(57)【要約】導磁性ハウジング内で空隙誘導により一連の永久磁石及び磁極円板を持つ磁石円筒上で移動可能なコイル担体を持つアクチュエータは、永久磁石（１６）の端面の断面積が、隣接する磁極円板（１７）の周面積に等しく、磁極円板（１７）に対応するコイル（２３）の幅が、磁極円板（１７）の幅に、コイル担体（１９）の行程振幅だけ重なるように、永久磁石（１６）と磁極円板（１７）の寸法が互いに合わされ、コイル担体（１９）が流動性媒体中で移動可能であり、コイル担体（１９）と永久磁石（１６）及び対応する磁極円板（１７）を包囲する磁石円筒管（１５）との間にある空隙（１４）が、最大で、これらの部分（１５，１９）の間に周囲の流体を押しのけることなく薄層状潤滑膜を生じるような幅に設定されている。
2004514393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータであって、導磁性材料から成るハウジング外被、ハウジング外被に対して空隙を形成しながらこのハウジング外被内において移動可能でありかつ周囲に巻付けられて電流を通される少なくとも１つのコイルを持つコイル担体、空隙を形成しながらコイル担体により包囲されかつ内部に軸線方向に設けられる一連の永久磁石及び導磁性材料から成る磁極円板を持つ磁石円筒を有し、コイルの軸線方向幅が、コイルに対応する磁極円板の軸線方向長さより大きいものにおいて、永久磁石（１６）の端面の断面積が、隣接する磁極円板（１７）の周面積に等しく、磁極円板（１７）に対応するコイル（２３）の幅が、磁極円板（１７）の幅に、コイル担体（１９）の行程振幅だけ重なるように、永久磁石（１６）と磁極円板（１７）の寸法が互いに合わされ、コイル担体（１９）が流動性媒体中で移動可能であり、コイル担体（１９）と永久磁石（１６）及び対応する磁極円板（１７）を包囲する磁石円筒管（１５）との間にある空隙（１４）が、最大で、これらの部分（１５，１９）の間に周囲の流体を押しのけることなく薄層状潤滑膜を生じるような幅に設定されていることを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項２】
スリーブ状のコイル担体（１９）が、その一方の端面に、半径方向内方へ突出するスポーク（２１）を持つ保持星形片（２０）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
保持星形片（２０）の中心に、ハウジング（１０）から突出する押し棒（２２）が、操作突起として結合されていることを特徴とする、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
ハウジング外被（１１）が、可動コイル担体（１９）及び磁石円筒管（１５）を収容する閉じたハウジング（１０）の構成部分であり、押し棒（２２）が、ハウジング（１０）の対応する端壁（１３）の切欠き（１４）を貫通することを特徴とする、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
ハウジング外被（１１）が、片側で開きかつ可動コイル担体（１９）及び磁石円筒管（１５）を収容するハウジング（１０）の構成部分であり、ハウジング（１０）の開いた端面が可撓膜により閉鎖され、押し棒（２２）が膜へ作用することを特徴とする、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
ハウジング外被（１１）が、片側で開きかつ可動コイル担体（１９）及び磁石円筒管（１５）を収容するハウジング（１０）の構成部分であり、ハウジング（１０）の開いた端面が可撓膜により閉鎖され、コイル担体が対応する端面に保持星形片としての板を備えており、この板がハウジングの端面の膜へ作用することを特徴とする、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
ハウジング外被（１１）が、両側で開きかつ可動コイル担体（１９）及び磁石円筒管（１５）を収容するハウジング（１０）の構成部分であり、ハウジングの開いた両方の端面が可撓膜により閉鎖され、コイル担体（１９）が、両方の端面に保持星形片としての板を備え、かつ往復運動可能なピストンとして構成され、このピストンがハウジング（１０）の端面の膜へ作用することを特徴とする、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
ハウジング外被（１１）及び端壁の膜により形成されるハウジング（１０）の内部空間が、水で満たされていることを特徴とする、請求項６又は７に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
コイル担体（１９）の保持星形片（２０）から遠い方にあるハウジングの端壁（１２）が導磁性材料から成り、端壁（１２）に近い方にある磁石円筒管（１５）の端部に、非導磁性材料から成る間隔片（１８）が設けられていることを特徴とする、請求項２〜８の１つに記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
ハウジング（１０）の端壁（１２）が非導磁性材料から成ることを特徴とする、請求項２〜８の１つに記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
磁石モジュールが、磁石円筒管（１５）の中央に設けられる永久磁石（１６）及び外側に設けられる２つの磁極円板（１７）により形成され、磁石モジュールにおいて各磁石円板（１７）にコイル担体（１９）上のコイル（２３）が対応し、磁石モジュールのコイル（２３）が互いに逆向きに巻かれ、機械的及び電気的に互いに結合されていることを特徴とする、請求項１〜１０の１つに記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
ハウジング外被（１１）内に、１つの磁石モジュールが設けられていることを特徴とする、請求項１１に記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
ハウジング外被（１１）内に、複数の磁石モジュールが軸線方向に前後に設けられ、各磁石モジュールの永久磁石（１６）の同じ磁極が軸線方向に対向していることを特徴とする、請求項１１に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
各磁石モジュールの外側にある磁極円板（１７）が、一体の結合磁極円板にまとめられていることを特徴とする、請求項１３に記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
磁石モジュールの外側にある磁極円板（１７）により形成される磁石円筒管（１５）の端部に、磁石円筒管（１５）の端部に生じる漏れ磁束の相殺に強さを合わされるそれぞれ１つの縁磁石（２６）が設けられて、導磁性材料から成るハウジング（１１）に結合されていることを特徴とする、請求項１〜１４の１つに記載のアクチュエータ。
【請求項１６】
アクチュエータであって、導磁性材料から成るハウジング外被、ハウジング外被に対して空隙を形成しながらこのハウジング外被内において移動可能でありかつ周囲に巻付けられて電流を通される少なくとも１つのコイルを持つコイル担体、空隙を形成しながらコイル担体により包囲されかつ内部に軸線方向に設けられる一連の永久磁石及び導磁性材料から成る磁極円板を持つ磁石円筒を有し、コイルの軸線方向幅が、コイルに対応する磁極円板の軸線方向長さより大きいものにおいて、外側にある２つの磁極円板（１７）の間の中央に設けられる永久磁石（１６）から成る１つの磁石モジュール又は複数の磁石モジュールの外側にある磁極円板（１７）により形成される磁極円筒の端部に、磁石円筒の端部に生じる漏れ磁束の相殺に強さを合わされる縁磁石（２６）が設けられて、導磁性材料から成るハウジング外被（１１）に結合されていることを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項１７】
押し棒（２２）の範囲で片側を開いているハウジング（１０）において、閉じたハウジング側にある磁石円筒管（１５）の内側縁磁石（２６）が、ハウジング（１０）の導磁性材料から成る端壁（１２）に接していることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載のアクチュエータ。
【請求項１８】
ハウジング（１０）が、その開いた端面（１３）に半径方向に内方へ突出しかつ保持星形片（２０）のスポークの間へ軸線方向にはまる導磁性材料製爪磁極（２８）を持ち、これらの爪磁極（２８）が、磁石円筒管（１５）の対応する縁磁石（２６）に磁気により付着するように結合されていることを特徴とする、請求項１５〜１７の１つに記載のアクチュエータ。
【請求項１９】
ハウジング外被（１１）が、両側で開いて、その両端に形成される爪磁極（２８）を持つように構成され、ハウジング外被（１１）内で移動可能なコイル担体（１９）が、両方の端面に、突出する押し棒（２２）を有するそれぞれ１つの保持星形片（２０）を持っていることを特徴とする、請求項１５〜１８の１つに記載のアクチュエータ。
【請求項２０】
爪磁極（２８）が、保持星形片（２０）のスポーク（２１）の間にある隙間を形状に応じて形成されていることを特徴とする、請求項１８又は１９に記載のアクチュエータ。
【請求項２１】
爪磁極（２８）が、押し棒（２２）を持つ保持星形片（２０）用の回り止めを形成していることを特徴とする、請求項１１８〜２０の１つに記載のアクチュエータ。
【請求項２２】
少なくとも１つの爪磁極（２８）が、保持星形片（２０）の対応するスポーク（２１）に当たる突起を持っていることを特徴とする、請求項２１に記載のアクチュエータ。
【請求項２３】
保持星形片（２０）の少なくとも１つのスポーク（２１）が、対応する爪磁極（２８）へ当たる突起を持っていることを特徴とする、請求項２１に記載のアクチュエータ。
【請求項２４】
爪磁極（２８）及び／又は磁石円筒管（１５）が、変位測定装置のセンサ用の保持部を持っていることを特徴とする、請求項１８〜２３の１つに記載のアクチュエータ。
【請求項２５】
磁石モジュールが、磁石円筒管（１５）内の中央に設けられる磁極円板（１７）と、それぞれ外側に設けられる２つの永久磁石とにより形成され、永久磁石（１６）の同じ磁極が軸線方向において対向し、コイル担体（１９）上に、中央に設けられる磁極円板（１７）に対応するコイル（２３）が巻かれていることを特徴とする、請求項１８〜２４の１つに記載のアクチュエータ。
【請求項２６】
外側にある永久磁石（１６）の間に、交互に設けられる一連の磁極円板（１７）及び永久磁石（１６）が設けられていること特徴とする、請求項２５に記載のアクチュエータ。
【請求項２７】
コイル担体（１９）の保持星形片（２０）と磁石円筒管（１５）の端部との間に、押し棒（２２）とアクチュエータに接続される弁との連結位置でこの押し棒に作用するため予荷重をかけられたばねが設けられていることを特徴とする、請求項１８〜２６の１つに記載のアクチュエータ。
【請求項２８】
コイル担体（１９）が、コイル（２３）を収容する凹所（３５）を持っていることを特徴とする、請求項１〜２７の１つに記載のアクチュエータ。
【請求項２９】
コイル担体（１９）の凹所（３５）内で巻かれるコイル（２３）が、保護層（３６）により覆われ、それによりコイル（２３）を備えたコイル担体（１９）が滑らかな周面を持っていることを特徴とする、請求項２８に記載のアクチュエータ。
【請求項３０】
ハウジング外被（１１）の内側に、ハウジング外被（１１）内におけるコイル担体（１９）の軸線方向移動の際押しのける流体を通すためのハウジング外被の縦方向に延びる溝が設けられていることを特徴とする、請求項１〜２９の１つに記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、クチュエータであって、導磁性材料から成るハウジング外被、ハウジング外被に対して空隙を形成しながらこのハウジング外被内において移動可能でありかつ周囲に巻付けられて電流を通される少なくとも１つのコイルを持つコイル担体、空隙を形成しながらコイル担体により包囲されかつ内部に軸線方向に設けられる一連の永久磁石を及び導磁性材料から成る磁極円板を持つ磁石円筒を有し、コイルの軸線方向幅が、コイルに対応する磁極円板の軸線方向長さより大きいものに関する。
【０００２】
前記の特徴を持つアクチュエータは米国特許第５３４５２０６号明細書に記載されている。この公知のアクチュエータは、片側を閉じられかつ完全に導磁性材料から成るハウジングを含み、操作突起によりハウジングから取出し可能なコイル担体が、このハウジング内で移動可能である。公知のアクチュエータは、磁極円板が隣接して設けられる永久磁石に対して薄く形成され、コイル担体上に巻かれるコイルが対応する薄い磁極円板に対して非常に大きい幅を持っているという点で、すぐれている。
【０００３】
この構成により、公知のアクチュエータでは、薄い磁極円板の磁気飽和のため、永久磁石から永久磁石を覆うコイルへ作用する漏れ磁界が意識的に発生されるようにする。この場合永久磁石により利用可能にされる磁束が、コイル担体の移動を起こす有効磁束に完全には変換されず、磁力線の大部分が空隙中で磁極範囲のほかに長い区間を乗り越えねばならず、そのため多量の磁極材料が必要である、という欠点を甘受せねばならない。漏れ磁束を捕捉するため、コイルは対応する磁極円板の幅を大きく覆う寸法に構成されているので、コイル担体上に比較的多くのコイル材料が存在する。それによりアクチュエータの動作の際コイル担体の動かすべき質量が不利に大きくなるのみならず、それに応じた巻線質量で形成されるコイルの給電は、コイルのそれに応じた温度上昇を生じる。この温度上昇はアクチュエータの熱経済を不利にし、コイル担体のそれに応じた膨張を生じ、その結果生じる空隙の寸法への影響及び最大に可能なエネルギ密度の制限を伴う。
【０００４】
これらの欠点は、公知のアクチュエータを流体で満たされる空間において使用不可能にし、従って本発明の基礎になっている課題は、最初にあげた特徴を持つアクチュエータを流体技術における使用のために構成することである。
【０００５】
ここで流体技術とは、特にアクチュエータの内部空間を流動性媒体で満たすことを意味する。即ちこれは、このようなアクチュエータの使用のため、例えば圧送媒体中におけるポンプの直接駆動のため又は内燃機関における吸気弁又は排気弁の直接制御のための前提条件である。
【０００６】
この課題の解決策は、本発明の有利な構成及び発展を含めて、特許請求の範囲の内容から明らかになる。
【０００７】
本発明は、その基本思想において、永久磁石の端面の断面積が、隣接する磁極円板の周面積に等しく、磁極円板に対応するコイルの幅が、磁極円板の幅に、コイル担体の行程振幅だけ重なるように、永久磁石と磁極円板の寸法が互いに合わされ、コイル担体が流動性媒体中で移動可能であり、コイル担体と永久磁石及び対応する磁極円板を包囲する磁石円筒管との間にある空隙が、最大で、これらの部分の間に周囲の流体を押しのけることなく薄層状潤滑膜を生じるような幅に設定されていることを考慮している。
【０００８】
本発明に伴う利点は、全磁束が、磁極円板の範囲において、幾何学的に短い経路で半径方向に、磁石円筒管とハウジング又はハウジング外被との間の空隙を通って導かれ、従ってすべてのコイル導体が最大空隙誘導の作用を受けることによって、まずコイル担体の力の作用には寄与しない漏れ磁束が小さくされることである。これが定置磁石円筒管に対するコイル担体の全軸線方向移動中に保証されるようにするため、本発明によれば、磁極円板に対応するコイルの幅が、コイル担体の行程振幅だけ磁極円板の幅に重なるように、考慮されている。これによりコイルの寸法が必要な程度に限定される場合、できるだけ小さい自己インダクタンス及び小さい巻線重量を持つコイルの配置が有利に得られる。
【０００９】
コイル担体と磁石円筒管との間の実際の大きさも、本発明により回避すべき漏れ磁束にとって重要である場合、流動性媒体中で移動可能なコイル担体と磁石円筒管との間に、周囲の流体を押しやることなく薄層状潤滑膜が生じるような幅に、これらの部分の間の空隙が最大で設定されていることによって、本発明はできるだけ小さい空隙を生じる。それにより一方では流体技術においてアクチュエータを使用する観点を考慮する。なぜならば、磁石円筒管上におけるコイル担体の一種の滑り支持ができるだけ僅かな摩擦損失で行われ、流体中におけるコイル担体の軸線方向移動により生じるコイル担体の周りの流体の押しやりがコイル担体の外側で行われるからである。この場合本発明によるアクチュエータの使用の際、例えば内燃機関における給気弁又は排気弁の直接制御の際、周囲の燃料−油混合物が潤滑膜の形成を行う。同じことが、ポンプの直接駆動の際本発明によるアクチュエータの使用に対して当てはまり、その際潤滑膜の形成を行う圧送媒体自身中にアクチュエータを設けることができる。しかしポンプの駆動の際、アクチュエータを圧送すべき媒体から分離すべき場合、アクチュエータをその内部に満たす媒体例えば水で運転することができる。
【００１０】
スリーブ状のコイル担体が、その一方の端面に、半径方向内方へ突出するスポークを持つ保持星形片を備えているようにすることができる。
【００１１】
この場合第１の実施例によれば、保持星形片の中心に、ハウジングから突出する押し棒が、操作突起として結合されているようにすることができる。このような解決策は、例えば内燃機関の給気弁及び排気弁の制御の際、弁タペットをアクチュエータの押し棒に連結するために適している。このためアクチュエータの構成に関して、ハウジング外被が、可動コイル担体及び磁石円筒管を収容する閉じたハウジングの構成部分であり、押し棒が、ハウジングの対応する端壁の切欠きを貫通するようにすることができる。
【００１２】
本発明によるアクチュエータがポンプの直接駆動の際使用される場合、ハウジング外被が、片側で開きかつ可動コイル担体及び磁石円筒管を収容するハウジングの構成部分であり、ハウジングの開いた端面が可撓膜により閉鎖され、押し棒が膜へ作用するようにすることができる。
【００１３】
その代わりに、ハウジング外被が、片側で開きかつ可動コイル担体及び磁石円筒管を収容するハウジングの構成部分であり、ハウジングの開いた端面が可撓膜により閉鎖され、コイル担体が対応する端面に保持星形片としての板を備えており、この板がハウジングの端面の膜へ作用する。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、ハウジング外被が、両側で開きかつ可動コイル担体及び磁石円筒管を収容するハウジングの構成部分であり、ハウジングの開いた両方の端面が可撓膜により閉鎖され、コイル担体が、両方の端面に保持星形片としての板を備え、かつ往復運動可能なピストンとして構成され、このピストンがハウジングの端面の膜へ作用するようにすることができる。
【００１５】
アクチュエータのハウジングが１つ又は２つの膜により閉じられ、圧送すべき媒体が動く膜の作用を受ける場合、アクチュエータの運転に必要な流体を圧送すべき媒体から分離するため、ハウジング外被及び端面の膜から形成されるハウジングの内部空間が水で満たされるようにすることができる。
【００１６】
特にコイル担体の保持星形片から遠い方にあるハウジングの端壁に隣接する永久磁石又は磁極円板に望ましくない漏れ磁束が生じる場合、完全に導磁性材料から成るハウジングにおいて、磁石円筒管の端部とハウジングの端壁との間に非導磁性材料から成る間隔片が設けられている。その代わりにハウジングの端壁が非導磁性材料から成るようにすることができる。
【００１７】
コイル担体及び磁石円筒管の基本構成に関して、本発明は、磁石モジュールが、磁石円筒管の中央に設けられる永久磁石及び外側に設けられる２つの磁極円板により形成される磁石モジュールを設け、磁石モジュールにおいて各磁石円板にコイル担体上の部分コイルが対応し、磁石モジュールの部分コイルが互いに逆向きに巻かれ、機械的及び電気的に互いに結合されているので、相互誘導も回避される。
【００１８】
本発明の実施例によれば、アクチュエータのハウジング外被内に、１つの磁石モジュールが設けられている。それに伴う磁石モジュールのこじんまりした対称構造によって、本発明により比較的僅かな磁気漏れ損失のため、比較的大きい力密度が発生されて、上に巻かれるコイルを含めてコイル担体の僅かな質量慣性に関連して、コイル担体の速い交番運動又は速い片側偏位を可能にする。その際部分コイルの自己インダクタンスは小さく保たれているので、例えば数ミリ秒内に数ｍｍ以上の行程変位が得られるような速い電流変化が可能である。
【００１９】
永久磁石と磁極円板及び磁極円板とコイル巻線との大きさ比に対する本発明による寸法関係のため、特に本発明によるアクチュエータの望ましい小さい大きさにおいて、磁石の短い軸線方向長さが得られる場合、使用目的に応じて、１つの永久磁石による誘導は、コイル担体の所望の運動のためには充分でない。従って本発明の実施例によれば、ハウジング外被内に、複数の磁石モジュールが軸線方向に前後に設けられ、各磁石モジュールの永久磁石の同じ磁極が軸線方向に対向している。この場合各磁石モジュールの外側にある磁極円板（１７）が、一体の結合磁極円板にまとめられているようにすることができる。
【００２０】
磁石円筒管内に永久磁石と磁極円板を交互に配置する際、内側にある永久磁石から出る磁極円板内の磁束が、磁極円板を覆うコイルの方へ完全には転向されないことによって、外側端部にある磁極円板の範囲に損失漏れが生じる場合、本発明の実施例によれば、磁石モジュールの外側にある磁極円板により形成される磁石円筒管の端部に、磁石円筒管の端部に生じる漏れ磁束の相殺に強さを合わされるそれぞれ１つの縁磁石が設けられて、導磁性材料から成るハウジングに結合されているので、縁磁石から出る磁束が、この縁磁石に結合されるハウジングを介して閉じる。縁磁石は、付属する磁極円板の範囲における漏れ損失のみを相殺すればよいので、磁石担体内にそれぞれ設けられる主磁石と同じ軸線方向寸法を持つ必要がない。
【００２１】
本発明の特別な実施形態によれば、最初にあげた種類のすべてのアクチュエータのための縁磁石及び爪磁極の配置の可能性が、磁石円筒の構造とは無関係に、磁石円筒管なし又は磁石円筒管付きとして考慮されている。
【００２２】
この場合本発明の実施例によれば、押し棒の範囲で片側を開いているハウジングにおいて、閉じたハウジング側にある磁石円筒管の内側縁磁石が、ハウジングの導磁性材料から成る端壁に接している。
【００２３】
押し棒の範囲で開いているハウジングの側でも漏れ損失のこのように相殺を行うため、本発明の実施例によれば、ハウジングが、その開いた端面に半径方向に内方へ突出しかつ保持星形片のスポークの間へ軸線方向にはまる導磁性材料製爪磁極を持ち、これらの爪磁極が、磁石円筒管の対応する縁磁石に磁気により付着するように結合されている。これに伴う特別な利点は導磁性ハウジング又は爪磁極と磁石円筒の縁磁石との間に生じる磁束のため、磁石円筒又は磁石円筒管が別の取付け素子なしにハウジング内に動かないように締付けられることである。その際磁気保持力が大きいので、大きい外力もハウジング内の磁石円筒又は磁石円筒管の位置を殆ど変化できない。
【００２４】
ハウジング内における磁石円筒又は磁石円筒管のこのような固定は、本発明の実施例によれば、ハウジング外被が、両側で開いて、その両端に形成される爪磁極を持つように構成され、ハウジング外被内で移動可能なコイル担体が、両方の端面に、突出する押し棒を有するそれぞれ１つの保持星形片を持っているのを可能にする。
【００２５】
詳細には、爪磁極が、保持星形片のスポークの間にある隙間を形状に応じて形成されているようにすることができる。
【００２６】
ハウジング内における磁石円筒又は磁石円筒管の固定により、アクチュエータが流体技術において使用される弁と共同作用する際、弁の始動の際、回し力が押し棒へ従って保持星形片を介してコイル担体へ伝達されることがある場合、爪磁極が、押し棒を持つ保持星形片用の回り止めを形成しているようにすることができる。コイル担体の移動の際固定している爪磁極とコイル担体との間の面接触摩擦を回避するため、本発明の実施例によれば、少なくとも１つの爪磁極が、保持星形片の対応するスポーク例えば隆起状又は線状に当たる突起を持っているようにすることができるので、面摩擦が回避され、点摩擦又は線摩擦のみが許される。それに応じて突起をスポークにも形成して、爪磁極へ当たるようにすることができる。
【００２７】
更に爪磁極及び／又は爪磁極とハウジングとの間又は両側の爪磁極の間に締付けられる磁極円筒又は磁石円筒管が、ハウジングに対する変位測定装置のセンサ用の固定保持部を有利に形成することができるので、変位測定装置の測定結果を誤らせるセンサの担体の運動が阻止される。
【００２８】
本発明の実施例によれば、磁石モジュールが、磁石円筒管内の中央に設けられる磁極円板と、それぞれ外側に設けられる２つの永久磁石とにより形成され、永久磁石の同じ磁極が軸線方向において対向し、コイル担体上に、中央に設けられる磁極円板に対応するコイルが巻かれているように、磁石モジュールを構成することができる。これに伴う利点は、磁石円筒管の外側端部に設けられる永久磁石が同時に縁磁石として作用し、従って爪磁石とハウジングとの間又は両側でハウジングに固定して設けられる爪磁極の間に磁石円筒管を直接固定するのを可能にすることである。この配置は、更に縁磁石の付加的な配置と比較して、同じに設定される力作用で磁石の数を有利に減少する可能性を与える。本発明の実施例に従って、外側にある２つの永久磁石の間にも、交互に設けられる複数の磁極円板及び永久磁石を設けることができる。
【００２９】
本発明の実施例によれば、コイル担体の保持星形片と磁石円筒管の端部との間に、押し棒とアクチュエータに接続される弁との連結位置でこの押し棒に作用するため予荷重をかけられたばねが設けられているようにすることができる。
【００３０】
上に巻かれるコイルを含むコイル担体の構成に関して、非導電性材料例えばプラスチック、硬質織物又はセラミックから成るコイル担体が、コイルを収容する凹所を持ち、これらの凹所へ個々のコイルが巻き込まれているようにすることができる。更に本発明の実施例によれば、コイル担体の凹所内で巻かれるコイルが、保護層により覆われ、それによりコイルを備えたコイル担体が滑らかな周面を持っているようにすることができる。コイル担体のこのような構成により、コイル担体と磁石円筒管又はハウジング外被との間に非常に小さい空隙が実現される。
【００３１】
最後に本発明の実施例によれば、ハウジング外被の内側に、ハウジング外被内におけるコイル担体の軸線方向移動の際押しのけられる流体を通すためのハウジング外被の縦方向に延びる溝が設けられているようにすることができる。これにより、コイル担体を包囲する流体内におけるコイル担体の移動の際必要な押しやりにもかかわらず、コイル担体とハウジング外被との間に小さい空隙を実現することができる。適当な溝は、場合によってはコイル担体の外周にも設けることができる。
【００３２】
図面には本発明の実施例が示されており、以下に説明される。
【００３３】
図１の概略図からわかるアクチュエータはハウジング１０を持ち、このハウジングの外側ハウジング外被１１は導磁性材料から成っている。ハウジング１０の閉じた端面１２は、後述する理由から、別の即ち非導磁性材料から成り、反対側の端面１３は導磁性材料から成り、かつ中心切欠き１４を持っている。
【００３４】
ハウジング１０の内部には、円筒状の磁石円筒管１５が設けられ、片側でハウジング１０の閉じた端面１２に結合されている。磁石円筒管１５は非導磁性材料から成っている。その内部には、中央の位置に永久磁石１６が設けられ、この永久磁石の両端面にはそれぞれ１つの磁極円板１７がある。ハウジング１０の閉じた端面１２に隣接する磁極円板１７と前記の端面１２との間には、更に非導磁性材料から成る間隔片１８が設けられ、この間隔片１８は、永久磁石１６と磁極円板１７との大きさ比の後述する規定を考慮して、後述するコイル担体の充分な運動範囲を形成するという目的を持っている。
【００３５】
磁石円筒管１５と外側ハウジング外被１１との間にある環状空間には、非導磁性で非導電性の材料例えばプラスチック、硬質織物又はセラミックから成るスリーブ状のコイル担体１９が、軸線方向移動可能に設けられ、磁石円筒管１５とコイル担体１９との間には空隙２４が設けられ、コイル担体１９と外側ハウジング外被１１との間には空隙２５が設けられている。ハウジング１０の閉じた端面１２から遠い方にある側において、コイル担体１９は半径方向内方へ突出するスポーク２１から形成される保持星形片２０を備えており、保持星形片２０の中心には、ハウジング１０の端面１３の切欠き１４を通って軸線方向に突出する押し棒２２が設けられて、保持星形片２０に結合されている。
【００３６】
図１は概略的にのみ示され、図８には少し明確に示されているように、コイル担体１９上には、図１に示す実施例では、適当な材料なるべく銅線又はアルミニウム線から成る２つのコイル２３が巻かれ、コイル２３はそれぞれ軸線方向に磁極円板１７を覆いかつ互いに逆向きに巻かれている。
【００３７】
本発明によるアクチュエータにおいて必要な大きい原動力のために、一方ではコイル２３をできるだけ小さい自己インダクタンス及び僅かな巻線重量で構成し、他方では永久磁石１６から出る全磁束を、磁極円板１７の範囲においてできるだけ半径方向に、磁石円筒管１５とコイル担体１９との間にある空隙２４を通って導くことが重要なので、コイル単体１９上にあるコイル２３は、コイル担体１９の全軸線方向移動中に、最大の空隙誘導の作用を受ける。力の形成に寄与しない漏れ磁束をできるだけ僅かに保つため、短い磁石長及び小さい空隙が望まれる。この理由から、図１の概略図ではわからないが、永久磁石１６及び磁極円板１７の大きさ寸法が互いに合わされて、永久磁石１６の端面の断面積がそれぞれの磁極円板１７の周面積に等しいようにしている。これは、磁石１６の軸線方向長さ及び磁極円板１７の軸線方向長さが永久磁石１６の直径のほぼ半分に等しい時に与えられる。もっと長い磁極円板も、本発明の範囲内で全く可能である。更に両方のコイル２３の各々は、対応する磁極板１７の幅に、コイル担体１９の半振幅だけ重なり、それによりコイル担体１９の全移動過程中に、最大に可能な力が得られるようにせねばならない。両方のコイル２３は、コイル担体１９の非導磁性範囲３０により軸線方向に互いに離されているが、巻線を介して互いに接続されている。更に両方のコイル２３は、互いに逆向きに巻かれているので、相互インダクタンスが回避される。
【００３８】
利用されない漏れ磁束を回避するため、磁石円筒管１５とコイル担体１９との間にある空隙も小さく保つべきである場合、空隙２４は、最大で、コイル担体１９又は磁石円筒管１５を包囲する流体を押しやることなく薄層状潤滑膜が生じるような幅に設定されるようにする。
【００３９】
ハウジング１０内に設けられる上述した構造の磁石モジュールを持つアクチュエータの図１に示す構造では、永久磁石１６は、コイル２３の範囲において、磁石円筒管１６とハウジング外被１１との間にある全空隙２４，２５に、半径方向に内側から外側へ向く均一な磁界を生じ、この磁界は、流れ方向３１に従って、導磁性の環状ハウジング外被１１を経て閉じることができる。直流を通されるコイル２３は、均一な磁界中で、コイル電流、空隙の磁気誘導及び両方のコイル２３の巻数に比例する力で、磁界方向に交差して偏位せしめられる。このため可動コイル担体１９上に設けられるコイル２３へ、高度に可撓性の詳細には示していないケーブルにより、電流が供給される。コイル担体１９の偏位従って押し棒２２の軸線方向移動は、電流を通される導体即ちコイル２３が磁界中にある限り、行われる。電流の切換えが行われると、コイル担体１９の移動方向も反転するので、コイル担体１９又はそれにより保持される押し棒２２の往復運動が、矢印３２に従って生じる。図１に示す装置は磁気的に横力なしなので、空隙２４を薄層状潤滑膜の形成に合わせるため、ハウジング１０の切欠き１４において、コイル担体１９を付加的な支持なしに案内することができ、これが特別な作動の利点として評価される。
【００４０】
図２に示す実施例は、大体において、磁石円筒管１５内に中央の永久磁石１６と外側の磁極円板１７とを持つ図１の磁石モジュールの多重配置が行われているという点で、図１に示す実施例とは相違し、それぞれ離れて設けられる永久磁石１６に属する２つの磁極円板１７は、一層幅の広い単一の磁極円板にまとめられ、一層幅の広い磁極円板１７に対応するコイル２３は、コイル担体の行程振幅に相当する重なりを加算して、適当な幅にされている。
【００４１】
図３に示す実施例は、その構造において、図１に示す実施例に原理的に一致し、磁石円筒管１５の外側端部にそれぞれ１つの付加的な縁磁石２６が設けられ、その磁石の強さが磁石円筒管１５の端部に生じる漏れ磁束の相殺に合わされて、この漏れ磁束が縁磁石２６の磁束により相殺されるようにしている。従って縁磁石の設計に対しても、永久磁石と対応する磁極円板との大きさの比についての関係は適用されない。縁磁石２６がその効果を発揮できるようにするため、この縁磁石は導磁性材料から成るハウジング１６に接続されねばならないので、適当な磁束が生じることができる。これは、押し棒２２から遠い方にある磁石円筒管１５の側において、ハウジング１０のこれに関する端面１２及び適当に設けられる間隔片１８が今や導磁性材料から成っていることによって、実現される。
【００４２】
この端面１２に対向する端面１３において、そこに設けられる縁磁石２６への導磁性結合部を形成するために、半径方向内方へ突出する導磁性保持体２７が、それに軸線方向に付加される爪磁極２８と共に設けられており、これらの爪磁極２８はコイル担体１９の保持星形片２０のスポーク２１の間にはまり（図４）、磁石円筒管１５の外側の縁磁石２６に接している。導磁性保持体２７は、例えばハウジング外被１１に結合される環状板としても構成されて、爪磁極の出発点とすることができる。従って生じる磁力のため、磁石円筒管１５は、一方ではハウジング１０の端面としての端壁１２に、他方ではハウジングの構成部分を形成する爪磁極２８に固定的に結合されるので、安定で大きな力の作用に抗する構造が得られる。この理由から、特に爪磁極２８は、押し棒２２を持つコイル担体１９の保持異形片２０に対する回り止めを形成するのに適するか、又は変位測定装置のセンサの保持部としても役立つ。
【００４３】
図５からわかるように、本発明によるアクチュエータの図３及び４に示す実施例においても、磁石円筒管に、一連の永久磁石１６及び磁極板１７を設けることが可能であり、その際適当な縁磁石２６が設けられている。
【００４４】
図３及び４に示すアクチュエータの利点を利用する別の可能性が図６に示されており、ハウジング１０が両側で開いて、両側に設けられる爪磁極２８を持つように構成されているので、コイル担体１９は、両方の端面に、保持異形片２０を介して、両側でハウジング１０から突出する押し棒２２を備えることができる。これにより、ハウジング１０内のコイル担体１９の両方の移動方向に、接続される装置の操作が行われる。磁極円筒管１５は、両側にハウジングに固定して設けられる爪磁極２８を介して固定的に締付けられているので、磁石円筒管１５の両側保持が行われ、両側の押し棒２２を介して両側の操作が妨げられることはない。図６に示す実施例と図３又は５に示す実施例との別の相違点は、図６による実施例では中央に磁極円板１７が設けられ、その両側でそれぞれ１つの永久磁石１６が磁石円筒管１５内にあることである。これらの外側にある永久磁石１６は、図３及び５による実施例にまだ設けられている縁磁石の機能を同時に引受けるので、それ以外では同じ力の作用で、これらの縁磁石をなくすことができる。それにより磁石材料の接続が行われる。図７からわかるように、一連の複数の磁極円板１７及び永久磁石１６を持つこのような装置を実現することができる。
【００４５】
最後に図８には、コイル担体１９をどのように構成できるかが例として示されている。コイル２３を収容するため、図示した実施例では、コイル担体１９の外表面に凹所３５が形成され、これらの凹所へコイル２３が巻かれている。続いて凹所３５又はコイル２３が保護層３６で被覆されるか又は注型されるので、コイル担体１９に対して適当に滑らかな外周が生じ、これにより一層小さい空隙２４，２５の設定が可能になる。
【００４６】
前記の説明、特許請求の範囲、要約及び図面に開示されているこの書類の対象の特徴は、単独でも任意の組合わせでも、本発明を種々の実施形態で実現するために重要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
中央の永久磁石及び外側にある磁極円板から成る磁石モジュールを持つアクチュエータを概略縦断面で示す。
【図２】
複数の磁石モジュールにより図１に従って構成されるアクチュエータを示す。
【図３】
付加的に設けられる縁磁石を持つ図１のアクチュエータを縦断面で示す。
【図４】
図３のＩＶ−ＩＶ線による断面を示す。
【図５】
複数の磁石モジュールを設けられた図３の対象を示す。
【図６】
両側で開いたハウジング及びそれに応じて設けられた爪磁極を持ちかつ中央の磁極円板と外側にある主磁石を持つ図３によるアクチュエータの実施形態を示す。
【図７】
複数の主磁石及び磁極円板を設けられた図６の対象を示す。
【図８】
コイル担体の一部を断面で示す。
【国際公開パンフレット】
2004514393.tif 000003
2004514393.tif 000004
2004514393.tif 000005
2004514393.tif 000006
2004514393.tif 000007
2004514393.tif 000008
2004514393.tif 000009
2004514393.tif 000010
2004514393.tif 000011
2004514393.tif 000012
2004514393.tif 000013
2004514393.tif 000014
2004514393.tif 000015
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2004514393.tif 000017
2004514393.tif 000018
2004514393.tif 000019
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2004514393.tif 000021
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2004514393.tif 000026
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2004514393.tif 000029
2004514393.tif 000030
2004514393.tif 000031
2004514393.tif 000032
2004514393.tif 000033
2004514393.tif 000034
2004514393.tif 000035
2004514393.tif 000036
2004514393.tif 000037
2004514393.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月17日(2003.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
アクチュエータであって、導磁性材料から成るハウジング外被、ハウジング外被に対して空隙を形成しながらこのハウジング外被内において移動可能でありかつ周囲に巻付けられて電流を通される少なくとも１つのコイルを持つコイル担体、空隙を形成しながらコイル担体により包囲されかつ内部に軸線方向に設けられる一連の永久磁石及び導磁性材料から成る磁極円板を持つ磁石円筒を有し、コイルの軸線方向幅が、コイルに対応する磁極円板の軸線方向長さより大きいものにおいて、永久磁石（１６）の端面の断面積が、隣接する磁極円板（１７）の周面積に少なくとも等しく、磁極円板（１７）に対応するコイル（２３）の幅が、磁極円板（１７）の幅に、コイル担体（１９）の行程振幅だけ重なるように、永久磁石（１６）と磁極円板（１７）の寸法が互いに合わされ、コイル担体（１９）が、磁性流体を除いて流動性媒体中で移動可能であり、コイル担体（１９）と永久磁石（１６）及び対応する磁極円板（１７）を包囲する磁石円筒管（１５）との間にある空隙（１４）が、最大で、これらの部分（１５，１９）の間に周囲の流体を押しのけることなく薄層状潤滑膜を生じるような幅に設定されていることを特徴とする、アクチュエータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
この構成により、公知のアクチュエータでは、薄い磁極円板の磁気飽和のため、永久磁石から永久磁石を覆うコイルへ作用する漏れ磁界が意識的に発生されるようにする。この場合永久磁石により利用可能にされる磁束が、コイル担体の移動を起こす有効磁束に完全には変換されず、磁力線の大部分が空隙中で磁極範囲のほかに長い区間を乗り越えねばならず、そのため多量の磁極材料が必要である、という欠点を甘受せねばならない。漏れ磁束を捕捉するため、コイルは対応する磁極円板の幅を大きく覆う寸法に構成されているので、コイル担体上に比較的多くのコイル材料が存在する。それによりアクチュエータの動作の際コイル担体の動かすべき質量が不利に大きくなるのみならず、それに応じた巻線質量で形成されるコイルの給電は、コイルのそれに応じた温度上昇を生じる。この温度上昇はアクチュエータの熱経済を不利にし、コイル担体のそれに応じた膨張を生じ、その結果生じる空隙の寸法への影響及び最大に可能なエネルギ密度の制限を伴う。同じように構成されるアクチュエータは、米国特許第５７４５０１９明細書から公知である。即ちこの構造形式において、コイル担体が既に流動性媒体中で運動可能である場合、この媒体は、磁束を改善するためアクチュエータ内に設けられている磁性流体である。この磁性流体は、その性質により適当に高い粘性を持っているので、この流体中におけるコイル担体の運動の際摩擦熱が生じ、ぬしろ運動を阻止する効果が現われる。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
これらの欠点は、公知のアクチュエータを非磁性流体で満たされる空間において使用不可能にし、従って本発明の基礎になっている課題は、最初にあげた特徴を持つアクチュエータを流体技術における使用のために構成することである。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
ここで流体技術とは、特にアクチュエータの内部空間を非磁性の流動性媒体で満たすことを意味する。即ちこれは、このようなアクチュエータの使用のため、例えば圧送媒体中におけるポンプの直接駆動のため又は内燃機関における吸気弁又は排気弁の直接制御のための前提条件である。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、その基本思想において、永久磁石の端面の断面積が、隣接する磁極円板の周面積に少なくとも等しく、磁極円板に対応するコイルの幅が、磁極円板の幅に、コイル担体の行程振幅だけ重なるように、永久磁石と磁極円板の寸法が互いに合わされ、コイル担体が、磁性流体を除いて流動性媒体中で移動可能であり、コイル担体と永久磁石及び対応する磁極円板を包囲する磁石円筒管との間にある空隙が、最大で、これらの部分の間に周囲の流体を押しのけることなく薄層状潤滑膜を生じるような幅に設定されていることを考慮している。




【国際調査報告】
2004514393.tif 000039
2004514393.tif 000040
2004514393.tif 000041
2004514393.tif 000042