JP2013213586A - 電磁駆動装置を有する弁 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の弁と比べて、駆動装置が高出力でありながら、構造寸法の小さいことを特徴とする、電磁駆動装置を有する弁の提供
【解決手段】本発明に係る弁は、コアを有する電磁駆動装置を含み、コアが、２つの磁極部の間に配置され、コアに施された巻線を有し、巻線が、少なくとも弁の構造の寸法を決める寸法の方向に、ボビン壁部を挿置されずにコア上に設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁駆動装置を有する弁に関するものである。

小型の弁に対する市場の要求が益々高まっている。しかし、寸法をより小さくすることにより、構造体の体積の低減、したがって弁において変換できる動力の低減を招く。例えば、電磁コイルの最大の機械的出力は多くの因子によって決まるが、特に構造体の体積、及び銅巻線とコイルに収容される鉄との断面積の比によって決まる。図１には、従来技術による弁に使用される電磁駆動装置１０’が示されている。駆動装置１０’は、コア１２’、２つの磁極部１４’及びボビン１８’の壁部に配置された巻線１６’を備える。コアの一部は、移動可能な持ち上げアーマチャ２０’として形成され、ボビン１８’内にボビン１８’からある距離をおいて配置される。関連する弁の構造寸法を決める寸法は、図においてＢ’で表される。

本発明は、従来技術の弁と比べて、駆動装置が高出力でありながら、とりわけ構造寸法の小さいことを特徴とする、電磁駆動装置を有する弁を提供する。

本発明の第１の観点によれば、この目的は、２つの磁極部の間に配置されたコア上に施された巻線を有するコアを含む電磁駆動装置を備える弁であって、巻線が、少なくとも弁の構造の寸法を決める寸法の方向にボビン壁部を挿置されずにコア上に設けられている、弁によって達成される。従来技術と比べると、この構造によって、弁の外寸は同じままで、巻線のためのより大きい空間がもたらされる。このようにして、より多くのコイル巻数が収容でき、構造寸法が依然として同一のまま、より大きい起磁力、したがってより大きい磁気力が得られる。反対に、電磁駆動装置の出力が依然として従来技術と同じままにすれば、これによって弁の構造寸法の縮小が可能になる。

好ましくは、磁極部はコアと一体に形成される。

コスト上の理由から、フェライトでなく従来の鉄のコア及び磁極部を形成し、次いで、コア及び磁極部が渦電流損失を防止するために積層金属板の形（すなわち積層状）にすることが望ましい。

好ましい具体例によれば、磁極部は、巻線から突き出ており、駆動装置は、磁極部と協働するアーマチャをさらに含む。より具体的には、アーマチャは巻線の外側に配置され、その結果として（アーマチャが巻線内側に配置される場合に）アーマチャの運動に必要となる空隙をなくすことができる。これによって、構造寸法がさらに縮小される。もちろん、アーマチャは、積層金属板の形であってもよい。

アーマチャが弁の構造寸法を決める寸法以外の寸法の方向において巻線で覆われたコアのそばに配置される場合、特に省スペースの構造が得られる。

アーマチャは、ヒンジ型アーマチャ、プレート型アーマチャ、又は持ち上げアーマチャであってよく、どの場合でも、巻線の外側に配置され、弁の構造寸法を拡大しないように巻線に対して位置決めされる。持ち上げアーマチャが使用される場合、例えば平行四辺形の懸架装置が設けられる。

本発明の第２の観点によれば、複数の平行なコアを含む電磁駆動装置を有する弁が提供される。コアは、ヨークによって連結され、それぞれがコア上に施された巻線を有する。巻線は、少なくとも弁の構造寸法を決める寸法の方向にボビン壁部を挿置されずにコア上に設けられる。この場合も、ボビン壁部をなくすことによって、弁の構造寸法を縮小できるか、又は巻線を収容可能な空間を拡大できる。

好ましくは、コアはそれぞれ、ヨークと反対側のそれぞれの自由端において、駆動装置のアーマチャと協働する磁極部を形成する。この場合も、アーマチャは、特定の寸法に関連するような弁の構造寸法に含まれないように配置されることが有利である。

アーマチャは、磁極部として具体化されるコアの自由端と協働するヒンジ型アーマチャ又はプレート型アーマチャであってよい。

コスト上の理由から、この場合も、少なくともコアは積層金属板の形であることが好ましい。

本発明のさらなる特徴及び利点は、同封の図面を参照していくつかの好ましい実施例の以下の説明から明らかとなろう。

従来技術による弁用の電磁駆動装置を部分的に断面で示す斜視図。 本発明による弁に用いられる電磁駆動装置を部分的に断面で示す斜視図。 本発明による弁用の、図２と比較して変更が加えられた電磁駆動装置を部分的に断面で示す斜視図。 本発明による弁用の、ヒンジ型アーマチャ付きの電磁駆動装置を示す斜視図。 本発明による弁用の、プレート型アーマチャ付きの電磁駆動装置を示す斜視図。 本発明による弁用の、持ち上げアーマチャ付きの電磁駆動装置を示す斜視図。 直列設計の本発明による複数の弁を示す斜視図。 図３による電磁駆動装置付きの、本発明による弁を示す断面図。 図５による電磁駆動装置付きの、本発明による弁を示す断面図。 図４による電磁駆動装置付きの、本発明による弁を示す断面図。 図９と比較して若干変更が加えられた、本発明による弁を示す断面図。 弁の電磁駆動装置がヒンジ型アーマチャを含む、本発明の代替実施例による弁を示す断面図。 図１１と類似した、本発明によるもう１つの弁を示す断面図。

図２には、本発明による弁用の電磁駆動装置１０が概略的に示されている。より具体的には、５ｍｍ以下、好ましくは約４．５ｍｍの構造寸法を有する微小弁用のものである。駆動装置１０は、２つの磁極部１４の間に配置され、それらと一体に形成されたコア１２を有する。コア１２上には、巻かれた多数の銅により形成された巻線１６を有する。さらに、巻線１６と磁極部１４との間にボビン１８が配置される。ボビン１８は、従来技術とは異なり、少なくとも弁の構造寸法を決める寸法Ｂの方向においてコア１２と巻線１６との間に壁部を有さない。磁極部１４は、巻線１６の上に突き出ており、寸法Ｂにおける弁の構造寸法が大きくならないように磁極部１４に対して配置されるアーマチャ２０と協働する。図２に示される実例から逸脱して、ボビン１８が完全になくされてもよい。

図２Ａには、電磁駆動装置１０の好ましい変形形態が示されている。これは、コア１２、磁極部１４及びアーマチャ２０が、寸法Ｂの方向に並んで配置された積層金属板２１の形態をしている点でこれまでに述べたものと異なる。

図３〜図５には、アーマチャ２０の別の形態として、ヒンジ型アーマチャ（図３）、プレート型アーマチャ（図４）、又は巻線１６の外側に配置され平行四辺形懸架装置２２を有する持ち上げアーマチャ（図５）として形成された、電磁駆動装置１０の異なる構造が示されている。符号２４は、巻線１６の電気的接続を表す。この場合も、図示の実例から逸脱して、コア１２、磁極部１４及び／又はアーマチャ２０を積層形態で作製してもよい。

図示の駆動装置１０によって、特に平弁又は微小弁の設計が可能になり、したがって弁が、例えばウェル・プレート用途などの省スペースの直列構造に特に適したものになる。９ｍｍ未満の構造寸法を有する弁の場合、いわゆる９６ウェル・プレートに用いられ、他方、４．５ｍｍ以下の構造寸法を有する弁は、３８４ウェル・プレートに使用できる。弁１のそうした直列構造が図６に示されている。

図７には、投影面に垂直な寸法が４．５ｍｍの構造寸法を有する、本発明による弁１が示されている。弁１は、２部構成のハウジング２６ａ、２６ｂ、第１のハウジング部２６ａ内に配置された弁室２８、及び第２のハウジング部２６ｂ内に配置された図３に記載の電磁駆動装置１０を有する。液状媒体用の合計３つの流路が弁室２８に通じており、そのうちの２つは流入路３０として形成され、１つは流出路３２として形成される。弾性材料でできた封止体３４が、ハウジング部２６ａと２６ｂとの間にクランプで締められており、駆動装置１０から弁室２８を密封封止し、このようにして媒体を分離させる。

２本アームの作動レバー３６が封止体３４内に設けられる。図において下側アームであるレバー・アームは、流入路３０に設けられた弁座３８についてそれぞれ１つの閉鎖体を構成する。上側アームは、駆動装置１０によって作動され、この目的のために、刃受（ナイフエッジベアリング）４０によって駆動装置１０のアーマチャ２０に直接連結される。駆動装置１０の作動の際、アーマチャ２０が支持点Ｐ_１のまわりに旋回し、その間作動レバー３６が支持点Ｐ_２まわりの旋回運動を行う。さらに、作動レバー３６を所定の最終位置まで移動させるばね部材４２が設けられる。弁１の調整は、弁１の磁極部１４の位置を変えることによって行うことができる。

図８には、図５と類似する電磁駆動装置１０を含む弁１の代替構造が示されている。以下、同一の符号は、同一又は機能的に同一である構成要素に用いられ、これまで述べてきた弁との相違点のみ論じる。

図８に記載された弁１には、レバーの代わりに作動タペット３７が使用される。作動タペット３７の下側端部は、封止体３４と共に弁座３８に対する閉鎖体を形成する。作動タペット３７は、（この場合持ち上げアーマチャである）アーマチャ２０に直接連結される。別法として、連結部品がここに挿入されてもよい。駆動装置１０が作動すると、平行四辺形懸架装置２２によってハウジング部２６ｂに装着されたアーマチャ２０は、駆動装置１０の軸線Ａと平行にほぼ直線の持ち上げ運動を行い、その結果として弁座３８を開けるか又は閉めるように作動タペット３７を動かす。この目的のために、図の下側磁極部１４とアーマチャ２０との間に小さい空隙４４が設けられる。空隙４４は、図示のような平行懸架装置２２の代替として、玉軸受け又は転がり軸受けによって実現してもよい。弁の調整のために、アーマチャ２０と閉鎖体との間隔、作動タペット３７とアーマチャ２０との間の連結部材の長さ、又は上側磁極部１４の位置を変えることができる。

図９及び図１０には、本発明による弁１のさらに２つの構造が示されている。それぞれの駆動装置１０は、作動の際に、駆動装置の軸線Ａに垂直にほぼ直線の持ち上げ運動を行うプレート型アーマチャの形態のアーマチャ２０を有する。作動タペット３７は、直接的に、又は連結部品によって、アーマチャ２０に連結される。閉鎖体を所定の最終位置まで移動させる複数のばね部材４２が設けられる。弁１の調整は、アーマチャ２０と閉鎖体との間隔を変えることによって、中間に配置された連結部材の長さを変えることによって、又は磁極部１４の位置を変えることによって行われる。

最後に、図１１および図１２には、電磁駆動装置１０が複数個の（この場合２つの）平行コア１２を含む代替実施例による弁１が示されている。コア１２は、ヨーク４６によって連結され、それぞれがその上に形成された巻線１６を有する。ここでも、巻線１６は、少なくとも弁１の構造寸法を決める寸法の方向にボビン壁部を間に置くことなくそれぞれのコア１２上に巻かれる。コア１２はそれぞれ、ヨーク４６と反対側のそれぞれの自由端部において、駆動装置１０のアーマチャ２０と協働する磁極部１４を形成する。図１１および図１２に示される弁１においては、アーマチャ２０はヒンジ型アーマチャであるが、プレート型アーマチャの形でもよい。

その他の点では、図１１および図１２による弁１の機能は、図７による弁とよく似ているので、関連する説明を参照されたい。図７の弁とは異なり、図１１による弁では、連結部材４８が作動レバー３６とアーマチャ２０の間に設けられ、他方、図１２による弁では、アーマチャ２０が作動レバー３６に直接係合する。弁は、アーマチャ２０と作動レバー３６との間隔を変えることによって、又は（設けられている場合）連結部材４８の位置を変えることによって、又は磁極部１４の位置を変えることによって調整することができる。

コア１２、磁極部１４及び必要に応じて積層金属板で構成されるアーマチャ２０は、図７〜図１２の全ての弁の駆動装置１０に使用できることを理解されたい。

Claims (13)

1. コア（１２）を有する電磁駆動装置（１０）を含む弁において、前記コア（１２）が、２つの磁極部（１４）の間に配置され、前記コアに施された巻線（１６）を有し、前記巻線（１６）が、少なくとも前記弁（１）の構造の寸法を決める寸法（Ｂ）の方向に、ボビン壁部を挿置されずに前記コア（１２）上に設けられている、弁。
2. 前記磁極部（１４）が、前記コア（１２）と一体に形成されている、請求項１に記載された弁。
3. 前記コア（１２）及び前記磁極部（１４）が、積層金属板（２１）の形である、請求項１に記載された弁。
4. 前記磁極部（１４）が、前記巻線（１６）を越えて突き出ており、前記駆動装置（１０）が、前記磁極部（１４）と協働するアーマチャ（２０）をさらに備える、請求項２又は請求項３に記載された弁。
5. 前記アーマチャ（２０）が、前記弁（１）の構造の寸法を決める寸法以外の寸法の方向に、前記巻線で覆われたコア（１２）のそばに配置される、請求項４に記載された弁。
6. 前記アーマチャ（２０）がヒンジ型アーマチャである、請求項４又は請求項５に記載された弁。
7. 前記アーマチャ（２０）がプレート型アーマチャである、請求項４又は請求項５に記載された弁。
8. 前記アーマチャ（２０）が持ち上げアーマチャである、請求項４又は請求項５に記載された弁。
9. 複数の平行なコア（１２）を有する電磁駆動装置（１０）を含む弁において、前記コア（１２）が、ヨーク（４６）によって連結され、それぞれのコアに施された巻線（１６）を有し、前記巻線（１６）が、少なくとも前記弁（１）の構造の寸法を決める寸法（Ｂ）の方向に、ボビン壁部を挿置されずに前記コア（１２）上に設けられている、弁。
10. 前記コア（１２）のそれぞれが、前記ヨーク（４６）と反対側のそれぞれの自由端において、前記駆動装置（１０）のアーマチャ２０と協働する磁極部（１４）を形成している、請求項９に記載された弁。
11. 前記アーマチャ（２０）がヒンジ型アーマチャである、請求項１０に記載された弁。
12. 前記アーマチャ（２０）がプレート型アーマチャである、請求項１０に記載された弁。
13. 前記コア（１２）が積層金属板の形である、請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載された弁。

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