特許 5738881 ソレノイド・アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5738881

(24)【登録日】2015年5月1日

(45)【発行日】2015年6月24日

(54)【発明の名称】ソレノイド・アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/16 20060101AFI20150604BHJP

   H02K 33/02 20060101ALI20150604BHJP

   H01F 7/122 20060101ALI20150604BHJP

【ＦＩ】

   H01F7/16 R

   H02K33/02 A

   H01F7/08 A

【請求項の数】23

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2012-538407(P2012-538407)

(86)(22)【出願日】2010年11月5日

(65)【公表番号】特表2013-510450(P2013-510450A)

(43)【公表日】2013年3月21日

(86)【国際出願番号】GB2010051849

(87)【国際公開番号】WO2011058344

(87)【国際公開日】20110519

【審査請求日】2013年10月31日

(31)【優先権主張番号】0919645.2

(32)【優先日】2009年11月10日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】500331057

【氏名又は名称】センテック・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100091904

【弁理士】

【氏名又は名称】成瀬 重雄

(72)【発明者】

【氏名】デイムズ、アンドリュー

【審査官】 池田 安希子

(56)【参考文献】

【文献】 特表平０３−５０５７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１２２８４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−０３７４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２６０６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−０３７２１４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ７／０６− ７／１６

Ｈ０２Ｋ ３３／００−３３／１８

Ｆ０２Ｍ ３９／００−７１／０４

Ｆ１６Ｋ ３１／０６−３１／１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一つの極片（４７，４８；４７，８１；１００，１０１；１１５；１３５，１３９，１４０）と、
アーマチュア（５１；８６；１０４；１２１；１３８）と、
第１及び第２の位置の間における前記アーマチュアの移動を、磁化に応じて生じるように配置された、電磁コイル（４６；１１２）と、
前記アーマチュアが前記第１及び第２のそれぞれの位置にあるときに、前記第１及び第２の位置に前記アーマチュアを停止させるように配置され、かつ方向付けられた永久磁石（５２；８４；１０５；１１９；１３６）と、
前記アーマチュアを付勢するように配置され、かつ、前記アーマチュアが第２の位置に停止することを防ぐのに十分な力を提供するように構成されたスプリング（５３；１０６；１２２；１４３）と
を備える短行程のソレノイド・アクチュエータであって、
ここで、前記スプリング（５３；１０６；１２２；１４３）は、少なくとも２０Ｎｃｍ^−２×Ａ／ｔのばね定数ｋ（Ｎ／μｍ）を有しており、ここで、Ａは、極片（４７，４８）におけるｃｍ^２での有効面積であり、ｔは、前記アーマチュアと極片との間の、μｍでのギャップ長である。

【請求項2】

請求項１に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記スプリング（５３；１０６；１２２；１４３）は、少なくとも４０Ｎｃｍ^−２×Ａ／ｔのばね定数ｋを有する。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記有効面積Ａは、０．２ｃｍ^２から５ｃｍ^２の間である。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、前記スプリング（５３；１０６；１２２；１４３）は、行程を戻る方向を持つばね力を提供する。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記スプリング（１０６；１２２；１４３）は、湾曲部又は湾曲部の組（８９）を備える。

【請求項6】

請求項５に記載のアクチュエータであって、ここでは、一つのあるいはそれぞれの湾曲部（１０６；１２２）は、長さ、幅及び厚さを有する、平坦なシート湾曲部であり、ここで、前記長さは、前記厚さより大きく、そしてここで、移動の方向は、前記湾曲部の長さに沿っている。

【請求項7】

請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記スプリング（５３）は、共通軸を有する第１及び第２のチューブを備える同心状のチューブ・ベローを備えており、そしてここで、移動の方向は、前記軸に沿っている。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、ここでは、第１及び第２の位置の間における前記アーマチュア（５１）の移動距離は、５００μｍ以下であるか、又は、１００μｍ以下である。

【請求項9】

請求項８に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記移動距離は、２０〜８０μｍの間である。

【請求項10】

請求項１〜９のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、ここでは、極及び／又はアーマチュアについての前記幅は、前記アーマチュアとポールとの間の前記ギャップ長の少なくとも１０倍、少なくとも１００倍、又は少なくとも２００倍である。

【請求項11】

請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記永久磁石（５２；１０８）は、前記アーマチュア（５１；１０７）によって支持されていて、アーマチュアと共に移動するようになっている。

【請求項12】

請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記永久磁石（８４）は、極片（４７，８１）によって支持されている。

【請求項13】

請求項１〜１２のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記アクチュエータは、内側あるいは外側に向けられた磁化を持つ、前記アーマチュアの中央におけるいずれかの側に配置された少なくとも二つの永久磁石を備える。

【請求項14】

請求項１３に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記永久磁石は、少なくとも１ｍｍの厚さを持つ。

【請求項15】

請求項１〜１４のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記永久磁石（５２；１１９）は、環状である。

【請求項16】

請求項１〜１５のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記コイルは、極の幅（ｗ_２）の０．５倍以下の環状の幅（ｗ_ｃ）を有する。

【請求項17】

請求項１〜１６のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、これは、他の電磁コイル（４５）をさらに備える。

【請求項18】

請求項１〜１７のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記少なくとも一つの極片（１１５）は、移動の方向に沿って離間された第１及び第２の極（１１７，１１８）を提供し、さらにここでは、前記アーマチュア（１２１）は、前記第１及び第２の極（１１７，１１８）の間に配置されている。

【請求項19】

請求項１〜１７に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記少なくとも一つの極片は、移動の方向に沿って離間された第１及び第２の極片（４７，４８；４７，８１；１００，１０１）を含んでおり、さらにここでは、前記アーマチュア（５１；８６；１０７）は、前記第１及び第２の極片の間に配置されている。

【請求項20】

請求項１〜１９のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、ここでは、前記アクチュエータは、可変な上昇を可能にする直線動作を提供している。

【請求項21】

請求項１〜２０のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、これはさらにチューブ（１３０）を含んでおり、
ここで、前記少なくとも一つの極片（１３５、１３９）は、内側及び外側の極片を含んでおり、
さらにここで、前記外側極片（１３５）及び前記少なくとも一つのコイル（１３３）は、前記チューブ（１３０）の外側に配置されており、
さらにここで、前記内側極片（１３９）及びアーマチュアは、前記チューブの内側に配置されている。

【請求項22】

請求項１〜２１のいずれか１項に記載のアクチュエータを備える、流体流の制御用の装置（３６）。

【請求項23】

請求項１〜２１のいずれか１項に記載のアクチュエータを備える、燃料インジェクタ（３６）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ソレノイド・アクチュエータに関するものであり、特に、しかし排他的でなく、燃料インジェクタにおいて使用されるものに関する。

【背景技術】

【0002】

ソレノイド・アクチュエータは、多数の、異なる形態をとることができる。

【0003】

単純な、単動（single-action）のソレノイドは、アーマチュア（armature）と、電磁コイル（electromagnetic coil）（しばしば、単に「電磁石」として言及される）と、磁気コア（magnetic core）と、スプリングとを備える。電磁石を励磁することにより、アーマチュアが移動する。電流が遮断されると、スプリングがアーマチュアを復帰させる。単動ソレノイドに永久磁石を追加すると、アーマチュアを停止（latch）させることができる。したがって、電流が遮断されたとき、アーマチュアの位置が保たれる。アーマチュアを解放するために、電磁石は、反対の方向に流れる電流により励磁される。

【0004】

複動（double-action）のソレノイドは、通常、二つの電磁石を含む。例えば米国特許４７５１４８７Ａに記載されているように、永久磁石を使うことによって、二重の停止（dual latching）を行うことができる。

【0005】

ある種のソレノイドでは、アーマチュアは、直線的に並進するのではなく、傾斜している。そのようなソレノイドの一例は、例えば米国特許１３６５８９８Ａに記載されているように、バランスされたアーマチュア・トランスデューサ（balanced armature transducer）において見出される。

【0006】

ある種のソレノイド・アクチュエータを、燃料インジェクタ及びエンジンバルブにおいて使用できる。

【0007】

例えば、ＵＳ２００７／００９５９５４Ａは、退避位置と延長位置との間で移動可能なピントル（pintle）と、ピントルを退避位置に付勢する復帰スプリングとを有する燃料インジェクタを記載している。電磁コイルと可動アーマチュアとを有する、単動の非停止ソレノイドが使用されて、ピントルを延長位置に駆動することができる。したがって、電磁コイルが励磁されると、ピントルが延長位置に駆動され、そして、コイルへの励磁が停止すると、ピントルは、退避位置に戻る。

【0008】

ＥＰ１８３７５１６Ａは、燃料バルブを開閉するために移動可能な、単動の、非停止アクチュエータと、閉位置に向けてアーマチュアを駆動する永久磁石と、開位置に向けてアーマチュアを駆動するスプリングと、永久磁石の磁界と干渉して、永久磁石によってアーマチュアに作用する力を少なくとも減少させる磁界を生成する電磁石とを記載している。電磁石が励磁されていないときは、永久磁石は、磁力を及ぼして、バルブを閉位置に保持する。電磁石が励磁されたときは、それは、永久磁石によって生成される力を減少させる磁界を生成する。スプリングの動きにより、アーマチュアは、開位置に移動する。電磁石がオフ状態に切り替わると、永久磁石の力がバルブを閉じる。あるいは、電磁石を通る電流の方向を反転させることは、バルブを閉じる磁界の生成に寄与しうる。

【0009】

ＥＰ２１９４５４３Ａは、アーマチュアと、アーマチュアを第１の方向に移動させるように配置された第１電磁コイルと、第２の方向にアーマチュアを付勢してそれを第１の（つまり閉の）位置に保持するスプリングとを有する複動の非停止ソレノイド・アクチュエータを含む燃料インジェクタを記載している。ソレノイド・アクチュエータは、第２電磁コイルと、この第２電磁コイルに関連付けられた永久磁石とを含む。永久磁石は、第２の方向にアーマチュアを移動させて、アーマチュアを第１の位置に保持するように作用する磁界を生成する。第２電磁コイルは、永久磁石とは反対の方向に磁界を生成する。したがって、第２電磁コイルが励磁されると、それは、永久磁石の磁界をキャンセルする。それと同時に、あるいはその直後に、第１電磁コイルが励磁され、アーマチュアを、第１の方向において、第２の位置に移動させるようになっている。第１及び第２の電磁コイルでの励磁が停止すると、スプリングと永久磁石により生成された力が作用して、アーマチュアを、その第１の位置まで戻す。

【0010】

米国特許５４９４２１９Ａは、アーマチュアと、第１及び第２のコイルと、第１及び第２の永久磁石とを備える複動アクチュエータを有する燃料噴射システムにおける制御バルブ・アセンブリを記載している。アーマチュアは、第１永久磁石によって、第１の位置に保持される。第１コイルは励磁されて、それは、第１永久磁石により生成される磁界をキャンセルする。それから、第２コイルが励磁されて、それは、第２永久磁石により生成される磁界と同じ方向における磁界を生成し、これによって、アーマチュアを第２の位置に引く。第１コイルがオフに切り替えられて、一旦、アーマチュアが第２の位置に達すると、第２コイルもオフに切り替えられる。アーマチュアは、第２永久磁石により、第２の位置に保持される。この工程を、第１及び第２のコイルの操作を交換しながら繰り返すことにより、アーマチュアを第１の位置に戻すことができる。

【0011】

米国特許５９６１０４５Ａは、ポペット・バルブ部材を有する燃料インジェクタにおける制御バルブを記載しており、これは、ポペット・バルブ部材が取り付けられ、かつ永久磁石を含むアーマチュアと、コイルと、復帰スプリングとを有する単動ソレノイドを含む。それとともに、復帰スプリングと永久磁石とは、通常、ポペット・バルブ部材を第１の開位置において付勢する。永久磁石の向きとしては、コイルが励磁されたときに永久磁石がコイル及びフラックス・キャリア（flux carrier）から遠ざかり、ポペット・バルブを第２の閉位置に押すようになっている。

【0012】

ＥＰ１９３９４４０Ａは、第１及び第２の独立操作可能なコイルの間に配置された永久磁石アーマチュアを含む、複動の、二重停止のソレノイドを有する燃料噴射バルブを記載している。第１及び第２のコイルが操作されるとソレノイド・アクチュエータは、アーマチュアを後退させ及び引き寄せ、これにより、アーマチュアにより支持されるニードルバルブを移動させることができる。

【0013】

例えばＧＢ２２０８０４１Ａに記載されるように、ソレノイド・アクチュエータを使用して、内燃チャンバにおける吸気及び排気バルブを制御することもできる。この構成において、バルブ閉鎖部材は、圧縮スプリングの力に対抗して、開又は閉の位置に向けて、永久磁石の極によりラッチされる。各位置に関連するコイルは、電流パルスにより作動するときは、バルブ閉鎖部材を保持する永久磁石の極における磁界をキャンセルし、そして、圧縮スプリングが、他の位置に向けて、谷閉鎖部材（vale closing member）を、中央のニュートラル位置を通って迅速に、移動させることができる。

【0014】

他のアクチュエータがＷＯ２００５／０４３２６６Ａに記載されており、これは、超高速の工具サーボにおいて使用される。このアクチュエータは、第１及び第２のコイルと、永久磁石と、湾曲部（flexures）によって支持されるアーマチュアとを含む。

【発明の概要】

【0015】

本願発明は、改善されたソレノイド・アクチュエータを提供しようとするものである。

【0016】

本発明の実施形態における第１の面によれば、短行程ソレノイド・アクチュエータ（short travel solenoid actuator）が提供され、それは、少なくとも一つの極片（pole piece）と、例えば第１及び第２の極片の間に配置されるアーマチュアと、励磁に応答して、第１及び第２の位置の間で前記アーマチュアを移動させるように構成された電磁石コイルと、前記アーマチュアが前記第１及び第２の位置にそれぞれあるときに、前記第１及び第２の位置に前記アーマチュアを停止（latch）させるように配置され、かつ方向付けられた永久磁石と、アーマチュアを付勢（bias）するように構成されて、前記アーマチュアが前記第２の位置において停止（latching）することを防ぐために十分な力を提供するスプリングとを含む。

【0017】

用語「短行程（short travel）」が意図する意味は、ギャップに流れ込む磁束（magnetic flux）が流入あるいは流出する極（pole）あるいはアーマチュアのような、ギャップに隣接する磁性材料（magnetic material）における最も狭い幅（すなわち最も狭い有効幅（narrowest effective width））よりも小さい大きさのオーダのギャップ長を、アーマチュアと極片（単数又は複数）とが、少なくとも有すように構成されることである。もしギャップがより短くされている、あるいは、磁性材料がより広くされているならば、磁界は、ギャップの幅にわたって、いっそう均一となる。磁性材料の幅は、最大ギャップ長の少なくとも１０倍、少なくとも２０倍、少なくとも５０倍、少なくとも１００倍、少なくとも２００倍、あるいは少なくとも５００倍であってよい。好ましくは、スプリングは、中立点（neutral point）、すなわち、それが力を発揮しない位置を、第１及び第２の位置の一つに、あるいはそれらの間に持つ。

【0018】

十分に高いばね定数を持つスプリングにより、十分な力を提供できる。第１及び／又は第２の位置における停止領域（latching fields）は、おおよそ１から１．５Ｔの間にある。スプリング（あるいは、一つ以上のスプリングが用いられている場合には、集合的あるいは組み合わせとしてのスプリング）は、少なくとも２０Ｎｃｍ^−２×Ａ／ｔのばね定数ｋ（Ｎ／μｍにおいて）を持つことができる。ここで、Ａは、ｃｍ^２で示される極片有効面積（active area of pole piece）、ｔはギャップ長（μｍとして）である。有効面積は、極片の面（face）の面積マイナス、コイルによって取られる面積すなわち、磁性材料の面の面積、であってよい。スプリングは、少なくとも４０Ｎｃｍ^−２×Ａ／ｔのばね定数を有する。面積Ａを、０．２ｃｍ^２と５ｃｍ^２との間とすることができる。スプリングは、移動とは逆行する方向を持つばね力を提供することができる。スプリングは、例えば、長さ、幅及び厚さを持つ平坦シート湾曲部（flat sheet flexure）のような湾曲部を備えることができ、ここで、長さは、厚さよりも大きく、そして、移動の向き（direction of travel）は、湾曲部の長さ、あるいは、共通の軸を有する第１及び第２のチューブを備える同心チューブ・ベロー（concentric tube bellows）に沿っており、ここで、移動の向きはこの軸に沿っている。

【0019】

第１及び第２の位置の間におけるアーマチュアの移動距離は、５００μｍ以下、２００μｍ以下、あるいは、１００μｍ以下である。移動距離は、２０から８０μｍの間とすることができる。

【0020】

永久磁石は、アーマチュアによって支持されることができ、これにより、アーマチュアと共に移動することができる。永久磁石は、極片により支持されることができる。アーマチュアは、平坦であってよく、アーマチュアの移動方向において厚さを持つことができる。アーマチュアの厚さを、少なくとも１ｍｍとすることができる。アーマチュアの厚さは、３ｍｍから５ｍｍの間であってもよい。永久磁石は環状であってもよい。アクチュエータは、少なくとも二つの永久磁石を備えることができる。アクチュエータは、アーマチュアの中央の両側に配置された二つの永久磁石を備えることができ、それらは、放射状に向けられた（例えば、内向きに配置された）磁化（magnetisations）を有する。アクチュエータは、アーマチュア中心の周りに角度を持って間隔があけられた三つ又はそれ以上の（例えば４個、６個あるいは８個の）永久磁石を備えることができ、それらは、放射状に配置された（例えば内向きに配置された）磁化を有する。コイルは、第１極片の幅の０．１倍以下の環状幅（annular width）を持つことができる。

【0021】

アクチュエータは、他の電磁コイルを備えることができる。

【0022】

本発明の第２の面によれば、少なくとも一つの極片と、アーマチュアと、第１及び第２の位置の間でアーマチュアを移動させる電磁コイルと、少なくとも第１の位置においてアーマチュアを停止させるように構成された永久磁石と、アーマチュアを付勢するように構成されたスプリングとを備えるアクチュエータが提供される。

【0023】

本発明の第３の面によれば、アクチュエータを備える流体流（fluid flow）制御装置が提供される。

【0024】

本発明の第４の面によれば、アクチュエータを備える燃料インジェクタが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0025】

本発明の実施形態が、単なる例示として、添付の図面を参照しながら以下に説明される。

【図1】硬質スプリング（stiff spring）を用いた単動ソレノイド・アクチュエータについての概略図である。

【図2a】図１に示されるアクチュエータにおけるアーマチュアの位置に対するコイル電流の飽和の依存性を示す。

【図2b】図１に示すアクチュエータにおけるスプリングの特性を示す。

【図2c】図１に示すアクチュエータにおける一定フラックス（constant flux）の磁力特性を示す。

【図2d】図１に示すアクチュエータにおける合成力の特性を示す。

【図3】第１及び第２の背中合わせ（back−to−back）の単動アクチュエータを備えるアクチュエータの概略図である。

【図4a】図３に示すアクチュエータにおけるアーマチュア位置に対するコイル電流の飽和の依存性を示す。

【図4b】図３に示されるアクチュエータのためのスプリングの特性を示す。

【図4c】図３に示すアクチュエータのための磁力特性を示す。

【図4d】図３に示すアクチュエータのための、スプリングと磁気との合成力特性を示す。

【図5】本発明によるソレノイド・アクチュエータの概略図である。

【図5a】図５に示すソレノイド・アクチュエータの透視断面である。

【図6a】図５に示すアクチュエータにおけるアーマチュア位置に対する、コイル電流飽和の依存性を示す。

【図6b】図５に示すアクチュエータにおけるスプリング特性を示す。

【図6c】図５に示すアクチュエータにおける磁力特性を示す。

【図6d】図５に示すアクチュエータにおける合成力特性を示す。

【図6e】図３及び図５に示されるアクチュエータのためのアーマチュアの位置によるインダクタンスの振る舞いを示す。

【図7】本発明によるソレノイド・アクチュエータを含む燃料インジェクタの部分断面であって、チューブ・ベロー（tube bellows）のセットを含む。

【図7a】図６に示すチューブ・ベローのセットについての拡大された断面図である。

【図8】チューブ・ベローのセットを備えない、図７に示されるソレノイド・アクチュエータのためのストロークに対する力のプロットを示す。

【図9】チューブ・ベローのセットを備える、図７に示されるソレノイド・アクチュエータのためのストロークに対する力のプロットを示す。

【図10】図７に示すソレノイド・アクチュエータの透視断面図である。

【図10a】図１０におけるソレノイド・アクチュエータのアーマチュアが第１位置にあるときの第１磁気回路を示す。

【図10b】図１０におけるソレノイド・アクチュエータのアーマチュアが第２位置にあるときの第２磁気回路を示す。

【図11】本発明による他のソレノイド・アクチュエータの透視断面図である。

【図12】本発明によるさらに他のソレノイド・アクチュエータの透視断面図である。

【図13】平坦シート湾曲部を示す。

【図14】本発明によるソレノイド・アクチュエータの断面図である。

【図14a】図１４に示すアクチュエータについての、分解した斜視図である。

【図15a】四角形のアーマチュアにセットされた環状永久磁石についての平面図である。

【図15b】円形状のアーマチュアにセットされた環状永久磁石についての平面図である。

【図16a】四角形のアーマチュアにおける四角形磁石のセットについての平面図である。

【図16b】円形状のアーマチュアにおける四角形磁石のセットについての平面図である。

【図17】面外（out-of-plane）の永久磁石の配置についての断面図である。

【図17a】図１７のアクチュエータのアーマチュアが第１位置にあるときの第１磁気回路を示す。

【図17b】図１７のアクチュエータのアーマチュアが第２位置にあるときの第１磁気回路を示す。

【図18】本発明によるウエットタイプのソレノイド・アクチュエータとパイプの断面図である。

【実施形態についての詳細な説明】

【0026】

本発明の実施形態を説明する前に、単動ソレノイド・アクチュエータの作動を最初に説明することにより、本発明の理解に役立てる。ソレノイド・アクチュエータの作動についての、以下の説明においては、同様の部品は同様の参照番号により示される。

【0027】

図１を参照すると、単動ソレノイド・アクチュエータが示されている。アクチュエータ１は、軸２を有しており、軸２の周りに巻かれた電磁コイル３と、コイル３に関連付けられた極片４と、極片４から軸方向に離間されたアーマチュア５と、ばね定数を有する圧縮スプリング６とを備えている。間隙ｔを有する空隙（air gap）７が、極片４とアーマチュア５との間に形成されている。

【0028】

極片４は、Ｅ−コア（E-core）の形態をとっている。極片４及びアーマチュア５は、全体として、平面視して四角形状となっている。

【0029】

アクチュエータ１は、負のｘ方向に沿ってバルブ・ヘッド（図示せず）を退避させてそれを弁座（valve seat）（図示せず）から外すことでバルブを開く燃料インジェクタ（図示せず）において使用可能である。しかしながら、アクチュエータ１は、正のｘ方向に沿ってバルブ・ヘッド（図示せず）が延出されてそれを弁座（図示せず）から外す燃料インジェクタ（図示せず）において使用可能である。

【0030】

図１は、完全な開位置にあるアクチュエータ１を示しており、すなわちｔ＝ｔ_ｍａｘであって、電磁コイル３は励磁されておらず、これは、最大変位であって、ここでは、バルブは、スプリングによって、依然として閉状態とされている。電磁コイル３を使用して、空隙７を閉じることができ、すなわちｔ＝０であり、これには、適切な方向に流れる電流を用いてコイル３の励磁を行う。閉じられたときは、スプリング６により働く力Ｆ_ｓは、最大磁気閉鎖力Ｆ_ｍ（ｍａｘ）と等しくなる。

【0031】

極の幅（pole width）に比較した小さいギャップ長がｔ＜＜ｗ_２及びｔ＜＜ｗ_１であるとき、最大の磁気閉鎖力Ｆ_ｍ（ｍａｘ）は、以下のように近似できる：

【0032】

Ｆ_ｍ（ｍａｘ）＝Ａ×０．５Ｂ・Ｈ （１）

【0033】

ここで、Ａは、極（pole）４の面積であり（このケースではＡ＝０．２５×πｄ_ｐ^２−Ａ_ｃｏｉｌ、ここでＡ_ｃｏｉｌはコイルの面積）、Ｂは磁界（magnetic field）、Ｈは磁界強度（magnetic filed intensity）であり、最大飽和界（maximum saturating field）におけるものである。磁気閉鎖力ｆ_ｍ（ｍａｘ）は、Ａ×４００，０００Ｂ^２にほぼ等しい。したがって、鉄の最大飽和界が２テスラであるとすれば、最大磁気閉鎖力Ｆ_ｍ（ｍａｘ）は、鉄の極片４及びアーマチュア５において、約１６０Ｎｃｍ^−２である。磁気閉鎖力は、１．６テスラにおいて、約１００Ｎｃｍ^−２である。小さいギャップ長のために、Ｆ_ｍは、移動方向においてほぼ一定である。

【0034】

この例では、極片４及びアーマチュア５は、平面視（ｘ軸に沿って見たとき）において、全体として正方形であり、ｔ_ｍａｘは５０μｍであり、アーマチュアの厚さｔ_ａは４ｍｍであり、極片の厚さｔ_ｐは５．２ｍｍであり、コイル厚さｔ_ｃは１．２ｍｍであり、極片の幅ｄ_ｐは１４．４ｍｍであり、コイル環状幅ｗ_ｃは１．２ｍｍである。したがって、このケースでは、最小の極の幅（minimum pole width）ｗ_２は３ｍｍであり、ｗ_２／ｔは６０である。

【0035】

アクチュエータ１が完全に開のときは、コイル３は、極片４における磁界Ｂが飽和する前に、最大電流Ｉ_ｍａｘを流すことができる。コイル３にリンクされた磁束を固定（fixing）して、コイル３を短くすることができる。

【0036】

図２ａは、アーマチュア位置に対する飽和電流のプロット８を示す。図２ａに示されるように、アーマチュア５が極４に向けて運ばれると、コイル３における飽和電流は直線的に減少する。

【0037】

図２ｂをさらに参照すると、アーマチュア位置に対するばね力Ｆ_Ｓのプロット９が示されている。図２ｂに示されるように、アクチュエータ１が閉じたとき、つまりｔ＝０のときに、最大ばね力が作用する。ギャップサイズｔが増加すると、ばね力Ｆ_Ｓは直線的に減少して、スプリング６が非圧縮でギャップサイズｔが最大のとき、つまりｔ＝ｔ_ｍａｘのときにゼロに到達する。バルブとしての動作においては、バルブは、ｔ_ｍａｘの前に着座して、閉鎖力が続くことを保障する。

【0038】

図２ｃをさらに参照すると、アーマチュア位置に対する、磁力についての第１、第２及び第３のプロット１０_１、１０_２、１０_３が、三つの異なる電流値つまりそれぞれＩ＝Ｉ_ｍａｘ、Ｉ＝０．５_ｍａｘ及びＩ＝０に対応して示されている。図２ｃに示されるように、規定の電流に対応する磁力は、アーマチュアの位置に対して、一定値を維持する。

【0039】

ソレノイド・アクチュエータ１の振る舞いは、磁気エネルギＥ_ｍを考察することによって説明できる。

【0040】

アクチュエータ１に保持される磁気エネルギＥ_ｍは、体積についての０．５Ｂ・Ｈの積分をとることによって計算できる。理想的な軟質材料（soft material）と小さいギャップとを用いるアクチュエータにおいては、全磁気エネルギはギャップ７に蓄えられる。小さいギャップについては、磁界は均一である。ギャップ７の体積Ｖを、Ｖ＝Ａ×ｔとして計算できる。したがって、ギャップ７に保持される磁気エネルギＥ_ｍを、以下のようにして計算できる：

【0041】

Ｅ_ｍ＝Ａ×ｔ×０．５Ｂ・Ｈ （２）

【0042】

Ｆ＝Ａ×０．５Ｂ・Ｈを用いて、この式は以下のように再表現できる：

【0043】

Ｅ_ｍ＝Ｆ_ｍ×ｔ （２’）

【0044】

ここでＦは、生成される力である。

【0045】

したがって、もし電位差（electrical potential difference）Ｖが、コイル３の端部間に適用され、そして、コイル３における電流Ｉの生成が許容されると、蓄積される磁気エネルギ量Ｅ_ｍを以下のように表現できる：

【0046】

Ｅ_ｍ＝０．５Ｌ×Ｉ^２ （３）

【0047】

ここでＬは、コイル３のインダクタンスである。もしコイル３が短絡されると、コイルにリンクする磁束は、短時間の間（コイルの抵抗によって磁気エネルギが消散するまで）、固定される。アーマチュア５が下降して、ギャップが小さくなると、このエネルギは、運動エネルギ（kinetic energy）に変換され、アクチュエータ１によって仕事が行われる。

【0048】

磁気飽和についての、異なる小部分における磁力が、アーマチュアの位置の関数として、図２ｃに示されている。既定の束（flux）において、磁力は一定である。しかしながら、図２ａに示されるように、ギャップが増加すると、増加した電流量が必要とされる。

【0049】

図２ｄは、コイル３が三つの状態で準備されたときの位置に対する、合成されたスプリング及び磁気の力についてのプロット１１１、１１２、１１３を示しており、ここで三つの状態のうちの第１は、位置によって変化して（図２ａでわかるように）最大飽和磁界Ｂ_ｍａｘが適用されることになる電流Ｉ_ｍａｘが適用され、第２は、この電流の半分が適用され、第３は、コイルが開放回路（open circuit）となっている（つまり、コイル内を電流は流れない）。

【0050】

Ｂ＝Ｂ_ｍａｘという条件では、コイル３における電流Ｉは、ギャップサイズｔによって（図２ａに示すように）直線的に減少し、一方で、インダクタンスＬは、ギャップサイズｔによって直線的に増加する。上記の式３によると、保持された磁気エネルギＥは、ギャップサイズｔにより直線的に減少し、そして、上記の式２’によれば、磁力は一定に維持される。行われる全仕事Ｗを、以下のように表現できる：

【0051】

Ｗ＝Ｅ_ｍ（ｔ＝ｔ_ｍａｘ）／ｔ_ｍａｘ×Δｔ （４）

【0052】

ここでΔｔは、ギャップサイズにおける変化である。明らかに、ギャップサイズｔが、最大ギャップサイズ（すなわちｔ＝ｔ_ｍａｘ）からゼロのギャップサイズ（すなわちｔ＝０）に変化すると、Δｔ＝ｔ_ｍａｘであり、Ｗ＝Ｅである。したがって、ゼロのギャップサイズでは、束（flux）及び磁力は依然として同じであるが、電流Ｉ及び保持される磁気エネルギＥ_ｍは、このときゼロである。

【0053】

したがって、図２ｃに示されるように、もしコイル３が電流なしとなっているならば、それはどのような力も提供せず、そして、スプリング６は、ギャップ７の閉鎖に抵抗するようになり、したがって、それは、アーマチュア５を押しやる。しかしながら、もし極が最大の束（flux）を有すると、それは、一定の磁力を提供する。この力のオフセットは、結果としての正味の力（net force）が、アーマチュア５を極片４に向けて引くことを意味する。

【0054】

図３により、複動の、背中合わせのソレノイド・アクチュエータ１２が参照される。図１に示す単動ソレノイド・アクチュエータ１と同様に、背中合わせのソレノイド・アクチュエータ１２は、軸２を持ち、軸２の周りに巻かれた第１電磁コイル３と、第１コイル３に関連した第１極片４と、第１極片４から軸方向に離間されたアーマチュア５と、ばね定数ｋを持つ第１圧縮スプリング６とを備える。ギャップサイズｔを持つ第１空隙７は、第１極片４とアーマチュア５との間に形成される。アクチュエータ１２は、図１に示される単動ソレノイド・アクチュエータ１と同じ寸法を持つ。

【0055】

アクチュエータ１２は、軸２の周りに巻かれた第２電磁コイル１３と、第２電磁コイル１３に関連した第２極片１４と、ばね定数を持つ第２圧縮スプリング１６とを含む。この例では、これらのばね定数は同じである。ギャップサイズｕを持つ第２空隙１７が、第２極片１４とアーマチュア５との間に形成されている。この例では、ｕ＝ｔ_ｍａｘ−ｔである。したがって、ｔ＝ｔ_ｍａｘのとき、ｕ＝０であり、ｔ＝０のとき、ｕ＝ｔ_ｍａｘである。

【0056】

したがって、アクチュエータ１２は、背中合わせの単動アクチュエータ１の対として把握でき、これは、軸方向に離間されたコイル３，１３を備え、そしてそれは、共通のアーマチュア５を共有する。

【0057】

極片４，１４は、Ｅ−コアの形態をそれぞれとっており、平面視において概ね四角形状となっている。

【0058】

図４ａは、第１及び第２のコイル３，１３における電流についてのプロット８，１８を、アーマチュア位置に対して、それぞれ示す。第１及び第２のコイル３，１３における電流は、同じ方向である。図４ａに示されるように、アーマチュア５が第１極片４（下側の極として示される）に向けて運ばれると、第２極片１４における極を飽和させるために必要な、第１コイル３における電流値は、直線的に減少し、ここで、第１極片４における極を飽和させるのに必要な、第２コイル１３における電流値は、直線的に増加する。

【0059】

図４ｂ及び４ｃをさらに参照すると、位置に対するばね力Ｆ_Ｓのプロット９，１９と、三つの異なる電流値、すなわちＩ＝Ｉ_ｓａｔ、Ｉ＝０．５_ｓａｔ及びＩ＝０のそれぞれにおける、第１及び第２のコイル３，１３についての、アーマチュア位置に対する磁力のプロット１０_１，１０_２，１０_３，２０_１，２０_２，２０_３とが示されている。Ｉ_ｓａｔは、アーマチュア位置の関数である（図４ａ参照）。

【0060】

図４ｂに示されるように、第１ギャップ７が開いていて第２ギャップ１７が閉じている、すなわちｔ＝ｔ_ｍａｘのときに、第２スプリング１６により、最大ばね力が発揮される。

【0061】

図４ｃに示されるように、もしコイル３，１３が、最大飽和電流値の半分を用いるように準備されているならば、閉鎖力１０_２，２０_２は、１／４に減る。なぜなら、力は、電流の平方に比例するからである。

【0062】

さらに図４ｄを参照すると、第１及び第２のスプリング６，１６におけるばね力Ｆ_Ｓ，Ｆ_Ｓ’と、磁力とが加えられて、合成ばね力特性２１_１，２１_２，２１_３，２２_１，２２_２，２２_３が生じる。

【0063】

図４ｄに示されるように、もしコイル３，１３が、電流なし（つまりＩ＝０）として準備されるならば、アクチュエータ１２は、力特性２１_３，２２_３を示し、ここでは、極片４，１４のちょうど中間（midway）にアーマチュア１２が配置されたときに存在する正味の力はゼロである。

【0064】

二つの電磁コイル３，１３を使って、図１に示される単動ソレノイド１のソレノイド・アクチュエータ１２についての磁気エネルギを２倍にすることができる。したがって、ソレノイド・アクチュエータ１２は、２倍の力を発揮することができ、アーマチュア５を一層素早く動かすことができる。なぜなら、両装置において、同じサイズのアーマチュアを使うことができるからである。このことに拘わらず、図３に示されるアクチュエータ１２は、二つの分離されたアクチュエータとしても効果的に振舞う。図４ｄに示されるようなばね力を用いて、アクチュエータを閉状態、つまりｔ＝０に維持するために、電流が提供される。

【0065】

本発明は、少なくとも部分的には、背中合わせのアクチュエータと同じあるいは類似の能力を達成できるという洞察に基づくが、より効率的に、そしてある方法では、本発明において、アクチュエータは、閉じたアクチュエータ状態に、動力なしで引き込まれる。

【0066】

図５及び５ｂを参照すると、本発明によるソレノイド・アクチュエータ２３が示されている。ソレノイド・アクチュエータ２３は、内部に向けられた磁化（magnetisations）２５を有する二つの永久磁石２４を含む、修正されたアーマチュア５’を有する。アクチュエータ２３は、図３に示されるアクチュエータ１２と同じ寸法を有する。

【0067】

図５に示されるように、ｗ_１＝ｗ_２＝３ｍｍであり、アーマチュアの厚さｔ_ａは永久磁石の厚さｔ_ｐｍと同じであって、それは、おおよそ４ｍｍであり、さらに、ｔ_１＝４ｍｍである。アクチュエータ２３は、二つのコイル３，１３において、２７０アンペア・ターン（amp-turns）（２×１５Ａ×９巻き）である。しかしながら、アンペア・ターンは、これより低くても高くてもよく、例えば、アクチュエータあたりで５０から５００アンペア・ターンとすることができる。コイルは、０．２５ｍｍ径のワイヤを備える。

【0068】

この例では、アクチュエータ２３は、平面視において、すなわちｘ軸に沿って見たときに、四角形状である。スプリング６，１６は、アーマチュア５と極片４，１４の反対側部（opposite sides）とに取り付けられた一対の平坦な湾曲部の形態をとり、これによって、アーマチュア５と極片４，１４が、湾曲部の間に挟まれる。

【0069】

図６ａを参照すると、電流Ｉは、二つのコイルにおける電流の合計であり、なぜなら、それらは近接して結合（closely coupled）しているからである。線１８’は、最大の正の電流を示し、これは、下部の極（lower pole）の飽和によって制約される。線１８’’は、最大の負の電流を示し、これは、上部の極（upper pole）の飽和によって制約される。

【0070】

図６ｂに示されるように、スプリング６，１６は、アーマチュア磁石２３なしのアクチュエータ１２（図３）と同じ特性９，１９を有する。

【0071】

しかしながら、図６ｃに示されるように、永久磁石２４の効果は、位置依存（position-dependent）の磁力を、極片４，１４での磁界が飽和されていないときに、導入することである。したがって、最大の磁力は、アーマチュア磁石２３なしのアクチュエータ１２（図３）におけるそれと同じである。しかしながら、それを達成するために必要な電流は異なる。

【0072】

図６ｄは、合成されたスプリングと磁石の力についての、対応するプロット２１_１’，２１_２’，２１_３’，２２_１’，２２_２’，２２_３’を示す。

【0073】

飽和した界（saturated field）についての図４ｄ及び６ｄにおいて、合成力の特性２１_１，２１_１’の比較から分かるように、アーマチュア５’において永久磁石２４を配置することは、アクチュエータ２３により提供される最大の力に影響しない。しかしながら、永久磁石２４は、特に低い界（lower field）において、駆動条件を明らかに変更する。

【0074】

図６ｃからわかるように、アーマチュア５’は、負のばね効果にさらされる。すなわち、アーマチュア５’が、極片４，１４に近づくように運ばれると、ゼロ電流における磁力が増加する。したがって、スプリング６，１６なしで、アーマチュア５’は、ｔ＝０及びｔ＝ｔ_ｍａｘにおいて、停止する傾向がある。しかしながら、図６ｄからわかるように、スプリング６，１６は、この効果を補償する効果を持つ。もし、ばね定数と負のばね定数とが整合するならば、力のバランスが可能である。さらに、一つ又は両方のばね定数は、さらに増加可能であり、これによって、それらは、負のばね定数を超え、中央、一端あるいは他端において安定したアクチュエータを生成し、これは、通常は、リレー、バルブ、あるいはインジェクタにおける閉位置である。

【0075】

図６ｅに示されるように、第１及び第２のコイル３，１３は、電気的に、近接して結合（closely coupled）されており、ギャップが小さい（すなわちｔ＜＜ｄ）ために、それらは単独のコイルとみなしうる。コイルからの束（flux）が、上方及び下方のギャップを連続（in series）で通過するので、アーマチュア５’のインダクタンス２４は、位置に関して、実際上、一定であり続ける。しかしながら、永久磁石を持たないコイル３（図１及び３）におけるインダクタンス２５は、それらが分離されるにつれて、速やかに減少し、コイル１３（図３）におけるインダクタンス２５_２は対応して増加する。

【0076】

両方のコイルがギャップに接続されているので、電流を、それらの間で共有できる（例えば、それらを直列で接続することによって）。したがって、アクチュエータ２３は、銅損（copper losses）が低くなるので、より効率的に動作できる。適切に方向付けられた永久磁石を用いることによって、特に移動距離（length of travel）が短いときには、束の切り替え（flux switching）を用いて、アクチュエータ２３が動作しうる。

【0077】

図５に示されるように、実施形態は、二つのＥコアに基づいて示されている。しかしながら、極片についての異なる数、形状、及び構成を使用可能である。少なくとも一つの極片が、アーマチュアが位置し、かつ移動することができるギャップを形成するように配置される。一例として、第１及び第２の極片の間に、例えば第１及び第２のＥ−コアあるいはＣ−コアの間に、ギャップを提供可能である。しかしながら、単独の極片あるいは複数パート（multipart）の極片、例えばＣ−コア、における極の間にギャップを提供可能である。極片（単数又は複数）、アーマチュア及び永久磁石（単数又は複数）が配置されて、二つの異なる磁路（magnetic paths）を形成することができ（しかし、それは、磁性材料における部分、例えばアーマチュア及び／又は極片の部分を共有する）、これは、アーマチュアが、移動における反対側の端部における（あるいはそれに近い）異なる位置にあるときであり、アーマチュアが極片に接触するようになったときである。

【0078】

本発明の実施形態は、短移動（short-travel）の、束切り替え（flux-switched）のアクチュエータを提供でき、それは、高加速度の、起動−停止の応用（start-stop applications）において、例えば燃料インジェクタにおいて使用できる。このようなアクチュエータは、同じようなサイズの圧電アクチュエータ（piezoelectric actuator）よりも良い能力を持つ可能性がある。ある実施形態では、アクチュエータは、２００Ｎまでの力を提供することができ、及び／又は、約５０μｍの典型的なストロークを持つことができる。ある実施形態では、アクチュエータは、約０．２ｍｓの開放（opening）及び／又は閉鎖（closing）時間を持つことができ、可能性としては、約５０μｓの開放及び／又は閉鎖時間を持つことができる。複数のインジェクション事象（multiple injection events）の間の遅れを、０．２ｍｓより小さくしうる。ある実施形態では、アクチュエータを含む燃料インジェクタは、従来のガソリン直接インジェクション（GDI）アクチュエータと同様の所要動力（power requirements）を持つことができ、及び／又は、それと同様のサイズを持つことができる。インジェクタにおけるゼロの戻り流（zero return flow）の可能性がある。しかも、アクチュエータは、直線的な動きを提供し、これにより、可変のバルブ・リフトが可能となる。

【0079】

本発明のさらなる実施形態が、以下に記載される。以下の記載においては、同様の部品は、同様の番号により示される。

【0080】

図７を参照すると、内燃エンジンにおいて使用するための燃料インジェクタ３６が示される。

【0081】

燃料インジェクタ３６は、末端においてスプレー開口３９を有するノズル部３８を含む、複数パートのインジェクタ・ハウジング３７を備える。ピントル４０は、ノズル部３８を通って延び、頭部４１を有する。ピントル頭部（pintle head）４１は、バルブ座（valve seat）４２と係合可能（engageable）となっている。

【0082】

ピントル４０は、インジェクタ・ハウジング３７内において、第１の、退避した位置と、第２の、延出した位置との間において、軸４３に沿って移動可能である。退避した位置では、ピントル頭部４１は、バルブ座４２と組み合っている。延出した位置では、ピントル頭部４１は、バルブ座４２との係合を解除し、燃料を、高圧燃料チャンバ４４から噴射することができる。

【0083】

燃料インジェクタ２６は、本発明によるアクチュエータ４４を含み、それは、束切り替え（flux switched）であり、またそれは、ピントル４０を、退避位置と延出位置との間で直線的に往復動させるように操作可能である。

【0084】

アクチュエータ４４は、軸４３の周りに巻かれた第１及び第２の電磁コイル４５，４６と、第１及び第２の電磁コイル４５，４６にそれぞれ関連し、リング４９によって分離され、かつ、ディスク形状の空間５０を形成する第１及び第２の極片４７，４８と、同軸環状永久磁石５２を含むディスク形状のアーマチュア５１と、硬質のスプリング５３、すなわち高いばね定数ｋを持つスプリングとを備える。硬質スプリング５３は、高張力ステンレス鋼（high tensile stainless steel）から形成される一組の同心チューブ・ベロー（a set of concentric tube bellows）の形態をとる。

【0085】

図７ａにおいてさらに詳しく示されるように、チューブ・ベロー５３は、末端５６に取り付けられた、内側及び外側のベロー５４，５５を備える。内側のベロー５４は、外側のベロー５５よりも長い。内側ベロー５４における近位の端部５７は、ピントル４０に取り付けられ、外側ベロー５５における近位の端部５８は、インジェクタ・ハウジング３７に取り付けられている。ピントル３４０は、アーマチュア５１に、チューブ状スリーブ５９を介して、取り付けられている。

【0086】

チューブ・ベロー５３により発揮される力は、ベロー５４，５５における直径ｄ_１と、バルブ座５２の直径をポアソン比について修正したオリフィスの直径ｓ_３との一致によりバランスされるものであり、これにより、乾式の動作（dry actuation）を提供し、インジェクタからの燃料の還流を防ぐ。外側チューブ・ベロー５５の直径ｄ_１は、バルブ座４２の直径ｄ_２の約１．４倍である。

【0087】

チューブ・ベロー５３は、延出位置におけるピントル４０の停止（latching）を防ぐのに十分な力を提供する。らせん状の圧縮スプリング６０は、校正ピン（calibration pin）６１と、ピントル４０の端部に接するプレート６２との間において、軸方向に配置されている。したがって、ピン６１を使用して、インジェクタ３６を調整（trim）することができる。

【0088】

追ってさらに詳しく説明されるように、電磁コイル４５，４６の一つを省略しても、例えば駆動電流の方向を変えることによって、複動を実行することができる。

【0089】

アクチュエータ４４は、高い電気機械的接続（high electromechanical coupling）を用いて、直線動作と、逆起電力検出（back emf sensing）を介した比例制御（proportional control）とを提供する。別の束（flux）測定ループ（図示せず）を用いて、他の制御、例えば前出のＷＯ２００５／０４３２６６Ａに記載されたようなものを提供することができる。これを用いて、インジェクタ３６を部分的に開くことの制御を正確に行うことができ、そして、例えば極片４７，４８のような端部停止に接触する前にアーマチュアを遅くすることによって、反発（bounce）を抑制することができる。

【0090】

電気機械的結合は、磁気回路に対して適切に配置された永久磁石を用いることによって、例えば、図５あるいは図７に示されるように、ｔ_ｐｍを永久磁石の厚さとしｔ_ｍａｘをギャップサイズとしたときの比率（ｔ_ｐｍ＋ｔ_ｍａｘ）／ｔ_ｍａｘを増すことによって、そして、コイルの周りで磁束がとる経路における磁気抵抗（reluctance）を、ギャップの磁気抵抗に比較して、十分小さく調整することによって、増加しうる。

【0091】

先に説明したように、より少ないアンペア・ターン（例えば、永久磁石のないアクチュエータ及び／又は短行程アクチュエータでないアクチュエータに比較して）を用いることができる。なぜなら、永久磁石４２からの磁束は、コイル（単数又は複数）４５，４６からの磁束に追加されるからである。したがって、小さいコイルを使用可能である。

【0092】

永久磁石は、ＥＨグレードのＮｄＢＦｅ磁石を備えることができ、極片４７，４８は、例えば米国ニュージャージー州シナミンソンのHoeganaes Corporationにより販売されるＡｎｃｏｒＬａｍ（商標）のような高抵抗焼結鉄（high-resistivity sintered iron）を備えることができる。

【0093】

図７では、アクチュエータ４４が示されており、これは、ハウジング３７よりも小さい直径を有する。しかしながら、この相違をかなり小さくできる。ハウジング３７は、磁気リターンパス（magnetic return path）を提供しない。ある実施形態では、ハウジング３７は、アクチュエータ４４の外周を囲わない。

【0094】

さらに図８を参照すると、ストロークに対する力のプロット６４，６５，６６が示されており、これは、チューブ・ベロー５３を用いないアクチュエータ４４についてのモデル化された能力を描写している。

【0095】

第１及び第２のプロット６４，６５は、最大の飽和磁気駆動力（maximum saturated magnetic driving force）を示しており、それを用いて、アーマチュア５１を、第１及び第２の位置６７，６８の間で、閉鎖及び開放位置のそれぞれに応じて、動かすことができる。極のちょうど中間におけるアーマチュア５１の位置を参照点として、つまりストロークが０μｍとして使用できる。この例では、閉鎖及び開放位置６７，６８は−１５μｍ及び＋１０μｍである。閉鎖位置６７は、１０μｍのマージンを許容することができ、これにより、アーマチュア５１と極片４７との間の接触前にバルブが着座することを保障できる。開放位置６８により、バルブリフトを可変とすることができる。代替的には、バルブが極片に＋２５μｍで到達したときに、バルブを完全に開放することができる。図７に示されるように、最大飽和の開放及び閉鎖力は、位置に関して実質的に一定であり、それらは約１２０Ｎの大きさを持つ。

【0096】

第３のプロット６６は、ゼロ電流のときの、位置に対するアーマチュア５１への磁力を示す。

【0097】

さらに図９を参照すると、ストロークに対する力のプロット６４’，６５’，６６’が示されており、これは、チューブ・ベロー５３を有するアクチュエータ４４についての、モデル化された能力を描写している。

【0098】

ベロー５３の効果は、図７に示されるプロット６４，６５，６６を、チューブ・ベロー６３におけるばね定数ｋによって、つまり約５Ｎμｍ^−１によって、傾斜させることである。

【0099】

図１０を参照すると、チューブ・ベロー５３（図７）のないアクチュエータ４４が、より詳しく示されている。

【0100】

図１０に示されているように、第１及び第２の極片４７，４８（これらはそれぞれ、上部及び下部の極片としてそれぞれ参照されることがある）は、おおよその形状において環状であり外径ｄ_{ｏｕｔｅｒ}と内径ｄ_{ｉｎｎｅｒ}とを有している。第１及び第２の極片４７，４８は、反対側の面（opposing faces）７１，７２（図１０において上部及び下部の面としてそれぞれ示されている）を有しており、これらはそれぞれ、環状の凹部７３，７４を有しており、それはコイル４５，４６を保持する。アーマチュア５１は、第１及び第２の面７５，７６（図１０において下部及び上部の面としてそれぞれ示す）を有する。アーマチュア５１は、極片４７，４８の間に位置しており、アーマチュア５１における第１及び第２の面７５，７６が、面７１，７２のそれぞれに面する。この例では、アクチュエータ４４は、二つのコイル４５，４６において、２７０アンペア・ターン（２×１５Ａ×９巻き）で動作する。しかしながら、アンペア・ターンを、より低くあるいはより高くすることができ、例えば、アクチュエータあたりで５０から５００アンペア・ターンの間とすることができる。図１０ａを参照すると、アーマチュア５１は、アーマチュア５１の第１の面７５が第１極片４７の面７１に突き当たる第１の位置にあるときは、電磁石５２が、第１磁気回路７７において磁界を生成する。図１０ａに示されるように、束ライン（flux line）７８は、アーマチュア磁石５２とアーマチュア５１とを放射状に通り、第１極片４７に入り、コイル４６の周りを通り、アーマチュア５１内に戻る。この例では、磁気材料において最も狭い幅は、アーマチュアにおける外側部分であり、それは幅Ｗ_Ａ２を有する。

【0101】

図１０ｂを参照すると、アーマチュア５１が、アーマチュア５１の第２の面７６が第２極片４８の面７２に突き当たる第２の位置にあるとき、永久磁石５２は、第２磁気回路７９内で磁場を生成する。図１０ａに示されるように、束ライン（flux lines）８０は、アーマチュア磁石５２とアーマチュア５１とを放射状に通過し、第２極片４８に入り、コイル４７を回り、アーマチュア５１に戻る。

【0102】

先に説明したように、２セットの巻線（windings）４５，４６すなわち電磁コイルを使用する必要はない。

【0103】

ソレノイド・アクチュエータ４４は短行程となっている。換言すれば、極片４７，４８とアーマチュアとは、アーマチュア５１が移動できる最大距離、すなわち、このケースでは、極片４７，４８とアーマチュア５１との間に形成された最大ギャップｔ_２として理解できるものが、磁性材料Ｗ_Ａ２における最も狭い幅よりも十分小さいように配置されている。この状況の下では、アーマチュアと極片との間のギャップは小さく、そのため、ギャップ内での磁界は均一である。

【0104】

最大ギャップ長は、少なくとも、磁性材料における最も狭い幅Ｗ_Ａ２より小さい大きさのオーダであり、すなわち、Ｗ_Ａ２＞１０ｔ_２である。この例においては、ギャップは約５０μｍであり、有効（active）な幅は約２ｍｍである。

【0105】

図１１を参照すると、他のアクチュエータ４４’が示されている。アクチュエータ４４’は、図１０に示されるアクチュエータ４４と同様であるが、第１電磁コイル４５を有していない。凹部７３も同様に省略可能である。他のある実施形態では、第２電磁コイル４６を省略可能である。

【0106】

前記した例においては、アーマチュア磁石が使用されている。しかしながら、アーマチュアと一緒には移動しない固定された極磁石（pole magnet）を代わりに使用することができる。

【0107】

図１２を参照すると、さらに他のアクチュエータ４４’’が示されている。アクチュエータ４４’’は、図１１に示されるアクチュエータ４４’に類似している。しかしながら、アクチュエータ４４’’は、前記した第２極片４８（図１０）に類似する基部８２と、基部８２から第１極片４７へ向けて延びる環状壁部８３（すなわち「極延長（pole extension）」）を有する第２極片８１とを有している。永久磁石８４は、壁部８２における放射状の内面８５の内側に、固定して配置されている。アーマチュア８６は、極磁石８４の内面８７の内側であってかつ、第１及び第２の極片４７，８１の間に配置されている。永久磁石８４の磁化は、放射状に向けられており、永久磁石８４は、放射状の側壁８８に入射する放射状の磁界と束ライン（flux line）（図示せず）を生成する。図１２に示されるように、アーマチュア８６は、１０．５ｍｍの直径ｄ_４を有し、コイル４６は、１．２ｍｍの放射径（radial diameter）ｒ_２を有し、極片は、２０ｍｍの直径を有する。この例では、磁性材料において最も狭い幅Ｗ_Ａ３は、アーマチュアの直径ｄ_４に実質的に等しい。

【0108】

アクチュエータ４４，４４’，４４’’は、実質的に類似する方法で動作するものであり、以降においては、第１のアーマチュア４４（図７）を参照しながら説明する。

【0109】

図７を再度参照すると、第２コイル４６及び、もしあれば、第１コイル４５が励磁されないときは、アーマチュア５１が第１の位置に停止し第１極片４７に突き当たる。図７に示されるように、この位置は、ピントル頭部４１が着座する閉鎖位置に対応する。第２コイル４７は、アーマチュア５１を第２極片に向けて引き付ける方向における電流の通過により励磁される。第１コイル４５が使用されると、電流は、第１コイルを、同じような意味で通過しうる。したがって、ピントル頭部４１は非着座（unseated）となる（接続された図に示す）。アーマチュア５１が第２極片４８に到達しうるとしても、硬質のスプリング５３により、コイルが一旦非励磁となったときにアーマチュア５１が保持されることを防ぐ。したがって、電流が減少し、あるいはオフに切り替えられたときは、アーマチュア５１は、第１極片４７に向けて戻るように移動する。

【0110】

先に説明したように、磁力に打ち勝って、開での停止（open latching）を避けるために、硬質のスプリングが使用されている。典型的には、ストロークの端部における、停止させる磁界は、約１から１．５Ｔである。これは、極片における約４０から９０Ｎｃｍ^−２の力を生み出す。もし、極の間におけるアーマチュアの移動量が５０μｍであるならば、磁気ばね定数（magnetic spring constant）は、極片におけるｃｍ^２あたりで、約−１．６から−３．６Ｎμｍ^−１である。スプリングは、これを越えるばね定数ｋを持つべきである。好ましくは、このばね定数ｋは、磁気ばね定数よりも約２０から１００％大きく、すなわち、極のｃｍ^２あたりで、約＋２から＋４．５Ｎμｍ^−１とされる。チューブ・ベローは、十分に高い値のばね定数を持つ。しかしながら、他の形態のスプリング、例えば皿ばね（Belleville washers）や湾曲部（flexures）を使うことができる。

【0111】

図１３は、湾曲部８９についての適切な形態を示す。湾曲部８９は、平坦シートの湾曲部の形態をとっており、シート９０を備えていて、それは、交互（interdigitated）のスロット９１を有する実質的な平面であって、これらのスロットは、シート９０における反対側の長い側部９１，９２から直交して延びる。湾曲部８９は、完全に硬質タイプの３０２ステンレス鋼を備える。しかしながら、他の適切な材料も使用可能である。湾曲部８９は、長さａ、幅ｂ、及び厚さｃを持ち、ここで、ｃ＜＜ａ，ｂである。

【0112】

図１３に示されるように、その端部９３，９４の間で、移動方向に平行に、湾曲部８９を引き延ばす（あるいは圧縮する）ことができる。換言すれば、平らな湾曲部の平面内で力が適用されるのであって、例えば、それに直交する方向ではない。

【0113】

このタイプのスプリングを、先に説明したアクチュエータ４４，４４’，４４’’におけるチューブ・ベローの代わりに使用することができる。

【0114】

アクチュエータが軸対称（axisymmetric）（例えば円筒状）である必要はないが、平坦の、積層タイプの形態、例えば箱形状極片と四角形アーマチュアを有するものとすることができ、これについては以下に説明する。

【0115】

図１４及び１４ａを参照すると、アクチュエータ９６が示されており、これは、軸９７に沿って動作する。アクチュエータ９６は、全体として長尺状であり、平面視において四角形状である。

【0116】

アクチュエータ９６は、第１及び第２の極片１００，１０１の周りに巻かれた第１及び第２のコイル９８，９９を含む。極片１００，１０１は、四角形の断面を持つ「Ｕ」コアの形態を全体としてとり、互いに固定された状態で、一対の剛性プレート１０２により、ねじ１０３の第１セットを介して、保持される。全体として平坦なアーマチュア１０４は、平面視して全体として四角形状であり、極片１００，１０１間に設置される。四角形状の永久磁石１０５は、アーマチュア１０４の中央に組み込まれる。

【0117】

プレート１０２は、アクチュエータ９６における第１及び第２の反対側部（opposite sides）に取り付けられる。

【0118】

一対の平坦シート湾曲部１０６は、第１セットのねじ１０３と第２セットのねじ１０７（それらは剛性プレート１０２に取り付けられていない）とを介して、極片１００，１０１をアーマチュア１０４に取り付ける。各湾曲部１０６は、極片１００，１０１と対応する剛性プレート１０２の間に挟まれている。各プレート１０２と湾曲部１０６は、一対のスペーサ・バー１０８あるいはワッシャ（図示せず）により分離されている。アクチュエータ９６の寸法は、おおよそ同じであり、すなわち、ｕ≒ｖ≒ｗである。これらの寸法を１０ｍｍより大、２０ｍｍより大、あるいは５０ｍｍより大とすることができる。寸法を１００ｍｍ未満とすることができる。この例では、アクチュエータは、ｕ＝１４ｍｍ，ｖ＝１４ｍｍ，ｗ＝１２．５ｍｍの寸法を持つ。この例では、磁性材料において最も狭い幅ｗ_Ａ４は、極片の幅ｗと実質的に等しい。アクチュエータ９６は、ねじによって一体に保持される必要はない。例えば、一部又は全部を溶接、クランプ、あるいは圧着（crimped）することができる。

【0119】

湾曲部１０６は、少なくとも２０Ｎｃｍ^−２×Ａ／ｔあるいは４０Ｎｃｍ^−２×Ａ／ｔの（合成された）ばね定数ｋを持つことができ、ここでＡは極の面積でありｔはギャップ長である。この例では、Ａは約０．２から５ｃｍ^２であり、ｔ（及び移動距離）は１００μｍよりも少なく、例えば３０から８０μｍの間である。

【0120】

一つ又はそれ以上の永久磁石を使用して、それらを、多様な方法で配置することができる。例えば、単独の、連続的で円形状のリングの形態をとる、一つの永久磁石を用いることができる。

【0121】

図１５ａ及び１５ｂを参照すると、環状永久磁石の使用例が示されている。図１５ａは、正方形アーマチュア５内に配置される、単独で連続的な円形状のリングの形態をとる単独の永久磁石２６を示している。図１５ｂは、ディスク形状のアーマチュア５１内に配置される、単独で連続的な円形状のリングの形態をとる単独の永久磁石５２を示す。図１５ａ及び１５ｂでは、永久磁石２６の内側に位置する軟質磁性材料（soft magnetic material）５_１，５１_１の部分の面積は、永久磁石２６の外側に位置する軟質磁性材料５_２，５１_２の部分の面積とほぼ同じである。

【0122】

一つより多い永久磁石を使うこともできる。したがって、二つ、三つ、四つ、あるいはそれ以上の永久バー磁石（permanent bar magnet）のセットを、角度を持って間隔を有するように、内側に向けられた磁化を有するアーマチュアの中央（それは移動の軸も規定する）の周りに配置することができる。

【0123】

図１６ａ及び１６ｂを参照すると、いくつかの永久磁石を使用する例が示されている。図１６ａは、正方形のアーマチュア５の中に配置された四つのバー形状の永久磁石２６_１，２６_２，２６_３，２６_４を示す。磁石は、反対方向の磁化を伴って互いに対面する対として配置されている。一つの対を省略することができ、これによって、二つの磁石のみ、例えば第１及び第３の磁石２６_１，２６_３が存在することになる。図１６ｂは、円形状のアーマチュア５１内に配置された四つのバー形状の永久磁石５２_１，５２_２，５２_３，５２_４を示す。やはり、一対の磁石を省略できる。同様に、磁石の内部及び外部にある軟質な磁性材料の面積は、ほぼ同じである。

【0124】

先に説明したように、一対の磁石を省略することができ、そのときは、二つの磁石のみが存在する。しかしながら、一対の磁石は、アーマチュアを横切って延びることができる。

【0125】

図１６ｃを参照すると、アーマチュア５１を横切って延びる二つのバー磁石を含む例が示される。磁石５２_５，５２_６の内側に（つまり間に）ある軟質な磁性材料の面積は、磁石５２_５，５２_６の外側にある軟質な磁性材料の面積とほぼ同じである。

【0126】

極磁石（pole magnets）が使用される場合は、図１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ及び１６ｃに示されるものに類似する磁石配置を使用することができる。

【0127】

先に説明した例では、永久磁石（単数又は複数）とアーマチュアは、同じ平面内に存在し、平面内において配向された磁化を有する。しかしながら、永久磁石（単数又は複数）をアーマチュアとは異なる平面内に置くことによって配置を修正して、永久磁石（単数又は複数）を回転させ、磁化がアーマチュアの平面内に向けられないようにすることもできる。

【0128】

図１７を参照すると、他のアクチュエータ１１１が示されている。アクチュエータ１１１は、図１２に示される、極磁石を用いるアクチュエータ４４’と類似している。

【0129】

アクチュエータ１１１は、軸１１２を有しており、この軸の回りには、（複数パートの）極片１１５におけるキャビティあるいは盲凹部（blind recess）１１４の内側において、コイル１１３が巻かれている。極片１１５は、全体として、四角形状の断面を有するトロイド（toroid）の形態をとる。極片１１５は、内表面１１６に沿って走るスロットを有し、それによって、第１及び第２の極１１７，１１８を備える「Ｃ」−形状のコアを形成することができる。アクチュエータ１１１は、磁化が軸１１２に平行に向けられた環状の永久磁石１１９を収容する。永久磁石１１９の束（flux）は、平坦かつ、切頭（truncated）かつ、円錐形状の環状片すなわちインサート１２０により、導かれる。インサート１２０は、右手（right-hand）の三角形状横断面を持ち、それは、軸方向に向けられた束（flux）を、束が放射方向に向くように、案内することができる。平らなアーマチュア１２１は、極１１７，１１８の間にある。アクチュエータは、硬質スプリング１２２を含み、それは例えば、少なくとも２０Ｎｃｍ^−２×Ａ／ｔあるいは４０Ｎｃｍ^−２×Ａ／ｔのばね定数ｋを持ち、ここでＡは極の面積、ｔはギャップ長である。この例では、Ａは約０．２から５ｃｍ^２であり、ｔ（及び移動の長さ）は、１００μｍより小さく、例えば、約３０から８０μｍの間である。この例では、磁性材料において最も狭い幅ｗ_Ａ５は、アーマチュアの直径に実質的に等しい。

【0130】

図１７に示されるように、アーマチュア１２１は、軸１１２に垂直となる平面Ｐ_１内にある。しかしながら、永久磁石１１９は、平行して存在するが、平面Ｐ_２から離間している。

【0131】

図１７ａ及び１７ｂは、アーマチュアが第１（下方）及び第２（上方）の位置にあるときに極片１１５、磁石１１９及びアーマチュア１２１を通る磁気回路１２４，１２６をそれぞれ通って流れる磁束１２３，１２５を示す。

【0132】

前記したインジェクタでは、アクチュエータは、乾式（dry-type）のアクチュエータである。しかしながら、アクチュエータを湿式（wet-type）とすることができ、そこでは、アーマチュアは、流体（気体あるいは液体）が通過できる、薄い壁を有するチューブあるいは通路の内部において、配置されかつ移動する。極片、コイル及び、選択的には、永久磁石（単数又は複数）は、チューブの外側に配置される。

【0133】

図１８を参照すると、パイプすなわちチューブ１３０と、パイプ１３０を通る流体の流れを制御するアクチュエータ１３１とが示されている。アクチュエータ１３１は、図１２に示されるアクチュエータ４４’’と同様の構造を有する。しかしながら、アクチュエータ１３１におけるいくつかの部品がパイプ１３０の内側に配置され、他の部品がパイプ１３０の外側に配置される。

【0134】

アクチュエータ１３１は、軸１３２を有し、その回りに、第１及び第２の、軸方向に離間されたコイル１３３，１３４が、パイプ１３０の外側にある外側極片１３５の内側において巻かれている。外側極片１３５は、全体として環状の形状であり、一つより多い部品から作られていて、パイプ１３０の回りにそれを適合させている。外側極片１３５は、一つ又はそれ以上の永久磁石１３６を収容しており、それは、第１及び第２のコイル１３３，１３４の間において、パイプ１３０のどちらかの側に、あるいはその周囲にある。図１８に示されるように、磁石（単数又は複数）１３６は、内側に向けられた磁化を有する。

【0135】

ディスク形状のアーマチュア１３８は、永久磁石（単数又は複数）１３６の間において、かつ、軸方向に離間された内側極片１３９，１４０の間において、パイプ１３０の内側に存在する。図１８に示されるように、外側及び内側の極片１３５，１３９，１４０は、全体として、間にアーマチュア１３８が存在する第１及び第２の極１４１，１４２を有する「Ｃ」形状のコアを形成する。

【0136】

アクチュエータ１３１は、硬質スプリング１４３を含み、それは例えば、２０Ｎｃｍ^−２×Ａ／ｔあるいは４０Ｎｃｍ^−２×Ａ／ｔのばね定数ｋを有しており、ここでＡは極の面積であり、ｔはギャップ長である。この例では、Ａは約０．２から５ｃｍ^２であり、ｔ（及び移動の距離）は、１００μｍより小さく、例えば約３０から８０μｍの間である。

【0137】

スプリング１４３は、一端においてアーマチュア１３８に取り付けられ、他端において、硬質プレート１４４を介してパイプ１３０の内側壁に取り付けられた、溝付き棒湾曲部（slotted rod flexure）の形態をとり、硬質プレートは、一側から他側にプレートを通過する流体の流れを許容する貫通通路（through channels）１４５を有する。

【0138】

アクチュエータ１３１は、座（seat）（図示せず）に係合する頭部（図示せず）を有するピントル１４６をも含む。

【0139】

このタイプのアクチュエータは、燃料インジェクタ（あるいは他のタイプの流体流制御装置）を製造するコストの減少を助ける。さらに、もし、燃料取入口がアクチュエータの中央にあることが好ましいのであれば、このタイプのアクチュエータを使用できる。

【0140】

燃料（あるいは他の流体）は、薄いチューブ１３０によって、コイル１３３，１３４から離される。チューブ１３０は、燃料（あるいは流体）の圧力に耐える程度に十分に厚くなっており、そして、最大磁気抵抗とうず損失（eddy loss）との下で磁束を通過させる程度に十分に薄くなっている。例えば０．１２ｍｍ厚の高張力磁気ステンレス鋼（high-tensile magnetic stainless steel）からチューブを形成できる。しかしながら、他の材料及び／又は厚さのチューブを使用することもできる。

【0141】

本発明によるアクチュエータの実施形態は、一つ又はそれ以上の利点を有する。

【0142】

例えば、永久磁石のバイアスにより、使用されるべきアンペア・ターンの数を少なくすることができ、これにより、より小さいコイル横断面の使用が可能となり、極片において必要な磁路の長さ（magnetic path length）を減らすことができる。これは、磁気損失（magnetic leakage）の減少に寄与し、このことにより、さらに少ない数のアンペア・ターンの使用が可能となる。

【0143】

アクチュエータは、制御が容易であり、閉ループの位置制御を用いて、従来のソレノイド・アクチュエータよりも、効果的に制御される。なぜなら、アクチュエータは、駆動電流に対して直線的な応答を持ち、そして、アクチュエータにおいて密結合の性質（close coupled nature）があるからである。

【0144】

電流と力の間の関係における直線性があるので、必要ならばいずれかの方向において電流がアクチュエータを通過することにより、迅速な能力を達成するための駆動が可能になる。

【0145】

全体としての移動質量（例えば、インジェクタの応用におけるアーマチュアとピントルの和）の間の関係を設計において調整して、正しいばね定数を選ぶことによって、所望の開放／閉鎖速度を与えることができる。より硬質のスプリングを用いると、一層の迅速さが可能となるが、開状態を維持するためには、より大きな電流が必要となる。

【0146】

図６ｄを図２ｄと比較すると、開放力の２倍までを適用できることが理解できる。なぜなら、第１の極４（図５）からのアーマチュアへの開放の磁力は、ばね力と結合され、そして、第２の極１４（図５）への磁気クランプ力（magnetic clamping force）の除去によって解放されるからである。

【0147】

磁気回路内の短いギャップにより、温度を持つバイアス磁石からの束における可逆減少（reversible reduction in flux）についての温度補償（NdFeBにおいては〜０．１％／℃）が、温度の降下につれて全体のギャップを増やすことによって、可能となり、これにより、バイアス束の変化率（rate of change of bias flux）を、アーマチュア位置定数（armature position constant）を用いて維持できる。これは、一片（すなわち「セパレータ」）を用いて行われ、それは、アーマチュアよりも低い拡大係数（lower expansion coefficient）を持つ極片分離（pole piece separation）を設定する。例えば、もしアーマチュアが、全体としてのギャップｔ_ｍａｘよりも１００倍厚いならば、セパレータとアーマチュアとの間の温度係数の差は、１００で除した約０．１％／℃、つまり１０ｐｐｍ／℃に設定される。例えば、鉄粉（iron dust）アーマチュアを用いると、これは、コバール（Kovar）あるいはアルミナのスペーサを用いて達成しうる。極片の側部に取り付けられたスペーサを用いると、より広い全体ギャップを補償することができ、あるいは、温度係数におけるより小さい差を用いることができる。例えば、全体（上部と下部の和）の束ギャップ（flux gap）である１００μｍを、アーマチュアよりも５ｐｐｍ低い拡張係数を持つスペーサと、図１４に示される配置と同様な上部と下部の極片への取り付けの間に２０ｍｍの距離を持つ極片材料とにより補償可能である。

【0148】

理解されることとして、前記した実施形態に対する多様な変更が可能である。そのような変更は、アクチュエータ及びその構成部品の設計、製造及び使用において既知の、そして、ここに記載された特徴に代えてあるいはそれに追加して使用されうる等価な、他の特徴を含むことができる。一実施形態の特徴を、他の実施形態における特徴によって代替し、あるいは補充することができる。

【0149】

例えば、スプリングは、二つ又はそれ以上のスプリング、あるいは、他の弾性的な付勢手段（resilient biasing means）を備えることができる。スプリング（単数又は複数）を配置して、他の位置にあるアーマチュアを付勢することができる。例えば、アーマチュアは、アーマチュアの移動における両端に停止することができる。

【0150】

アクチュエータを、異なるタイプの燃料インジェクタ、例えば、ガソリン、軽油、液化石油ガス、水素、あるいは圧縮天然ガスを使うものにおいて使用することができる。アクチュエータを、後処理インジェクタにおいて、例えばAdBlue（登録商標）あるいは他の選択的触媒還元システム（selective catalytic reduction system）のために使用することができる。燃料インジェクタは、ピントル・タイプのインジェクタである必要はなく、例えば、ニードル・タイプのインジェクタであってもよい。

【0151】

アクチュエータは、インジェクタにおいて使用される必要はなく、自動車ポンプ（automotive pump）において、例えばガソリン、軽油、水あるいは潤滑油を移送するために使用されてもよい。アクチュエータは、圧力及び／又は流量の制御アクチュエータとして、バルブ、例えばエンジンバルブ、取入れ及び排出バルブ、気流、あるいはＡＢＳのために使用されてもよい。

【0152】

アクチュエータを、ガスや液体のような流体のポンプあるいは流量制御において使用することができる。例えば、アクチュエータを空圧又は液圧において使用することができる。

【0153】

アクチュエータを、拡声器あるいは自動制御ツール（servo tool）として使用することができる。

【0154】

アクチュエータは、１００μｍまで、２００μｍまで、あるいは５００μｍまでのストロークを持つことができる。

【0155】

永久磁石（単数又は複数）を、アーマチュアの中心からの様々な距離において、配置することができる。例えば、永久磁石（単数又は複数）は、アーマチュアを、幅あるいは直径２・ｗ_１を有する内部領域と、幅あるいは直径ｗ_２を有する外部領域とに分けることができる。比率２・ｗ_１／ｗ_２を、１から４の間、好ましくは約２とすることができ、これにより、内部及び外部領域における束密度（flux density）はほぼ同じとなる。永久磁石（単数又は複数）は、環状の幅ｗ_ｃを持つことができ、比率ｗ_ｃ／ｗ_１を、約０．２から１の間とすることができ、好ましくは、約０．５とすることができ、これによって、磁石は、アーマチュアを比較的に小型化することに寄与する。

【0156】

永久磁石及びコイル（単数又は複数）は、例えば永久磁石が、コイルと同じ内径及び外径を持つ環状であるときに、隣接することができる。しかしながら、永久磁石及びコイル（単数又は複数）は、例えば四つの永久磁石が使われているときに、実質的に隣接することができ、それらは、コイルを覆うように設置されうる。アーマチュアは、好ましくは、平坦で平面状、例えば、円形状あるいは楕円状のディスク、又は、四角形あるいは多角形の板あるいはシートである。

【0157】

スプリングを、鋼以外の材料、例えば、少なくとも１５０×１０^９Ｎｍ^−１のヤング率を持つ材料から形成することができる。

【0158】

一定のあるいは小さい力を付与する低ｋのスプリング、例えば、通常のコイルばねの形態におけるものを使用して、装置を小型化することができる。

【0159】

他の硬質又は軟質の磁性材料を使用することもできる。例えば、極片とアーマチュアの軟質磁石領域を、積み重ねられ又は巻き取られた、例えばNanoperm（登録商標）のようなスピン溶融リボン（spin melt ribbon）から巻き取られた電気鋼板の積層（electrical steel laminate）から形成することができる。極片を積層させることができる。永久磁石（単数又は複数）を、他の希土類材料あるいはフェライトから形成することができる。アーマチュアと極磁石（pole magnets）との両方を使用することができる。

【0160】

前記した実施形態では、コイルは、極片内に保持されて固定されている。しかしながら、ある実施形態では、コイルはアーマチュアと共に移動することができる。

【0161】

ある実施形態では、二つの極を提供する単一の極片を使用することができる。

【0162】

この出願では、特徴についての特定の組み合わせに向けて請求項が定式化されているけれども、理解されるべきこととして、本発明における開示の範囲は、明示的あるいは暗示的にここに記載された何らかの新規な特徴あるいは、特徴についての何らかの新規な組み合わせ、あるいはそれらの一般化を含み、それは、現在の請求項に記載されている発明と同じであるかどうかと関係なく、さらに、本発明が解決するのと同じ技術的課題の一部又は全部を軽減するかどうかと関係ない。出願人は、ここに、本願あるいはそれから派生する別出願の手続き過程において、新しい特徴及び／又はそのような特徴の組み合わせとなるように新しい請求項を定式化することができることについて、注意を喚起する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図5a】

【図6】

【図7】

【図7a】

【図8】

【図9】

【図10】

【図10a】

【図10b】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図14a】

【図15a】

【図15b】

【図16a】

【図16b】

【図16c】

【図17】

【図17a】

【図17b】

【図18】