KR101304141B1

KR101304141B1 - 밸브 액추에이터

Info

Publication number: KR101304141B1
Application number: KR1020117012097A
Authority: KR
Inventors: 윌리암 휴 살빈 람펜; 니알 제임스 칼드웰; 우베 베른하르트 파스칼 슈타인
Original assignee: 아르테미스 인텔리전트 파워 리미티드; 사우어-단포스 에이피에스
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2013-09-05
Also published as: EP2182531B1; CN102203884B; JP5566390B2; AU2009310136A1; CN102203884A; WO2010048954A1; US9033309B2; JP2012506981A; KR20110094291A; CA2741235A1; US20110253918A1; BRPI0914528A2; RU2011121579A; EP2182531A1

Abstract

본 발명은, 간극(8)과 적어도 하나의 분기부(7)를 구비한 자기 코어(6), 적어도 하나의 가변 자기장 발생 장치(16), 적어도 하나의 영구 자기장 발생 장치(13), 및 적어도 하나의 이동 자기 요소(12)를 포함하는 밸브 액추에이터(2)로, 상기 분기부(7)는 상기 자기 코어(6)의 제1 영역(4) 및 제2 영역(5)을 정의하는 것인 밸브 액추에이터(2)에 관한 것이다. 상기 이동 자기 요소(12)는, 상기 이동 자기 요소(12)의 제1 면(23)과 상기 자기 코어(6)의 상기 간극(8)의 제1 면(22) 사이에 제1 갭(19)이 형성되고, 상기 이동 자기 요소(12)의 제2 면(24)과 상기 자기 코어(6)의 상기 간극(8)의 제2 면(25) 사이에 제2 갭(20)이 형성되고, 상기 이동 자기 요소(12)의 제3 면(27)과 상기 자기 코어(6)의 상기 분기부(7)의 제3 면(26) 사이에 제3 갭(21)이 형성되도록, 상기 자기 코어(6)의 상기 간극(8) 내부에 이동 가능하게 배치된다. 상기 가변 자기장 발생 장치(16) 중 적어도 하나는 상기 자기 코어(6)의 상기 제1 영역(4)과 연관되고, 상기 영구 자기장 발생 장치(13) 중 적어도 하나는 상기 자기 코어(6)의 상기 제2 영역(5)과 연관된다. 상기 밸브 액추에이터(2)는, 상기 가변 자기장 발생 장치(16) 중 적어도 하나에 의해 발생된 자속(50)이 상기 적어도 하나의 이동 자기 요소(12)에 힘을 가할 수 있고 상기 영구 자기장 발생 장치(13) 중 적어도 하나에 의해 발생된 자속(48)을 상쇄할 수 있도록 설계 및 배치된다. 그 자속 한계에 도달되거나 초과될 수 있는 적어도 하나의 자속 제한 수단(7, 12)이 구비된다.

Description

밸브 액추에이터{VALVE ACTUATOR}

본 발명은 간극 및 적어도 하나의 분기부를 가진 자기 코어, 적어도 하나의 가변 자기장 발생 장치, 적어도 하나의 영구 자기장 발생 장치, 적어도 하나의 이동 자기 요소 및 적어도 하나의 자기장 세기 제한 수단을 포함하는 밸브 액추에이터에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 밸브 액추에이터를 포함하는 구동 밸브뿐만 아니라, 적어도 하나의 밸브 액추에이터 및/또는 하나의 구동 밸브를 포함하는 유체 작동 기계에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은, 간극을 가진 자기 코어, 적어도 하나의 가변 자기장 발생 장치, 적어도 하나의 영구 자기장 발생 장치, 적어도 하나의 이동 자기 요소 및 적어도 하나의 자기장 세기 제한 수단을 포함하는 밸브 액추에이터의 작동 방법에 관한 것이다.

요즘 많은 기술 분야에 밸브가 사용된다. 예를 들어 밸브는 두 지점 사이의 유체 연결부를 개방 또는 폐쇄하거나, 또는 밸브의 일측으로 들어가는 유체를 밸브의 복수의 배출구들 중 하나 또는 수 개에 선택적으로 분배하기 위해 사용된다. 유동 액체뿐만 아니라 기체, 액체, 기체와 액체의 혼합물, 기체와 고체 입자의 혼합물(연기), 액체와 고체 입자의 혼합물(현탁액) 또는 기체, 액체, 및 고체 입자의 혼합물마저도 이러한 밸브의 영향을 받는다.

일반적으로, 상이한 두 가지 유형의 밸브, 즉 수동 밸브 및 능동 밸브가 있다.

수동 밸브는 일반적으로 유체 자체에 의해 그 위치를 변경한다. 예를 들어, 스프링 부하형 포핏 밸브(spring loaded poppet valve)는 밸브의 유입 포트와 배출 포트 사이의 압력 차로 인해 일 방향으로 개방된다. 그러나, 반대 방향으로는 압력 차에 관계없이 폐쇄된 상태를 유지한다.

능동 밸브는 외부에서 인가된 구동 신호에 의해 그 위치를 변경한다. 원칙적으로, 구동 신호는 작업자에 의해 수동으로 입력될 수 있다. 그러나 밸브의 구동이 어떤 방식으로든 자동화되어야 하는 경우, 자동화된 밸브의 구동 방식이 요구된다. 당해 기술 분야에서, 구동 밸브를 구동하는 몇 가지 방법이 공지되어 있다. 예를 들어, 구동 밸브는 기계적 수단에 의해 구동될 수 있다. 이러한 예로는, 자동차의 연소 기관의 밸브를 구동하는 것이 있으며, 이 때 밸브는 보통 캠 샤프트에 장착된 캠에 의해 기계적으로 구동된다.

구동 밸브에 구동 신호를 인가하는 또 다른 일반적인 방법은 전류를 사용하는 것이다. 이는 밸브의 구동이 전기 또는 전자 제어 유닛에 의해 제어되는 경우 특히 유용하다. 여기서, 제어 유닛은 항상 처음에 전기 출력 신호를 발생시킬 것이다. 전류 외의 구동 신호를 필요로 하는 밸브가 사용되는 경우, 전기 구동 신호를 다른 구동 신호 형태로 변환하기 위한 추가 장치가 필요하다. 물론, 이는 바람직하지 않다.

더욱이, 밸브의 전기 구동이 선호되는 경우가 상당히 많은데, 이는 보통 이러한 구동 밸브가 상대적으로 빠르고 정확하기 때문이다. 또한, 전기 신호는 쉽게 증폭될 수 있다.

전류를 구동 신호로 사용하는 밸브를 구동하기 위한 밸브 액추에이터가 당해 기술에 공지되어 있다.

예를 들어 GB 2 213 650 A호에는, 외부에서 인가된 전기 신호에 의해 구동 가능한 연료 주입 밸브가 기술되어 있다. GB 2 213 650 A호에 기술된 연료 주입 밸브는 외부 몸체 및 몸체 내에 연장되는 코어 부재를 포함한다. 몸체 및 코어 부재는 자화 가능한 재료로 형성되며, 안착부에 스프링 편향 접촉된 밸브 부재에 주어진 극면(pole face)을 정의한다. 몸체와 코어 부재 사이에는, 코어 부재 및 몸체를 통해 자속을 생성하는 영구 자석이 배치된다. 자석에 의해 생성된 유속은 밸브 부재를 극면에 접촉된 상태로 유지하기에 충분하지만, 밸브 부재를 안착부로부터 들어올리기에는 충분하지 않다. 밸브 부재를 들어올리기 위해 제1 코일이 활성화되면 자석에 의해 생성된 유속이 증대된다. 제2 코일이 활성화되면 자석에 의해 생성된 유속이 반대가 되어 스프링이 밸브를 안착부로 돌려보낼 수 있도록 한다.

WO 2007/128977 A2호에는 또 다른 전자기 액추에이터가 개시된다. 전자기 액추에이터는 코어, 코어 내의 갭에서 이동 가능한 강자성 요소, 및 갭의 일측으로 강자성 요소를 끌어당기는 영구 자석을 포함한다. 유속 집중기는 갭의 일측에 자속을 집중시키고 메인 솔레노이드는 갭에 자속을 생성한다. 솔레노이드의 자기 회로는 코어의 일부, 갭의 일부에 의해, 그리고 강자성 요소 및 코어 사이의 또 다른 갭에 의해 정의된다. 탈자기 코일은 코어의 또 다른 부분, 갭의 또 다른 부분, 및 또 다른 갭에 의해 정의된 자기 회로를 가진다. 탈자기 코일은, 적어도 메인 솔레노이드에 의해 생성된 자속이 유속 집중기로부터 또 다른 갭 내로 우회하고 이동 가능한 요소가 메인 솔레노이드의 자력 하에 영구 자석으로부터 멀어지도록 이동 가능한 정도로 영구 자석을 탈자기시키기 위해 배치된다. 메인 솔레노이드 내의 전류 및 그로부터 유도된 자력은 상대적으로 천천히 증가한다. 이는 이동 가능한 강자성 요소를 신속히 이동시키기에 충분한 힘을 생성하기 위해 크기가 커야 하는 메인 솔레노이드의 크기로 인한 것이다. 메인 솔레노이드의 전류가 커진 후 탈자기 코일이 구동됨에 따라 이동 가능한 강자성 요소를 신속히 이동시킬 수 있다.

이러한 액추에이터에서, 상이한 두 가지 코일이 사용된다. 상이한 두 가지 코일의 존재로 인해 액추에이터의 크기와 무게는 증가한다. 게다가, 액추에이터는 더 복잡하고 더 많은 비용이 든다. 또 다른 문제점은 상이한 구동 신호들을 발생시키고 인가하는 것이 어려울 수 있다는 점이다. 밸브 액추에이터가 특정 기술 분야에 사용되는 경우 도 다른 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들어, 유압 유체 작동 기계 분야에서, 더 구체적으로는 종합 정류식 유압 유체 작동 기계(synthetically commutated hydraulic fluid working machine) 분야에서, 밸브 액추에이터에 대한 요건은 매우 엄중하다. 첫째로, 밸브 액추에이터는 개방 또는 폐쇄 시 매우 빠르게 작동해야 한다. 둘째로, 구동 신호에 대한 반응(개폐)이 매우 정확하고 재현 가능해야 한다. 셋째로, 밸브 액추에이터는 비교적 강한 힘을 생성할 수 있어야 한다. 특히, 높은 회전 속도 및 높은 오일 점도에서 밸브 헤드에 작용하는 유동력으로 인해 밸브가 스스로 닫히는 것을 피하기 위해, 특히 개방 상태에서의 유지력이 비교적 높아야 한다(80 N 정도). 물론, 밸브 액추에이터의 소비 전력은 가능한 한 낮아야 한다.

US 7,077,378 B2호에는, 유체 작동 기계의 작동 챔버로 또는 그 챔버로부터 유체의 흐름을 가능하게 하거나 방지하도록 작동 가능한 밸브 조립체가 개시된다. 상기 밸브 조립체는: 반경 방향으로 서로 이격되며 그 사이에 환형 통로가 정의되는 내부 및 외부 환형 밸브 시트; 밀봉 링을 포함하는 밸브 부재; 및 밀봉 링이 환형 밸브 시트들과 안착 계합되어 유체 이동을 위한 환형 통로가 폐쇄되는 제1 위치 및 밀봉 링이 환형 밸브 시트들로부터 이격되어 유체 이동을 위한 환형 통로가 개방되는 제2 위치 사이에서, 밸브 부재를 축 방향으로 이동시키기 위한 수단을 포함한다. 밸브 조립체는 철 재료로 이루어진 몸체를 포함한다. 통상 전기자로 칭해지는 이동 자극 부재(pole member)는 상기 몸체의 갭 내에 이동 가능하게 배치된다. 상기 이동 자극 부재는 영구 자석에 의해 상기 제2 위치로 래칭될 수 있다. 코일에 전류를 인가함으로써, 상기 이동 자극 부재는 래칭 해제되어 상기 제1 위치로 이동될 수 있다. 옆으로는 이동 자극 부재에 이르는, 몸체의 중간 “브리지” 부분은, 코일을 통한 최대 허용 전류가 인가되더라도 포화 상태에 이를 수 없는 치수로 이루어진다. 그러나, 자기 코어의 브리지 부분 및 몸체 사이의 한정된 갭으로 인해, 자속의 침투에 대한 어떤 일정한 저항력이 존재한다. 따라서, (이동 자극 부재가 아직 이동하지 않는 한) 전기 코일에 의해 생성된, 자속의 일정 부분은 자기 코어의 영구 자석 부분을 통과하게 된다.

유체 작동 기계의 개념에는, 유압 펌프, 유압 모터, 및 펌프와 모터로 사용 가능한 기계가 포함된다. 종합 정류식 유압 기계는 또한 “디지털 변위 펌프”로 공지되어 있다. 종합 정류식 유압 기계는 EP 0361927 B1, EP 0494236 B1 및 EP 1537333에 공지되어 있다. 이들은 가변 변위 유체 작동 기계들의 특수한 부분 집합에 속한다.

이러한 유체 작동 기계 및/또는 이러한 종합 정류식 유압 기계들은 이론상으로도 실제 용도에서도 잘 작동하지만, 여전히 개선의 여지(특히 밸브 액추에이터 분야에서)가 많이 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 개선된 밸브 액추에이터를 제안하는 데에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 개선된 구동 밸브, 개선된 유체 작동 기계, 및 밸브 액추에이터의 작동 방법을 제공하는 데에 있다.

따라서, 간극 및 적어도 하나의 분기부를 구비한 자기 코어, 적어도 하나의 가변 자기장 발생 장치, 적어도 하나의 영구 자기장 발생 장치 및 적어도 하나의 이동 자기 요소를 포함하는 밸브 액추에이터를 설계하는 것이 제안된다. 여기서 상기 분기부는 상기 자기 코어의 제1 영역 및 제2 영역을 정의한다. 상기 이동 자기 요소는, 상기 이동 자기 요소의 제1 면과 상기 자기 코어의 상기 간극의 제1 면 사이에 제1 갭이 형성되고, 상기 이동 자기 요소의 제2 면과 상기 자기 코어의 상기 간극의 제2 면 사이에 제2 갭이 형성되고, 상기 이동 자기 요소의 제3 면과 상기 자기 코어의 상기 분기부의 제3 면 사이에 제3 갭이 형성되도록, 상기 자기 코어의 상기 간극 내부에 이동 가능하게 배치된다. 상기 가변 자기장 발생 장치 중 적어도 하나는 상기 자기 코어의 상기 제1 영역과 연관되고, 상기 영구 자기장 발생 장치 중 적어도 하나는 상기 자기 코어의 상기 제2 영역과 연관된다. 상기 밸브 액추에이터는, 상기 가변 자기장 발생 장치 중 적어도 하나에 의해 발생된 자속이 상기 적어도 하나의 이동 자기 요소에 힘을 가할 수 있고 상기 영구 자기장 발생 장치 중 적어도 하나에 의해 발생된 자속을 상쇄할 수 있도록, 그리고 적어도 그 자속 한계에 도달될 수 있는 적어도 하나의 자속 제한 수단이 구비되도록 설계 및 배치된다. 통상적으로, 제1 갭은 제1 영역과 연관되는 한편, 제2 갭은 제2 영역과 연관될 것이다. 그러나, 다른 설계도 합리적이라는 것을 입증할 수 있다. 또한, 제3 갭 및/또는 분기부는 보통 두 영역 다와 연관되는 것으로 간주될 수 있다. 영구 자기장 발생 장치는 보통 적어도 하나의 위치에서 이동 자기 요소의 래칭을 제공할 것이다. 가변 자기장 발생 장치는 보통, 영구 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자기장을 상쇄하는 것뿐만 아니라, 영구 자기장 발생 장치에 의해 발생된 힘의 방향으로 추가적 힘을 생성하고/하거나 상이한 방향, 특히 영구 자기장 발생 장치에 의해 발생된 힘의 방향과 반대 방향으로 힘을 발생시키기 위해 사용될 것이다. 영구 자기장 발생 장치로서 표준 영구 자석을 사용할 수 있다. 부피의 이유에서, 바람직하게 영구 자석의 단위 부피당 높은 자기장을 나타내는 영구 자석이 사용된다. 가변 자기장 발생 장치로는 통상 전기 코일이 사용될 것이다. 전기 코일의 실제 설계는, 생성될 자기장의 세기뿐만 아니라 가용 공간 및/또는 외적 매개변수, 예를 들어 이용 가능한 전류 또는 전압에 따라 이루어진다. 이동 자기 요소는 바람직하게 밸브 포핏의 일부일 수 있거나 또는 나중에 밸브 포핏에 연결될 수 있다. 물론, 이동 자기 요소가 완전히 자성 재료로 제조될 필요는 없다. 반면, 보통 이동 자기 요소의 일부만 자성 재료로 제조될 것이다. 이동 자기 요소의 치수(적어도 간극 내에 배치되는 부분을 고려함)는, 각각의 치수가 간극의 길이보다 작도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 간극의 길이는 상기 밸브 액추에이터의 축에 일직선으로 정렬될 수 있다. 따라서, 이동 자기 요소는 간극의 “방향”으로 이동될 수 있다. 일반적으로, 이동 자기 요소의 길이와 간극의 길이의 차이로 이동 자기 요소의 이동 거리가 결정될 것이다.

가변 자기장 발생 장치(들)에 의해 발생된 자속(및 영구 자기장 발생 장치(들)에 의해 발생된 자속)은, 자기 코어의 두 영역 사이에 분포되며, 여기서 자속, 특히 가변 자기장 발생 장치(들)에 의해 발생된 자속의 분포는, 자속, 특히 가변 자기장 발생 장치(들)에 의해 발생된 자속에 따라 두 영역 사이에 이루어진다. 특히, 낮은 자속에서(예를 들어 전기 코일을 통한 낮은 전류에서), 가변 자기장 발생 장치(들)에 의해 발생된 자속은 본질적으로 자기 코어의 제1 영역에 한정되는 한편, 영구 자기장 발생 장치(들)에 의해 발생된 자속은 본질적으로 자기 코어의 제2 영역에 한정될 것이다. 그러나, 가변 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속이 자속 제한 수단의 자속 한계를 초과하는 경우, 자속, 특히 가변 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속의 초과분은 자기 코어의 제2 영역을 통과할 것이다(적어도, 가변 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자기장이 특정 방향을 향하는 경우). 따라서, 자속 제한 수단으로 인해, 가변 자기장 발생 장치들에 의해 발생된 자속은 자기 코어의 상이한 영역들에 걸쳐 비선형 방식으로 분포될 것이다. 자속 제한 수단은 바람직하게 상기 분기부, 특히 상기 제3 갭과 연결 배치될 수 있다. 이는 심지어 상기 분기부 및/또는 상기 제3 갭의 일부를 형성할 수 있다. 물론, 자속 제한 수단의 자속 한계에 도달할 때, 자속 제한 수단이 자속에 대해 급격한 차단(cut-off) 거동을 보일 필요는 없다. 대신, 자속 제한 수단의 “완만한(soft)” 차단 거동, 또는 심지어 단순히 비선형 차단 거동이 이러한 목적에 충분한 것으로 입증될 수 있다. 예를 들어, 자속 제한 수단이 분기부와 연결 배치되고 영구 자기장 발생 장치 및 가변 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속의 합이 자속 제한 수단의 자속 한계를 초과하는 경우, 이러한 자속 한계를 초과하는 초과 자속은 분기부 외의 유동 경로를 찾아야 한다. 그러나, 바람직한 대안적 경로가 자기 코어의 제2 영역의 형태로 이미 존재한다.

제안된 바와 같이 자속 제한 수단을 이용하여, 발생시키는 자속에 느린 변화를 보이는 가변 자기장 발생 장치를 사용하는 것이 가능하다. 하지만, 이러한 자속의 느린 변화는 전기 코일과 같은 전형적인 가변 자기장 발생 장치의 표준 거동이다. 그러나, 제안된 설계를 이용하여, 가변 자기장 발생 장치는 밸브 액추에이터의 제1 영역을 통해 자속을 천천히 형성할 수 있다. 이와 같이 밸브 액추에이터의 제1 갭을 통한 상당한 인력이 형성될 수 있다. 그러나, 밸브 액추에이터의 제2 영역을 통한 자속은 (자속 제한 장치의 자속 한계에 아직 도달하지 않는 한) 가변 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속에 (아직은) 영향을 받지 않으므로, 이동 자기 요소에 작용하는 외력 및 가변 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속에도 불구하고, 영구 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속은 래칭 위치에 이동 자기 요소를 유지할 수 있다. 제1 갭을 통한 인력이 이미 상당히 존재하므로, 자속 한계에 도달하면, 영구 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속의 상쇄가 신속히 일어날 것이며, 이동 자기 요소는 신속히 가속될 것이다. 그러므로, 이전에 공지된 밸브 액추에이터와 비교할 때, 이동 자기 요소의 더 높은 초기 가속도와 그로 인한 밸브 액추에이터의 더 빠른 구동 시간을 달성하는 것이 가능하다. 더욱이, 이전에 공지된 밸브 액추에이터와 비교할 때, 보통 밸브 액추에이터의 구동 시간이 훨씬 더 정확하다. 영구 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속의 상쇄에 관해서는, 완전한 상쇄가 반드시 일어나는 것은 아니다. 대신, 예를 들어 제2 갭을 통한 잔류 자속 및/또는 자기 코어의 제2 영역 내의 잔류 자속에도 불구하고, 이동 자기 요소의 이동이 개시될 수 있다.

바람직하게, 상기 자속 제한 수단 중 적어도 하나의 상기 자속 세기 한계가 본질적으로 상기 자속 제한 수단의 포화에 의해 정의된다. 표준 강자성 재료를 사용하면, 어느 지점에서 사용 재료의 물리적 특성으로 인한 자기 포화가 일어날 것이다. 자기 포화 한계 초과시, 강자성 재료의 자기 저항은 보통 현저히 증가하여, 일반적으로 공기의 자기 저항과 대략 동등해진다. 이는 보통 포화 한계 초과시, 증분 자기 저항이 더 낮은 포화 한계 미만의 상태에 비해, 증분 자기 저항이 증가한다는 것을 의미한다. 그러면 각 부분의 적절한 치수 결정을 통해 자속 제한 수단의 자속 한계를 선택할 수 있다 그러나, 상이한 실시형태들 또한 가능하다.

상기 밸브 액추에이터의 바람직한 실시형태에서, 상기 자속 제한 수단은 가변 자속 제한 수단으로 설계된다. 다시 말해서, 자속 제한 수단에 의해 부여되는 자속 한계는 가변적일 수 있다. 이와 같이, 자기 코어의 상이한 영역들에 걸쳐 이전에 언급된 자속의 분포를 추가적으로 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 일단 영구 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속으로 인한 자기 래칭이 상쇄되고 이동 자기 요소가 이미 약간 움직여 있으면, 가변 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속을 밸브 액추에이터의 제1 영역에 집중시킬 수 있다. 이는, 갭(예를 들어 제2 갭)을 통한 자기 인력이 보통 처음 단계에서 각 갭의 크기가 심지어 약간 증가함에 따라 신속히 감쇠될 것이기 때문이다. 따라서, 매우 짧은 시간 후(예를 들어, 이동 자기 요소의 이동 거리) 제2 영역을 통해 영구 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속을 감소시키는 것이 가능하다. 추가적으로, 제2 영역을 통한 “더 긴” 경로를 취하는, 가변 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속의 일부가 감소할 수 있다. 따라서, 밸브 액추에이터의 제1 영역에서의 자속 및/또는 밸브 액추에이터의 제1 갭을 통한 자속은 증가될 수 있다. 자속 제한 수단의 자속 한계를 높임으로써 제3 갭을 통한 자속이 증가하는 경우, 이러한 제1 영역에서의 자속의 증가는 훨씬 더 클 수 있다. 이로써, 예를 들어 제1 갭을 통한 인력이 증가될 수 있고, 그 결과 이동 자기 요소의 가속도가 향상된다. 따라서, 밸브 액추에이터는 훨씬 더 빠르게 작동할 수 있다. 바람직하게, 자속 한계는 이동 자기 요소의 위치에 따라 변할 수 있다. 따라서, 이동 자기 요소의 상이한 위치들에서, 수행될 특정 작용들을 강조할 수 있다. 예를 들어, 이동 자기 요소의 래칭 위치에서(이 때 래칭은 영구 자기장 발생 장치에 의해 수행됨), 영구 자기장 발생 장치의 자속을 상쇄(또는 충분히 감소)하는 것이 강조될 수 있고, 따라서 래칭 해제가 강조될 수 있다. 그러나, 일단 이동 자기 요소가 해제되면, 래칭 위치로부터 멀어지는 방향으로 이동 자기 요소를 신속히 가속하는 쪽으로 강조를 전환할 수 있다.

상기 자속 제한 수단, 특히 상기 가변 자속 제한 수단을 상기 분기부, 바람직하게는 상기 제3 갭과 연결 배치하는 것이 가능하다. 이와 같이, 각 장치의 적절한 치수 결정 및/또는 적절한 자성 재료의 선택 및/또는 각 장치의 적절한 성형에 의해 (가변) 자속 제한 작용을 용이하게 실현할 수 있다.

보통, 상기 자속 제한 수단, 특히 상기 가변 자속 제한 수단, 바람직하게는 상기 제3 갭 중 적어도 하나의 자속 한계 및/또는 자기 저항이 상기 이동 자기 요소의 위치에 따라 변화하도록 밸브 액추에이터를 설계 및 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 전술한 자기 코어의 상이한 영역들에 대한 자기장 분포는, 관련된 자속의 상이한 양들뿐만 아니라 이동 자기 요소의 위치에도 좌우될 수 있다. 이러한 실시형태를 이용하여, 예를 들어, 이동 자기 요소의 위치 및 이동 자기 요소에 가해진 자력 사이에 훨씬 더 정교한 기능을 제공할 수 있다. 이러한 기능은, 갭들 중 하나(또는 그 이상)에 이웃한 표면들을 경사지게 또는 계단식으로 형성함으로써 용이하게 제공될 수 있다. 예를 들어, 제3 갭을 향한 분기부의 표면들 및/또는 이동 자기 요소의 면이 경사지고/지거나 계단식으로 형성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 각 표면의 면 중첩이 이동 자기 요소의 이동에 따라 변하도록 구성요소들을 배치하는 것 또한 가능하다. 물론, 상기 기능을 실현하는 상이한 방법들 또한 가능하다. 특히 현재 제안된 실시형태와 관련하여, 이동 자기 요소의 이동 방향이 제3 갭에 이웃한 표면들(즉, 이동 자기 요소의 각 표면 및/또는 자기 코어의 분기부의 각 표면) 중 적어도 하나의 적어도 일부에 본질적으로 평행한 경우가 보통 선호된다. 현재 제안된 실시형태를 이용하여, 이동 자기 요소가 그 래칭 위치로부터 멀리 이동함에 따라 상기 가변 자속 제한 수단의 자속 한계가 증가하도록 하여, 가변 자기장 발생 장치에 의해 발생된 제1 영역의 자속을 증가시키고, 따라서 이동 자기 요소를 이동하게 하는 힘을 증가시키는 것이 가능하다. 이와 같이, 가변 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속은, 비록 더 이상 영구 자기장 발생 장치의 자속을 상쇄할 필요가 없다고 해도(영구 자기장 발생 장치의 인력은 제1 갭의 크기 증가에 따라 빠르게 감쇠된다), 이러한 상쇄에 사용되는 대신, 인력을 발생시키는 데에 사용될 수 있다. 그러나, 보통은 자속 제한 수단의 급격한 차단 레벨을 반드시 상승시킬 필요는 없다. 대신에, 자기 저항의 심지어는 상대적으로 “완만한” 감소가 충분한 것으로 입증될 수 있다. 현재 제안된 실시형태를 사용하여, 제2 영역을 (그리고 그에 따라 영구 자기장 발생 장치를) 통과하는, 가변 자기장 발생장치(들)에 의해 발생된 자속의 감소 부분을 제공하고, 따라서 자기 코어의 제1 영역을 단독으로 통과하는, 가변 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속의 부분을 증대시키는 것이 추가로 가능하다. 더욱이, 이러한 설계에 의해, 외부에서 인가된(보통은 가변 자기장 발생 장치에 의해 인가됨), 영구 자기장 발생 장치의 자화 방향과 반대인 자속의 양이 제한될 수 있으므로, 영구 자기장 발생 장치를 보호할 수도 있다. 이러한 설계가 유리한 이유는, 영구 자기장 발생 장치의 자화 방향과 반대 방향의 지나치게 강한 자속이 영구 자기장 발생 장치에 인가된 경우, 다수의 영구 자기장 발생 장치들이 파괴될 수 있기 때문이다.

보통, 이동 요소가 상기 제2 갭에 더 가까울 경우, 상기 자속 제한 수단, 특히 상기 가변 자속 제한 수단, 바람직하게는 상기 제3 갭의 자속 한계가 더 낮고/낮거나, 상기 자속 제한 수단, 특히 상기 가변 자속 제한 수단, 바람직하게는 상기 제3 갭의 자기 저항이 더 높도록 상기 밸브 액추에이터가 설계 및 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 영구 자기장 발생 장치의 자속의 상쇄 및 영구 자기장 발생 장치의 래칭 작용이 매우 효과적으로 상쇄될 수 있다. 한편으로는, 일단 이동 자기 요소가 이동하기 시작하면, 자기 코어의 제2 영역을 통과하는, 가변 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속의 일부가 신속하게 감쇠될 수 있다.

적어도 하나의 자속 집중 장치가 상기 갭들 중 적어도 하나의 근처 및/또는 상기 자속 제한 수단 중 적어도 하나의 근처에, 특히 상기 가변 자속 제한 수단 중 적어도 하나의 근처에, 바람직하게는 상기 자기 코어의 상기 제2 갭의 근처 및/또는 상기 제3 갭의 근처에 배치되도록, 밸브 액추에이터가 설계될 수 있다. 이와 같이, 각각의 자속의 힘 발생 효과를 최대화하는 것이 가능하며, 따라서 각각의 자속의 양을 낮출 수 있다. 이와 같이, (예를 들어, 반대되는 자속의 생성 및/또는 반대되는 자속의 상쇄에 사용되는) 전기 에너지를 절약하는 것이 가능하다. 추가적으로, 이러한 자속 집중 장치에 의해 가변 자속 제한 수단을 실현할 수 있다. 더욱이, 자속 집중 장치를 사용함으로써, 포스-오버-웨이(force-over-way) 거동을 실현하는 것도 가능할 수 있고, 그로써 자속에 의해 생성된 힘이 각 부분들의 거리 증가에 따라 신속하게 감쇠된다. 영구 자기장 발생 장치와 관련하여, 상기 자속 집중 장치 중 적어도 하나의 근처에 영구 자기장 발생 장치를 배치하는 것이 가능하다. 심지어 영구 자기장 발생 장치의 기능과 자속 집중 장치의 기능을 적어도 부분적으로 조합하는 것도 가능하다. 이는 예를 들어, 영구 자기장 발생 장치의 적절한 형상에 의해 이루어질 수 있다. 그러나, 영구 자기장 발생 장치와 관련해서뿐만 아니라, 특정 장치들의 합리적인 성형에 의해, 예를 들어 자기 코어의 부분들 및/또는 이동 자기 요소의 부분들의 합리적인 성형에 의해 자속 집중 장치를 실현할 수 있다. 제2 갭의 근처 및/또는 제3 갭의 근처에 자속 집중 장치를 제공하는 것이 특히 유용할 수 있는데, 이는 이러한 갭들이 보통 자기 코어의 제2 영역에 연관되어, 보통 영구 자기장 발생 장치의 자기장이 한정되는 영역을 정의하기 때문이다.

구성요소들 중 적어도 하나를 성형함으로써 상기 자속 집중 장치 중 적어도 하나 및/또는 상기 자속 제한 수단 중 적어도 하나, 특히 상기 가변 자속 제한 수단 중 적어도 하나를 제공하는 것이 가능하다. 이는 보통 자속 집중 장치 및 가변 자속 제한 수단을 각각 제공하는 매우 용이한 방식이다. 특히, 각 구성요소의 테이퍼 형상이 보통은 효과적이다. 각 구성요소는, 자기 코어의 부분들(특히, 제1 갭, 제2 갭, 제3 갭 및/또는 가변 자속 제한 수단의 이웃한 표면을 형성하는, 자기 코어의 표면 부분들), 이동 자기 요소의 부분들 및/또는 영구 자기장 발생 장치의 부분들일 수 있다.

상기 자속 제한 수단, 특히 상기 가변 자속 제한 수단이 상기 자기 코어의 상기 제1 영역에, 바람직하게는 상기 분기부의 영역에 단독으로 배치되는 경우, 또 다른 가능한 실시형태를 달성할 수 있다. 이러한 설계는 특히 유용한 것으로 입증될 수 있는데, 그 이유는 이와 같이 자속, 특히 가변 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속이 낮은 자속에서 자기 코어의 제1 영역에 용이하게 한정될 수 있기 때문이다. 그러나, 자속이 자속 제한 수단에 의해 정의된 한계를 초과할 경우에는, 자속이 자속 제한 수단에 의해 제1 영역으로부터 “빠져나가” 제2 영역으로 유입된다. 그러나, 이는 보통 자속의 상쇄가 요구되는 경우에 자기 코어의 영역들에 걸친 바람직한 자속의 분포에 해당한다. 특히, 이와 같이 영구 자기장 발생 장치에 의해 발생된 자속의 상쇄 및/또는 이동 자기 요소의 래칭 힘의 상쇄가 특히 효율적일 수 있고/있거나 이동 자기 요소의 이동 타이밍이 매우 정확할 수 있다. 이와 같이, 유리한 거동을 가진 밸브 액추에이터가 제공될 수 있다.

상기 갭들 중 적어도 하나, 특히 상기 제1 갭 및/또는 상기 제2 갭이 적어도 하나의 자속 증가 수단 및/또는 적어도 하나의 자속 밀도 감소 수단을 포함하도록 밸브 액추에이터를 설계하는 것 또한 가능하다. 이러한 설계를 이용하여, 자기 역선의 침투에 대한 각 갭의 자기 저항이 감소될 수 있다. 더욱이, 이러한 설계를 사용함으로써 일반적으로 갭의 크기에 대한 각 갭의 자기 저항의 의존성이 낮아지게 된다. 이와 같이, 각 갭을 통해 생성된 힘은 더욱 일정해질 수 있다. 이러한 자속 증가 수단 및/또는 자속 밀도 감소 수단은, 예를 들어 각 표면들을 확장하고/하거나 일직선으로 정렬함으로써 구현될 수 있다. 이를 위한 가능한 방식으로는, 갭의 경사진 “절단 평면”을 제공하는 것 및/또는 이동 자기 요소의 제1 면 및/또는 자기 코어의 제1 면 상에, 즉, 갭 내부에 원뿔 형상의 부분들을 제공하는 것이다.

적어도 하나의 기계적 에너지 저장 장치, 특히 스프링과 같은 탄성 변형 장치를 구비한 밸브 액추에이터를 제공하는 것 또한 가능하다. 이와 같이, 이동 자기 요소의 운동 에너지 및/또는 이동 자기 요소에 작용하는 (예를 들어 유압 유체에 의해 가해지는) 외력이 저장 가능한 에너지로 변환될 수 있다. 이러한 저장 가능 에너지는 나중에 밸브 액추에이터의 작동 사이클 동안 방출될 수 있다. 저장된 에너지가 적절한 때에 방출되는 경우, 예를 들어, 밸브 액추에이터의 개방 및/또는 폐쇄 시간을 감소시키는 것이 가능하다. 더욱이, 저장된 기계적 에너지는, 밸브 액추에이터의 구동에 필요한 에너지의 양을 감소시키는 데에 사용될 수 있다. 따라서, 에너지가 절약될 수 있다.

상기 이동 자기 요소가 제1 단부 위치(제1 갭이 본질적으로 폐쇄됨) 및/또는 제2 단부 위치(제2 갭이 본질적으로 폐쇄됨)로 적어도 이동할 수 있는 경우, 밸브 액추에이터의 또 다른 가능한 실시형태가 달성될 수 있다. 특히 제안된 단부 위치들에서, 자속은 보통 최고의 힘을 생성한다. 반대로 보면, 비교적 낮은 자속으로 특정 힘이 생성될 수 있다. 밸브 액추에이터의 작동 사이클 중 대부분의 시간에 밸브 액추에이터는 보통 단부 위치들에 남아 있으므로, 하나 또는 양 단부 위치들에서 밸브 액추에이터의 에너지 소비가 감소되는 경우, 밸브 액추에이터의 전체 에너지 소비는 상당히 감소될 수 있다. 따라서, 특히 에너지 절약적인 밸브 액추에이터가 달성될 수 있다.

더욱이, 하나 이상의 베어링 수단을 구비한 밸브 액추에이터를 제공하는 것이 가능하며, 여기서 상기 베어링 수단 중 적어도 하나는 바람직하게 상기 제3 갭과 연결 배치된다. 이러한 베어링 수단을 사용하여, 이동 자기 요소의 이동이 더 정확해질 수 있다. 따라서, 제시된 밸브 액추에이터에 의한 밸브의 구동 또한 더 정확해질 수 있다. 특히, 제시된 베어링들은 병진형 베어링(translational bearing)일 수 있다. 제3 갭의 근처에는, 이동 자기 요소의 이동 방향에 적어도 본질적으로 평행한 표면들(또는 적어도 표면 부분들)이 보통 존재한다는 것을 주목해야 한다. 병진형 베어링을 제공하기 위해 이러한 표면들(또는 표면 부분들)이 편리하게 이용될 수 있다. 제3 갭 근처의 자성 재료가 경사지거나 계단식 표면을 나타내는 경우, 자성 재료의 표면(일부) 상에 재료를 첨가함으로써 매끄럽고 평행한 표면이 제공될 수 있다. 예를 들어, 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 제안된 실시형태를 추가하여, 특히 특정 구성요소들이 “이중 기능”을 가지는 경우, 밸브 및/또는 액추에이터에 대한 전체 부피가 감소될 수 있다.

추가적으로 전술한 유형의 밸브 액추에이터를 구비한 구동 밸브의 제공이 제안된다. 바람직하게, 상기 이동 자기 요소 중 적어도 하나는 밸브 오리피스 변경 장치에 연결되고/연결되거나 그 일부가 된다. 최종적인 구동 밸브는 상기 언급되고 기술된 특징 및 이점들을 유사하게 보일 수 있다. 밸브 오리피스 변경 장치는, 밸브 헤드에 의해, 특히 밸브 포핏에 의해 부분적으로 개방 또는 폐쇄 가능한 오리피스로 용이하게 설계될 수 있다. 바람직하게, 밸브 액추에이터의 제1 단부 위치가 구동 밸브의 완전 개방 위치에 대응될 수 있는 한편, 제2 단부 위치는 구동 밸브의 완전 폐쇄 위치에 대응될 수 있다. 그러나, 밸브 액추에이터의 위치와 밸브 오리피스의 상태 사이의 연관성은 상이할 수 있으며, 특히 이와 반대가 될 수도 있다.

더욱이, 적어도 하나의 전술한 유형의 밸브 액추에이터 및/또는 적어도 하나의 전술한 유형의 구동 밸브를 포함하는 유체 작동 기계가 제안된다. 바람직하게, 유체 작동 기계는 적어도 부분적으로 유압 유체 작동 기계, 특히 종합 정류식 유압 기계로 설계된다. 유체 작동 기계는 보통 유체 펌프, 유체 모터, 및 유체 펌프 및/또는 유체 모터 둘 다로서 작동 가능한 기계를 포함한다. 종합 정류식 유압 기계는 또한 디지털 변위 펌프로 공지되어 있다. 이들은 가변 변위 유체 작동 기계들의 부분집합을 형성한다. 제안된 유체 작동 기계는 이미 기술된 특징 및 이점들을 유사한 방식으로 보여줄 수 있다.

더욱이, 간극을 구비한 자기 코어, 적어도 하나의 가변 자기장 발생 장치, 적어도 하나의 영구 자기장 발생 장치 및 적어도 하나의 이동 자기 요소를 포함하는 밸브 액추에이터로서, 상기 이동 자기 요소는, 상기 이동 자기 요소의 제1 면과 상기 자기 코어의 상기 간극의 제1 면 사이에 제1 갭이 형성되고, 상기 이동 자기 요소의 제2 면과 상기 자기 코어의 상기 간극의 제2 면 사이에 제2 갭이 형성되도록, 상기 자기 코어의 상기 간극 내부에 이동 가능하게 마련되는 것인 상기 밸브 액추에이터의 작동 방법이 제안된다. 여기서 상기 영구 자기장 발생 장치 중 적어도 하나에 의해 생성된 자속은, 상기 자기 코어의 일부 및/또는 상기 이동 자기 요소의 일부를 통한 자속의 제한을 통해 상기 가변 자기장 발생 장치 중 적어도 하나에 의해 적어도 부분적으로 일시적으로 상쇄된다. 이러한 방법의 기본 원칙은 제안된 밸브 액추에이터, 제안된 구동 밸브 및/또는 제안된 유체 작동 기계와 관련하여 이미 기술되었다. 제안된 방법은 이미 기술된 특징 및 이점들을 유사한 방식으로 보여준다.

상기 자속의 제한량은 적어도 부분적으로 가변적이며 바람직하게 상기 이동 자기 요소의 위치에 따라 변경되는 방식으로 전술된 유형의 밸브 액추에이터의 제안된 작동 방법을 수행하는 것이 가능하다.

또한 전술된 유형의 밸브 액추에이터의 제안된 작동 방법을 이용하는 것이 가능하다. 게다가, 제안된 방법을 전술하여 제안된 방식으로 더욱 변형하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시형태의 상세한 설명을 살펴봄으로써 본 발명 및 그 이점들이 더 명백해질 것이며, 이는 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 밸브 액추에이터의 제1 실시형태를 포함하는 밸브 유닛의 제1 실시형태의 횡단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 래칭 위치에서 밸브 액추에이터의 제1 실시형태의 자기 상태를 보여준다.
도 3a 및 도 3b는 래칭 해제 이동의 초기 단계에서 밸브 액추에이터의 제1 실시형태의 자기 상태를 보여준다.
도 4는 절반 래칭 해제 위치에서 밸브 액추에이터의 제1 실시형태의 자기 상태를 보여준다.
도 5는 래칭 해제 위치에서 밸브 액추에이터의 제1 실시형태의 자기 상태를 보여준다.
도 6은 밸브 액추에이터의 제1 실시형태에 있어서 자기 브리지의 자기 포화를 보여준다.
도 7은 도 1에 따른 밸브 유닛을 이용한, 종합 정류식 유압 펌프의 실시형태를 보여준다.
도 8은 밸브 액추에이터의 제1 실시형태를 포함하는, 밸브 유닛의 제2 실시형태의 횡단면도이다.

도 1에는, 밸브 액추에이터부(2) 및 밸브 오리피스부(3)를 포함하는 밸브 유닛(1)의 개략적인 횡단면도가 도시되어 있다. 밸브 유닛(1)은 본질적으로 회전 대칭을 이룬다.

밸브 액추에이터부(2)에는 자기 코어(6)가 구비된다. 자기 코어(6)는 본질적으로 강자성 특성을 나타내는 연성 자성 재료로 제조된다. 자기 코어(6)에는 분기 웹(7)이 구비되며, 분기 웹은 자기 코어(6) 내부에 원주 방향으로 배치된다. 도 1에 도시된 실시형태에서, 분기 웹(7)은 자기 코어(6)의 대략 절반 높이에 놓인다. 분기 웹(7)은 자기 코어(6)의 상부(4) 및 하부(5)를 정의한다. 물론, 분기 웹(7)의 위치는 또한 상이하게 선택될 수 있다.

자기 코어(6)에는 간극(8)이 구비된다. 간극(8)은 자기 코어(6)의 세 개의 인접한 에지(9, 10, 11)에 의해 정의된다. 제1 에지(9)는 자기 코어(6)의 상부(4)의 일부를 형성하는 한편, 제2 에지(10)는 자기 코어(6)의 하부(5)의 일부를 형성한다. 제3 에지(11)는 (분기부로서 기능하는) 분기 웹(7)에 대응하며 자기 코어(6)의 상부(4) 및 하부(5) 둘 다에 공통된다. 간극(8) 내부에는 전기자(12)가 이동 가능하게 배치된다(화살표(A) 방향으로 이동 가능하며 이동 자기 요소로 기능함). 자기 코어(6) 및 전기자(12)는, 전기자(12)가 본질적으로는 상기 방향, 즉 상방 및 하방(화살표(A) 참조)으로만 움직이도록 치수가 정해진다. 전기자(12)의 대부분의 부분들은 자성 재료(예를 들어, 자기 코어(6)의 재료와 동일한 재료일 수 있는 연성 자성 재료)로 제조된다. 전기자(12)는 본질적으로 자기 코어(6)의 상부(4) 및 자기 코어(6)의 하부(5)의 자기 루프를 폐쇄한다. 이는 물론 전기자(12)가 본질적으로는 분기 웹(7)을 우회하는 자기 코어(6)의 외부 루프를 폐쇄하는 방식으로도 나타날 수 있다. 상기 방향으로 전기자(12)에 대한 전형적인 주행 거리는 2, 3, 4 또는 5 mm이다.

전기자(12)는 밸브축(28)을 통해 밸브 포핏(15)에 연결된다. 밸브 포핏(15)은 밸브 유닛(1)의 분배 챔버(29) 내에 배치된다. 유체 입력 라인(30) 및 유체 출력 라인(31)이 분배 챔버(29)에 연결된다. 유체 입력 라인(30)의 유입 포트(32)가 밸브 포핏(15)의 적절한 이동(A)에 의해 개방 및 폐쇄될 수 있다. 유체 입력 라인(3)은 예를 들어 종합 정류식 유압 펌프(34, 도 7 참조)의 실린더(39)의 펌핑 공동(38)에 연결될 수 있다. 유체 출력 라인(31)은 종합 정류식 유압 펌프(34)의 실린더(39)의 저압 유체 저장부(33)에 연결될 수 있다. 따라서, 밸브 유닛(1)의 유체 출력 라인(31)은 실린더(39)의 공급 라인일 수 있다. 가압 유체(실린더(39) 내로 피스톤(40)이 내부 방향으로 이동하는 동안 펌핑 공동(38) 내에서 유체의 가압은 오직 밸브 유닛(1)이 폐쇄될 때에 일어나게 된다)는 고압 라인(36)을 통해 고압 유체 매니폴드(35)를 향해 펌핑 공동(38)을 빠져나가게 된다. 각각의 고압 라인(36)에서, 체크 밸브(37)는 각 실린더(39) 근처에 구비된다.

자기 코어(6)의 하부(5)에는, 링 형상의 영구 자석(13)이 존재한다(영구 자기장 발생 장치로 기능함). 바람직하게 영구 자석(13)은 금속 세라믹 재료로 만들어지며, 이는 영구 자석(13)의 단위 부피당 높은 자속을 나타낸다. 영구 자석(13)의 일측에는, 연성 자성 재료(예를 들어 자기 코어(6)와 동일 재료)로 만들어진 유속 집중기(14)가 장착된다(자속 집중 장치로 기능함). 유속 집중기(14)는 전기자(12)와 대향되며, 심지어는 전기자(12)가 하부 위치에 있을 때(밸브 유닛(1)의 개방 위치) 전기자(12)와 접촉한다. 이러한 위치는 도 1에 도시되어 있다. 전기자(12)의 이러한 위치는 전기자의 래칭 위치로 지칭되는데, 이는 밸브 액추에이터부(2)에 전류 및/또는 외력이 인가되지 않는 경우 전기자(12)는 계속 이러한 위치에 있기 때문이다. 물론, 밸브 포핏(15)에 충분히 큰 힘이 가해지는 경우, 전기자(12)는 유속 집중기(14)와의 접촉 상태에서 벗어날 수 있다. 그러나 밸브 유닛(1)의 전형적인 설계에서, 전기자(12)의 래칭 해제에 필요한 힘은 50 N 내지 100 N 사이에서 선택될 것이다. 물론, 간격은 또한 60, 70, 80 및 90 N에서 시작/종료될 수 있다. 영구 자석(13)에 의해 생성된 자기 루프는 본질적으로 자기 코어(6)의 하부(5) 및 전기자(12)를 통해 흐르게 된다. 최종적인 자기장은 도 2을 참조하여 추가로 설명하도록 한다.

자기 코어(6)의 상부(4)에는, 전기 코일(16)이 구비된다(가변 자기장 발생 장치로 기능함). 전기 코일(16)은 자기 코어(6) 상부(4)의 내부 공간(17) 내로 배치된다. 전기 코일(16)에 전류를 인가함으로써(연결선은 도시되지 않음), 전기 코일(16)은 자기 코어(6)에 자속을 발생시킬 수 있다. 전기 코일(16)에 의해 생성된 자속이 낮은 경우, 전기 코일(16)의 자속은 본질적으로 자기 코어(6)의 상부(4)에 한정될 것이다. 전기 코일(16)에 의해 생성된 자기장의 방향이, 심지어 자속의 더 높은 레벨에서도, 영구 자석(13)에 의해 생성된 자기장과 동일한 방향으로 놓일 경우(예를 들어, 전기 코일(16) 및 영구 자석(13)에 의해 생성된 자기장이 둘 다 반시계 방향으로 흐름) 동일하게 적용된다. 물론, 여기에서도 자속에 소정의 한계가 여전히 존재한다. 그러나, 영구 자석(13)에 의해 생성된 자기장 및 전기 코일(16)에 의해 생성된 자기장이 다른 방향으로 놓일 경우(예를 들어, 영구 자석(13)의 자기장이 반시계 방향으로 회전하고, 전기 코일(16)의 자기장이 시계 방향으로 회전함), 전기 코일(16)에 의해 생성된 자속의 특정 문턱 레벨이 도달되거나 심지어 초과될 때, 분기 웹(7) 및 전기자(12)에 의해 형성된 중간 자기 브리지(18)의 적어도 일부는 결국 포화될 것이다. 포화된 부분들은 바람직하게는 제3 갭(21)에 가장 가까이 연관되거나 또는 상기 제3 갭(21)에 바로 인접한 부분들이다. 일단 중간 자기 브리지(18)의 일부에서 이러한 포화가 일어나면, 자기 브리지(18)의 증분 자기 저항이 포화가 일어나기 전보다 훨씬 더 높아지게 된다. 따라서 전기 코일(16) 및 영구 자석(13)의 전체 유속은 포화된 부분들의 증분 자기 저항의 현저한 증가에 의해 효과적으로 제한된다. 만약 전기 코일(16)의 전류가 계속 증가하는 경우, 이는 분기 웹(7)의 유속 증가보다는 영구 자석(13)을 통한 반자기장의 증가를 유발하는 경향을 띠게 되는데, 이는 이러한 웹(7)의 포화 부분의 증분 자기 저항이 포화 한계를 넘어 크게 증가되기 때문이다. 이러한 영구 자석(13)을 통해 증가하는 반자기장은 영구 자석(13)을 통해 흐르는 유속을 감소시키는 작용을 하게 되므로, 유속 집중기(14)는 전기자(12) 상의 유지력을 감소시킨다. 효과를 고려한 다른 방식은, 전기 코일(16)로부터의 추가적인 유속이 자기 브리지(18)의 자속 한계를 초과하는 자속이 자기 코어(6)의 하부(5)를 통한 더 긴 경로를 따르게 하는 것이다. 전기 코일(16)의 자속 및 영구 자석(13)의 자속은 상이한 방향을 향하고, 따라서 서로 대응한다. 그 결과로 제2 갭(20)을 통한 총 자기 유속이 감소되고, 결과적으로 제2 갭(20)을 통한 인력은 감소된다. 일부 지점에서, 영구 자석(13)으로부터의 자속이 상쇄될 것이다. 이러한 상황은 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6을 참조하여 추가적으로 설명될 것이다. 물론, 특정 지점에서의 총 자속만 측정될 수 있다. 상이한 자속들이 중첩된 소정의 도면은 단지 효과를 이해하기 위해 가능한 방식에 불과하다.

도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 전기자(12)의 하부 위치에서(밸브 유닛(1)의 개방 위치), 제1 에지(9)와 전기자(12) 사이에 제1 갭(19)이 존재한다. 제1 갭(19)은 전기자(12)의 인접 표면(23)과 제1 에지(9)의 표면(22)에 의해 정의된다. 도 1에 도시된 밸브 유닛(1)의 실시형태에서, 갭(19)은 전기자(12)의 이동 방향(A)에 대해 경사지거나 테이퍼링된다. 제1 갭(19)의 이러한 경사는 인접한 표면들(22, 23)의 표면적을 증가시킨다. 표면들(22, 23)의 증가된 표면적의 결과로 제1 갭(19) 근처에서 자속이 증가될 것이다. 경사는 또한 전기자(12)의 이동 방향(A)을 따른 소정의 요구되는 이동에 대해 인접한 표면들(22, 23) 사이의 수직 거리를 감소시키고, 그로 인해 갭(19)의 자기 저항을 감소시키고 상기 갭(19)을 통한 자속을 증가시킨다(그에 따라, 자속 증가 수단으로 기능함). 이러한 방식으로, 제1 갭(19)을 통과할 수 있는 총 자속을 증가시키는 것이 가능하다. 따라서 자기 역선의 침투에 대한 제1 갭(19)의 저항이 낮아진다. 다시 말해서, 경사진 제1 갭(19)이 사용되어, 제1 갭(19)을 통과할 수 있는 총 자속을 증가시키고 따라서 상부(4)에서 자기 코어(6)의 상응하는 부분들을 통과할 수 있는 총 자속을 증가시킨다. 이처럼 경사지거나 테이퍼링된 갭(19)을 이용하는 것은, 장행정 솔레노이드의 자력의 세기를 향상시키기 위해 수행되는 잘 알려진 관행이다. 그러나, 밸브 유닛(1)에서, 경사진 갭(19)은 또한 상기 갭(19)의 자기 저항을 감소시킴으로써 훨씬 더 빠른 작업을 제공하고, 따라서 브리지(8, 간극)를 통한 자속의 형성률을 증가시키고, 그로 인해 제3 갭(21)에 인접한 브리지(8) 부분들의 포화 시간을 감소시킨다.

밸브 유닛(1)의 개방 이동은, 함께 작용할 수 있는 상이한 두 힘에 의해 유발될 수 있다. 첫째로, 개방 이동은 영구 자석(13)에 의해 야기된, 제2 갭(20)을 통한 자력에 의해 수행될 수 있다. 둘째로, 스프링(43, 기계적 에너지 저장 장치로 기능함)이 구비되어, 밸브축(28)을 강제로 하향 이동시킴으로써 밸브 유닛(1)을 개방한다. 두 힘이 함께 인가되는 경우, 밸브 유닛(1)의 반응 시간이 증가되고 밸브 유닛(1)의 개방 시간이 감소될 것이다.

(전기자(12)를 비롯한) 밸브축(28)은 베어링(44, 45)에 의해 안내된다. 제1 베어링(44)은 밸브 유닛(1)의 분배 챔버(29) 근처에 배치된다. 제1 베어링(44)은 표준 유체 방지 병진형 베어링(44)으로 마련될 수 있다.

제2 베어링(45)이 전기자(12)의 외부면(27) 및 분기 웹(7)의 내부면(26)에 의해 구비된다. 다시 말해서, 제3 갭(21)이 또한 병진형 베어링(45)의 기능을 수행하도록 설계된다. 밸브 유닛(1)의 도시된 본 실시형태에서 전기자(12)의 자성 재료는 계단식 연장부(47)를 가지기 때문에, 비자성 재료로 만들어진 링(46)이 전기자(12)의 상부 절반 둘레에 배치되어, 제3 갭(21)의 분기 웹(7)의 대향 표면(26)에 인접한 매끄러운 표면(27)을 형성한다.

전기자(12)의 자성 재료가 제3 갭(21)에 인접한 영역에서 연장부(47)를 나타내는 전기자(12)의 설계로 인해, 전기 코일(16)이 충분한 전류를 공급받는 경우, 자기 브리지(18)(특히 함께 자속 제한 수단으로 작용하는 분기 웹(7) 및/또는 연장부(47))의 자기 포화가 일어나게 된다. 따라서, 영구 자석(13)의 자기장을 상쇄하는 데에 필요한 전류는 자기 브리지(18)(특히 분기 웹(7) 및/또는 연장부(47))의 크기 및 형상에 의해 결정될 수 있다. 최종 밸브 액추에이터(1)의 설계 매개변수들에 따라 설계가 선택될 수 있다. 자기 브리지(18)의 빠른 포화가 발생하는 이유는, 전기자(12)의 자성 재료로 이루어진 연장부(47)의 외부면(27) 부분 및 분기 웹(7)의 표면(26) 사이의 표면 중첩이 밸브 유닛(1)의 폐쇄 위치에서 매우 작기 때문이다.

일단 전기자(12)가 상방(화살표 A)으로 이동하기 시작하면, 연장부(47)의 표면 부분과 분기 웹(7)의 표면(26) 사이의 표면 중첩이 증가할 것이다. 따라서, 이제 더 높은 자속에서 자기 브리지(18)의 포화가 발생하게 된다. 결과적으로, 이는 자기 브리지(18)의 포화 부분의 자기 저항을 감소시키게 된다. 전기 코일(16)에 의해 발생한 증가하는 자속은 자기 브리지(18)를 통과하게 된다. 따라서, 제1 갭(19)을 정의하는, 제1 에지(9)의 표면(22)과 전기자(12)의 표면(23) 사이의 인력이 증가하게 된다. 따라서, 밸브 포핏(15)에 연결된 밸브축(28) 및 전기자(12)는 밸브 유닛(1)의 폐쇄 위치로 매우 빠르게 가속화될 것이다.

도 2 내지 도 6에서, 밸브 유닛(1)의 개방 이동 중 자기장의 변화가 추가적으로 설명된다. 도 2 내지 도 6은 관련 부분들 중 일부(본질적으로 자기 코어(6)의 일부 및 전기자(12)의 일부)만을 도시한다.

도 2에는, 밸브 액추에이터(2)의 휴지 상태에서 자기장의 상태가 도시된다. 여기서, 전기 코일(16)은 스위치 오프된다(즉, 전기 코일(16)에 전류가 인가되지 않는다). 자속은 오직 영구 자석(13)으로부터 나온다. 밸브 유닛(1)의 상이한 부분들의 자속 밀도는 자기 역선들(49)의 밀도로부터 추정될 수 있다. 역선의 수는 자속의 총 레벨을 나타내는 것이 아니므로, 한 도면과 다른 도면 사이에서 유속의 절대 레벨을 비교하는 것은 불가능하다는 점에 주의한다.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 유속 집중기(14)의 접촉 표면(25) 및 전기자(12)의 인접 표면(24)에 의해 정의된 제2 갭(20)에 자속이 집중된다. 이는 전기자(12)에 하향력을 발생시킨다. 자속은 또한 제3 갭(21)에 집중되고, 따라서 제3 갭(21)에 바로 인접한 연장부(47)의 부분 및 제3 갭(21)에 바로 인접한 분기 웹(7)의 부분에도 집중된다. 자기 브리지(18)는 포화되지 않고, 따라서 분기 웹(7)을 통한 자속이 방해 받지 않는다. 따라서, 자속은 본질적으로 자기 코어(6)의 하부(5)로 집중된다. 자속의 매우 작은 부분만이 자기 코어(6)의 상부(4)를 경유하는 “긴 경로”를 취하게 된다.

도 2b(도 2a에 대조됨)는 화살표(48)가 도시되어 있는데, 이는 영구 자석(13)에 의해 생성되는 자속의 방향을 나타낸다.

전기 코일(16)이 스위치 온 되면(즉, 전기 코일(16)에 전류가 인가되면) 상태가 변화한다. 이제 전기 코일(16) 및 영구 자석(13)은 둘 다 자속(48, 50, 도 3b 참조)을 생성하고 있다. 화살표(48, 50)의 방향이 나타내는 바와 같이, 영구 자석(13)에 의해 생성된 자속(48)의 방향 및 전기 코일(16)에 의해 생성된 자속(50)의 방향은 자기 브리지(18) 내에서 동일한 방향을 향한다. 그러나, 최종 자속은 자기 브리지(18)(분기 웹(7) 및/또는 연장부(47))의 포화 레벨을 초과하는 레벨에 있다. 즉, 분기 웹(7) 및/또는 전기자(12)의 연장부(47)의 자성 재료가 포화된다. 따라서, 두 자속(48, 50)은 서로 “경쟁”하게 된다. 그러므로, 제2 갭(20)을 통한 최종 자속은 일부 지점에서 거의 0으로 떨어지게 되며, 이는 자기 코어(6)의 하부(5)에서 자기 역선(49)의 밀도로부터 알 수 있다(특히 도 3a 참조). 이는 제2 갭(20)이 일시적으로 탈자기되도록 함으로써, 전기자(12) 상의 하향력을 거의 완전히 상쇄시킨다. 한편, 자기 코어(6)의 상부(4)에서 전기자(12)와 자기 코어(6)의 제1 에지(9) 사이의 제1 갭(19)을 통과하는 자속이 전기자(12) 상에 상향력을 발생시키게 된다. 따라서, 밸브 유닛(1)이 폐쇄되기 시작할 것이다.

도 4에서, 밸브 유닛(1)은 이미 중간 정도 폐쇄되어 있다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 전기자(12)의 연장부(47)의 인접면(26)과 분기 웹(7)의 표면(27)의 중첩 표면 부분(제3 갭(21))은 이미 증가되어 있다. 따라서, 자기 브리지(18)(분기 웹(7) 및/또는 연장부(47))의 포화 레벨은 도 2 및 도 3의 상태와 비교할 때 훨씬 더 높다. 그러므로, 자기 역선의 침투에 대한 제3 갭(21)의 자기 저항은 감소된다. 따라서, 전기 코일(16)의 효과가 증가한다. 자기 코어(6)의 상부(4)에서 자기 역선(49)의 더 높은 밀도로부터 이러한 더 높은 효과를 볼 수 있다.

마지막으로 도 5에서, 전기자(12)는 그 상부 단부 위치에 도달하고, 여기서 밸브 유닛(1)은 완전히 폐쇄된다. 이 위치에서, 자기 코어(6)의 제1 에지(9)와 전기자(12) 사이의 제1 갭(19)은 본질적으로 폐쇄된다. 한편, 전기자(12)의 인접한 표면(24)과 유속 집중기(14)의 표면(25) 사이의 제2 갭(20)은 완전히 개방된다. 이 위치에서 밸브 유닛(1)은 전기 코일(16)을 통한 전류가 감소되더라도 그 폐쇄 위치에서 유지될 수 있다. 이는 스프링(43)의 기계적 힘이 고려되는 경우 더욱 지속된다.

도 6에 도시된 그래프(53)에는, 전기자(12) 상의 총 힘(FM)과 전기 코일(16)을 통한 전류(I) 간의 함수가 나타나 있다. 총 힘(FM)은 세로축(54) 상에 표시되는 한편, 전류(I)는 가로축(55) 상에 표시된다. 총 자력(FM)은 본질적으로 제1 갭(19)을 통한 자력과 제2 갭(20)을 통한 자력으로 이루어진다. 총 자력(FM)은 본질적으로 상기 힘들의 벡터합이다. 특히, 스프링(43)에 의해 가해지는 힘은 총 자력(FM)의 일부가 아니다.

그래프(53)에서, 자속 제한 수단을 포함한 밸브 액추에이터(2)에 대해 총 자력(FM)과 전류(I) 간의 함수 관계가 나타난다(포화선(56)을 참조). 이러한 함수 관계(56)는 도 1 및 도 8에 도시된 밸브 액추에이터(2)에서 발생한다. 비교를 위해, 포화가 일어나지 않는 불포화선(57)도 도시된다. 이는 예를 들어 US 7,077,378 B2호에 나타난 바와 같은 밸브 액추에이터에 상응한다.

매우 낮은 전류(I)에서 포화선(56) 및 불포화선(57)은 함께 떨어진다. 그러나, 포화 한계(58)를 지나면, 래칭 위치에 전기자(12)를 유지하는 힘(FM)(총 자력(FM)의 음의 값은 전기자(12)를 하방으로 이동시킨다)은 불포화선(57)의 경우에 비해 훨씬 더 신속히 감쇠된다. 따라서, 포화선(56)이 가로축(55)에 교차하는 지점은 불포화선(57)의 경우에 비해 상당히 더 낮은 전류(I)에 놓인다. 이러한 각 선(56, 57)과 가로축(55)의 교차점은 전기자(12)가 상부로 이동하기 시작하여 유입 포트(32)를 폐쇄하는 지점에 상응한다(도 1에 도시된 밸브 유닛(1)의 경우). 이러한 방식으로, 포화 상황에서 밸브 유닛의 구동에 더 적은 전기 에너지가 필요하여, 결과적으로 밸브 유닛(1, 51)의 효율이 더 높아진다.

또한, 그래프(53)로부터 또 다른 효과가 추정될 수 있다. 그래프(53)로부터 명확한 바와 같이, 포화선(56)은 가로축(55)을 교차할 때 불포화선(57)에 비해 훨씬 더 급격한 경사를 보인다. 그러나, 가로축(55) 근처의 영역은, 자기 코어(6) 및/또는 전기자(12)의 비교적 작은 외력 또는 잔류 자기가 전기자(12)를 현재 위치에 유지할 수 있거나, 또는 이와 반대로 전기자(12)의 이동을 개시할 수 있는 상황에 해당된다. 따라서, 이 영역에서 변동이 발생할 수 있다. 포화선(56)의 더 가파른 경사로 인해, 이러한 “불확실 영역”을 생성하는 시간 간격의 폭이 해당 기술의 상태에 비해 훨씬 더 작아지게 되고, 그 결과 최종 밸브 액추에이터(2)의 타이밍이 훨씬 양호해진다.

도 7에는, 전술된 설계의 밸브 유닛(1)을 이용한 종합 정류식 유압 펌프(34)가 도시된다. 종합 정류식 유압 펌프(34)는 모두 세 개의 실린더(39)를 보여준다. 각 실린더(39)는 펌핑 공동(38) 및 각 펌핑 공동(38) 내외로 왕복운동 하는 피스톤(40)을 포함한다. 피스톤(40)의 운동은, 회전 샤프트(42) 상에 편심 장착되어 있는 캠(41)에 의해 유발된다. 피스톤(40)이 상응하는 펌핑 공동(38) 밖으로 이동할 때, 유압 유체가 저압 저장부(33)로부터 밸브 유닛(1)을 통해 펌핑 공동(38) 내로 흡입된다(밸브 유닛(1)은 개방 위치에 있다). 피스톤(40)이 하사점에 도달하자마자, 밸브 유닛(1)은 폐쇄될 수 있다. 따라서, 펌핑 공동(38) 내부 유체 압력이 증가한다. 결국, 유체는 체크 밸브(37)를 개방하므로, 유압 유체가 체크 밸브(37)를 통해 펌핑 공동(38)으로부터 종합 정류식 유압 펌프(34)의 고압 매니폴드(35)로 방출된다. 이는 소위 전행정 펌핑 모드에 대응된다.

그러나, 밸브 유닛(1)의 폐쇄를 지연시키는 것 또한 가능하다. 밸브 유닛(1)이 나중에 폐쇄되는 경우, 펌핑 공동(38) 내의 유체는 처음에 밸브 유닛(1)을 통해 저압 유체 저장부(33) 내로 방출된다. 따라서, 고압 유체 매니폴드(35)에 대한 효과적인 펌핑이 수행되지 않는다. 일단 밸브 유닛(1)이 폐쇄되면, 펌핑 공동(38) 내에 남아 있는 유압 유체 부분이 고압 유체 저장부(35)를 향해 방출된다. 따라서, 종합 정류식 유압 펌프(34)의 펌핑 성능은 실제 고압 유체 유동 요건에 용이하게 맞춰질 수 있다.

마지막으로 도 8에는, 밸브 유닛(51)의 또 다른 가능한 실시형태가 도시된다. 밸브 유닛(51)의 밸브 액추에이터부(2)는 도 1에 도시된 밸브 유닛(1)의 밸브 액추에이터부(2)와 거의 동일하다. 도 1 및 도 8의 두 밸브 유닛(1, 51)의 주된 차이는, 밸브 액추에이터(2)의 래칭 위치에서 밸브 오리피스부(52)의 밸브 오리피스(32)가 폐쇄되도록, 도시된 밸브 유닛(51)의 밸브 오리피스부(52)가 설계된다는 것이다. 결과적으로, 밸브 액추에이터(2)가 상부 위치에 있을 때 밸브 오리피스부(52)의 밸브 오리피스(32)가 개방된다.

1 밸브 유닛
2 밸브 액추에이터부
3 밸브 오리피스부
4 상부
5 하부
6 자기 코어
7 분기 웹
8 간극
9 제1 에지
10 제2 에지
11 제3 에지
12 전기자
13 영구 자석
14 유속 집중기
15 밸브 포핏
16 전기 코일
17 내부 공간
18 자기 브리지
19 제1 갭
20 제2 갭
21 제3 갭
22~27 표면
28 밸브축
29 분배 챔버
30 유체 입력 라인
31 유체 출력 라인
32 유입 포트
33 저압 유체 저장부
34 종합 정류식 유압 펌프
35 고압 유체 매니폴드
36 고압 라인
37 체크 밸브
38 펌핑 공동
39 실린더
40 피스톤
41 캠
42 회전 샤프트
43 스프링
44 제1 베어링
45 제2 베어링
46 링
47 연장부
48 자기장 방향 (영구 자석)
49 자기 역선
50 자기장 방향 (가변 자기장 발생 장치)
51 밸브 유닛
52 밸브 오리피스부
53 그래프
54 세로축
55 가로축
56 포화선
57 불포화선
58 포화 한계

Claims

간극(8)과 적어도 하나의 분기부(7)를 구비한 자기 코어(6), 적어도 하나의 가변 자기장 발생 장치(16), 적어도 하나의 영구 자기장 발생 장치(13), 및 적어도 하나의 이동 자기 요소(12)를 포함하는 밸브 액추에이터(2)로서,
상기 분기부(7)는 상기 자기 코어(6)의 제1 영역(4) 및 제2 영역(5)을 정의하고, 상기 이동 자기 요소(12)는, 상기 이동 자기 요소(12)의 제1 면(23)과 상기 자기 코어(6)의 상기 간극(8)의 제1 면(22) 사이에 제1 갭(19)이 형성되고, 상기 이동 자기 요소(12)의 제2 면(24)과 상기 자기 코어(6)의 상기 간극(8)의 제2 면(25) 사이에 제2 갭(20)이 형성되고, 상기 이동 자기 요소(12)의 제3 면(27)과 상기 자기 코어(6)의 상기 분기부(7)의 제3 면(26) 사이에 제3 갭(21)이 형성되도록, 상기 자기 코어(6)의 상기 간극(8) 내부에 이동 가능하게 배치되고, 상기 가변 자기장 발생 장치(16) 중 적어도 하나는 상기 자기 코어(6)의 상기 제1 영역(4)과 연관되고, 상기 영구 자기장 발생 장치(13) 중 적어도 하나는 상기 자기 코어(6)의 상기 제2 영역(5)과 연관되며,
상기 가변 자기장 발생 장치(16) 중 적어도 하나에 의해 발생된 자속(50)이 상기 적어도 하나의 이동 자기 요소(12)에 힘을 가할 수 있고 상기 영구 자기장 발생 장치(13) 중 적어도 하나에 의해 발생된 자속(48)을 상쇄할 수 있도록 설계 및 배치되는 밸브 액추에이터에 있어서,
적어도 그 자속 한계에 도달될 수 있는 적어도 하나의 자속 제한 수단(7, 12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제1항에 있어서,
상기 자속 제한 수단(7, 12) 중 적어도 하나의 상기 자속 한계는 본질적으로 상기 자속 제한 수단(7, 12)의 포화에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 자속 제한 수단(7, 12) 중 적어도 하나는 가변 자속 제한 수단(18, 47)으로 설계되는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 자속 제한 수단(18, 47)은 상기 분기부(7)와 연결 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제4항에 있어서,
상기 자속 제한 수단(18, 47)은 상기 분기부(7) 및 상기 제3 갭(21)과 연결 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 자속 제한 수단(18, 47)의 자기 저항이 상기 이동 자기 요소(12)의 위치에 따라 변하도록 설계 및 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제6항에 있어서,
상기 자속 제한 수단(18, 47) 및 상기 제3 갭(21)의 자기 저항이 상기 이동 자기 요소(12)의 위치에 따라 변하도록 설계 및 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
이동 자기 요소(12)가 상기 제2 갭(20)에 더 가까울 때,
상기 자속 제한 수단(18, 47)의 자속 한계가 더 낮은 것, 및 상기 자속 제한 수단(18, 47)의 자기 저항이 더 높은 것 중 하나 또는 양자 모두가 되도록 설계 및 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제8항에 있어서,
이동 자기 요소(12)가 상기 제2 갭(20)에 더 가까울 때,
상기 자속 제한 수단(18, 47) 및 상기 제3 갭(21)의 자속 한계가 더 낮은 것, 및 상기 자속 제한 수단(18, 47) 및 상기 제3 갭(21)의 자기 저항이 더 높은 것 중 하나 또는 양자 모두가 되도록 설계 및 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 갭(19, 20, 21) 중 적어도 하나의 근처 및 상기 자속 제한 수단(18, 47) 중 적어도 하나의 근처 또는 양자 모두의 근처에, 적어도 하나의 자속 집중 장치(14)가 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제10항에 있어서,
상기 갭(19, 20, 21) 중 적어도 하나의 근처 및 상기 자속 제한 수단(18, 47) 중 적어도 하나의 근처 또는 양자 모두의 근처에, 그리고 상기 자기 코어(6)의 제2 갭(20)의 근처 및 상기 제3 갭(21)의 근처 또는 양자 모두의 근처에, 적어도 하나의 자속 집중 장치(14)가 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제10항에 있어서,
상기 자속 집중 장치(14) 중 적어도 하나 또는 상기 자속 제한 수단(18, 47) 중 적어도 하나, 또는 상기 자속 집중 장치(14) 중 적어도 하나 및 상기 자속 제한 수단(18, 47) 중 적어도 하나는 구성 요소들 중 적어도 하나의 성형을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 자속 제한 수단(18, 47)은 상기 자기 코어(6)의 상기 제1 영역(4)에 단독으로 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제13항에 있어서,
상기 자속 제한 수단(18, 47)은 상기 분기부(7)의 영역에 단독으로 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 갭(19, 20, 21) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 자속 증가 수단(19, 22, 23) 및 적어도 하나의 자속 밀도 감소 수단(19, 22, 23) 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
제1항 또는 제2항에 따른 밸브 액추에이터(2)를 포함하는 구동 밸브(1)이며, 상기 이동 자기 요소(12) 중 적어도 하나는 밸브 오리피스 변경 장치(15) 및 밸브 오리피스 변경 장치(15)의 일부 중 하나 또는 양자 모두에 연결되는 구동 밸브.
제1항 또는 제2항에 따른 적어도 하나의 밸브 액추에이터(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 작동 기계(34)이며, 적어도 부분적으로는 유압 유체 작동 기계로 설계되는 것인 유체 작동 기계.
제16항에 따른 적어도 하나의 구동 밸브(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 작동 기계(34)이며 적어도 부분적으로는 유압 유체 작동 기계로 설계되는 것인 유체 작동 기계.
간극(8)을 구비한 자기 코어(6), 적어도 하나의 가변 자기장 발생 장치(16), 적어도 하나의 영구 자기장 발생 장치(13), 및 적어도 하나의 이동 자기 요소(12)를 포함하며, 여기서 상기 이동 자기 요소(12)는, 상기 이동 자기 요소(12)의 제1 면(23)과 상기 자기 코어(6)의 상기 간극(8)의 제1 면(22) 사이에 제1 갭(19)이 형성되고, 상기 이동 자기 요소(12)의 제2 면(24)과 상기 자기 코어(6)의 상기 간극(8)의 제2 면(25) 사이에 제2 갭(20)이 형성되도록 상기 자기 코어(6)의 상기 간극(8) 내에 이동 가능하게 배치되는 것인 밸브 액추에이터(2)의 작동 방법으로서,
상기 영구 자기장 발생 장치(13) 중 적어도 하나에 의해 발생된 자속(48)은 적어도 부분적으로 상기 자기 코어(6)의 일부 및 상기 이동 자기 요소(12)의 일부 중 하나 또는 양자 모두를 통한 자속의 제한을 통해 상기 가변 자기장 발생 장치(16) 중 적어도 하나에 의해 일시적으로 상쇄되는 것을 특징으로 하는, 밸브 액추에이터(2)의 작동 방법.
제19항에 있어서, 상기 자속 제한량은 적어도 부분적으로 가변적이고, 상기 이동 자기 요소(12)의 위치에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터(2)의 작동 방법.
제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 밸브 액추에이터(2)는 제1항 또는 제2항 에 따라 설계 및 배치된 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터(2)의 작동 방법.