JPS5874978A

JPS5874978A - 電磁弁

Info

Publication number: JPS5874978A
Application number: JP57159707A
Authority: JP
Inventors: テオド−ル・ガスト; ハンス・ク−バツハ; クルト・ビンダ−
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-09-16
Filing date: 1982-09-16
Publication date: 1983-05-06
Also published as: DE3136734A1; JPH0345266B2; DE3268144D1; EP0075219A1; EP0075219B1; US4512549A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、コイルが巻かれている有利には円筒形の少な
くとも１つの軟鉄コアを、弁体を有していてかつ導磁性
材料から成る可動子と、該可動子の運動を助成する永久
磁石とを備えた電磁弁に関する。

英国特許第１４９００３３号明細書に基づいて公知の電
磁弁では、弁体は導磁性材料から成る球として構成され
ており、球の上には、縦方向に磁化されている棒磁石が
配置されている。

この棒磁石は非磁性材料から成る非磁性体によって取囲
まれている。この非磁性体の上には、コイルが巻かれて
いて棒磁石に対して同軸的に配置されている磁性のコア
が位置している。コイルが電気的な信号を受信しない場
合、球は、両端に異なった極を有する棒磁石によって引
付けられて、棒磁石と接触する。同時にコアが磁化され
、この結果コアと棒磁石とは互いに引付は合い、棒磁石
は、部分的にコアと棒磁石との間に位置している非磁性
体に当接し、弁は開放状態にもたらされる。コイルに電
流が流されると、コアにおいて磁界が生ぜしめられ、こ
の結果コアの磁極が逆転され、棒磁石は球と共にコアか
ら突離される。球は弁座に押圧されて、弁は閉鎖される
。しかしながらこの公知の電磁弁の配置形式には、永久
磁石の磁界の励磁力の利点が利用されないという欠点が
ある。なぜならば、エネルギ変換に関与する磁界エネル
ギは全磁界エネルギの極めて僅かな部分しか有していな
いからである。それというのは特に、有効磁束は主とし
て、広い区域において高い磁気抵抗を有している磁気回
路に訃いて生じることに起因している。

互いに平行に配置された第１及び第２の軟鉄コアが設け
られていて、両軟鉄コア内部において可動子が運動せし
められるよう罠なっていて、両軟鉄コアにそれぞれコイ
ルが巻かれておシ、両コイルの間に、軸方向に磁化され
て−る永久磁石がリング状に配置されていることを特徴
とする本発明の電磁弁には公知のものに比べて、有効磁
気回路における磁気抵抗が高価な導磁体の使用によって
低減されるという利点がある。

磁気抵抗は作業空隙においてのみ高いので、この箇所に
おいて磁界エネルギは集中される。同時に、有効磁気回
路における低い磁位降下によって磁位は漂遊磁束の空隙
を介して減少され、この結果有効力に役立たない漂遊エ
ネルギは生ぜしめられない。

特許請求の範囲の従属項に記載した手段によって本発明
による電磁弁の有利な実施例が可能である。総力が等し
い場合には、４つの空隙が設けられていることによって
各空隙にもたらされる力は減少する。また、永久磁石が
軸方向に磁化されていることによって、高導磁性でかつ
異方性の磁石が廉価に使用され得る。両コイルが共通の
１つの剛性の巻型に巻かれていると、多数の空隙にもか
かわらず磁石系の組立ては容易である。可動子において
磁束が飽和状態はあると、永久磁石の磁束は、永久磁石
の磁化の変化例えば温度の作用に対して安定化される。

作業空隙が特許請求の範囲の従属項に記載したよりに配
置されていると、磁石系の運動不能の部分が作用できる
ように製作された後で、可動子を組込むことができる。

さらに、作業空隙を特別に構成することによって、力の
特性曲線は弁座に対する弁の行程に関連して影響され得
る。

次に図面につき本発明の詳細な説明する。

迅速に応動する本発明による電磁弁は例えば自動車の燃
料噴射ポンプにおいて使用される。

第１図において永久磁石１は、軸方向に磁化されている
リング状の円板として構成されている。永久磁石１の上
側には同様にリング状の第１の導磁円板２が、永久磁石
１の下側にも同様にリング状の第２の導磁円板３が配置
されている。軸方向に磁化されていることに基づいて第
１及び第２の導磁円板２．３は異なった磁極を有してい
る。例えば第１の導磁円板２はＮ極として、第２の導磁
円板３はＳ極として構成されている。永久磁石１及び第
１の導磁円′板２は第１の軟鉄コア４と、永久磁石１及
び第２の導磁円板３は第２の軟鉄コア５と接続している
。両軟鉄コア４，５はそれぞれ、互いに同心的に位置し
ていで一方の端面において導磁性のカバープレート８を
介して互いに結合された２つの中空シリンダ６．７とし
て構成されている。外側の中空シリンダ７の高さは内側
の中空シリンダ６の高さよシも大である。第１及び第２
の軟鉄コア４．５は開いている方の端面で互いに対向し
て位置しておシ、この場合永久磁石１及び導磁円板２．
３は両軟鉄コア４．５の間に配置されていて、外側の中
空シリンダ７は永久磁石１に接触している。第１及び第
２の導磁円板２゜３は、それぞれの縁部で各外側の中空
シリンダ７に当接することによって、それぞれ第１及び
第２の軟鉄コア４，５と互いに磁気的に結合されている
。この配置形式によって両軟鉄コア４゜５は異なった磁
極を有するようになる。例えば第１の軟鉄コア４はＮ極
、第２の軟鉄コア５はＳ極である。軟鉄コア４．５の内
側の中空シリンダ６のなかには導磁性材料から成る可動
子９が位置しておシ、この可動子９は、端面に半径方向
に突出している７ランジを備えた中空シリンダとして構
成されている。可動子９のフランジは軟鉄コア４，５及
び導磁円板２．３と共にそ知、それ空隙を形成している
。すなわち、第１の空隙２６は可動子９と第１の導磁円
板２との間において、第３の空隙２８は可動子９と第２
の軟鉄コア５との間において共に弁作用方向に対して直
角に位置しておシ、第２の空隙２７は可動子９と第１の
軟鉄コア４との間において、第４の空隙２９は可動子９
と第２の導磁円板３との間において共に弁作用方向に位
置してい石。

各軟鉄コア４，５の外側の中空シリンダ７と内側の中空
シリンダ６との間のスペースはそれぞれ第１のコイル１
０及び第２のコイル１１によって満たされている。この
場合両コイル１０゜１１の巻き線方向は逆向きである。

コイル１０゜１１は、絶縁性の共通の巻型１２に巻かれ
ている。両コイル１０．１１は導線１３を介して互いに
接続されている。導線１３は巻型１２の各１つのブリッ
ジ１４を介して延びている。永久磁石１及び導磁円板２
，３はブリッジ１４の箇所において相応に切欠かれてい
る。この切欠きが、組立てに際して永久磁石１を両導磁
円板２゜３と共に（第１図の図平面で見て）前から巻か
れた巻型１２に差込むことができるように、構成されて
いると有利である。このように構成されていると、軟鉄
コア４．５は巻かれた巻型１２に永久磁石１を差込んだ
後で差しはめられる。第１のコイル１０の２つの電気供
給部のうちの１つが符号１５で示されている。

可動子９は非磁性材料から成る弁突き棒１６を有してお
り、この弁突き棒１６には半球体１７が設けられている
。半球体１７は非磁性材料から成るケーシング１９に設
けられた弁座１８を開放又は閉鎖することができる。油
圧媒体の流入部及び流出部はそれぞれ符号２０．２１で
示されている。弁突き棒１６はケーシング゛１９におけ
る支承箇所２２において軸方面妬案内され、ているので
、支承箇所２２と弁座１」とは正確に整合する。弁突き
棒１６は上部範囲に孔２３を有していて、この孔２３は
中空室２４を外室２５と接続している。中空室２４内に
あ。

る液体例えば燃料は、下方への可動子９０行程時に孔２
３を通って容易に漏出することができる。

次に１電磁弁における磁速の経過を示す第２図を参照し
ながら電磁弁の作用形式を説明する。

コイル１０．１１に電流が流されると、第２゛図におい
て一点鎖線で示されている永久磁石の磁界の他に、第２
図において破線で示されている磁界が生じる。永久磁石
１の導磁性が僅かなこと並びに導磁円板２，３の導磁性
が高いことに基づいて、第１の軟鉄コア４、第１の導磁
円板２、第１の空隙２６、可動子９及び第２の空隙２７
を介して閉じられる磁界と、第２の軟鉄コア５、第２の
導磁円板３、第４の空隙２９、可動子９及び第３の空隙
２８を介して閉じられる磁界とが電流によって生ぜしめ
られる。第１図において符号３０で示されている方向で
コイル１０．１１に電流が流されると、′第１及び第６
の空隙２６．２８においてはコイル１０．１１の磁界は
永久磁石１の磁界にプラスされるのに対して、第２及び
第４の空隙２７．２９においては両磁界の方向は逆向き
である。この結果臨界値においては第２及び第４の空隙
２７．２８における全磁束は零になる。磁界の加算は機
械的な引張り力を増大させ、磁界の減算は引張り力を減
衰させる。この結果、電流の影響によって可動子９には
下方（図平面で見て）に向かって付加的な力が加えられ
る。電流の転極時には電流によって生ぜしめられる磁界
の方向が変化し、この結果電流に所載の力の方向も転極
する。

つまり、第１及び第６の空隙２６．２８においては磁界
は減算され、第２及び第４の空隙２７゜２９においては
磁界は加算される。

第２図に示された磁束の経過に対して当嵌まるのだが、
磁束の範囲における可動子９の磁気飽和が僅かな場合に
は、永久磁石１によって生ぜしめられる磁界は温度及び
時間に無関係であることが望ましい。このことは高価な
永久磁石の使用によって達成される。しかしながら可動
子９が磁界の範囲において飽和状態で作動されると、永
久磁石１の磁界の不変性は余り重要ではなくなるので、
廉価な永久磁石を使用することが可能になる。

永久磁石の磁束ダ、と、コイル１０．１１を流れる電流
によって生じる磁束ダ。とが重畳されると、総力に対し
て次の式が成立つ：Ｆｃｘｃｌｐ＋１８）”＝ｌ、”＋
２１．ｉ。＋り８２この場合コイルの磁界による力の変
化は次のように形成される： ΔＦ＝２ダｐ０８十ｇ。２すなわち、電磁石のコイルの磁束グ。による力の変化は
、永久磁石１の磁束ダ、によって増強される。従って一
定の力を永久磁石１の大きな磁束昨を用いて得ようとす
る場合、電磁石によって生じる磁束０８のエネルギは、
永久磁石の磁界を用いない系に比べて低減され得る。ゆ
えに、両方の系が等しい空隙を有しているとすると、永
久磁石の磁界を用いる磁石系のインダクタンスは低減さ
れることになり、この結果理想的には電気エネルギは、
それが同時に運動の際の機械的な仕事として利用された
ときに初めて系によって消費されるー。

図示の実施例では４つの空隙２６．２７．２８゜２９を
備えた電磁弁が構成されている。比較的多数の空隙は、
総力が等しいと仮定すると各空隙に加えられる力を低減
させる。すなわち、空隙の直径が等しい場合空隙ごとに
必要な磁束は僅かになシ、従ってこの場合空隙幅も低減
される。空隙幅はほぼ導磁体の厚さに相当するので、こ
れによって導磁体の厚さをも減少することができる。導
磁体への磁束の侵入速度の時定数は渦電流のため、導磁
体の電気抵抗が等しい場合空隙幅の二乗に比例する。従
って空隙幅が狭くなればなるほど、侵入速度の時定数も
小さくなる。

第１及び第６の空隙２６．２８Ｕ弁の作用方向に対して
垂直に配置されている。第２図に示されているように、
正の電流が流される場合両空隙２６．２８には正の方向
（図平面で下方）における力が生じる。弁の閉鎖時には
（弁の行程は０）、第１及び第６の空隙２６．２８は最
小なので、この場合価かな漂遊磁束によって最大にされ
得る所定の力に対しては電磁石の特別に小さな磁位（こ
れは電流強度によって生ぜしめられる）しか必要でない
。小さな磁位は弁のだめの保持電流を低減する。このよ
うな正の電流の場合筒２及び第４の空隙２７．２９では
電磁石の磁束とは逆向きに永久磁石の磁束が貫いている
ので、この結果導磁体の飽和は妨げられる。従って半径
方向の空隙は構造上小さく選択されているので、空隙２
７．２９においては小さな磁位の降下しか生じない。す
なわち、弁の閉鎖状態においてはすべての空隙２６．２
７゜２８．２９において小さな磁位の降下しか生じない
ので、第１及び第３の空隙２６．２８並びに第２及び第
４の空隙２７．２９は、弁の閉鎖状態では小さな正の電
流であっても大きな保持力が生じるように互いに補ない
合う。電流が転極されると、力は負の方向に働く。それ
というのは第２及び第４の空隙２７．２９では電磁石の
磁束と永久磁石の磁束とが加算され、第１及び第３の空
−隙２６．２８では減算されるからである。すなわち力
は主に第２及び第４の空隙２７．２９によってもたらさ
れ、この場合導磁体は第２及び第４の空隙２７．２９の
範囲において、特に弁の閉鎖状態において極めて強く磁
気飽和されるので、第２７１Ｌび第４の空隙２７゜２９
では特に弁の閉鎖時に大きな力を有する高いエネルギ変
換が生じる。先に述べたように、電磁回路の磁位の降下
は弁の閉鎖時には、その場合にほとんど作用しない第１
及び第３の空隙２６．２８において極めて低い。従って
負の電流において弁を迅速に復旧させるためには極めて
僅かな磁界エネルギが形成されればよく、この場合、透
磁率の高い導磁体が飽和状態にまで制御されるようにな
２ていると特に有利であり、このようななっていると、
比較的小さな電磁エネルギで極めて大きな機械的な作業
能力が得られる。

第３図には第１図の１部として特に第１及び第２の空隙
２６．２７の配置形式が示されている。第１の空隙２６
は第１図の場合と同様に第１の導磁円板２と可動子９と
の間に位置している。第３図の実施例では第１の導磁円
板２及び可動子９は第１の空隙２６の範囲忙おいて円錐
形に構成されている。このように構成されていることに
よって力の特性線は弁の行程に関連して影響され得る。

さらに力の特性線は第２の空隙２Ｔを特別に構成するこ
とによって弁の行程に関連して影響され得る。つまシこ
れは次のことによって、すなわち弁の開放位置において
第１の軟鉄コア４の内側の中空シリンダ６及び可動子９
によっておおわれる、第２の空隙２７の範囲が、弁の閉
鎖位置において既に第１の軟鉄コア４及び可動子９によ
っておおわれている、第２の空隙２７の範囲よシも大で
あることによって、達成される。

第３図には第１′及び第２の空隙２６．２７の区分しか
示されていないが、上に述べたことは第６及び第４の空
隙２８．２９に対しても言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電磁弁の１実施例を示す断面図、
第２図は磁束の経過を示す図、第３図は空隙の別の配置
形式を示す図である。１・・・永久磁石、２．３・・・導磁円板、４，５・・
・軟鉄コア、６．７・・・中空シリンダ、８・・・カバ
ープレート、９・・・可動子、１０．１１・・・コイル
、１２・・・巻型、１３・・・導線、１４・・・ブリッ
ジ、１５・・・電気供給部、１６・・・弁突き棒、１７
・・・半球体、１８・・・弁座、１９・・・ケーシング
、２０・・・流入部、２１・・・流出部、２２・・・支
承箇所、２３・・・孔、２４・・・中空室、２５・・・
外室、２６，２７゜２８．２９・・・空隙

Claims

【特許請求の範囲】１、　コイルが巻かれている少なくとも１つの軟鉄コア
と、弁体を有していてかつ導磁性材料から成る可動子と
、該可動子の運動を助成する永久磁石とを備えた電磁弁
において、互いに平行に配置された第１及び第２の軟鉄
コア（４，５）が設けられていて、両軟鉄コア（４，５
）内部において可動子（９）が運動せしめられるように
なっていて、両軟鉄コア（４，５）にそれぞれコイル（
１０，１１）が巻かれており、両コイル（１０，１１）
の間に、軸方向に磁化されている永久磁石（１）がリン
グ状に配置されていることを特徴とする電磁弁。２、永久磁石（１）と第１の軟鉄コア（４）との間にリ
ング状の第１の導磁円板（２）が、永久磁石（１）と第
２の軟鉄コア（５）との間Ｋ　ＩＪソング状第２の導磁
円板（３）が配置されている特許請求の範囲第１項記載
の電磁弁。６、　第１及び第２の導磁円板（２，３）が大きな導磁
性を有している特許請求の範囲第２項記載の電磁弁。４、　可動子（９）と第１の導磁円板（２）との間に第
１の空隙（２６）が、可動子（９）と第１の軟鉄コア（
４）との間に第２の空隙（２７）が、可動子（９）と第
２の軟鉄コア（５）との間に第３の空隙（２８）が、可
動子（９）と第２の導磁円板（３）との間に第４の空隙
（２９）が配置されている特許請求の範囲第２項記載の
電磁弁。５、第１及び第６の空隙（２６，２８）が可動子（９）
の運動方向に対して直角に配置されている特許請求の範
囲第４項記載の電磁弁。６、　第２及び第４の空隙（２７，２９）が可動子（９
）の運動方向に配置されている特許請求の範囲第４項記
載の電磁弁。Ｚ　可動子（９）、第１の導磁円板（２）及び第２の軟
鉄コア（５）が、第１及び第３の空隙（２６，２８）を
形成している範囲において円錐形に構成されている特許
請求の範囲第４項記載の電磁弁。８、第２及び第４の空隙（２７，２９）の、弁開放状態
においてのみ可動子（９）Ｋよっておおわれる範囲が、
弁閉鎖状態において既に可動子（９）によっておおわれ
ている範囲よりも大である特許請求の範囲第４項記載の
電磁弁。９　両コイル（１０，１１）が逆向きに巻かれていて、
１つの巻型（１２）に配置されている特許請求の範囲第
１項記載の電磁弁。１０、可動子（９）が磁気回路の組立て後に軸方向で電
磁弁に組込まれる特許請求の範囲第１項記載の電磁弁。１１、可動子（９）が磁気飽和゛状態において作動され
る特許請求の範囲第、１項記載の電磁弁。