JP3143845B2 - 電空変換器 - Google Patents

電空変換器

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JP3143845B2
JP3143845B2 JP06176868A JP17686894A JP3143845B2 JP 3143845 B2 JP3143845 B2 JP 3143845B2 JP 06176868 A JP06176868 A JP 06176868A JP 17686894 A JP17686894 A JP 17686894A JP 3143845 B2 JP3143845 B2 JP 3143845B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バルブポジショナ等に
適用して好適な電空変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の電空変換器は、例えばバルブポ
ジショナ等に用いられ、電気信号I0を空気圧信号に変
換して所要の出力圧Pout を得るよう構成されている。
【0003】図6は電気−空気式バルブポジショナの動
作原理を示すブロック線図、図7は可動コイル型の電空
変換器を用いた同ポジショナの構成を示す図である。こ
れらの図において、符号1で示すバルブポジショナは、
排気孔2を有するケース3を備え、その内外には入力信
号I0 を可動コイルの変位に変換するマグネットユニッ
ト4、マグネットユニット4の変位を空気圧に変換する
ノズル・フラッパ機構5、ノズルフラッパ機構5の出力
圧(ノズル背圧)を増幅し調節弁7の操作器8に出力空
気圧Pout として出力するパイロットリレー6、フィー
ドバック機構9、スパン調整機構10、ゼロ点調整機構
11、端子盤12等が設けられ、調節弁7のヨーク(図
示せず)に固定されている。
【0004】前記マグネットユニット4は、ケース1に
貫通して取り付けられた防爆ケース15を備え、その内
部には環状のマグネット16、その外周を取囲む可動コ
イル17、マグネット16をサンドウイッチする第1お
よび第2のヨーク18,19、一端が可動コイル17に
接続された出力ステム20等を備え、前記端子盤12を
介して可動コイル17に計測量に応じた入力信号I0
(4mA〜20mA)が入力されると、電磁誘導作用に
よりコイル17と出力ステム20が軸線方向に変位し、
これによって前記ノズルフラッパ機構5のフラッパ21
が支点22を支点として揺動されるよう構成されてい
る。
【0005】前記ノズル・フラッパ機構5は前記マグネ
ットユニット4と共に電空変換器25を構成するもの
で、中間部が支点22によって揺動自在に支持されたフ
ラッパ21と、このフラッパ21の一端に近接対向する
ノズル23とを備え、反ノズル側に前記ゼロ点調整機構
11を形成するゼロ点調整用ばね24の一端が連結され
ている。また、フラッパ21の他端は前記マグネットユ
ニット4の出力ステム20にストラップ26を介して連
結されている。前記ノズル23は供給空気用配管27を
介して不図示の空気供給源に接続されており、一定(通
常1.4Kgf/cm2 )の供給空気圧Psup が供給さ
れる。この供給空気用配管27の途中には前記パイロッ
トリレー6、絞り28、減圧弁29等が設けられてい
る。
【0006】このような構成において、例えば、空気圧
増加と共にバルブステム30が上昇する形(逆動作)の
調節弁7を使用した場合、平行状態にあるとき、入力信
号I0 が増加すると、それによって出力ステム20は図
中左方へ変位し、これによって生じる力Fが増加する。
すると、フラッパ21は支点22を中心として時計方向
に揺動してノズル23との間隙(ノズルギャップ)を狭
める。このため、ノズル背圧PN が増大し、このノズル
背圧PN はパイロットリレー6によって増幅された後、
出力空気圧Pout として操作器8に導かれ、これを動作
させる。その結果、バルブステム30は上方に移動して
調節弁7を開く。この時のバルブステム30の動きはフ
ィードバック機構9、スパン調整機構10およびフィー
ドバックスプリング32を介してフラッパ21にネガテ
ィブフィードバックとして伝達され、バルブステム30
が入力信号I0 に対応した位置に来るようフラッパ21
を押し戻し、平衡状態に保持する。なお、出力ステム2
0に図中右方への変位が生じたときには、上記とは反対
にバルブステム30を閉方向に移動させる。
【0007】なお、パイロットリレー6、フィードバッ
ク機構9、スパン調整機構10等については本発明と直
接関係しないため、その詳細な説明を省略する。
【0008】ところで、上記した可動コイル型電空変換
器25は、図8および図9にも示すようにフラッパ21
の支点22がマグネットユニット4の中心からずれて設
けられている。これは中心に設けるとコイル17の磁界
による力Fが左右でバランスし回転力が発生せず、可動
コイルとならないからである。このため支点22をマグ
ネットユニット4の外側に設けざるを得ず、その結果バ
ランスウエイト33をフラッパ21のノズル側端に取り
付け、コイル17とバランスさせている。なお、図8、
図9において、実線aはマグネット16による磁力線、
破線bはコイル17による磁力線、cはコイル17に流
れる電流の方向をそれぞれ示す。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うな可動コイル型の電空変換器25にあっては、フラッ
パ21の支点22に対してコイル17の位置が片寄って
いるため、フラッパ21のバランスが悪く、そのためバ
ランスウエイト33を必要とする(バランスウエイトを
設けないとフラッパの傾斜特性や振動特性で出力がシフ
トしてしまう)。しかしながら、バランスウエイト33
を設けると、それだけノズルフラッパ機構5が大型、重
量化するという不都合があった。
【0010】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、可動コイル型において、バランスウエイトを必要
とせず、小型、軽量化を可能にした電空変換器を提供す
ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明は、磁石を収納する凹部を有
するヨークと、略8の字状に巻回され前記ヨークの凹部
内に配置された可動型のコイルと、このコイルが取り付
けられた揺動自在なフラッパと、このフラッパに近接対
向して配設されたノズルとを備え、前記コイルの対称軸
線上に配置された支点軸により前記フラッパを揺動自在
に軸支したことを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明において、コイルは略8の字状に巻回さ
れることにより2つの環状コイル部を有し、通電される
と各環状コイル部における電流の流れ方向が反対になる
ため、フレミングの左手の法則により各環状コイル部に
おいて相反する方向の電磁力F1 ,F2 (図2)が発生
する。このため、フラッパは支点軸を中心として揺動す
る。コイルはフラッパのバランスウエイトとして機能
し、別部材からなるバランスウエイトの取り付けを不要
にする。
【0013】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図1は本発明に係る電空変換器の一実
施例を示す平面図、図2は図1のII−II線断面図、図3
は一部破断側面図である。なお、図中図6〜図9と同一
構成部材のものに対しては同一符号をもって示す。これ
らの図において、本実施例はフラッパ21を円板状に形
成して同軸配置された一対の支点軸40a,40bによ
って図2矢印方向A,Bに揺動自在に軸支し、下面、す
なわち第1のヨーク18と対向する面の中央にコイル1
7を配置し、第1のヨーク18のフラッパ21と対向す
る上面中央に凹部41を形成してその内底面中央に永久
磁石16と第2のヨーク19を積層配置したものであ
る。コイル17は、一本のコイルを数字の「8」の字を
描くように巻回されることにより、2つの環状コイル部
17a,17bを有し、X字状に交差するコイル部分1
7cが前記一対の支点軸40a,40bの軸線上に位置
するようフラッパ21に固定されている。言い換えれ
ば、一対の支点軸40a,40bはフラッパ21を、2
つの環状コイル部17a,17bの対称線周りに揺動自
在に支持している。また、2つの環状コイル17a,1
7bはフラッパ21のバランスを取るため同一の大きさ
に形成されている。前記一対の支点軸40a,40b
は、前記フラッパ21の周面に180°ずれた位置に一
体的に突設されており、その先端部が、前記第1のヨー
ク18が設置固定されているベース部材42の両端に対
設された一対の軸取付部42a,42bに設けられた軸
受孔43にそれぞれ挿入されている。
【0014】前記第1のヨーク18は前記フラッパ21
と略同径のカップ状に形成されることにより上面中央に
前記永久磁石16および第2のヨーク19を収納する凹
部41を有し、環状の外周壁18Aには上端部が外周壁
18Aの上方に突出しフラッパ21の下面に近接対向す
るノズル23およびストッパ44が組み込まれている。
ノズル23とストッパ44は、前記一対の支点軸40
a,40bの中心線を挟んで対向するよう180°ずれ
て配設されている。前記ノズル23は、第1のヨーク1
8に貫通形成され一端が供給空気用配管27に接続され
た孔45に組み込まれている。
【0015】前記永久磁石16と第2のヨーク19は円
板状に形成されている。永久磁石16は、例えばN極側
が上で、S極側が下になるよう凹部41内に配置されて
いる。第2のヨーク19は、上面に中心を通る径方向の
溝47が形成されることにより、溝47の両側が半円形
の凸部48a,48bを形成している。溝47は、中心
線を前記一対の支点軸40a,40bの中心線と略一致
させて形成され、両端が第2のヨーク19の周面に開放
されることにより、前記第1のヨーク18の外周壁18
Aと永久磁石16および第2のヨーク19との間に形成
された環状隙間50に連通している。このため、前記第
1のヨーク18の凹部41は、前記環状隙間50と溝4
7とで平面視略8の字状(厳密にはΘ状)の凹部(空
間)を形成している。そして、前記コイル17は、2つ
の環状コイル部17a,17bが前記第2のヨーク19
の凸部48a,48bを取り囲むように前記環状隙間5
0内に挿入され、X字状に交差したコイル部分17cが
溝47内に挿入位置されている。
【0016】このような構成からなる電空変換器におい
て、永久磁石16による磁界中(磁界の方向は図2矢印
a方向)において、コイル17に計測量に応じた入力信
号I0 を流すと、コイル17は略8の字状に巻回されて
いることから2つの環状コイル部17a,17bにおけ
る電流の流れ方向が図1に矢印D,Eで示すように反対
方向となるため、フレミングの左手の法則により大きさ
が等しく向きが反対方向の電磁力F1 ,F2 (図2)が
発生する。このため、フラッパ21は支点軸40a,4
0bを中心として図2時計方向に回転され、ノズルギャ
ップを変化させる。
【0017】かくしてこのような構成からなる電空変換
器にあっては、フラッパ21の支点軸40a,40bを
コイル17を挟んでその両側に配置することができるの
で、コイル自身をバランスウエイトとして機能させるこ
とができる。したがって、従来の可動コイル型において
必要としていたバランスウエイトを設ける必要がなく、
小型、軽量化を図ることができる。
【0018】図4および図5は本発明の他の実施例を示
す平面図および断面図である。この実施例はフラッパ2
1の外周に軸受部51a,51bを対設し、これら軸受
部51a,51bを一対の支点軸40a,40bによっ
て下方から図5矢印A,B方向に揺動自在に支持し、ノ
ズル23を一方の支点軸40aの一側に位置させて一方
の軸受部51aの下面に近接対向させたものである。そ
の他の構成は上記実施例と略同様である。
【0019】コイル17に電気信号I0 が加えられる
と、フラッパ21は支点軸40a,40bを中心として
時計または反時計方向に揺動し、ノズルギャップを変化
させる。
【0020】このような構成においても上記実施例と同
様にバランスウエイトが不要で、小型、軽量化を図るこ
とができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電空変
換器によれば、磁石を収納する凹部を有するヨークと、
略8の字状に巻回され前記ヨークの凹部内に配置された
可動型のコイルと、このコイルが取り付けられた揺動自
在なフラッパと、このフラッパに近接対向して配設され
たノズルとを備え、前記コイルの対称軸線上に配置され
た支点軸により前記フラッパを揺動自在に軸支したの
で、コイル自身がバランスウエイトとして機能し、別部
材からなるバランスウエイトを不要にする。このため、
電空変換器を小型、軽量化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る電空変換器の一実施例を示す平
面図である。
【図2】 図1のII−II線断面図である。
【図3】 一部破断側面図である。
【図4】 本発明の他の実施例を示す平面図である。
【図5】 断面図である。
【図6】 電空変換器の動作原理を示す図である。
【図7】 バルブポジッショナの従来例を示す概略断面
図である。
【図8】 従来の可動コイル型電空変換器の平面図であ
る。
【図9】 断面図である。
【符号の説明】
16…永久磁石、17…コイル、17a,17b…環状
コイル部、17c…X状コイル部、18…第1のヨー
ク、19…第2のヨーク、21…フラッパ、23…ノズ
ル、40a,40b…支点軸、41…凹部、42…ベー
ス部材、44…ストッパ、47…溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F15B 5/00 G01D 5/42

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁石を収納する凹部を有するヨークと、
    略8の字状に巻回され前記ヨークの凹部内に配置された
    可動型のコイルと、このコイルが取り付けられた揺動自
    在なフラッパと、このフラッパに近接対向して配設され
    たノズルとを備え、前記コイルの対称軸線上に配置した
    支点軸により前記フラッパを揺動自在に軸支したことを
    特徴とする電空変換器。
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