(57)【要約】バルブ制御燃焼機関用のガス交換バルブ駆動装置は、バルブ部材に結合される中空筒状回転子、及び固定子を有し、回転子は重畳して同心的に配列される永久磁気リングを備え、固定子は少なくとも部分的に軟磁性材料で構成され、回転子に面する少なくとも１つの歯を備え、固定子は半径方向内側の磁気伝導領域及び半径方向外側の磁気伝導領域を備え、回転子のリングが固定子の内側領域と外側領域の間に配置され、固定子の外側領域は少なくとも１つの部分セクションにおいてＣ字型断面を持つように設計され、少なくとも１つの固定子コイルを備えている。固定子の半径方向内側の磁気伝導領域及び／又は固定子の半径方向外側の磁気伝導領域において、回転子の運動方向に少なくとも１つの歯が形成され、回転子の予め決められた位置において固定子の少なくとも１つの歯が１つの永久磁気リングと整列するように、回転子の運動方向における歯の寸法は、本質的に回転子の運動方向における永久磁気リングの寸法と同じである。
2004518841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ部材（１２）と結合される中空筒状回転子（１６）と、固定子（１８）とを有する、バルブ制御燃焼機関用のガス交換バルブ駆動装置において、
前記回転子（１６）が重畳して同心的に配列される永久磁気リング（３０）を備え、
前記固定子（１８）は、少なくとも部分的に軟磁性材料で構成され、前記固定子（１８）は、前記回転子（１６）に面する少なくとも１つの歯（２２）を備え、
前記固定子（１８）は、半径方向内側の磁気伝導領域（５０）と半径方向外側の磁気伝導領域（５２）とを備え、前記回転子（１６）の前記リング（３０）が前記固定子（１８）の前記内側領域（５０）と前記外側領域（５２）の間に配置され、
前記固定子（１８）の前記外側領域（５２）が、少なくとも１つの部分セクション（５４）においてＣ字型断面を持つように形成され、前記外側領域（５２）は少なくとも１つの固定子コイル（２８）を備えた、ガス交換バルブ駆動装置。
【請求項２】
前記回転子（１６）の隣接する永久磁気リング（３０）が半径方向の向きに交互の帯磁方向を持つ請求項１に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項３】
前記回転子（１６）の２つの隣接するリング（３０）が磁気的に有効ではないスペーサによって相互に予め決められた距離で保持される請求項１に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項４】
前記固定子（１８）の前記半径方向内側の磁気伝導領域（５０）及び／又は前記固定子（１８）の前記半径方向外側の磁気伝導領域（５２）において、前記回転子（１６）の運動方向に少なくとも１つの歯（２２）が形成され、前記回転子（１６）の予め決められた位置において、前記固定子（１８）の前記少なくとも１つの歯（２２）が１つの永久磁気リング（３０）と整列するように、前記回転子（１６）の運動方向における前記歯の寸法が、前記回転子（１６）の運動方向における永久磁気リング（３０）の寸法と本質的に同じである請求項１に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項５】
磁極ピッチが、前記回転子（１６）の運動方向における前記永久磁気リング（３０）及び前記固定子（１８）の前記少なくとも１つの歯（２２）の寸法によって定められ、前記寸法が、その縦方向における前記固定子コイル（２８）の寸法より小さい請求項１に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項６】
前記固定子（１８）の前記外側領域（５２）に加えて又は前記外側領域（５２）に代わって、前記固定子（１８）の前記内側領域（５０）が固定子コイル（２８）を備えた請求項１に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項７】
コイル領域（１８’’）が前記回転子（１６）の運動方向において前記固定子の２つの隣接する歯（２２）の間の距離より大きい請求項４に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項８】
前記固定子（１８）が好ましくはプレス加工及び／又は焼結金属粉から作られる軟磁性成形体である請求項１に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項９】
前記固定子（１８）の前記軟磁性成形体は、その内部空間にコバルト含有鉄の少なくとも１つのコア（６２）を備えている請求項８に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの固定子コイル（２８）が、Ｃ字型断面を有する前記部分セクション（５４）の横向きに前記回転子（１６）の運動方向（Ｂ）を向く領域（５８）、又はＣ字型断面を有する前記部分セクション（５４）の本質的に前記回転子（１６）の運動方向（Ｂ）に平行の方向を向く領域（６０）、又は本質的に前記回転子（１６）の運動方向（Ｂ）に平行の方向を向きかつ前記回転子（１６）を同心的に囲む前記固定子の内側領域に配置される請求項１に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項１１】
Ｃ字型断面を有し少なくとも１つの固定子コイル（２８）を備えた少なくとも２つの部分セクション（５４）が、前記固定子（１８）の円周に沿って配置される請求項１又は１０に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項１２】
前記回転子（１６）には、前記バルブ部材（１２）のストロークを検出するための変位変換器（３２、３４）が割り当てられる請求項１に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項１３】
前記回転子（１６）をそのエンド位置の少なくとも一方において制動して保持するために、前記回転子（１６）の前記リング（３０）を囲む又は前記リング（３０）によって囲まれる半径方向の帯磁方向を持つマグネットリング（７０）が、前記マグネットリング（７０）と同じ帯磁方向を持つ前記回転子（１６）の１つのリング（３０）が後に前記エンド位置を取るために前記エンド位置に達する前に前記リング（７０）を通過するように、前記回転子（１６）のそれぞれのエンド位置の領域に配置される請求項１に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項１４】
前記回転子が磁気ヨーク体（４２）によって少なくとも部分的に囲まれる請求項１に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項１５】
磁気ヨーク体（４２）が、好ましくは長方形断面を持つ磁気伝導チューブ（４２）によって形成され、その２つの相対する壁に凹部（４２ａ、４２ｂ）が配備され、これを通じて前記回転子及び前記固定子が突き出て、前記壁が１つの固定子（１８）の２つの歯（２２）と整列するような材料の厚み及び相互の距離を有する特に請求項１４に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項１６】
前記固定子が軟磁性薄板ストリップなどから作られるストリップ巻きコイル（１８’）を備えた請求項１５に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項１７】
前記歯（２２）又は相対して配置される前記永久磁石（２０）の寸法が、それぞれ回転子（１６）のあるセクションに少なくともさらに２つの永久磁石（２０）用の空間があるように巻き線チェンバ（２６）の軸線方向の長さに対して相対的に定められ、前記回転子（１６）の軸線方向の長さが前記歯（２２）及び前記巻き線チェンバ（２６）の軸線方向の長さに対応する請求項１に記載のガス交換バルブ駆動装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項又は数項の特徴を有する少なくとも１つのガス交換バルブを備え、少なくとも１つの燃焼シリンダを有する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、バルブ制御燃焼機関用のガス交換バルブ駆動装置に関するものである。特に、本発明は、バルブ部材の往復運動がカムシャフトによって行なわれずまたこれによって制御されないガス交換バルブに関するものである。バルブ部材は本発明のガス交換バルブによって電気的に作動される。
【０００２】
当業界の状態
独国特許第１９５１８０５６号によれば、電磁配列によって作動されるガス交換バルブを有するガスバルブ制御が既知である。電磁配列の極軸の特殊な構成によって、電機子の動きに関係する信号が電磁配列の制御ラインにおいて生成される。追加のセンサなしに電機子の位置を検出するためにこの信号を評価することができる。バルブを操作するために電磁配列を採用する際の考慮すべき問題は、それぞれのエンド位置に達するとき生じる大きな騒音、エンド位置に達するときの急激な制動、並びに高い保持電流の必要性である。
【０００３】
同じことが、これまでに何度か提案されたことのある差動電磁配列にも言える。この配列は、特に乗用車の燃焼機関のために必要な約４００〜４００Ｎの推進力を得るために電流増大を蒙る。この場合、スプリング配列によって偏るバルブは、バルブ軸に配列される鉄板が電磁配列の電機子に接する前にまず揺動を行なうので、必要な保持電流はずっと低い。しかし、機関の最大速度は、かなり小さい。始動時のスタートアップ時間は、必要な力が大きいので比較的長く、バルブ配列がその希望の位置まで揺動するのに多少の時間がかかる。
【０００４】
日本国特開平３−９２５１８号公報では、固定子が各シェルの円周方向及び縦方向の両方で分割される歯を備えた、回転子に面するほぼ半筒状シェルから組み立てられる燃焼機関のバルブ配列用駆動手段は既知である。各シェルの個々の歯は、各々、半径方向に延びている中心縦軸を有するコイルに囲まれる。その結果、磁束は半径方向に向かい、複数の歯の各々から発する磁束は固定子と回転子の間の空隙から回転子に流れる。
【０００５】
燃焼機関のバルブ配列用の駆動手段の固定子、固定子コイル及び回転子の該当の構造は、米国特許第５１２９３６９号において説明されている。この場合にも、半径方向及び接線方向に分割される固定子の歯は各々半径方向に延びている中心縦軸を有するコイルで囲まれる。
【０００６】
欧州特許出願公開第４８５２３１号も、燃焼機関のバルブ配列用駆動手段の同様のタイプの固定子設計、固定子コイル及び回転子を示している。この場合にも、半径方向及び接線方向に分割される固定子の歯は各々半径方向を向くコイルによって囲まれる。
【０００７】
個々の歯の周りのコイルの組み立ては実現が困難なので、このような配列は非常に高い製造費を必要とする。さらに、この構成によって得られる磁極ピッチは比較的大きい。
【０００８】
国際公開公報第９８／５５７４１号において、バルブ部材用のアクチュエータとして電界モータを使用するバルブ制御燃焼機関用バルブ配列が既知である。このモータはバルブ部材と結合される回転子及び固定子を備えている。固定子は、その表面が垂直方向において回転子の運動方向に向くプレートから組み立てられる。固定子は同期又は非同期回転子として形成される回転子に面する歯を有し、その各々が、回転子に面する閉鎖側面シリンダ領域を有する。固定子の各々２つの隣接する歯の間に、固定子コイルチェンバが形成され、その中に各々１つのコイルがプレートのこの領域に平行に向くように配置される。
【０００９】
米国特許第６０３９０１４号から、燃焼機関用のリニアモータによって駆動されるバルブ配列が既知である。この場合には、リニアモータの固定子は数個のコイルを備え、コイルは各々強磁性ハウジングセクションによって相互に分離される。回転子は、永久磁気材料の数個のセクションから組み立てられ、その間に、各々強磁性材料で構成されるセクションが配置される。
【００１０】
さらに、本発明の技術的背景を示す文献には、以下の文献が含まれる（以下のものに限定すると主張するわけではない）。独国特許第３３０７０７０号、独国特許第３５００５３０号、欧州特許第２４４８７８号；国際公開第９０／０７６３５号、米国特許第４８２９９４７号、欧州特許第３７７２４４号、欧州特許第３４７２１１号、欧州特許第３９０５１９号、欧州特許第３２８１９４号、欧州特許第３７７２５１号、欧州特許第３１２２１６号、米国特許第４９６７７０２号、米国特許第３８５３１０２号、米国特許第４８２９９４７号、米国特許第４９１５０１５号、国際公開第９０／０７６３７号、国際公開第９０／０７６３７号、欧州特許出願公開第３２８１９５号。
【００１１】
本発明の基礎となる問題点
上記の文書において説明される全ての概念は、自動車エンジンにおいて大型直巻き用として適当なコンパクト構造で高い信頼性を有する燃焼機関のガス交換バルブに必要とされるストローク、推進力及び原動力を得ることができないという共通点がある。さらに、既知の配列は、非常に大きな空間を使いコストのかかる方法で製造される。最後に、この種の配列のどれも移動質量に関して最適化されていないので、上記の配列は、高速（高速回転）燃焼機関用に適していない。
【００１２】
発明の解決法
上記の欠点を取り除くために、本発明は、バルブ部材のアクチュエータとしてリニアモータを使用するバルブ制御燃焼機関用のガス交換バルブ駆動装置を教示しており、これは請求項１の特徴によって定義される。
【００１３】
発明の解決法の構造及び利点
本発明によれば、バルブ制御燃焼機関用のガス交換バルブ駆動装置は、バルブ部材に結合される中空筒状回転子、及び固定子を有し、回転子は相互に重畳して同心的に配列される永久磁気リングを備え、固定子は、少なくとも部分的に軟磁性材料から形成され、回転子に面する少なくとも１つの歯を備え、固定子は半径方向内側の磁気伝導領域及び半径方向外側の磁気伝導領域を備え、回転子のリングは固定子の内側領域と外側領域の間に配置され、固定子の外側領域は少なくとも１つの部分セクションにおいて半径方向にＣ字型断面構造を有し、少なくとも１つの固定子コイルを備えている。
【００１４】
本発明の基礎となる概念は、電機子起磁力を生じる固定子の部分すなわち固定子コイルを有するコイル領域をリニアモータの力を発生する部分すなわち固定子の歯部分から空間的に「取り除く」ことから成る。回転子コイルが固定子の２つの歯の間に配列される従来のリニアモータと比べて、相当大きい電機子の起磁力を得ることができる。これは、本発明の設計によりコイルに対する空間的制限が大幅に小さくなり、従って、最小（オーム）損失及びこれに関連する最大磁界誘導に最適化することができるからである。それぞれ回転子の運動方向における永久磁気リングの寸法又は回転子の運動方向における固定子の歯の寸法によって、固定子コイルの縦方向における寸法より小さい磁極ピッチが定義される。
【００１５】
同時に、それぞれ力又は運動を生じる回転子の磁極／固定子の歯の配列は、同心なので、これらは固定子コイルによって中断されない。これにより非常に小さい磁極ピッチが可能となり、それにより高い力密度をもたらす。さらに、本発明の配列は、バルブ部材の部分的ストロークを可能にする。従って、本発明のガス交換バルブ駆動装置を備える燃焼機関を使って、空気／燃料混合物を測定するためのスロットルバルブ及びこれに関連する制御を不要にすることができる。
【００１６】
本発明の設計によって、磁束が、固定子の外側領域に配置される固定子コイルによって固定子の外側領域のＣ字型ヨークにおいて誘導される。これは、環状空隙（この中に中空筒状永久磁石が配置される）を通じてＣ字型ヨークの放射状セクションから固定子の内側領域（筒状）に流れる。固定子の内側領域から、磁気回路は再び固定子の外側領域のＣ字型ヨークに向かって閉鎖する。
【００１７】
本発明のガス交換バルブ駆動装置のさらに重要な利点は、ほぼ磁気的に有効なコンポーネント（永久磁石）のみが回転子の不活性質量に寄与して、モータの他のすべての部分（コイル、磁気ヨークなど）は固定子と結合されることである。これにより、特にモータによって加えられる力と不活性質量の間の比を高くすることができる。さらに、本発明のガス交換バルブ駆動装置は、高速燃焼機関に使用するのに非常に適している。これにより、特に加速を大幅に変動させて高速でバルブ部材がエンド位置（ガス交換バルブの開放位置又は閉鎖位置）に接近するのを可能にするので、バルブ部材は最低速度でバルブシートに接する一方で、バルブ部材は、その他の点では非常に高速で移動する。さらに、運動経路のエンド領域において最大力を得ることができる。これによって、本発明のガス交換バルブの動作を非常に低騒音及び低磨耗にすることができ、同時に、本発明のガス交換バルブは、エンド位置において高い保持力が得られるために非常に信頼性が高い。
【００１８】
個別に制御できる直列接続の数台の単相モータを本発明のガス交換バルブ駆動装置に配備できるため、バルブ部材のストロークに沿って発生する合計力を、それぞれの場合に必要とされる力に正確に調節することができる。この場合、本発明のガス交換バルブ駆動装置は、一般的に言って単相で運転されることに留意しなければならない。ただし、重畳して配列される個々のモータの固定子コイルを多相で運転することも可能である。本発明の配列により、バルブ部材をそのエンド位置にするために大きな運動エネルギをバルブ部材に加える必要はない。
【００１９】
固定子コイルの配列を非常に単純に（単相で筒状）形成できるため、コイルに作用する振動力を低く維持することができるので、コイルの振動又は固定子コイルチェンバの壁に対するコイルの摩擦は小さい。したがって、固定子コイルチェンバの絶縁材又はライナー材をわずかしか必要としない。このことも、配列全体のコンパクトさ及び信頼性に寄与する。さらに、これによって、空間充填係数（固定子コイルチェンバの体積全体に対する固定子コイルチェンバ内のコイルの体積の比）が高いので、小さいガス交換バルブを使っても出力密度が高くなる。
【００２０】
（例えば米国特許第６０３９０１４号の）既知の配列と比較すると、本発明の配列は漏出磁束を最小限に抑え、相互に隣接して配置される数個のガス交換バルブを非常に効率よく組み立てることができ、隣接するガス交換バルブ駆動装置は少なくとも部分的に交互に磁気ヨークを利用することができる。これにより、磁気ヨーク体の質量及び体積を最小限に抑えることができる。
【００２１】
本発明の解決法の開発
回転子の運動方向におけるコイル領域は、固定子の２つの隣接する歯の間の距離より大きいことが好ましい。
【００２２】
固定子は、電気鋼板部品から既知の方法で形成することができる。ただし、製造を単純化するために、少なくとも部分的に軟磁性成形体から、好ましくはプレス加工され、及び／又は、焼結された金属粉からこれを形成することも可能である。固定子は、軟磁性薄板ストリップから作られるストリップ巻きコイルを備えていることが好ましく、プレス加工され、及び／又は、焼結される金属粉から作られることが好ましい軟磁性成形体は各々歯を形成するための面に配列される。固定子の飽和インダクタンスを増大するために、固定子の軟磁性成形体がその内部にコバルト含有鉄を持つ少なくとも１つのコアを備えていることも有利であり、コアが薄板巻きコイルとして形成されることが好ましい。
【００２３】
好ましい実施態様において、固定子には、バルブ部材のストロークを検出するために変位センサが配備される。これは、たとえば、搬送周波数の干渉計又は誘導センサとすることができる。このことは、特に、本発明のアクチュエータを使ってバルブ配列の部分ストローク（すなわち開放と閉鎖の中間位置）も可能なので、特に有利である。この部分ストロークは、それぞれセンサを通じて感知又は制御することができる。
【００２４】
回転子は、固定子の磁気ヨーク体によって少なくとも部分的に囲まれる。その後、固定子のコイルを固定子あるいは磁気ヨーク体に配置することができる。
【００２５】
交互の帯磁方向を有する永久磁気リングを、さらに、（アルミニウム、チタン、合成材料、またグラスファイバ又はカーボンファイバ強化を用いた）軽量材料から作られる磁気的に有効ではないスペーサによって相互から予め決められた距離で保持することができる。このようにして、回転子の不活性質量を小さく抑えることができる。
【００２６】
本発明によれば、固定子は軟磁性材料から構成され、回転子に面する歯を有する。回転子の２つの隣接する歯の間には、中に巻き線が配置される巻き線チェンバを形成することができる。回転子は、永久磁気材料から作られるリングを備えている。このマグネットリングは、重畳して同心的に配列され、その帯磁方向は、回転子の予め決められた位置において固定子の２つの歯が相対する帯磁方向を持つ磁気リングと整列するように設計される。
【００２７】
外部回転子モータを形成するために、固定子は少なくとも部分的に回転子によって囲まれ、空隙によって分離される。同様に、回転子は、内部回転子モータを形成するために少なくとも部分的に固定子によって囲まれる。本発明によれば、重畳して配列される永久磁石ディスクによって固定子を形成することも可能であり、回転子は対応する軟磁性環状ディスクによって形成される巻き線チェンバを備えている。
【００２８】
本発明の実施態様によって実現できる高い出力密度は、特に、少なくともさらに２つの永久磁石（各々異なる帯磁方向を持つもの）用のスペースがあるように充分に短く巻き線チェンバの軸線方向の長さに対して相対的にそれぞれ反対側に配置される歯又は永久磁石の寸法を定めることによって、得ることができる。
【００２９】
本発明によれば、好ましい実施態様の回転子は少なくとも部分的に磁気ヨーク体によって囲まれる。特に並立して配置される数個のガス交換バルブが使用される場合、各ガス交換バルブに少なくとも歯付きの２つの巻き線チェンバ、固定子の巻き線及び対応する回転子の永久磁石を備えることが好ましく、隣接するガス交換バルブの巻き線は、磁気ヨーク体を通る磁束が備えている、磁気ヨーク体を通る漏出磁束の割合ができる限り少ないように反対方向に制御されることが有利である。このようにして、磁気ヨーク体の体積及び重量を小さく抑えることができる。さらに、それによって電力損が最小限に抑えられる。重要な点は、磁気ヨーク体が、ほぼ長方形の断面を持つ形材チューブの形状であり、相対する２つの壁にブレイクアウトを備え、これを通じて固定子の内側部分（コイル配列）及び回転子が突き出す。この配列は、漏出磁束を最小限に抑え、特に並列して配置される数個のガス交換バルブの非常に効率的な組み立てを可能にし、この場合、該当の電気制御を配備した上で、隣接するガス交換バルブ駆動装置が少なくとも部分的に交互に磁気ヨークを使用できる。これにより、磁気ヨーク体の質量（及び体積）を最小限に抑えることができる。
【００３０】
最後に、本発明は、上記の特徴のうち１つ又は数個を有する入口バルブ及び出口バルブ用の少なくとも１つのバルブ配列を備える少なくとも１つの燃焼シリンダを持つ内燃機関を有するエンジンに関するものである。
【００３１】
本発明のガス交換バルブ駆動装置の特性
本発明のガス交換バルブ駆動装置の設計から、以下の特性が得られる。
低い電力消費量で高い駆動力。
バルブ部材の質量約３０〜７０ｇ、バルブストローク約５〜１０ｍｍ、４気筒燃焼機関の速度少なくとも６０００ｒｐｍで、クランクシャフト完全２回転の平均電力消費約１００Ｗ未満で、１．５ｍｓ未満でバルブ部材のエンド位置変更（開放位置から閉鎖位置に、又はその逆に）を実施するために、移動質量によって生じる力の補償のためのスプリング配列が必要とされない。
バルブ部材のそれぞれのエンド位置において、それぞれの位置にバルブ部材を確実に保持するために小さい保持電流しか必要とされない。
スプリング配列が不要であるため（上を参照のこと）、そうでなければ必要なバルブ部材の揺動作用が省かれる。これによって設定操作の時間が減少する。
本発明のアクチュエータを使うことによって、バルブ部材を各々の現在位置から正確にどのような望みの位置にもすることができる。これは、特にエンド位置に当てはまり、バルブ部材は非常に正確にエンド位置に接近することができる。従って、該当のコイルの電子制御を使って、バルブシートにおけるバルブ部材の衝撃を４０ｍｍ／ｓ未満にすることができる。これによって動作中のバルブ配列の磨耗及び騒音発生を非常に低いレベルに保つ。
バルブ部材は、回転子にしっかり接続されるが、その運動軸の周りでそのバルブシートに対して回転可能に支持することができるので、バルブ部材又はバルブシートの点磨耗が回避される。
本発明の配列の出力密度は高いので、要求される仕様を有するガス交換バルブの横寸法（直径）を非常に小さく抑えることができる。これによって、コンパクトな乗用車用エンジンを採用することが可能となる。
【００３２】
さらなる特徴、特性、利点及び可能な修正については、添付図面を参照する以下の説明を参照して説明する。
【００３３】
発明の好適な実施態様の説明
図において対応する番号は、同一の部品又は同じ効果の部品を示し、これについては以下において繰り返し説明しない。
【００３４】
図１は、本発明のバルブ配列においてガス交換バルブのバルブ部材用アクチュエータとして作用する電気リニアモータの第一の実施態様を示しており、バルブ部材に関連するバルブシート１２ａは略図的にのみ示されている。リニアモータ１０は、ロッド１４を通じてバルブ部材１２に結合される回転子１６、及び固定子１８を有する。
【００３５】
固定子１８は、この実施態様においては本質的に中空筒状の軟磁性成形体及びその中に配置される焼結鉄金属粉から作られるコアとして形成される。成形体は、機能的に歯領域１８’、及び歯領域１８’に隣接するがこれから分離されるコイル領域１８’’とに分割される。
【００３６】
固定子１８の歯領域１８’は、その周囲に閉鎖側面を持つ回転子１６に面する２つの歯２２を有する。円形の平面図を有する成形体を持つこの例においては、個々の歯２２は、筒状側面を有する。ただし、固定子１８を構成するために楕円形の成形体又は多角形の成形体を使用することも可能である。
【００３７】
固定子１８の２つの歯２２は、その間に環状溝２４を形成し、この溝は歯２２に平行に延びており、本実施態様においてはその寸法は回転子の運動方向Ｂにおいて２つの歯２２の寸法に一致する。
【００３８】
歯領域１８’に隣接して、固定子１８は、固定子コイルチェンバ２６を有するコイル領域１８’’を備えている。コイルチェンバは、外側に向かって開き、その中に固定子コイルが固定子１８の中心縦軸と同軸に配置される。できる限り高い充填係数を得るために、固定子コイル２８は銅ストリップコイルとして形成される。個々のコイル２８の接続のタイプ又は電流の時間制御法は、それぞれ望みのモータタイプ（単相又は多相モータ）に依存するが、単相運転のほうが単純であり、したがって好ましい。
【００３９】
各コイルはその長さ全体が固定子コイルチェンバ２６に配置されるので、コイルはその長さ全体で電動モータにおける効果的な力の発生に寄与する。
【００４０】
図に示される配列において、回転子１６は、中空シリンダであり、永久磁気材料（例えば、サマリウムコバルト）から作られるマグネットリング３０を備えている。個々のマグネットリング３０は、重畳して同心的に配列され、マグネットリングの帯磁方向は半径方向に交互の向きであり、リングは、その寸法に関して、回転子１６の予め決められた位置において固定子１８の２つの歯２２が各々同じ帯磁方向のマグネットリング３０と整列するように形成される。
【００４１】
回転子１６の不活性質量を減少するために、合成材料例えばカーボンファイバ強化プラスティックの磁気的に有効ではない中空筒状スペーサを２つの連続するマグネットリング３０の間に挿入することができる。接触する永久磁石リングと磁気的に有効ではない中空シリンダは、相互にしっかりと接合される。言い換えると、モータの可動部分（回転子）には、磁束を伝える部分（例えば、磁束伝導部品）は、常に磁界において最適に配置される永久磁石以外にはない。この配列は、また、重量節約になる点でも有利である。永久磁気材料から作られる半径方向を向く環状ディスクが適切な磁界の強さを生じることができない場合、本発明によれば、半径方向（内側から外側又はその逆）を向く磁界が回転子１６の運動方向に対して横向きに生じるように、永久磁石から作られる環状ディスクセグメントを結合することも可能である。
【００４２】
回転子１６の運動方向Ｂにおける歯２２の寸法に対して相対的な歯２２の間の距離は、変動しうる。ただし、このためには、回転子１６のマグネットリング３０の周期性がそれぞれ固定子１８の歯２２の又はその中間環状溝２４の周期性と等しくなければならないので、回転子１６のマグネットリング３０の対応する設計を必要とする。
【００４３】
回転子１６には、変位変換器３２が配置され、これは対応するプローブ３４によってサンプリングされる。
【００４４】
磁気ヨークとして、固定子の一部として中空筒状チューブ４０が配備され、一方のエンド位置において（図１において最上部）半径方向内側に突き出す２つの歯４２を備え、固定子１８の組み立て済み状態においてこの２つの歯は固定子１８の歯２２と整列する。中空筒状チューブ４０の他方の端部分はコイル領域１８’’の外側境界で終了する。
【００４５】
図１は、共通回転子１６が貫通する重畳して配列される２つの固定子１８を示している。これによって、固定子１８の２つのコイル２８の該当の制御によって、二相リニアドライブを実現することが可能になる。
【００４６】
コイル領域１８’’の外側円周にコイル２８を配置する代わりに又はこれに加えて、磁気ヨーク４０の半径方向外側部分にコイル２８を配置することも可能である。これについては、図２に示される実施態様に関連して説明する。
【００４７】
図２は、固定子１８及び交互の帯磁方向を持つ重畳して同心的に配列される永久磁石リング３０から構成される回転子１６を備えるガス交換バルブ駆動装置を示している。
【００４８】
固定子１８は、本質的に軟磁性材料から形成され、半径方向内側の磁気伝導領域４０と、半径方向外側の磁気伝導領域４２とを備えている。回転子１６のマグネットリング３０は、固定子１８の内側領域５０と外側領域５２の間の空隙に配置される。
【００４９】
内側領域４０及び外側領域４２の各々は、相互に整列し回転子１６に面する２つの歯２２を供える。２つの歯は、環状溝２４によって分離され、回転子１６のマグネットリング３０のうち１つとも整列する。本発明の配列は、内側領域５０及び外側領域５２に各々１つだけ歯２２を持ち、各歯が回転子のマグネットリング３０のうち１つと整列する場合でも作動する。本発明の配列によれば、回転子のマグネットリング３０のうち１つと整列する１つの歯２２が内側領域５０又は外側領域５２だけに形成される場合にも、作動する。
【００５０】
図２において示される実施態様においても、回転子１６の各隣接する２つのリングを、磁気的に有効ではないスペーサを使うことによって相互に予め決められる距離で保持することができる。
【００５１】
図１による実施態様の場合と同様に、固定子１８のコイルは、固定子１８の２つの隣接する歯２２の間の距離又は空間より大きい。
【００５２】
図１に従った実施態様と図２に従った実施態様の間の本質的差異は、図２において、固定子コイルが単に図１の場合のように固定子１８の半径方向内側領域５２を同軸に囲むだけではない。この場合、固定子１８の半径方向外側領域５２はＣ字型断面を持つ２つの半径方向に相対する部分セクションとして形成される。Ｃ字型断面５４の各々は２つの半径方向を向く脚５６、５８を有し、これらの脚は回転子１６の運動方向Ｂにおいて相互に間隔を置く。半径方向を向く脚５６、５８は、本質的に回転子１６の運動方向Ｂを向く接続ヨーク６０によって相互に接続される。各接続ヨーク６０は固定子コイル２８を支える。図には示されていないが、本発明によれば、回転子１６の運動方向に平行の方向を向く図に示される固定子コイル２８に加えて又はその代わりに半径方向の脚５６、５８に半径方向を向く固定子コイルを配備することも可能である。
【００５３】
分かりやすくするために、図２ａにおいて固定子コイル２８は上部モータユニットにしか描かれておらず、下部モータユニットにおいては省略されている。
【００５４】
半径方向内側領域及び半径方向外側領域を有する固定子１８は、プレス加工され焼結された金属粉から作られる軟磁性成形体である。コバルト含有鉄の巻き薄板コア６２は、磁束の方向に回転子１６の運動方向に沿って、固定子１８の半径方向内側領域においてプレス加工及び焼結を行なう前に成形体の金属粉に組み入れられる。軟磁性プレス加工焼結金属粉が巻き薄板コア６２と固定子コイル２８の間にまったく配備されないように、コバルト含有鉄の巻き薄板コア６２はほぼ完全に固定子１８の内側部分を充填することができる。同様に、必要であれば、コバルト含有鉄の巻き薄板コアを磁束の方向に固定子１８の半径方向外側部分に組み入れることができる。
【００５５】
形状的に可能な場合には、図２ａの上部モータユニットにおいて示される通り、固定子１８の半径方向内側領域４０を固定子コイル２８で筒状に囲むことも可能である。この場合、固定子コイルによって誘導される磁束は、同位相制御により加算される。
【００５６】
図２ｂに示される通り、それぞれ１つ固定子コイル２８を有する固定子１８の半径方向外側部分の２つの部分セクション５４は、固定子１８の円周に沿って配分される。ただし、固定子１８の円周に沿って対応する固定子コイルを備えたＣ字型断面の部分セクション５４を３つ以上配分することも可能である。
【００５７】
さらに、その下部エンド位置にある回転子の制動及び保持手段が図２に示されている。この場合、回転子１６のリング３０を囲む又はこれによって囲まれる半径方向の帯磁方向を持つマグネットリング７０が、固定子１６のそれぞれのストップ領域に固定して配置される。マグネットリング７０は、回転子１６の運動方向に対して、特に回転子１６の最下位のリング３０が下部ストップに達する前にマグネットリング７０を完全に通過できるように、回転子１６の下部リング３０のエンド位置に対して相対的に配置される。マグネットリング７０及び回転子の下部リング３０の帯磁方向は、例えば、両方のリングが相互に面するＮ磁極であるように選択される。回転子１６のこのような制動及び保持手段は、上部エンド位置にも配備することができ、図１に従った実施態様においても応用可能であると、解釈される。
【００５８】
図３は、本発明のバルブ制御燃焼機関用ガス交換バルブ駆動装置のさらなる実施態様を縦断面略図として示している。
【００５９】
この実施態様において、固定子１８のコアは、好ましくは、鉄／コバルト薄板の軟磁性薄板ストリップから作られる中空筒状ストリップ巻きコイル１８’であり、その表面は回転子１６の運動軸Ｂと平行の方向を向く。ストリップ巻きコイル１８’の両面に、ストリップ巻きコイル１８’から半径方向に突き出す各々焼結鉄金属粉から作られる軟磁性成形体１８’’、１８’’’が配置される。固定子１８の成形体１８’’、１８’’’は、その円周に閉鎖側面を持つ回転子１６の方向を向く歯２２を形成する。平面図において円形の成形体１８’’、１８’’’を持つこの例においては、個々の歯２２は、筒状側面を持つ。ただし、固定子１８を構成するために楕円形の成形体１８’’、１８’’’又は多角形の成形体１８’’、１８’’’を使用することも可能である。
【００６０】
中空筒状ストリップ巻きコイル１８’及び平面図で円形の成形体１８’’、１８’’’は、外側に向かって開く固定子コイルチェンバ２６を形成し、この中に、銅ストリップコイルとして形成される固定子巻き線２８が固定子１８の縦中心軸と同心的に配置される。
【００６１】
固定子１８は、その中心に凹部を有し、その中において、その円周に歯形がエッチングされるバー３４がホールプローブ３６によってサンプリングされる。ホールプローブ３６が運動方向Ｂのバーの動きを検出できるように、バー３４の下端（図において）はバルブ部材１２又はロッド１４にそれぞれしっかりと結合されるの。
【００６２】
図３において示される配列において、回転子１６は、永久磁気材料（例えばサマリウムコバルト）から作られるリング３０を備えた中空シリンダである。個々の永久磁気リング３０は、重畳して同心に配列され、永久磁気リング３０の帯磁方向（各リングにおいてそれぞれ固定子の中心を指す又はその反対を指す矢印によって示されている）は、回転子１６の予め決められた位置において固定子１８の２つの歯２２がそれぞれ相対する帯磁方向の１つのマグネットリング３０と整列するように設計される。特に、図に示される３つ以上の固定子コイルが重畳して配列される実施態様において、１つのマグネットリング３０は第一の固定子の歯と整列し（例えば真ん中の固定子）、第二のマグネットリングは第二の固定子（例えばそれより下の固定子）の歯と整列することができる。ただし、両方のマグネットリング３０が１つの固定子の両方の歯と整列することも可能である。
【００６３】
回転子１６は、重畳して積み重ねられ相互にしっかりと接合される永久磁石リングによって構成される。
【００６４】
磁気ヨークとして、長方形断面を有する磁気伝導チューブ４２が配備される。磁気伝導チューブは、相対する２つの壁に凹部４２ａ、４２ｂを備え、これを通じて、回転子１６及び固定子が突き出す。チューブ４２の壁は、固定子１８の２つの歯２２と整列するような材料の厚み及び相互からの距離を有する。
【００６５】
ガス交換バルブの回転子の運動方向Ｂにおいて隣接する２つの固定子１８は、スペーサ及び渦電流遮蔽体として作用するアルミニウムレール４４を通じて相互にしっかりと接合される。
【００６６】
図３に示される実施態様において、３つの固定子１８は重畳して配列される。回転子のもっとも軽量の実施態様においては、２つのマグネットリング３０を間隔を置いて配置することができる。ただし、少なくとも４つのマグネットリング３０が配備され、相対する帯磁方向を持つ２つのマグネットリング３０（すなわち１対のマグネットリング）が直接接触するか、相互に小さい距離（軸線方向に）で配置されることが好ましい。マグネットリング相互の又は対のマグネットリング３０の距離を定めることによって、ストロークのコースに影響を及ぼすことができる。
【００６７】
図４に示される配列において、回転子１６は、永久磁気材料（例えば、セマリウムコバルト）から作られるリング３０を備えた中空シリンダである。個々の永久磁気リング３０は、重畳して同心的に配列され、永久磁気リング３０の帯磁方向（各リングにおいてそれぞれ固定子の中心方向を指す又はその反対を指す矢印によって示される）は、回転子１６の予め決められた位置において固定子１８の２つの歯２２が相対する帯磁方向のマグネットリング３０と整列するように設計される。特に、３つ以上の固定子コイルが重畳して配列される図１に従った実施態様においては、１つのマグネットリングを第一の固定子（例えば、真ん中の固定子）の歯と整列させ、第二のマグネットリングを第二の固定子（例えば、それより下の固定子）の歯と整列させることができる。ただし、両方のマグネットリングを１つの固定子の両方の歯と整列させることも可能である。
【００６８】
固定子の一部である磁気ヨークとして、長方形断面を有する磁気伝導チューブ４２が配備される。磁気伝導チューブは、相対する２つの壁に凹部４２ａ、４２ｂを備え、これを通じて回転子１６及び固定子が突き出る。チューブ４２の壁は、固定子１８の２つの歯２２と整列するような材料の厚み及び相互の距離を有する。
【００６９】
ガス交換バルブの隣接する固定子１８は、スペーサ及び渦電流遮蔽体として作用するアルミニウムレール４４を通じて相互にしっかりと接合される。
【００７０】
図４に示される実施態様において、３つの固定子が重畳して配列される。回転子のもっとも軽量の実施態様においては、２つのマグネットリングを間隔を置いて配置することができる。ただし、少なくとも４つのリング３０が配備され、相対する帯磁方向を持つ２つのマグネットリング３０（すなわち１対のマグネットリング）が直接接触するか、相互に小さい距離（軸線方向に）で配置されることが好ましい。マグネットリング３０相互の又は対のマグネットリング３０の距離を定めることによって、ストロークのコースに影響を及ぼすことができる。相対する帯磁方向を有する２つのリング３０の間に、例えばカーボンファイバー強化プラスティックから作られる磁気的に有効ではない中空シリンダが配置されるので、全体として、固定子の歯として少ない数のマグネットリングが配備される。これは重量節約という利点を持つが、より大きな電力による制御を必要とする。
【００７１】
図５の実施態様において、固定子は原則的に変わらないが、スペーサ４０の高さが小さくなり、チューブ４２間の軸線方向距離が減少する。さらに、マグネットリング３０の数が図１の実施態様に比べて大幅に減少する。これは、移動質量の大幅な減少を意味する。これに関して、１つのマグネットコイル又は固定子極対に対して１つのマグネットリングが最小数であることを述べておかなければならない。この配列においては、磁束が半径方向を向いている限りもはや磁束の方向は関係ない。
【００７２】
図６には、真ん中のコイルに２つのマグネットリング３０が割り当てられ、上下のコイルにそれぞれ１つだけマグネットリング３０が割り当てられるように、マグネットリング３０の間のスペーサ１６ａの寸法が定められる、さらなる実施態様が示されている。
【００７３】
ある実施態様の個々の又はいくつかの特徴は、別の実施態様の他の特徴又は詳細と組み合わせることができる。
【００７４】
以上に説明される実施態様は、特に比較的狭い設置空間において必要な原動力で約２０ｍｍのストロークを実現するために適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のガス交換バルブ駆動装置の第一の実施態様を縦断面略図として示している。
【図２ａ】
本発明のガス交換バルブ駆動装置の第二の実施態様を縦断面略図として示している。
【図２ｂ】
図２ａによる実施態様において線ＩＩ−ＩＩに沿って見た断面図を示している。
【図３】
本発明のガス交換バルブ駆動装置の第三の実施態様を縦断面略図として示している。
【図４】
本発明のガス交換バルブ駆動装置の第四の実施態様を縦断面略図として示している。
【図５】
本発明のガス交換バルブ駆動装置の第五の実施態様を縦断面部分略図として示している。
【図６】
本発明のガス交換バルブ駆動装置の第六の実施態様を縦断面部分略図として示している。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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