石１８１、１８２は極片内に配置され、このことはアーマチュアの質量の減少に役立つからである。
【０１８１】
図１３、１４及び１５に示した例では、極片及びアーマチュアは全体として平面視して円形状であり、コイル及び磁石は、装置の径を横切って走る。しかしながら、極片及びアーマチュアは、平面視して四角形であってもよい。
【０１８２】
機械ばね定数（Mechanical spring constants）
短行程磁束切り替えアクチュエータは、同じ極面積（pole area）を持つ単動ソレノイドアクチュエータに対して、一つまたは複数の利点を示すことができ、これは、燃料インジェクタへの応用において特に有用である。例えば、短行程磁束切り替えアクチュエータは、非駆動状態から駆動状態への力におけるより大きい変化を達成することができ、及び／又は、所定の力に対してより速い加速を示すことができる。さらに、短行程磁束切り替えアクチュエータは、駆動電流についての線形な関数である力を適用することができ、そのため、よりよい制御を提供できる。またそれは、両方向での力を生成する能力を提供することもできる。
【０１８３】
短行程磁束切り替えアクチュエータは、直線的又は実質的に直線的な負のばね係数を示す磁気ばねを備える。行程の中央におけるばね定数は、最小となる傾向があり、行程の端におけるばね定数は、大きくなる傾向がある。短行程アクチュエータにおいては、ばね定数の中央の値は、端の値の約９０％であろう。ここで記述され、及び前出のWO2011/058344A1に記載されたアクチュエータの特性を、異なるばね係数を持つばねを用いることによって適用することができ、それについて以下に記載する：
【０１８４】
第１に、アクチュエータは、ばねを全く持たなくてもよい。したがって、アクチュエータは、異なる極性の電流又は電圧のパルスによって開状態及び閉状態となることができ、切り替えられるまでは、開又は閉状態を保つ。
【０１８５】
第２に、アクチュエータは、行程の長さにわたって実質的に一定でかつ、アクチュエータがバルブ開状態でラッチする（latching）ことを防ぐのに十分な閉鎖力（closing force）を適用するばね（単数又は複数）を持つことができる。これは、例えば、アクチュエータの行程の長さよりもかなり長い量で予圧されたコイルばねにより達成できるだろう。
【０１８６】
これは、所定の径のアクチュエータにおける閉位置において非常に高い密封力（sealing force）を持つアクチュエータ（したがってバルブ）を提供できる。これは、低い漏れを達成するために高い密封力をバルブが必要とする場面で、あるいは、バルブを開けようとする高レベルの背圧（back pressure）にバルブが抵抗しなければならない場面で利点がある。そのような高レベルの背圧は、例えば非均衡な（unbalanced）、外向き開口の（outward-opening）ガソリン直接噴射（GDI）インジェクタにおける燃料圧力（fuel pressure）によって、あるいは、水素、プロパン、あるいは天然ガスのような気体燃料において内向き開口の（inward-opening）直接噴射ユニット燃焼圧力によって生じうる。
【０１８７】
このようなアクチュエータは、開状態のとき、磁気的ラッチ力（magnetic latching force）がばねの閉鎖力に対抗するという特徴も持つ。したがってバルブは、少ない電流を用いて開に保たれるので、少ない電力消費とできる。
【０１８８】
第３に、アクチュエータは、磁気ばねの負のばね定数にほぼ等しいばね定数を持つばね（単数又は複数）を持つことができるが、これは、アクチュエータの非駆動状態においてインジェクタバルブを閉位置に向けて付勢するのに十分な、ある程度の合成力（net force）を持つことができる。これは、所定のアクチュエータ（あるいはバルブ）から最高速度の動作をもたらすことができる。なぜなら、行程の一端においては、行程の他端に向けてアクチュエータを駆動することができるからである。
【０１８９】
最後に、アクチュエータは、例えば、磁気ばねの負のばね定数の１．１，１．５あるいは２倍より大きいばね定数を持つばね（単数又は複数）を持つことができる。これは、定状態の駆動電流を単に設定することによって比例的な開口を達成するアクチュエータ（又はバルブ）もたらすことができる。自動車用途を含む多数の応用において、ばね力を付勢して、アクチュエータが駆動されていない場合のバルブ閉鎖を確実にすることができる。
【０１９０】
異なる機械ばね定数におけるアクチュエータの振る舞い
図２を参照して、もし、アクチュエータ１１の機械ばね定数の絶対値が、磁気ばね定数の絶対値よりも大きいとしたら、アーマチュア５の位置は、安定した開ループの方法で制御可能である。
【０１９１】
図１６は、機械ばね６、１６が磁気ばねよりも大きい硬さを持つ場合に、異なる上昇値において、ソレノイド・アクチュエータ１１における駆動電流に対する力のプロットを示す。機械ばね６、１６は、８００Ｎｍｍ−１のばね定数を持ち、対向する磁気ばねは、６００Ｎｍｍ−１のばね定数を持ち、最大行程は３１０μｍであり、ソレノイドの直径は２４ｍｍであり、磁気的バイアス（bias）は０．６Ｔであり、Ｎ＝４３巻きである。
【０１９２】
図１６に示されるように、多様な異なる駆動電流を選ぶことにより、安定した位置が達成される。アーマチュア５の移動は、電流の増加に伴って増加する。対照的に、ソレノイド１（図１）は、アーマチュア５の位置についてのそのような精密な制御は提供せず、アーマチュア（そしてバルブ）の位置と電流との関係は、非線形であり、かつヒステリシス的である。
【０１９３】
図１７は、機械及び磁気のばね定数が整合しているときの、アクチュエータ１１の性能を示す。このケースでは、機械ばね６、１６は、６００Ｎｍｍ−１のばね定数を持つ。
【０１９４】
図１７に示されるように、変位曲線は重なっており、アクチュエータ１１が開ループ位置制御を提供できないことを示す。しかしながら、ばね構成を用いて、アーマチュア５は、最高速度で行程の端部間を移動することができる。
【０１９５】
図１８は、機械ばね定数が磁気ばね定数よりも小さい場合のアクチュエータ１１の性能を示す。このケースでは、機械ばね６、１６は、４００Ｎｍｍ−１のばね定数を持つ。
【０１９６】
アーマチュアをバルブ閉位置から移動させるのに十分な大きさに電流が達すると、より低い電流が、他のすべての位置を得るために必要とされ、そのため、アーマチュア５の中間位置は、オープンループの方法で制御することが一層難しくなるが、しかし、通常のアクチュエータ１（図１）よりはまだ容易である。
【０１９７】
前出のWO2011/058344A1に記載されたバルブを含む、異なるばね定数を持つアクチュエータを使用可能である。
【０１９８】
ウエットタイプのアクチュエータ
図１９を参照して、流体（あるいは「媒質」）の流れを制御するためのパイプ又はチューブ６０とアクチュエータ６１とを備える構成が示される。流体は、加圧されていてもよい。
【０１９９】
アクチュエータ６１は、軸６２を持ち、その周りに、第１及び第２の、軸方向に離間されたコイル３、１３が巻かれ、それは、パイプ６０の外側にある外側極片６５（あるいは「ステータ」）の内側である。外側極片６５は、全体として環状であり、複数の部分６５ａ、６５ｂから構成されており、パイプ６０の周囲にフィットするようになっている。外側極片６５は、Somaloy（登録商標）を用いて構成できる。外側極片６５は、一つまたは複数の永久磁石１８を収容し、それは、第１及び第２のコイル３、１３の間において、パイプ６０の周囲の両側または周辺に存在する。磁石（単数又は複数）１８は、内向きとされた磁化を有する。
【０２００】
ディスク形状のアーマチュア５は、永久磁石（単数又は複数）１８の間において、そして、軸方向に離間された内側極片６９、７０の間において、パイプ６０の内側に存在する。内側極片６９、７０は、コバルト第一鉄（ferrous cobalt）、コバルトクロム第一鉄（ferrous cobalt chromium）、あるいは他の適切な材料により形成できる。外側あるいは内側の極片６５、６９、７０は、全体として「Ｃ」形状のコアを形成し、それは、第１及び第２の極片７１、７２を持ち、それらの間には、アーマチュア５が存在する。
【０２０１】
ばね６、１６は、スロット化ロッド湾曲（slotted rod flexure）の形態をとり、それは、一端においてアーマチュア５に取り付けられ、他端において、パイプ６０の内側壁に、硬質プレート７４を介して取り付けられており、これは、プレートを一側から他側に通る流体の流れを許容する貫通チャネル７５を持つ。アクチュエータ６１は、座部（図示せず）に係合する頭部（図示せず）を有するピントル（pintle）７６をも持つ。ばね６、１６及びピントル７６は、一体であってもよい。これにより、この構成及びアクチュエータを軽くすることができる。
【０２０２】
アーマチュア５及び極片６９、７０を、FeCo（Vacoflux 18HR）、FeCoCr（Vacoflux 9Cr）という合金により構成することができる。極片６９、７０あるいは極片６９、７０の部分を、Somaloy（登録商標）という材料から構成することができる。これらの材料は、高い透磁率（permeability）、高い飽和磁束密度、及び、Somaloy（登録商標）の場合には、高い抵抗率（resistivity）を持つ傾向がある。
【０２０３】
もし、FeCoあるいはFeCoCrが用いられれば、アーマチュア５及び極片６９、７０は、径方向スロットを含むことができ、これにより、渦電流（eddy currents）を減らすことができ、したがって、アーマチュア５の速度を増加させることができる。チューブ６０は、例えば環状リッジ（annular ridge）のような内向きの突起を含むことができ、これにより、極片６９、７０を支持又は配置することができる。
【０２０４】
チューブは、低い透磁率からなっていてもよく、それは磁気パス（magnetic path）のリラクタンスを増やす。代替的に、チューブは、高い透磁率であってもよく、それは、アーマチュアのギャップを迂回する漏れ磁束を増やす。いずれのケースでも、永久磁石の周囲の領域内におけるチューブの導電性（conductivity）は、駆動コイルについての短縮の巻き（shorted turn）を含み、これにより、電気的損失を増す。したがって、チューブの厚さは好ましくは減少され、理想的には最小化されて、磁力を増やすことができる。例えば、チューブは、最小化された厚さ又は溝（grooves）（図示せず）の領域を、関連する領域内に含むことができる。チューブ６０の部分は、レーザ技術又は他の局所的な材料処理技術を用いて修正された磁気特性を持ち、これにより、上方及び下方ギャップの隣のチューブ内で低い透磁率を、そして、チューブに沿う他の箇所で高い透磁率を達成することができる。コイル３、１３及び磁石１８に接するチューブ６０の部分は、低い飽和磁束密度及び／又は低い透磁率を好ましくは持つ。チューブ６０における他の部分は、好ましくは、高い飽和磁束密度及び高い透磁率を持つ。
【０２０５】
アクチュエータ６１の近傍において、チューブは、その長さに沿って一様な内径又は外形である必要はない。チューブ６０は、内部及び外部の部材のための位置を提供するための肩あるいは溝を提供するように形成できる。チューブ６０は、一定の内径を持つことができるが、変化した壁厚さを持つこともでき、これにより、より高い強度を提供でき、例えば大きな径の部分において又は応力集中（stress raisers）が生じる領域において周方向応力（hoop stress）に対抗できる。
【０２０６】
コイル３、１３の一つを省略できる。これにより、コスト及び／又は複雑さをを減らすことができる。さらに、下方コイル３のみを用いることにより、大きな上向きの動作力を提供できるようになる。
【０２０７】
外側極片６５は、最も薄い部分において、あるいは他の部分において分割でき、これにより、磁石１８及びコイル３、１３を組み立てることができる。コイル（単数又は複数）３、１３は、型（former）（図示せず）に巻かれてもよい。型は、薄肉のポリマー絶縁体（polymer insulator）から形成できる。代替的に、自己支持型（self-supporting）のコイルを使用できる。
【０２０８】
磁石（単数又は複数）１８は、完全焼結（fully-sintered）の、放射方向に磁化されたリング、又は、放射方向に磁化された、あるいは実質的に放射方向に磁化された（例えば、短い円弧を通る平行な磁界を持つことによって）、４、６あるいはそれ以上の個数の円弧状磁石から構成されたリングであってもよい。リング磁石は、圧縮又は射出成型の技術を用いて製造できる。
【０２０９】
チューブ６０（開口を除く）及びアクチュエータ６１は、コネクタを用いる配線アセンブリ（wiring loom）において、アクチュエータのコイル３、１３を適切なコネクタに接続するために使用される導体を収容する適切なポリマー（グラスファイバや他の適切な材料による強化があってもなくてもよい）によって重ね成型（over-moulded）されてもよい。
【０２１０】
較正及びタイミング（Calibration and timing）
例えばここで記述され、あるいは前出のWO2011/058344A1に記載されたアクチュエータの一つであるアクチュエータが燃料噴射に適用されるとき、較正ばねを用いて閉鎖力（あるいは「予圧の力（preload force）」）を調整できる構成を提供することができる。
【０２１１】
図２０を参照して、内向き開口（inward-opening）のインジェクタ７８が示されており、これは磁束切り替えアクチュエータに基づく。
【０２１２】
インジェクタ７８は、軸７９を持ち、その周りに、外側極片８０の内側において、第１及び第２の、軸方向に離間されたコイル３、１３が巻かれている。外側極片８０は、第１及び第２のコイル３、１３の間において、一つ又は複数の永久磁石１８を収容する。磁石（単数又は複数）６６は、内向きとされた磁化を持つ。
【０２１３】
ディスク形状のアーマチュア５は、永久磁石（単数又は複数）１８の間に、そして軸方向に離間された内側極片８１、８２の間にある。外側及び内側の極片８０、８１、８２は、全体として、「Ｃ」形状のコアを形成し、これは、第１及び第２の極を持ち、その間に、アーマチュア５が存在する。
【０２１４】
ばね６、１６は、予圧（pre-loaded）された硬いコイルばねである。アクチュエータ７８も、シート８５に係合する頭部８４を持つ内向き開口のピントル８３を含む。
【０２１５】
ピントル８３への閉鎖力は、調整ピン８６の下方への移動により達成でき、これにより、較正ばね８７における圧縮を増やすことができる。このことは、インジェクタ７８の開口応答（opening response）を変え、インジェクタ７８は、既定の性能仕様に整合できるように調整される。
【０２１６】
較正ばね８７は、ばね６、１６に比較して、低い硬さを持つ。較正ばね８７のばねレートは、全体の機械ばねシステムにおけるばねレートを調整するように選ばれる。したがって、頭部８４が着座した時に予圧の力を変更することに加えて、較正ばね８７は、（例えば異なるばねレートを持つそれぞれのばねのセットを選ぶように）選ばれ、これによりばねレートを調整できる。
【０２１７】
選ばれた硬さの較正ばねを用いて、例えば前出のWO2011/058344A1に記載されたような外向き開口のインジェクタのために使用できる。
【０２１８】
永久磁石（単数又は複数）のエネルギ密度は、発生の間における磁界強度（magnetisation field intensity）の強さの調整により変化しうる。このことを用いて、インジェクタ７８の基礎を形成するアクチュエータのために正確な磁気的硬さ（magnetic stiffness）を得ることができる。
コイル３、１３及びアーマチュア５は、磁気的に非常に密接に組み合わされており、アーマチュア５によりその移動時に生成される逆起電力を用いて、時間及び温度の変化についての性能を監視することができる。したがって、逆起電力の測定を用いて、アクチュエータの能力を、例えば維持電流のような駆動パラメータを調整することによって調整することができる。
【０２１９】
コイル３、１３の一つ、例えば下方コイル３は、省略可能である。
【０２２０】
機械的な抗反発（anti-bounce）
図１に示されるような単動ソレノイドを用いる内向き開口のインジェクタでは、ピントルが、それに直接に取り付けられたアーマチュアにより上昇でき、燃料を噴射できる。ソレノイドへの電流が除去されると、ピントルは閉じる。しかしながら、ピントルは、バルブ座に向かう機械ばねの閉鎖力とアーマチュア及びピントルのモーメント（momentum）とによって跳ね返る。この跳ね返りは、それが、望ましくない排気物質を発生しうる少量の不完全微粒子化燃料（poorly-atomised fuel）を導入しうるために、望ましくない。
【０２２１】
図２１を参照して、内向き開口のインジェクタ９０が示されており、これは、磁束切り替えのアクチュエータと抗反発構成と含む。図２１では、インジェクタ９０は部分的に開いた位置（partially-open position）において表されている。
【０２２２】
インジェクタ９０は、全体として、中心軸９１を中心として対称であり、薄肉の圧力チューブ９２を備えている。コイル１３は、圧力チューブ９２の外側にある外側極片９３の内側において巻かれている。他の、軸方向に離間されたコイルも、磁石１８の他側に提供される。外側極片９３は、内向きに配向された磁化を持つ永久磁石１８のセットを収容する。圧力チューブ９２は、上方及び下方の極片９４、９５を収容し、これらは、チューブ９２の内壁に取り付けられる。
【０２２３】
インジェクタ９０は、燃料取入経路（fuel inlet pathway）９６を含み、これは、ピントルカラー（pintle collar）９９、ピントルチューブ１００、及びピントル密封要素１０１を含むピントルアセンブリに予圧（preload）を加えるための較正プラグ９７と較正ばね９８とを収容する。ピントル密封要素１０１は、燃料微粒子化のための孔１０３を含むバルブ座１０２上での金属間（metal to metal）の密封を形成する。
【０２２４】
インジェクタ９０は、アーマチュアアセンブリを含み、それは、主要ディスク形状部分５と、外側カラー１０６を末端において有する主要アーマチュア部分５から垂下する一体スリーブ（integral sleeve）１０５とを備える。主要アーマチュア部分５は、気体／液体ダンピング減少スルーホール（gas/liquid-damping-reducing through-holes）５ａを含む。アーマチュアアセンブリ５、１０５、１０６は、ピントルチューブ１００に載せられており、チューブ１００に沿って自由にスライドできる。
【０２２５】
典型的には、バルブが閉じたとき、アーマチュア５は、初期のデバウンス（de-bounce）期間の後で、カラー９９に接触する。
【０２２６】
コイル３、１３が励磁されると、アーマチュアアセンブリ５、１０５、１０６は、後方に（すなわち、バルブ座１０２から離れる方向に）移動し、そして、ピントルカラー９９を介して、ピントルアセンブリ９９、１００、１０１を、バルブ座１０３から離れるように持ち上げる。ばね６、１６は、アーマチュアカラー１０６を介してアーマチュア構成に直接に作用し、そして圧縮される。
【０２２７】
コイル３、１３が非励磁となったとき、ばね６、１６と較正ばね９８がピントルアセンブリ９９、１００、１０１とアーマチュアアセンブリ５、１０５、１０６とを、バルブ座１０３に向けて、つまり着座位置に向けて付勢する。密封要素１０１がバルブ座１０２に接触するようになると、ピントルアセンブリ９９、１００、１０１は停止する。しかしながら、アーマチュアアセンブリ５、１０５、１０６は、前方に（つまりバルブ座１０５に向かう方向に）移動し続けることができる。
【０２２８】
ばね１０７も、アーマチュア構成５、１０５、１０６に対して、アーマチュアカラー１０６を介して作用し、そして、アーマチュアアセンブリ５、１０５、１０６の運動エネルギを吸収するために使用される。減衰ばね（damping spring）１０７は、アーマチュアアセンブリ５、１０５、１０６を、バルブ座１０５から離れるように付勢し、アーマチュア５は、カラー９９に対して停止し、次の噴射サイクルでの開始のために準備する。燃料の粘度（fuel viscosity）のための損失は、エネルギの散逸を助ける。したがって、アーマチュアがピントルとの接触状態に戻るとき、ピントルは座を離れて上昇しない。
【０２２９】
例えば、必要なばね力に基づいて、ばね６、１６を省略可能である。
【０２３０】
もし、ばね６、１６、９８、１０７（取り付けられたとき）におけるばねレートの合計が磁気ばねのそれを越えるならば、アクチュエータは、静的安定可変上昇（statically-stable variable lift）のタイプのアクチュエータであってもよい。代替的に、ばね６、１６、９８、１０７（取り付けられたとき）におけるばねレートの合計を、図１８に示されるものと同様の応答を与える磁気ばねのそれよりも小さくすることができる。
【０２３１】
図２０及び２１に示されるアクチュエータ及びインジェクタは、９〜１８ｍｍの間の管径（tube diameter）ｄ１を持つことができ、約１６〜２６ｍｍの間の外径ｄを持つことができる。典型的には、外形ｄは、約２２ｍｍである。アクチュエータは、０．０２５〜０．８ｍｍの間のストロークを持つことができる。ストロークはもっと大きくてもよく、例えば、１ｍｍまで、あるいはそれ以上、又は、もっと小さくてもよい。しかしながら、インジェクタが制御されて、例えば後述する制御ユニットを用いて、部分的な上昇が提供される。
【０２３２】
インジェクタ９０は、インジェクタが燃料源（図示せず）に接続されたときに密閉を提供する「Ｏ」リング１０９を含む。
【０２３３】
ばね６、１６は、ダイアフラムばね（diaphragm spring(s)）の形態をとることができる。ばね６、１６及び／又はばね１０７は、アーマチュア５の上流側に配置可能である。
【０２３４】
２ピース構成のアーマチュアとピントルは、使用される必要がない。すなわち、アーマチュア５とピントルアセンブリ９９、１００、１０１は、共に動くように構成可能である。
【０２３５】
コイル３、１３の一つ、例えば下方コイル３は、省略可能である。
【０２３６】
磁気性能の安定化
永久磁石１８は、この永久磁石１８を、通常の動作温度よりも高い温度で一定期間加熱することにより安定化されうる。この手順を「ソーキング（soaking）」と称することができる。選択的に、コイルのセット（図示せず）から適用される反転した場を用いて、あるいは、自己減磁構成（self-demagnetising arrangements）で、例えば、互いに十分離間しているか互いに対向して磁石を配置することにより、磁石１８を加熱することができる。
【０２３７】
行程の長さの延長
前出のWO2011/058344A1に記載されたソレノイド・アクチュエータは、短行程ソレノイド・アクチュエータである。典型的には、短行程ソレノイド・アクチュエータにとっては、ｄ／Δｔは少なくとも１００であり、１０００を超えることもある。ここでΔｔは行程の長さ（あるいは「ストローク」）（すなわち移動の軸に沿っている）であり、ｄは、アクチュエータの外側の幅あるいは直径である。アクチュエータの外幅は、通常は、極片（単数又は複数）の外径に対応する。
【０２３８】
しかしながら、ここに記載されたソレノイド・アクチュエータ及び前出のWO2011/058344A1に記載されたソレノイド・アクチュエータでは、ｄ／Δｔが２０以上であるように修正されてもよい。例えば、ストロークは、約１６ｍｍの直径を持つアクチュエータでは、０．８ｍｍの大きさである。
【０２３９】
したがって、ここで記載されたソレノイド・アクチュエータ及びそのようなソレノイド・アクチュエータを持つインジェクタは、より長い行程、たとえばｄ／Δｔ＜１００を持つように構成できる。ｄ／Δｔは少なくとも２０とできる。
【０２４０】
水及び空気のバルブ動作
ここに記載されたアクチュエータを用いて、水又は水とアルコールの水溶性混合物（aqueous mixtures）及び／又は水溶性油（water-soluble oil）をエンジンの燃焼室に噴射するバルブを制御することができる。混合物はエマルションの形態をとることができる。ここに記載されたアクチュエータは、燃料又は気体を噴射するために使用可能である。
【０２４１】
電気的リレー
ここに記載されたアクチュエータは、かなりの高速であり、電気的な接点を切り替えるために使用でき、したがってリレーを構成できる。このアクチュエータは好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、あるいは少なくとも１ｍｍ、及び／又は、１ｍｍまで、２ｍｍまで、あるいは３ｍｍまでの行程の長さを持つ。
【０２４２】
図７を参照すると、第１及び第２の端子（図示せず）を持つ単極（single-pole）、単投（single-throw）のリレーとして、アクチュエータ３６を使用することができる。シャフト３２は、第１端子に接続された柔軟な電気的接点（図示せず）に取り付けられる。電気的接点の自由端は、第２の端子に接続された固定の電気的接点から離れている。電気的接点は、ギャップにより分離されている。コイル３、１３が励磁されたとき、シャフト３２は、柔軟接点を固定接点に直接に接触させるように促し、これにより、スイッチを閉じ、端子を接続する。コイル３、１３が非励磁となると、シャフト３２は、その元の位置に戻り、柔軟接点を引き戻し、接続を切る。
【０２４３】
ここに、あるいは前出のWO2011/058344A1に記載された他のアクチュエータを使用できる。湾曲の他の形態を使用できる。さらに複雑な、多極（multi-pole）及び／又は多投（multi-throw）のリレーを使用してもよい。
【０２４４】
ここに記載したアクチュエータは、大きなラッチ力（latching force）を提供できる。もし二重ラッチが必要ならば、アクチュエータは、磁気ばねの硬さ（stiffness）がばねの硬さよりも大きくなるように構成される。
【０２４５】
アクチュエータは、開位置及び閉位置の両方においてラッチするように構成されていてもよい。
【０２４６】
駆動エレクトロニクス、駆動波形、及び逆起電力波形
図２２を参照して、アクチュエータの一つ又は複数のコイル３、１３のための制御ユニット１１０が示される。制御ユニット１１０を用いて、ここに、又は前出のWO2011/058344A1に記載された、一つのコイル３、１３又は複数のコイル３、１３を持ちうるいろいろなアクチュエータあるいはアクチュエータ構成を制御できる。もし、アクチュエータが複数のコイル３を含み、又は、もし制御ユニットが複数のアクチュエータを制御するならば、制御ユニットは、コイル３、１３を同様に、あるいは相補的な方法で（つまり反転で）駆動できる。
【０２４７】
制御ユニット１１０は、駆動波形１１２をコイル（単数又は複数）３、１３に提供するためのドライバ１１１と、逆起電力波形１１４を測定するための検出回路１１３とを含む。ドライバ１１１と検出回路１１３とは、コントローラ１１５により制御される。
【０２４８】
ドライバ１１１と、アクチュエータに供給される駆動波形１１２とは、好ましくは最適化されて、望ましい性能を取得でき、これによって、行程の両端の間での最速の移動、行程の両端間の中間地点への最速の移動、及び、通常の安定位置から移動するアクチュエータを止めるための追加的な負の力を提供できる。
【０２４９】
検出回路１１３と逆起電力波形１１４を使用して移動スピードを特定でき、さらには積分によって位置を算出できる。逆起電力波形１１４を使用して、アクチュエータの駆動を調節して、例えば、温度に伴う磁気的あるいは機械的ばね特性の変化に順応できる。逆起電力を使用して、長期間での機械的及び磁気的変質を補償することもできる。
【０２５０】
アーマチュア５とコイル３、１３との間に密接な電気−機械的結合（electro-mechanical coupling）があるならば、低インピーダンスの電圧ドライバ１１１は、単に逆起電力から速度制御を提供できる。これは、噴射サイクルにおける開及び閉の部分の間で、例えば、初期の高電圧期間の後に電圧をゼロにまで低くする（又はそれに近づける）ことによってアクチュエータが開である間で利用でき、これにより、定電流保持段階に入るに先立ってアーマチュア速度を止める逆起電力から電流は流れることができる。
【０２５１】
後述のアクチュエータ駆動技術及び回路は、自動車用途の燃料インジェクタでの利用のために記載される。しかしながら、駆動技術及び回路は、他の、非自動車の応用のためにも適切であり、そこで使用可能である。
【０２５２】
インジェクタ駆動技術及び回路
図２３は、制御ユニット１１０の第１の例を示す。
【０２５３】
図２３ａを参照して、コントローラ１１５は、ターンオン及びターンオフの間に定電圧モードで、そして保持段階（hold phase）の間は定電流モードで駆動されるコイル（単数又は複数）３、１３を制御する。保持段階での電流量は、コントローラ１１５により設定され、それは、トランジスタ１１６のベースに供給される電圧を制御する。電流センサ１１７は、コイル（単数又は複数）３、１３を流れる電流を検出でき、そして、回路１１８は、回路の性能におけるゆっくりした温度追跡（slow temperature tracking）のために使用可能であり、つまり、これは速い動的制御としては必要でない。
【０２５４】
電圧ドライバ１１９は、ターンオン電圧Ｖｍａｘを提供する。ターンオン電圧は、（乗り物の）駆動条件に応じて、コントローラ１１５により設定される。トランジスタ１１６は、初期には、電流要求波形（current demand waveform）によって過駆動（overdriven）である。なぜなら、電流が要求レベルに達するまで有限時間（finite time）を要するからである。コイル（単数又は複数）３、１３と並列なクランプダイオード（clamp diode）１２０を使用して、ターンオフができる。ツェナーダイオード（図示せず）をダイオード１２０に直列に入れて、速いターンオフのための高いターンオフ電圧を得ることができる。
【０２５５】
特に図２３ａを参照して、駆動波形１１２あるいは（「駆動信号」）は、複数の部分１１２１、１１２２、１１２３、１１２４、１１２５を含み、これは、ターンオン部分１１２１と、保持部分（hold portion）１１２２と、選択的なターンオフ部分１１２３と、選択的な抗反発（anti-bounce）部分１１２４と、オフ部分１１２５とを含む。
【０２５６】
ターンオン及び保持部分１１２１、１１２２は、単純パルス、例えば振幅Ｖで持続時間Ｔを持つ方形パルスの形態をとることができる。振幅Ｖは、インジェクタが開く程度、つまり開くか部分的に開く（つまり部分上昇）かを制御する電流を設定し、持続時間Ｔは、噴射の持続時間を設定する。
【０２５７】
しかしながら、ターンオン及び保持部分１１２１、１１２２は、例えば図２３ａに示されるような階段状パルスの形態をとることができる。ターンオン部分１１２１の振幅及び持続時間は、ターンオン部分１１２１の端部において、アーマチュアが正しい保持位置（hold position）にあって停止しており、コイル３中の電流が保持電流（hold current）に等しいように調整される。パルス幅変調（PWM）を使用して保持部分１１２２を形成することができる。ターンオン部分１１２１の電圧は、保持部分１１２２とは異なる振幅を持つことができ、これにより、電流が立ち上がるための時間を調整できる。低い電圧は、一定の保持電流ステップに入る前の駆動におけるディップを提供し、高い電圧は、高い初期電流に達することを可能にする。これを用いて、インジェクタの残留振動（residual oscillations）を、それが部分上昇位置に到着したときに、小さくすることができる。残留振動を小さくすることは、Ｖ駆動設定ポイント（V drive set point）を変化させることでも達成できる。これは、インジェクタが定電流段階に入るときに電圧モニタ１２１を用いて振動を監視することにより行うことができる。高い初期電圧は上向きに移動するアーマチュアを示し、低い電圧は、下向きに移動するアーマチュアを示す。これを用いて、Ｖ駆動１１９の設定ポイントを調整し、後続のパルスが低い振動を持つようにできる。
【０２５８】
Ｖｈｏｌｄを、電源電圧より低く、又は等しく設定できる。制御ユニット１１０が好ましくは調整されて、Ｖｍａｘがブースタ（booster）回路（図示せず）により提供される。
【０２５９】
図２３ａに示されるように、ターンオフ部分１１２３は、ターンオン及び保持部分１１２１、１１２２とは反対の極性とすることができ、この場合は負である。短い抗反発（anti-bounce）電圧１１２４を提供して、バルブを既定範囲の速度、例えば０．５〜１．５ｍｓ−１の間に落ち着かせることができ、及び／又はコイル３、１３内の電流がゼロにあるかそれに近いことを保証できる。典型的には、ＴＣ（又はＴＣ＋ＴＤ）は、ＴＡにほぼ等しい。
【０２６０】
図２４は、制御ユニット１１０についての第２の例を示す。
【０２６１】
図２４に示される制御ユニット１１０は、図２３に示される制御ユニット１１０と同じ機能を提供するが、損失をより低くできる。しかしながら、図２４に示される制御ユニット１１０は、より速い制御ループを用いて、ハーフブリッジスイッチング（half bridge switching）１２２を調整し、可変電圧駆動、特に速い制御を供給して、アクチュエータ電流の実時間検出を用いる定電流駆動を提供する。
【０２６２】
図２４ａを参照して、パルス幅変調（ＰＷＭ）が用いられて、駆動波形におけるターンオン及び保持段階１１２１、１１２２を供給する。ターンオン部分１１２１は、ターンオン部分１１２１の端部において、アーマチュアが正しい保持位置にあって停止し、コイル３、１３中の電流が保持電流と等しくなるように調整される。波形のターンオフ部分１１２３が用いられて、アクチュエータ／インジェクタを閉じる。これは、反発がなくなるようにバルブを閉じるために調整されたバルス持続時間を用いたターンオン部分１１２１の反転バージョンである。
【０２６３】
図２４ａに示されるように、波形のターンオン部分１１２１は、第１及び第２のパルス１２５、１２６を含む。第１パルス１２５は持続時間Ｔｏｎ１を持つ。第２パルス１２６は、第１パルス１２５の開始の後、時刻Ｔｏｆｆに始まり、時刻Ｔｏｎ２に終了し、持続時間（Ｔｏｎ２−Ｔｏｆｆ）を持つ。
【０２６４】
Ｔｏｎ１における値が用いられて、上昇の程度を制御する（つまり、対象の上昇あるいは「保持位置」を設定する）。したがって、より大きな値のＴｏｎ１を用いることにより、より大きな上昇が達成される。Ｔｏｆｆの値が用いられて、アーマチュア５の速度を、ターンオン部分１１２１の端部において制御する。Ｔｏｎ２の値が用いられて、アーマチュアをその保持位置に保持するための所望の電流を設定する。
【０２６５】
各ケースで、ターンオン部分１１２１の終端により、アーマチュアはゼロの速度を持ち、アーマチュアは保持位置に達し、電流は適切なレベルに達して、この上昇を、保持段階１１２２において維持する。
【０２６６】
図２４及び２５に示される制御ユニット１１０の両方は、逆起電力に対する電流及び時間の検出を提供し、これは、監視されるべきアーマチュア５のダイナミクス（dynamics）を許容し、さらには、直接（straightforward）のオープン／ショート（open/short）の監視も許容する。この情報を用いて、インジェクタの古さ（バルブ座の磨耗、磁石の変質、フィルタの目詰まり）、燃料特性の変化に伴う駆動特性を更新することができ、さらには、インジェクタ、燃料、ある程度の電子回路での温度変化への対応ができる。
【０２６７】
保持駆動のための第２定電圧の前に定電圧のターンオンを提供する制御ユニットを用いることができる。保持段階における定電圧の利点は、アクチュエータコイルの逆起電力がアクチュエータの動きの減衰を自然に提供することである。部分的上昇動作の間、これは、初期駆動がアクチュエータを所望の上昇位置を行き過ぎる（overshoot）ケースにおいて、システムについての特別な安定性を提供する。
【０２６８】
さらに、電圧保持段階の間に電流を監視する制御ユニットにより、遅い制御ループを実行でき、これにより、その後の噴射が、例えばコイルや配線における温度によるアクチュエータでの抵抗変化を補償するように調整された電圧保持設定を持つことができる。
【０２６９】
この技術は、開の電圧段階にも適用可能である。
【０２７０】
開く間、利用可能な最大電圧を印加することがしばしば必要である。この状況では、効果的な開電圧（opening voltage）は、最大電圧段階の持続時間を変えることで調整可能である。
【０２７１】
定電圧の開段階（opening phase）の間に電流を監視しながら、ピントルが座を離れるポイントを検出でき、そしてこのことは、速いループで使用されてパルスごとの基準（pulse by pulse basis）でタイミングを調整でき、あるいはもっと保守的には、後続パルスにおける駆動パラメータを調整でき、あるいは単に状況モニタとして使用される。
【０２７２】
駆動方法が以下において詳しく説明される。
【０２７３】
この駆動方法は、電流を用いて単調な上昇を行うアクチュエータにとって適切である。
【０２７４】
−高インピーダンス（電流駆動）−
アクチュエータが減衰され、そしてゆっくりした応答が許容される場合は、単純な駆動方法を使用できる。単純な駆動方法は、所望量の移動（つまりターゲットを開くこと）を提供するコイル３、１３中に電流を駆動すること、及び、所望量の移動が達成されるまで待つことを備える。電流は、電流と移動との間における既定の準安定（quasi-static）の関係、例えば、ルックアップテーブル（図示せず）の形態から見出される。
【０２７５】
機械的減衰を用いて、行き過ぎ／減速整定（overshoot/slow settling）を調整することができる。例えば、もしアーマチュアが行き過ぎるなら、より大きな減衰を提供しうる。もしアーマチュアが、指数関数的（exponentially）に所望の上昇に向かうなら、より少ない減衰を使用できる。
【０２７６】
ドライバの有限電源インピーダンス（finite source impedance）を有することによって、減衰を電気的に提供できる。
【０２７７】
−電圧駆動−
さらに複雑な駆動方法を使用でき、それは、逆起電力が電流を生じさせるときに、より高い共振周波数（resonant frequency）を与え、様々な動きに対抗し、より速い切り替えを可能にする。
【０２７８】
制限された駆動電流／電圧の包絡線（envelope）の範囲内での最速の切り替えは、もし切り替え段階の終端において下記三つの条件を満たすなら、達成可能であり、すなわちそれは、（ｉ）アーマチュア速度がゼロである、（ii）上昇が対象の値（target value）にある、そして（iii）電流が、この上昇を維持するのに適切である。これらの条件を達成するように駆動波形を調整できる。
【０２７９】
先に述べたように、非制御の電圧レール（voltage rail）からの単独パルスでは、三つのパラメータが制御される。それはすなわち、Ｔｏｎ１、Ｔｏｆｆ、及びＴｏｎ２である。Ｔｏｎ１は、ターンオンの端部において主として上昇に影響し、Ｔｏｆｆはターンオンの端部におけるアクチュエータの速度に主として影響し、Ｔｏｎ２はターンオンの端部における電流に主として影響する。
【０２８０】
これらのスキームでは、これらのパラメータを、反復パルスシステムにおいて制御するための最も安定な方法は、あるパルスから次へのフィードフォワードを用いることである。
【０２８１】
図２４ａを参照すると、ターンオンパルス１１２１の端部で始まるアーマチュア／ばねシステムの共振周波数における電流振動のコサイン成分を調べることにより、パルス電流エラーの端部を見つけることができる。振動のサイン成分を調べることにより、速度エラーを見つけることができる。正しい上昇に達しないことも、振動のコサイン成分を生じる。これらは、振動に重畳（superimposed）された電流ドリフトを有する位置エラーにより区別できる。なぜなら、アクチュエータは、準安定位置に向けて指数関数的に、比較的遅い（例えば典型的には、振動期間の数倍）、モータファクタ（motor factor）及び抵抗で設定される時定数で移動するからである。これは、電流モニタを用いることにより達成され、推測されたターンオン訂正となり、後続の噴射サイクルに適用できる。
【０２８２】
準静止操作における、得られた上昇に対する電流についての正確な長期間の更新を、燃焼監視ループにより行うことができ、あるいは、外部条件、例えば燃料レール圧力、温度（これはコイル抵抗で検出可能）と対応付けることができる。
【０２８３】
図２５ａ〜２５ｃは、Ｔｏｎ１、Ｔｏｆｆ及びＴｏｎ２における変化がどのように用いられて、異なる上昇位置を提供できるかを示す。図２５ａ〜２５ｃは、以下のパラメータを用いてモデル化される：
【０２８４】
【表１】
2018026568.tif 000009
【０２８５】
図２５ａ〜２５ｃに示されるように、Ｔｏｎが増加すると、上昇量が増える。
【０２８６】
変形
理解できることとして、ここで記載された実施形態に対して様々な変形が可能である。このような変形は、アクチュエータ及び／又はインジェクタ、並びにそれらの部品の設計、製造及び使用において既知の、等価な及び他の特徴を含み、それは、ここに既に記載された特徴に代えて、あるいはそれに追加して使用されうる。一実施形態の特徴を他の実施形態の特徴に置換し、あるいはそれで補足することができる。
【０２８７】
例えば、ここに記載されている、拡張された及び／又は複数のアクチュエータを、ここに記載されている燃料インジェクタに使用できる。ここで記載された抗反発構成を、外向き開口インジェクタに使用できる。ここで記載された円筒状湾曲及び／又はプレートベース湾曲を、ここで記載されたインジェクタに使用できる。ここで記載されたものとは異なる磁気材料及び／又は柔軟磁性材料を、ここで記載された燃料インジェクタに使用できる。ここで記載された燃料インジェクタにおける制御ユニットを、ここで記載されたアクチュエータ及び／又はインジェクタと共に使用できる。
【０２８８】
アクチュエータを、ガソリン、ディーゼル、ガス状（gaseous）あるいは他の流体のバルブにおけるサーボバルブにおいて使用できる。
【０２８９】
永久磁石の向きを反転することができ、例えば、内向き配向の磁石を、外向き配向の磁石となるように再配向することができる。このケースでは、駆動電流の極性が反転される。
【０２９０】
この出願において、特徴の特定の組み合わせに対して請求項が記載されているけれども、理解されるべきこととして、本発明における開示の範囲は、明示的にせよ暗示的にせよ、他の新規な特徴、あるいは、ここで記載された特徴の新規な組み合わせ、あるいはそれらの何らかの一般化を含み、これは、現在いずれかの請求項に記載された発明と同じものに関連するかどうかにかかわらず、また、本発明が解決する問題のいずれか又は全てと同じ問題を軽減するかどうかにかかわらない。ここで、この出願では、このような特徴、及び／又は、このような特徴の組み合わせについての新しい請求項を、本出願の、あるいはそれから派生した何らかの後続出願の手続中において記載できることを注記する。
【図１】
2018026568.tif 000010
【図２】
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【図３ａ−ｃ】
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【図３ｄ−ｅ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
2018026568.tif 000023
【図８ａ】
2018026568.tif 000024
【図８ｂ】
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【図９】
2018026568.tif 000026
【図１０】
2018026568.tif 000027
【図１０ａ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2018026568.tif 000040
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
2018026568.tif 000043
【図２４】
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【図２５ａ】
2018026568.tif 000045
【図２５ｂ】
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【図２５ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月28日(2017.8.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーマチュアと、極片と、励磁に対応して前記アーマチュアを、１ｍｍまでの行程の長さを持つ移動の方向に沿う第１及び第２の位置の間で移動させるように構成された電磁石コイルと、前記アーマチュアを付勢するように構成されたばねとを備えるソレノイド・アクチュエータを備える燃料インジェクタを操作する方法であって、ここで、前記第１の位置において、前記燃料インジェクタは閉鎖されており、そしてここで、前記アーマチュアの静止位置は、前記アーマチュアの移動行程の全長又は少なくとも一部の長さにおいて、コイル電流により、少なくとも単調であり、前記方法は以下を備える：
あるサイクルにおいて駆動波形を前記電磁石コイルに適用すること、ここで前記駆動波形は、前記アーマチュアを、前記第１及び第２の位置の間の位置であって前記アーマチュアが実質的に停止する位置に位置させるようなプロファイルと持続時間を持つターンオン駆動波形と、前記第１の位置に向けて前記アーマチュアを移動させるようなプロファイルと持続時間を持つターンオフ駆動波形とを含んでいる；
前記電磁石コイルからの逆起電力及び／又は電流及び／又は抵抗の測定値を取得すること；及び
前記測定値を用いて、前記サイクルにおいて前記電磁石コイルに適用される前記駆動波形を調整すること、及び／又は、前記電磁石コイルに適用される駆動波形を後続のサイクルにおいて調整すること。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、ここで、前記ターンオン駆動波形を適用することは以下を含む：
低インピーダンス電圧駆動を用いて、前記アーマチュアを前記位置に保持すること。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の方法であって、以下を備える：
保持駆動波形を前記電磁石コイルに適用すること、ここでこの波形は、前記アーマチュアを、前記第１及び第２の位置の間の位置に保持するような、そして、電流を前記コイルに流すようなプロファイルと持続時間を持つ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法であって、以下を備える：
前記第１の位置に戻る前記アーマチュアを減速させるような抗反発駆動波形を前記電磁石コイルに適用すること。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法であって、以下を備える：
既定の駆動波形を提供すること；そして
先に提供された駆動波形に基づいて既定の駆動波形を改変すること。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
前記アーマチュアを保持位置に到達させるようなブースト波形を提供すること、そして、所望の保持位置において前記アーマチュアを安定に保持するような一定の低インピーダンス電圧を前記サイクルにおいて提供すること。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
前記電磁石コイルを通る負電流を加えて、前記アーマチュアを前記第１の位置に保持すること。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
前記電磁石コイルを通る負電流を加えて、前記第１の位置に向かう前記アーマチュアの迅速な移動を可能にすること。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法であって、以下を含む：
第１及び第２のパルスを適用して、前記アーマチュアを、前記第２の位置における、又は、前記第１及び第２の位置の間の位置における安定した位置に到達可能にすること。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の前記方法を実行するために構成された制御ユニット。