JP4902535B2

JP4902535B2 - 切り替えにより動作する電磁制御デバイス

Info

Publication number: JP4902535B2
Application number: JP2007520866A
Authority: JP
Inventors: ヨネジャン＝ポール; バリディクリストフ; フェジョンクリストフ
Original assignee: プジョーシトロエンオートモービルズエスエー
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2025-07-04
Also published as: WO2006016081A1; FR2873232B1; US20070247264A1; JP2008507121A; FR2873232A1; US7804386B2; EP1771868A1

Description

本発明は、機械式要素、特に内燃機関のバルブの開閉のための電磁制御デバイスに関する。アクチュエータとしても知られているこのようなデバイスにおいて、少なくとも１つの位置（開放または閉鎖）にある機械式要素の位置決めは、磁性材料を含み、機械式要素の位置を制御するプレートを作動するソレノイドの作用により達成される。

このタイプの知られているデバイスは、プレートがソレノイドの隙間の区間の外に所在する回転の軸に並進し、または、この軸の周囲を回転して移動し、したがって、プレートの並進する移動に相当するように機能する。

アクチュエータの電磁的なサイズ決定はアクチュエータが働かせなければならない力により左右される。この力はプレートの行程長および質量と関連している。確かに、プレートの質量はプレートの走行時間を左右し、そのため、プレートの作動に関与している戻しばねのばね定数を課している。電磁制御デバイスの力は戻しばねの力と直接に合成される。なぜなら、プレートを所定の位置に保持するために、アクチュエータがばねの力より強い力をかけることができなければならないからである。

指定されたプレートの行程長および指定された走行時間を得るために、ばねのばね定数が大きくなるにつれ、アクチュエータのサイズも大きくなることが注意され得よう。

本発明は、与えられた制御デバイスの機械性能が高くなるにつれ、デバイスのサイズが大きくなるという観察からもたらされている。

本発明は、少なくとも１つの位置における機械式要素の位置決めの際にプレートにより閉鎖される厚さが可変の少なくとも第１および第２の隙間を提示するデバイスに関し、プレートは、プレートの回転の軸が第１と第２の隙間の間を通過するように回転するように搭載されている。

このような構成において、対応するかけられた力において、プレートの慣性力は並進して動作するデバイスに対する力よりも低いことが注意され得る。確かに、並進するデバイスの場合、プレート全体は行程長全体にわたり移動する。これに対して、プレートが２つの隙間の間に所在する軸の周囲で回転するように組み立てられたデバイスでは、プレートの両端が行程全体にわたり移動するが、回転の軸上に所在するプレートの点は移動しない。したがって、平均の移動は並進するデバイスで観察される移動の半分である。

慣性におけるこの低減はばねのばね定数の低減、および、その後のデバイスのサイズの低減をもたらす。

機械式要素の第２の位置は、両隙間が開いているか、または、それらが呼ばれているように大きな隙間となるようになっている。閉じられた隙間は小さな隙間とも呼ばれている。

本発明の実施態様において、デバイスは、第２の位置における機械式要素の位置決めの際にプレートにより閉じられる厚さが可変の第３および第４の隙間を有し、プレートの回転の軸は第１、第２、第３、および、第４の隙間の間を通過する。

この動作において、２つのバルブ位置はプレートにより制御され、プレートは同様の手段により制御される２つの位置の間で角度に関して同期している。

有利に、機械式要素の第２の位置はプレートを作動する第２のソレノイドの作用により得られる。永久磁石を使用しないこの第１の実施形態は非極性アクチュエータと呼ばれている。

他の実施形態において、デバイスは、ソレノイドに電流が流れていない時にデバイスを極性化するため、および、システムの動作を線形化するための少なくとも１つの永久磁石を有する。

偏極型と呼ばれるこの実施形態において、機械式要素は、コイル内を循環する電流がなくても、永久磁石により発生された永久偏極により開放または閉鎖された位置に、所定の位置に保持される。この場合、アクチュエータは偏極型と呼ばれる。

偏極型の実施形態において、ソレノイドにより発生された磁束は永久磁石を横切る。この実施形態は直列偏極と呼ばれる。
有利に、永久磁石は薄い。

他の偏極型の実施形態において、ソレノイドにより発生された磁束は永久磁石を直接には横切らない。この実施形態は並列偏極と呼ばれる。

本発明の他の実施形態において、ソレノイドの磁気回路の外に位置決めされてはいるが、永久磁石は、ソレノイドにより発生された磁束が２つの閉鎖された隙間を横切るように、この磁束により横切られる。

最後に、プレートの内部の磁性材料は有利に強磁性材料である。

他の態様によれば、本発明は機械式要素の開閉に対する電磁制御デバイスに関し、少なくとも１つの位置（開放または閉鎖）における機械式要素の位置決めは、磁性材料を含み、機械式要素の位置決めを制御するプレートを作動する少なくとも１つのソレノイドの作用により得られ、このデバイスは、
少なくとも１つの位置における機械式要素の位置決めの際にプレートにより閉鎖される厚さが可変の少なくとも第１および第２の隙間であって、プレートは、プレートの回転の軸が第１と第２の隙間の間を通過するように回転するように搭載されている隙間と、
ソレノイド内に電流がない場合に、少なくとも１つの位置にプレートを保持するためにデバイスを偏極させる少なくとも１つの永久磁石であって、ソレノイドの主磁束により横切られない永久磁石と、を含む。

本発明の１つの実施形態によれば、ソレノイドにより発生された磁束は、永久磁石がなく、かつ、永久磁石を含む隙間に平行に位置決めされた隙間を横切る。

磁束が永久磁石を横切らないという事実は、この磁石が消磁される必要のないことを意味する。なぜなら、この磁石は強い消磁磁場にはさらされないからである。

１つの実施形態によれば、ソレノイドにより発生された磁束は、永久磁石に平行に位置決めされた隙間に加えて、１つの位置に切替える際にプレートにより閉鎖される両方の隙間も横切る。

磁束が通過する閉鎖された隙間は、比較的小さいとコイルにより見受けられ、降伏歪に関してのコイルからの寄与をより効果的にする。なぜなら、結果的に、磁束は、プレートにより開放されたままの隙間などの大きな隙間を横切るとした場合の磁気抵抗よりも小さな磁気抵抗と遭遇するからである。

本発明の他の長所および特徴は、説明として理解されるべきであり、かつ、非限定的であり、かつ、以下の図面を参照する以下の説明により明らかになる。

図面において、磁気回路および磁束は、明確さの目的のために、１つの同じ参照により参照されている閉鎖曲線により示されている。確かに、磁気回路は磁束の通過を可能にする回路である。この閉鎖曲線上に記されている矢印は、磁気偏極磁束の方向を指定している。磁束はプレートの断面図において示されている。

使用されている記号は全ての図面について同一である。二重矢印は永久磁石内の偏極磁束の方向、および、隙間においてこれらの永久磁石により作り出された誘導磁束の方向を示している。単一の矢印は隙間においてコイルにより発生された誘導磁束の方向を示している。

開示されたデバイスは、好ましくは、線形の挙動を有し、かつ、好ましくは、デバイスに対する高いレベルの制御性を調達する観点から磁気飽和せずに動作する。前記挙動はデバイスの様々な構成部分の正しいサイズ決定により可能になる。

図１は本発明の最も単純な実施形態を示し、同実施形態において、１つの位置（開放または閉鎖）における機械式要素１７の位置決めは、第１のコイル１１および第１の磁気回路１２を含むソレノイド１０の作用により得られる。ソレノイド１０は、磁性材料、有利に強磁性材料を含むプレート１３を作動する。永久磁石はプレートにも含まれることが可能である。このプレート１３の位置１３１および１３２は機械式要素１７の位置決めを制御する。デバイスは第１の隙間１４ａおよび第２の隙間１４ｂと呼ばれる２つの隙間を提示している。前記隙間１４ａおよび１４ｂは、図中のプレート１３の位置１３１に対応する開放または閉鎖された位置における機械式要素の位置決めの際にプレート１３により閉鎖される。プレート１３は、プレート１３の回転軸１５が第１と第２の隙間１４ａと１４ｂの間にあるように、一方の位置１３１から他方１３２に移動するために回転するように組み立てられている。

図１に示された機械式要素１７がバルブ１７である構成において、バルブ１７とのプレート１３の接続は、バルブロッド１７ａとプレート１３の間に蝶番１６を使用して行われている。蝶番１６はプレート１３の１つの端部に位置決めされている。プレートが１つの位置から他の位置に移動すると、バルブロッド１７ａは線形の前後運動を行い、かつ、バルブ１７ｂの頭部を駆動する。ばね１８ａおよび１８ｂ、ならびに、ばねに対する締め具１９は、バルブ１７の戻りの運動を可能にしている。

電流が第１のコイル１１内を循環すると、位置決め１３１が実行される。この位置は、前記電流の循環の手段により、または、以下に説明されるように、ソレノイド１０の磁気回路１２またはその周辺に挿入された永久磁石の手段により作り出された偏極を使用して、保持されている。位置決め１３２は、電磁タイプの手段以外の手段、例えば、機械式手段により、または、異なった電磁手段もしくは図１に示されたものと同様の電磁手段により実現されることが可能である。

本発明によるデバイスにより達成される長所を強調するために、バルブ制御デバイスのサイズ決定が２つの外部パラメータ、行程長および半周期（すなわち、バルブが１つの位置から他の位置に移動するためにかかる時間）により完全に決定されることに先ず注目されたい。

バルブの行程長は熱機関の動作により規定される。この行程長２ｚ_０（図２ａおよび２ｂを参照）が課せられている。

ばねのばね定数ｋおよび行程長が与えられれば、これらのばねによりかけられる力は直接求められる。
Ｆ＝ｋｚ_０

電磁デバイスは、プレートを２つの位置の１つに保持するために、ばねの力よりも強い力をかけることができなければならない。この電磁力は隙間の区間Ｓに直接に比例している。
Ｓ＝Ｆ／α

係数αは、従来、真の最大値において１００Ｎ／ｃｍ^２、１６０のオーダにある。
プレートの質量は電磁的な隙間のこの区間の直接的に関数となっている。なぜなら、プレートのこの区間は磁束を通過させるようにサイズ決定されなければならない。
ｍ＝ρβｓ^３／２
ここで、ρはプレートの材料の密度であり、βは書式係数である。

ばねのばね定数ｋに関して、このばね定数ｋはプレートの半周期および質量に直接的に連動されている。
Ｋ＝ｍ（２π／Ｔ）^２
この半周期Ｔ／２は熱機関の動作に連動している。この半周期は３ｍｓのオーダにある。

示された比例関係は第１近似に過ぎない。

これらの関係は、デバイスのサイズ決定、プレートの質量、および、ばねのばね定数がプレートの行程長および半周期に直接に連動されていることを特に示している。

図２ａおよび２ｂは、従来技術において遭遇され、かつ、上記に詳述された慣性の問題により直面されている構成などの並進する構成に関する本発明による回転する構成により提供される長所を示している。

先ず、並進するプレートの動作が研究される。プレートの運動は方程式の解である。
Ｍｄ^２ｚ／ｄｔ^２＋ｋｚ＝０

プレートの自由発振に対応しているこの解は、以下のタイプである。
ｚ＝ｚ_０ｃｏｓωｔ
ここで、ω^２＝ｋ／ｍ
速度について、
ｄｚ／ｄｔ＝ｚ_０ωｃｏｓωｔ
を得る。

行程長の終点において、圧縮されたばねによって保存されているエネルギーは、
Ｅｒ＝^１／_２ｋｚ_０ ^２
に等しい。

運動エネルギーは工程長の中間で最大値となる。
Ｅ_ｃｔ＝^１／_２ｍｖ^２＝^１／_２ｍω^２ｚ_０ ^２

両エネルギーの相等性は、ばねに保存されている位置エネルギーとプレートの運動エネルギーの間の交換により発振系が良好に動作することの検証を可能にする。

回転している（または、切替え中の）デバイスの場合、並進するデバイスと比較することを可能にするために、バルブがプレートの端部により押されることが仮定され、したがって、この端部の運動は−ｚ_０と＋ｚ_０の間で行われる。

バルブに対する２つの位置の間での同じ走行時間を得るために、プレートの端部の接線速度は並進しているデバイスに対するものと同じとならなければならない。小さな回転角度に見合う内側の弧を融合することにより、プレートの端部において以下の速度が得られる。
ｄｚ／ｄｔ＝ｚ_０ωｃｏｓωｔ

「切替え−並進」の比較は同一の行程長および同一の最大速度で行われる。保存されている運動エネルギーは行程長の中間で比較する。

もしプレートが均一な区間Ｓおよび長さ２Ｌ（図９）を有していれば、もし要素ｄｘの位置が自身の位置ｘ（ｘは−１と＋１の間に該当する）によりパラメータ化されれば、この要素の速度ｄｘは以下により与えられる。
Ｖ（ｘ）＝ｄｚ／ｄｔ（ｘ）＝ｚ_０ｘωｃｏｓωｔ

行程長の中間において、この要素の最大運動エネルギーｄｘは以下により与えられる。
ｄＥ_ｃｂ＝^１／_２（ρＳＬｄｘ）（ｚ_０ｘω）^２
＝^１／_２ρＳＬｚ_０ ^２ω^２ｘ^２ｄｘ
−１から＋１で可変のｘに対してｄＥ_ｃを積分することにより、最大運動エネルギーの値が得られる。

Ｅ_ｃｂ＝^１／_２（ρＳ２Ｌ）ｚ_０ ^２ω^２（１／３）
項（ρＳ２Ｌ）はプレートの質量ｍを表し、この式から、
Ｅ_ｃｂ＝^１／_２（ｍ／３）ｚ_０ ^２ω^２

並進するシステムと比較すると、プレートの等価な質量は３で除される。したがって、慣性も３で除される。

したがって、同じプレートの場合、同じ速度を得るためには、ばねのばね定数が３で除されなければならない。

かつ、もしばねの力、デバイスの吸引表面、プレートの質量、ばねのばね定数の間の依存性が考慮されれば、係数１／３のループ内への導入がデバイスのサイズの非常に注目すべき低減につながる。

にもかかわらず、質量に関する係数３はデバイスの有効性の力の係数分だけ低減されなければならない。

確かに、並進する制御デバイスに関して、各隙間の力は完全に使用可能な軸方向の力である。このことは、切り替えるデバイスの場合には該当しない。もし力を比較すれば、プレートの端部にかけられる力には等価になる組合せが適用されなければならない。

デバイスの吸引の力は、プレート１３と小さな隙間でこのプレートと接触する磁気回路の一部との間の接触面上にかけられる。

図１に示されたように、接触している面はｘ_０Ｌから３０Ｌに変化する。

続いて、端部に印加された等価な力は効率係数γ＝^１／_２（１＋ｘ_０）により増倍される。

現実のシステムの場合、パラメータｘ_０は０．３の付近となるべきであり、係数γに対する０．６５に対応している。

したがって、実際の利得は等価な質量のプレートに関して得られた３という利得の僅か２／３である。全体として、これは係数２のオーダの利得をもたらす。

最悪の場合、ｘ_０が非常に小さいと、この係数は０．５より大きいままとなる。したがって、全体的な利得は１．５より常に大きい。

図１に示されたように、本発明による切替えデバイスにおいて、バルブは、例えば、プレートの端部における接続ロッド型システムにより接続されている。戻しばねは、バルブの軸に沿って位置決めされている。

以下に説明される実施形態例において、本発明による電磁資源はバルブを両方の位置に位置決めするために使用されている。この場合、プレートは、２つずつで、かつ、交互に吸引されて動作する４つの隙間の間で動作する。

実施形態例は、隙間における偏極磁束に対する様々な循環可能性に基づき、励起磁束に対する様々な循環可能性は、偏極が規定されると、隙間におけるコイルにより発生され、コイルの配列はデバイスおよびデバイスの永久偏極磁石のレイアウトに関連している。

図３、４、および、５において、３つのデバイスが示され、図１に示された原理に近い原理に基づき動作している。

図３は、プレート３３の両方の位置が、第１および第２のコイル３１および３７ならびに第１および第２の磁気回路３２および３８をそれぞれ有する２つのソレノイド３０および３６により制御される４つの隙間を持つ非偏極型デバイスの場合を示している。したがって、４つの隙間３４ａ、３４ｂ、および、３４ｃ、３４ｄは両方の磁気回路３２および３８内に存在し、かつ、プレート３３の位置、および、したがって、バルブに従って１回に２つずつ交互に閉鎖される。この非偏極型構成は、実際は、図１に説明されたものと同様の基本的な二重システムである。

図４の実施例において、永久磁石４９ａおよび４９ｂが図３に示されているデバイスに追加されている。永久磁石４９ａおよび４９ｂは、コイル４１および４７内に循環する電流がなくても、ソレノイド４０および４６に対する磁気回路４２および４８の偏極を可能にしている。このような偏極は、エネルギー消費量を低減せずにプレート４３を所定の位置に保持している。確かに、偏極により、プレートを所定の位置に保持している間、コイル内の電流の循環は必要ではない。

そのため、偏極型制御デバイスは、特に、プレートが力を使用せずに所定の位置に保持され得る小さな隙間（または、閉鎖された隙間）の場合に、電流の強度の容易な制御を可能にする。

偏極磁石の磁束がデバイスを作動するコイルの磁束と直列になっている時に、偏極は直列と呼ばれる。直列構成がここでは適切である。図４および５に示された構成はそのような偏極の実施例である。これらの実施例は、例えコイルを保持している磁気回路が比較的に複雑であっても、単純な構造の構成となっている長所を有する。なぜなら、コイルが相互に組み合わせられているからである。

直列構成の場合、コイルのアンペア回数の良好な効率を維持するために、磁石は可能な限り薄いことが有利である。確かに、磁石はコイルにより発生されたアンペア回数に対して追加の隙間を作り出す。さらに、磁石は、コイルの磁場が自身の磁化と反対になると高くなり得る消磁磁場にさらされる。

コイルにより発生された磁束が偏極磁石を横切らないか、または、偏極磁石の小さな部分のみを横切る時に、偏極は並列と呼ばれる。図６から９に示された実施例はそのような偏極の実施例である。したがって、この構成は並列と呼ばれる。

図８および９において、偏極の最適化は、並直列と呼ばれる構成により得られる。

図４において、永久磁石は、磁気回路４２および４８における自身の存在により発生された磁束が同じ方向に巡回するようになっている。

図４に示されたように、隙間４４ａおよび４４ｂが事実上閉鎖されていること、および、プレートの位置が、隙間４４ｃおよび４４ｄがプレート端部において行程長に事実上、すなわち、８ｍｍの範囲で等しくなるようになっていることが仮定される。

偏極４９ａの永久磁石は閉じた回路内を循環する磁束４２を作り出している。したがって、偏極の電磁誘導ＢｐａおよびＢｐｂは隙間４４ａおよび４４ｂにおいて高くなっている。

隙間４４ｃおよび４４ｄにおいて、電磁誘導ＢｐｃおよびＢｐｄはより低い。なぜなら、磁石４９ｂは比較的大きな隙間を見ているが、この隙間はゼロではない。この電磁誘導は、非常に小さく、磁石４９ａにより発生された主な引力を僅かに低減する力を発生する。非常に薄い磁石の使用はこの力が非常に小さくなることを可能にする。

コイル４１が供給されると、隙間４４ａおよび４４ｂにおける電磁誘導ＢｂａおよびＢｂｂが偏極による電磁誘導に追加される（または、電流の方向によっては差し引かれる）。コイル４１内の電流により発生された磁束は、双方の方向において、渦巻型となり得、かつ、磁気偏極磁束と同じ回路４２に従う。続いて、コイル４１は磁石４９ａの厚さに等価の隙間を見る。したがって、この磁石の厚さは、コイル４１による作動の高い有効性を得るために、有利に低減される。

全ての磁束はプレート４３に加えられる。特に、磁石４９ａにより発生された磁束は磁石４９ｂにより発生された磁束に加えられる。コイル内を流れる電流により発生された磁束は、偏極磁束のこの合計に追加、または、この合計から差し引かれる。

図５は図４に示された構成と同様の構成を示している。これらの２つの構成例は、逆平行である図５における永久磁石５９ａおよび５９ｂの異なった偏極方向を有する。そのため、磁石は、磁気回路５２および５８における自身の存在により発生された偏極磁束が逆方向に巡回するような方法で位置決めされている。磁石５９ｂの磁束の逆転は隙間５４ｃおよび５４ｄにおける電磁誘導の反転につながる。このことは隙間における力を変化させることがない。他方、プレート内では、２つの偏極電磁誘導が逆方向となっており、総偏極磁束は図４の構成に関してはより低い。

静止した位置においては、図４および５の両方の構成の動作の研究が、発生された力が両方の場合で同一であることを示している。唯一の相違点は偏極のレベルに現れている。均一な磁束における電磁誘導を算出するための非常に基本的なモデルを使用すると、隙間ｃおよびｄにおける電磁誘導が隙間ａおよびｂにおける電磁誘導の１０分の１のオーダにあることが示され得る。したがって、力に関しては、隙間ｃおよびｄの寄与が隙間ａおよびｂの寄与の１００分の１のオーダにある。したがって、プレート内の磁束に関しては、磁石ｂの寄与が磁石ａの寄与の１０分の１のオーダとなる。この偏極の場合、コイルの磁束が飽和せずに循環できるので、図２ｂの構成に対するよりも僅かに厚いプレートが使用され得る。なぜなら、全偏極の電磁誘導はプレート内ではより強いからである。

動的な動作において、偏極により作り出されたプレート内の磁束は図４の構成において常に同じ方向のままに留まる一方、この方向は図５の構成においては逆転される。このことは、プレート内で電磁誘導された電流は、図４の構成におけるよりも図５の構成において高いことを意味している。磁気回路の残り部分に対して、動的動作は変化しない。

図６において、並列の偏極を示している。ソレノイド６６のコイル６７を介して電流が伝わる時にそのコイル６７により発生される磁束が循環する磁気回路６８は、永久偏極磁石を含んでいない。同じことは、コイル６１内の電流により発生された磁束が循環する磁気回路６２に対しても適用する。図６には単一の磁石が示されたが、システムは図８に関して第２の磁石を使用して同じ方法で動作する。

図７において、コイル７１により発生された磁束が循環する磁気回路７２は永久偏極磁石を含んでいない。同じことは、ソレノイド７６のコイル７７を介して電流が伝わる時にそのコイル７７により発生される磁束が循環する磁気回路７８に対しても適用する。偏極磁石７９は磁束７２’を発生する。図７には１つの磁石のみが示されたが、システムは図９に関して（点線により示された）第２の磁石を使用して同じ方法で動作する。

図６および７に示された並列構成において、コイルの磁気回路により見られた隙間は比較的広いままに留まり、このことは、アンペア回数が効率に関して損失を被っていることを意味する。

全体として、制御デバイスは小さな隙間に非常に高い効率を必要としている。この効率は降伏歪に関して、ならびに、大きな力を作り出す能力に関して検討されている。

図３から７に示された４つの実施例は（閉鎖された隙間とも呼ばれる）小さな隙間の場合に良好に動作する。動作の相違点は、プレートの区間または電磁誘導された電流におけるものなどの相補的なパラメータのレベルでのみ明らかである。

短い磁石を持つ並列構成は、大きな隙間（すなわち、開放された隙間）を持つ並列タイプ、および、小さな隙間（すなわち、閉鎖された隙間を持つ）を持つ直列タイプの動作を有利に可能にする。並直列構成として知られているこのような構成が以下に説明される。これらの構成は、永久磁石が、ソレノイドに対する最短の磁気回路の外に位置決めされてはいるが、２つの閉鎖された隙間を磁束が横切る形でソレノイドにより発生された磁束の一部により横切られるようになっている。

図８および９は図６および７に示された構成の２つの改善された構成をそれぞれ示している。実施された永久磁石は、実は、コイルにより発生された磁束が広い隙間ｃまたはｄを介して伝わるよりもコイルを横切ることを可能にするように、より小さなサイズのものとなっている。図８および９は２つの隙間を持って示されているが、単一の磁石はこれらの隙間の動作を確実にすることを満足させている。

図８において、図６の構成に関して偏極磁束の循環は不変である。プレートは磁石の予備の磁気回路を完全に閉鎖する。相違点はコイルにより作り出された磁束の循環に関する。もしコイル８１により発生された磁束線８２に従うなら、磁束線は隙間８４ａを横切り電磁誘導された磁場Ｂｂａを作り出し、隙間８４ｂを横切り電磁誘導された磁場Ｂｂａを作り出し、磁石８９ｂを横切り電磁誘導された磁場Ｂｂ９ｂを作り出し、コイル８１に戻る。したがって、磁束線は大きな隙間ｃを部分的に「回避」している。理論的には、この磁束は磁石８９ａを横切らない。なぜなら、プレート８３ならびに２つの閉鎖された隙間８４ａおよび８４ｂによりもたらされた磁気抵抗が事実上は存在しないからである。そのため、コイル８１内の電流により発生された磁束は磁石８９ｂの偏極磁束に共通な磁気回路に従う。コイル８７に関して、このコイル８７の磁束は磁石８９ａ、続いて隙間８４ａ、プレート８３、続いて隙間８４ｂを横切ることにより対称的な役割を演じている。したがって、システムは１つのコイル８１もしくは８７のみを使用して、または、同時に供給された両方のコイルを使用して動作することができる。

もしプレートが中央の位置、すなわち、４つの隙間が同一になるばねにより全般に生成された安定した位置にあれば、デバイスは単独で起動することができる。確かに、示されていないこの場合において、偏極の４つの電磁誘導Ｂｐａ、Ｂｐｂ、Ｂｐｃ、および、Ｂｐｄは同一となるが、コイル８１または８７により作り出された電磁誘導は隙間８４ａおよび８４ｂにおける磁場を増強し、かつ、隙間８４ｃおよび８４ｄにおける磁場を低減し、デバイスの起動を活性化する。

図８の構成に関して、図９の構成は、偏極磁束の循環が隣接するようになっている。コイル磁束の循環について、追加され、かつ、１つの単一の磁石と同じ厚さの隙間のみを見ている両コイルのアンペア回数に対して、状況は変化しない。もしコイル９１により発生された磁束線８２に従うなら、この線は隙間９４ａを横切り電磁誘導された磁場Ｂｂａを作り出し、続いてプレート９３を、続いて隙間９４ｂを横切り電磁誘導された磁場Ｂｂｂを作り出し、続いて磁石９９ｂを横切り電磁誘導された磁場Ｂｂ９ｂを作り出し、続いてコイル９１に戻る。したがって、磁束線は大きな隙間ｄを部分的に「回避」している。理論では、この磁束は磁石９９ａを横切らない。なぜなら、プレート９３ならびに２つの閉鎖された隙間９４ａおよび９４ｂによりもたらされる磁気抵抗は事実上存在しないからである。したがって、デバイスを制御するために１回に１つのコイルのみを使用することが可能である。従来のデバイスの場合、もしプレートが中間位置、すなわち、一般にばねにより作られ、かつ、４つの隙間が同一である安定した位置にあれば、デバイスは上記と同じ理由のために単独で起動することができる。

図８および９に示された両方の構成において、コイルの磁束は、磁石がなく、かつ、図９の点線円により表された磁石を含む隙間に平行なアンペア回数により横切られている単純な小さな隙間９８を横切ることができる。この隙間は磁石９９ａに平行に図９にのみ示されたが、類似の隙間は磁石８９ａ、８９ｂ、および、９９ｂに平行に使用されることが可能である。この隙間は永久磁石のための比較的大きな区間の使用を可能にしている。さらに、これらの磁石は大きな消磁磁場にさらされることが可能ではなく、このことは、大きな区間を有する低品質の磁石の使用を可能にする。

静止した動作において、図８および９の構成のためのプレートにおいて、コイルが別個に動作することができ、各コイルは２つの閉鎖された位置の１つを制御する。動的な動作において、偏極磁束は図９の構成において逆転する一方、偏極磁束は図８の構成では同じ方向に留まる。このことは、図９の構成において、電磁誘導されたより大きな電流につながり得る。コイルにより作り出された磁束の方向が与えられれば、両方の磁気回路を包囲する１つのコイルのみを使用することが可能となる。

図８および９において並直列と呼ばれる構成の磁気回路は非常に単純であり、かつ、非常に様々な実施を可能にする。例えば、磁束は、１つの位置に切り替える際にプレートにより閉鎖される２つの隙間（８４ａおよび８４ｃ）を横切ることができる。このことは、コイルにより見られる比較的小さな隙間を使用すること、したがって、コイルの寄与を直列偏極に対するよりも効果的にすることを可能にする。

したがって、小さな隙間に対する直列の挙動および大きな隙間に対する並列の挙動を得るために、磁石の厚さが小さいデバイスを使用することが有利であることが示された。
にもかかわらず、比較的脆弱であり、かつ、衝撃に対して保護されなければならない前記薄い磁石を使用する際には注意を払わなければならない。

図１および３から９において「平坦」に示された全ての構成は、図１０において斜視図に示されたものと同様の方法で三次元に実施され得る。図１０においてより詳細に「折り重ねられて」示された構成は、図８に示された構成と同様のものである。この構成は、大きな区間を持ち、比較的薄い単一の磁石１０９、および、点線で示されたコイル１０１を含む単一のソレノイド１００を使用して有利に動作する。プレート１０３は軸１０５の周囲で回転するように組み立てられ、かつ、４つの隙間を作り出すためにソレノイドの２つの枝の間に位置決めされている。

本発明の変形を実施するために多くの可能性がある。注目すべきことに、コイルの共通または連続的な供給、デバイスの幾何学的構造などに対して様々な代案がある。いくつかの実施形態が説明されたが、他の実施形態が以下に簡明に触れられている。

全ての図面において、プレートは、プレートの各側面における力の変化に関した単純さの目的のために、隙間の中間に位置決めされている。にもかかわらず、隙間の間に位置決めされた軸の隙間の間に所在する軸の周囲で回転するように組み立てられた後者などのプレートのいずれの他の位置も本発明により関与されている。

並直列タイプの構成に関して、２つのコイルは同時に供給されることも可能である。

本発明の実用例が多様となり得ることも注目され得る。本発明および示された本発明の実施形態は、隙間の中心において可動部分を安定させるために力が使用され（「磁気ベアリング」）制御デバイスにおいて、および、同様に電磁制御された回路ブレーカなどの異なった活動区間においても、実用化されることも可能である。

本発明による電磁制御デバイスの動作を説明する図である。並進して動作するデバイスに関する本発明の利点を説明する図である。並進して動作するデバイスに関する本発明の利点を説明する図である。本発明の７つの実施形態例の１つを示す図である。本発明の７つの実施形態例の１つを示す図である。本発明の７つの実施形態例の１つを示す図である。本発明の７つの実施形態例の１つを示す図である。本発明の７つの実施形態例の１つを示す図である。本発明の７つの実施形態例の１つを示す図である。本発明の７つの実施形態例の１つを示す図である。本発明に対する実施形態例の斜視図である。

Claims

機械式要素（１７）の開閉に対する電磁制御デバイスであって、このデバイスは第１及び第２のソレノイドを備え、これら第１及び第２のソレノイド（８０、８６）は前記機械式要素（１７）の解放位置または閉鎖位置を制御する磁性材料を含むプレートを作動せしめ、
前記第１及び第２のソレノイドと前記プレートとの間には、前記機械式要素（１７）の位置決めの際に前記プレートにより閉鎖される厚さが可変の第１（８４a）、第２（８４ｂ）、第３（８４ｃ）及び第４（８４ｄ）の隙間が設けられ、これら４つの隙間の間を通して前記プレートの回転軸が配置され、
前記ソレノイド内に電流がない場合に、少なくとも１つの位置に前記プレートを保持するために前記デバイスを偏極させる２つの永久磁石（８９ａ,８９ｂ,又は９９ａ,９９ｂ）が前記第１及び第２のソレノイドの間に介在し、前記第１のソレノイドが生成する磁束は前記２つの永久磁石のうちの一方の永久磁石と共通の磁束回路を流れて他方の永久磁石を横切らず、前記第２のソレノイドが生成する磁束は前記２つの永久磁石のうちの他方の永久磁石と共通の磁束回路を流れて一方の永久磁石を横切らないことを特徴とするデバイス。
前記ソレノイドにより発生された前記磁束は、永久磁石がなく、かつ、永久磁石を含む隙間に平行に位置決めされた隙間（９８）を横切る請求項１に記載のデバイス。
前記ソレノイドにより発生された前記磁束は、前記永久磁石に平行に所在する前記隙間（９８）と同様に、１つの位置に切り替える際に前記プレートにより閉鎖される２つの隙間（８４ａおよび８４ｃ）も横切る請求項２に記載のデバイス。
前記プレート内の磁性材料は強磁性材料である請求項１から３のいずれか１項に記載のデバイス。
前記第１及び第２のソレノイド（８０、８６）は、
コイル（８１、８７）と、
前記コイルが巻かれている磁性コアおよび４つのアームを持つ磁気回路（８２）であって、前記４つのアームの４つの端部は各々が隙間の側面を形成し、前記隙間の他方の側面は前記プレート上にある磁気回路（８２）と、
で作成されている請求項１から４のいずれか１項に記載のデバイス。
前記機械式要素（１７）はバルブである請求項１から５のいずれか１項に記載のデバイス。
前記機械式要素（１７）は電磁制御された回路ブレーカである請求項１から５のいずれか１項に記載のデバイス。