JP2017519472A - 非磁性フロント軸受を有するソレノイド - Google Patents

Abstract

非磁性又は僅かの磁性材料からなる別の結合したシャント側軸受を有する電機子組立体を備えるソレノイドアクチュエータが提供される。シャント側軸受の材料は、相当量の磁束が、半径方向に電機子組立体の下部軸受領域を介して転写することを防止する。【選択図】図１

Description

本発明は、ソレノイドアクチュエータに関する。

殆んどのソレノイドアクチュエータは、強磁性ケーシングを有する。ケーシングは、典型的には、ポリマーボビン（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｂｏｂｂｉｎ）にラップされるコイルを取り囲んでいる。コイル内には、コア組立体又はコアがある。電機子（又は電機子組立体）は、コア（又はコア組立体）内で摺動する。電機子は、電流がコイルを介して流れに応じて、磁束転写（ｆｌｕｘ ｔｒａｎｓｆｅｒ）を介して移動される。磁束ループは、ケーシングからコア及び電機子に、そして、再びコアを介して、ケーシングへの磁束転写によって達成される。電機子並進移動（ａｒｍａｔｕｒｅ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）は、コアの上部（磁束リターン（ｆｌｕｘ ｒｅｔｕｒｎ）、又は磁束管とも称する）から電機子を介して、コアの下端部（シャント端部（ｓｈｕｎｔ ｅｎｄ）、又はシャント）への磁束転写によって達成される。このような理由のため、上部と下部との間にコアの薄型部が存在して、上部から下部コアに直接転写する磁束の量を減少させる。

磁束が上部から電機子を介して下部コアへ走行するように意図されているが、このような磁束経路は、コアの下部(シャント端部)から半径方向に配向されるよりも軸方向に配向されるのが好ましい。組立体のこの部分での半径方向の磁束転写は、電機子のより高い磁性側面荷重、及びこれにより、より高い摩擦力をもたらす。電機子は、コア内の電機子の側面荷重の相対量を減少するように設計されるのが好ましい。

コアを介して電機子を案内し、電機子の誤整列を最小化するためには、軸受の長さを最大化するのが好ましい。連続鋼（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｔｅｅｌ）の電機子では、軸受の長さが増加するにつれて軸受の下部がシャント内により深く入り、より高い側面荷重を引き起こす。前記鋼の電機子又はコア軸受の表面が一部方式でメッキされるか、コーティングされた場合であっても、側面荷重が高く維持される。電機子の磁性部から下部軸受を分離させるのが好ましい。

前記の要求及び他の要求を明らかにするために、本発明が開示される。好ましい実施形態において、本発明は、分離型シャント側軸受部が取り付けられたベース磁性材料部を含む電機子組立体を有するソレノイドアクチュエータの自由を提供する。シャント側軸受は、相当量の磁束が半径方向に電機子組立体の下部軸受領域を介して転写することを防止するために、非磁性又は僅かの磁性材料からなる。非磁性又は半磁性材料は、プレス嵌め（ｐｒｅｓｓ ｆｉｔｔｉｎｇ）、中間ピンに対する取り付け、焼結、接着、モールディング、半田付け（ｂｒａｚｉｎｇ）などを含むが、これに限定されない任意数の方式で、電機子組立体のベース磁性材料部に連結され得る。コーティングされた電機子の場合、シャント側軸受は、ベース電機子材料と共に又は別にコーティングされるか、メッキされ得る。

本発明の更なる適用分野などは、以下で提供する詳細な説明により明らかになるだろう。本発明の好適な実施形態を示す詳細な説明及び具体的な例は、単に例示の目的のために意図されたものであり、本発明の範疇を限定するものではないことを理解すべきである。

本発明は、詳細な説明及び添付の図面から、より完全に理解されるだろう。
本発明によるノーマリロー（ｎｏｒｍａｌｌｙ ｌｏｗ）制御圧力ソレノイドアクチュエータの断面図である。 本発明による好ましい代替実施形態のソレノイドアクチュエータ内の電機子組立体の断面図である。 本発明による好ましい代替実施形態の電機子組立体の断面図である。 本発明による好ましい他の代替実施形態の電機子組立体の断面図である。 従来技術の電機子組立体の概略図である。 電機子組立体内の半径方向横力（ｒａｄｉａｌ ｓｉｄｅ ｆｏｒｃｅ）を示すグラフィック表示図である。

好ましい実施形態の以下のような説明は、単に例示に過ぎず、いずれの方式でも、本発明、その適用、又は用途を限定しようと意図されたものではない。

図１を参照すると、本発明に係るソレノイドアクチュエータ７が設けられる。ソレノイドアクチュエータ７は、強磁性の缶又はケーシング１０を有する。ケーシングは、下部ハウジング１２を含む。下部ハウジングは、端部キャップ１６に連結した略垂直部１４を有する。端部キャップ１６は、中央開口部１８を有する。下部ハウジング１２は、上部ハウジング２０内にプレス嵌めされる。ケーシング１０の内部には、コイル２６がある。コイル２６は、典型的に、銅のような非磁性材料からなる。コイル２６は、ポリマーボビン２８の外径上にラップされる。コイル２６によってコア３０が取り囲まれる。コア３０は、本明細書において、磁束管３２と称する磁束リターンを提供する上部を有する。コア３０は、シャント３４と称する他の部分を有する。シャント３４から磁束管３２を分離することは、コアの狭小化によって生成される磁束チョーク（ｆｌｕｘ ｃｈｏｋｅ）３６である。コア３０は、ケーシング１０と磁気的に連結される。図１において、磁束管３２及びシャント３４は、一体型であるが、他の実施形態（図示せず）では、磁束チョーク３６が、磁束管３２及びシャント３４の軸方向ギャップ分離によって提供され得る。

電機子組立体４０が、コア３０内に摺動可能に装着される。電機子は、他の類型の材料から製造された少なくとも２つの別の構成要素から製造される。第１の構成要素は、ベース磁性材料から製造されたベースである。図示の例において、基材は、低炭素鋼である。基材４２は、これを介して軸方向に延びて油圧油（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｏｉｌ）が電機子４０の両側面上に存在することができるようにする軸方向ボア４４を有する。極度の退避位置にある電機子組立体４０は、ハウジング２０内に設けられた磁性停止部４６と隣接している。電機子組立体４０は、磁束チョーク３６に隣接する結合した軸受をまたは有し、以下では、シャント側軸受５０と称する。シャント側軸受５０は、磁性炭素鋼材料よりも、少なくとも５０％未満の非常に少ない透磁率を有する材料から製造される。シャント側軸受５０は、ポリマー材料、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、亜鉛、セラミック材料及び／又はそれらの合金または複合材料から製造され得る。シャント側軸受５０は、締り嵌め（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｔ）、焼結、接着剤連結、モールディング連結、半田付け及び／又はボンディングを含む方法のうち、いずれか一つ以上によって、電機子基材４２に取り付けられる。多くの適用例において、シャント側軸受は、ベース磁性材料４２の軸方向面（ａｘｉａｌ ｆａｃｅ）に取り付けられる。シャント側軸受５０は、電機子組立体４０の全面を覆う必要はないが、シャント側軸受に隣接するように、少なくとも３５０μｍの半径方向幅又は厚さ、及び２００μｍの軸方向長さを有するのが好ましい。被運搬部材６０が電機子４０に連結される。シャント側軸受５０は、まず、被運搬部材６０に結合され、次いで、電機子の基材４２と固定可能に連結される被運搬部材６０によって、（電機子基材に）連結され得る。ソレノイドアクチュエータ７は、電機子の走行を制限する停止部６２をまた有する。シャント側軸受５０にすぐ隣接するように、基材４２は、シャント側軸受の接触をより保障するように減少された直径の軸方向楔形状部６４を有する。減少した直径の軸方向楔形状部６４は、電機子のこの部分に対して、半径方向磁束転写を最小化し、軸方向磁束転写を最大化する。（注：図１において、前記楔形状部６４の半径方向幅は、図示の明瞭化のために誇張されている。） 前記した特徴は、ソレノイドアクチュエータの力対電流対軸方向位置特性のカスタマイズ化を可能にする。

動作時には、典型的な停止位置にあるソレノイド７は、図示しない付勢バネによって又は装置によって、被運搬部材６０に対して提供されたバネ付勢によって、停止部４６と隣接する電機子組立体４０を有する。コイル２６が作動したとき、磁束は、ケーシングを介して磁束管コアに、基材の面６６を介して外に電機子組立体４０内へ走行する。これは、電機子が被運搬部材６０をフロントに突き出す図１に示されたように、下方に摺動させる電機子に対する下向力を引き起こす。シャント側軸受５０に対する横力は、事実上消去される。

必要な場合に、選択的に、シャント側軸受５０及び電機子基材４２のいずれも、コア３０内で電機子の摺動移動を容易にするために、ニッケル又は他の非磁性合金の軽量コーティング層でコートされたそれらの外周部を有することができる。

図２を参照すると、プレス嵌めしたシャント側軸受１５０を有する基材１４２を備える本発明による好ましい代替実施形態の電機子が提供される。シャント側軸受１５０は、シャント側軸受５０について言及した様々な材料から製造され得る。

図３は、シャント側軸受２５０が軸方向ボア２４４とプレス嵌めして、ベース磁性材料２４２と取り付けられる内部コアを有する本発明に係る電機子組立体を示している。シャント側軸受５０と同様に、シャント側軸受２５０は、ベース磁性材料２４２の軸方向面の大部分を覆う。

図４は、ベース磁性材料が一体型の後方軸受を有する電機子組立体を示している。シャント側非磁性材料軸受３０は、ベース磁性材料と根本的に同一の直径を有する。

図６は、図５のシャント側軸受で受けた高い半径方向力に対する図１のシャント側軸受５０で受けた半径方向力の減少(ライン２７参照)を示している。(注：図５のシャント側軸受は、図示の明確化のために、誇張されている。)

本発明をソレノイドモータ又はアクチュエータ組立体としてのみ、図１〜図４に示しているが、様々なピン、スプール、又は他の構成要素と組み合わせて任意の数の機械駆動型ソレノイド又はバルブ機能を達成することができる。

本発明の説明は、例示的なものに過ぎず、従って、本発明の要旨から逸脱しない変形は、本発明の範疇内にあるものとして意図される。このような変形は、本発明の思想及び範疇からの逸脱と見なされるべきではない。

Claims (12)

1. ケーシングと、
   前記ケーシング内に位置したコイルと、
   磁束リターン及びシャントを含むコアであって、前記磁束リターン及びショントは、磁束チョークによって軸方向に分離され、前記コアは、前記ケーシングと磁気的に連結され、前記コイルによって取り囲まれるコアと、
   前記コア内に摺動可能に装着された電機子組立体であって、磁性材料のベース、及び前記ベース磁性材料に連結された分離型シャント側軸受を有し、前記軸受は、前記ベース磁性材料よりも少なくとも５０％未満の透磁率を有する材料から製造される電機子組立体とを含む、ソレノイドアクチュエータ。
2. 前記シャント側軸受は、少なくとも３００μｍの半径方向幅、及び少なくとも２００μｍの軸方向長さを有する、請求項１に記載のソレノイドアクチュエータ。
3. 前記電機子シャント側軸受材料は、ポリマー材料、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、亜鉛、セラミック材料、及びそれらの合金又は複合材料から製造される、請求項１又は２に記載のソレノイドアクチュエータ。
4. 前記シャント側軸受は、締り嵌め、焼結、接着、モールディング、半田付け、及び接合を含む方法のうち、いずれか一つ以上によって前記電機子基材に連結される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のソレノイドアクチュエータ。
5. 前記電機子は、コーティングされる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のソレノイドアクチュエータ。
6. 被運搬部材が前記電機子によって移動される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のソレノイドアクチュエータ。
7. 前記被運搬部材は、前記電機子に取り付けられ、前記シャント側軸受は、前記被運搬部材に取り付けられる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のソレノイドアクチュエータ。
8. 前記電機子シャント側軸受は、コーティングされる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のソレノイドアクチュエータ。
9. 前記シャント側軸受に隣接した前記電機子基材は、減少した直径の軸方向楔形状部を有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のソレノイドアクチュエータ。
10. ケーシングと、
    前記ケーシング内に位置したコイルと、
    磁束管及びシャントを含むコアであって、前記磁束管及びショントは、磁束チョークによって軸方向に分離され、前記コアは、前記ケーシングと磁気的に連結され、前記コイルによって取り囲まれるコアと、
    前記コア内に摺動可能に装着された電機子組立体であって、磁性材料のベース、及び前記ベース磁性材料に連結した別のシャント側軸受を有し、前記シャント側軸受は、少なくとも３５０μｍの半径方向幅、及び少なくとも２００μｍの軸方向長さを有し、前記シャント側軸受は、前記磁性材料のベース上にプレス嵌めし、前記シャント側軸受は、前記ベース磁性材料よりも少なくとも５０％未満の透磁率を有する材料から製造される電機子組立体とを含む、ソレノイドアクチュエータ。
11. 上部ハウジング内にプレス嵌めした下部ハウジングを含むケーシングと、
    前記ケーシング内に位置したコイルと、
    磁束管及びシャントを含むコアであって、前記磁束管及びシャントは、一体型の磁束チョークによって軸方向に分離され、前記コアは、前記ケーシングと磁気的に連結され、前記コイルによって取り囲まれるコアと、
    前記コア内に摺動可能に装着した電機子組立体であって、磁性材料のベース、及び前記ベース磁性材料に連結した別のシャント側軸受を有し、前記シャント側軸受は、少なくとも３５０μｍの半径方向幅、及び少なくとも２００μｍの軸方向長さを有し、前記シャント側軸受は、非磁性材料から製造され、前記シャント側軸受にすぐ隣接した前記ベース磁性材料が減少した直径の軸方向楔形状部を有する電機子組立体とを含む、ソレノイドアクチュエータ。
12. 前記シャント側軸受は、前記基材の軸方向面の大部分を覆う、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のソレノイドアクチュエータ。