JP3636435B2 - 簡単にされたトルクモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁石アクチュエイタ、特に、電子油圧弁または電子空気圧弁のピボット段で使用されることができるトルクモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
トルクモータは電子油圧のサーボ弁と、直接駆動または空気圧分野で使用される他のタイプの弁に関する従来技術でよく知られている。典型的にこのようなトルクモータは１対のポールピースと、アーマチュアと、トルクモータ構造内にアーマチュアを位置させるための屈曲またはピボット手段と、１対のコイルと、１対の磁石と、モータハウジングとから構成される。このようなトルクモータは弁の動作と、種々のタイプの流体の流れを制御するために使用され、他の応用で使用されてもよい。
【０００３】
トルクモータを含んでいる多数の応用では、動作の安定性および信頼性は臨界的である。反復的な特性における究極の温度サイクリング状態で動作する能力も振動に対する抵抗のように臨界的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
所望の信頼性および安定性を有するトルクモータを提供し、前述したような動作特性を獲得するため種々の努力が行われている。トルクモータのある動作コンポーネント間の空間を重合体フィラーによって充填し、適切な動作位置に部品を保持するため接着剤材料を使用し、内部方向に圧縮力を加える種々の構造を使用してコンポーネントをクランプする等の技術が使用されている。このような構造の典型例が従来技術の米国特許第5,473,298 号および第5,679,989 号明細書に示されている。このような構造は比較的良好に動作するが、これらは多数の部品を必要とし、一度、組立てられ動作されると、完全に解体しなければ保守または修理が容易にできず、多数の例では必要な動作的安定性を与えるように製造時に調節するのが困難である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にしたがって、ベースと、上部および下部ポールピースと、ポールピース間に配置されている第１および第２の永久磁石と、ベースにより支持されるアーマチュア端部を囲んで配置される１対の電磁石コイルと、下部ポールピースとベースとの間に挟まれている１対のシムとが設けられている。各ベースおよびポールピースはそこを貫通する貫通孔を備え、シムおよびポールピースはさらにスロットまたは溝を備えている。貫通孔、スロット、溝は相互に整列され、複数のファスナが貫通孔とスロットと溝とを通って位置され、ベースに設けられている貫通孔に捩子で螺合して結合される。コンポーネントの部品が機械的および磁力をゼロにするように適切に調節された後、ファスナが適切に整列された動作位置にトルクモータのコンポーネントを維持するように固定される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図面、特に図１を参照すると、本発明の原理にしたがって構成されたトルクモータ10が示されており、種々のコンポーネント部品が容易に観察され理解されるように分解方法で示されている。ここに示されているように、トルクモータ10は複数の貫通孔14、16、18、20と、貫通孔18と直径上の反対側の付加的な貫通孔（図示せず）と、貫通孔14と直径上の反対側の付加的な貫通孔（図示せず）を規定するベース12を含んでいる。貫通孔16、18、20と貫通孔18の直径上の反対側の貫通孔は以下さらに十分に説明するようにファスナを受ける目的で捩子を設けられている。ベース12はジェットパイプアセンブリ24の一部であるアーマチュア22を支持する。特に電子油圧サーボ弁で使用するためのジェットパイプアセンブリは古くから、技術でよく知られている。例えばここで参考文献とする先に参照し説明した米国特許第5,679,989 号および第5,473,298 号明細書に示されている。それ故、当業者はこのようなアセンブリの構成および機能の適切な知識を持っているので、ジェットパイプアセンブリのさらに詳細な説明は行わない。ジェットパイプアセンブリは詳細な説明とこの明細書の図面の一部として示されているが、本発明のトルクモータは他の応用で使用されてもよいことが理解されよう。例えば、フラッパノズル構造、直接駆動弁、空気圧弁等である。
【０００７】
１対のシム26と28はベース12の上部表面13上に配置される。シム26は１対のスロット32と30と貫通孔またはスリット31を限定し、シム28は１対のスロット34と36と貫通孔またはスリット35を限定する。以下さらに十分に説明するように、スロット30乃至36とスリット31と35は適切な調節中に、組立てられたトルクモータからシム26と28を容易に除去し、異なる厚さの他のシムを容易に置換することを可能にするために設けられ、それによって本発明のトルクモータの所望の動作特性および安定性を与える。
【０００８】
符号38で示されている下部ポールピースはシム26と28上に配置されている。代わりに、この構造部分は下部ポールピース38とベース12の上部表面13間に挟まれているシム26と28を有するとして観察される。図１で示されているように、下部ポールピース38は別々で異なる分割部材として構成されている第１のセクション40と第２のセクション42を含んでいる。このような構成はアーマチュア22とジェットパイプアセンブリ24を支持するユニットとして製造された後でさえも、ベース12上にポールピース38を容易に組立てることを可能にする。下部ポールピース38が１つの部材として作られるならば、ポールピースはジェットパイプアセンブリとアーマチュアをベース12に組立てる前に、ベース12に組立てられなければならないことが当業者により良好に理解されよう。これはさらに困難で高価なアセンブリプロセスを必要とし、それ故、別々の異なる分割セクションから形成される下部ポールピースを有する本発明の構造はトルクモータのアセンブリと組立てを簡単にする。下部ポールピース38の第１のセクション40はそこを通過する１対の貫通孔44と46を備えており、下部ポールピース38の第２のセクション42はそこを通過する貫通孔48と50を備えている。
【０００９】
第１の永久磁石52は下部ポールピース38の第１のセクション40の上部表面41により支持され、第２の永久磁石54は下部ポールピース38の第２のセクション42の上部表面43により支持される。永久磁石52は１対の溝56と58を備え、永久磁石54は１対の溝60と62と貫通孔63を備えている。類似の貫通孔（図示せず）が永久磁石52に設けられる。溝56乃至62は永久磁石52と54の外部表面上に形成される。溝と貫通孔の目的は以下の説明から明白になるであろう。
【００１０】
１対のコイル64と66はアーマチュア22の対向端部がそれぞれコイル64と66に設けられる貫通孔65と67を貫通して延在するように配置される。コイル64と66の下部表面はまた下部ポールピース38の上部表面41と43のそれぞれ第１および第２の分割セクション40と42で受けられる。
【００１１】
複数の貫通孔70乃至80を限定する上部ポールピース68が設けられる。貫通孔78と80はアーマチュア調節捩子82を受けるように捩子が設けられる（一方だけが図示されている）。アーマチュア調節捩子は上部ポール67と69を通って延在し、コイル64と66に与えられた電気信号に応答してアーマチュア22の運動量を制御するため少しだけその下に延在する。所望ならば、コイル保持装置88はトルクモータ構造内の内部の位置にコイル64と66を維持することを容易にするために使用されてもよい。
【００１２】
図２乃至４を参照することにより、種々の方向から見た図１で示されているトルクモータを組立てた形態を断面形状で示している。特に図２を参照することにより、共にアーマチュア22に隣接させるとき、上部および下部ポールピースにより形成される磁極は、下部ポールピース38のポールピースセクション40と42の上方向に突出する部分51、53により形成された磁極に対向する磁極67により形成されている符号90で示された動作エアギャップを提供することが示されている。当業者によく知られているように、電気信号が例えばコイル64と66に与えられたとき、発生される磁力はアーマチュア22をエアギャップ90内で偏向させる。このような偏向は前述したようにジェットパイプの第１の段の機能により適切な出力信号を与える。図３で示されているように、調節捩子82は磁極67と69の下部表面下に突出し、それによってアーマチュアの偏向量はケースに応じて、捩子82をさらにエアギャップ90へ突出させるかまたはさらにエアギャップから引戻すことにより調節され制御されることができる。
【００１３】
図１乃至４で示されている構成を考慮することによって、本発明の原理にしたがって構成されたトルクモータの製造方法はさらに十分に理解されるであろう。製造方法では、磁石コイル64と66は最初にアーマチュア22の両端部に位置される。その後、下部ポールピース38のセクション40、42はコイルとベース12の上部表面13との間の位置に挿入される。磁石52と54はその後、下部ポールピース38のセクション40の上部表面41と、セクション42の上部表面44上の位置に配置される。それに続いて、上部ポールピース68は第１および第２の磁石の上部に配置されている。上述した部品の組立てを容易にするために、永久磁石52と54は組立て動作前にプレチャージされる。磁石52と54のプレチャージは、種々のピース部品が次々と組立てられるとき、これらを共に保持することを容易にする。
【００１４】
ピース部品がこのようにして組立てられた後、第１および第２のシムがベース14の上部表面13と下部ポールピース38との間に挿入される。
【００１５】
シム、上部および下部ポールピース、コイル、磁石がジェットパイプアセンブリを支持するベース上に組立てられた後に、貫通孔、スロットおよび溝はファスナ84を受けるように適切に整列されることが認識されよう。例えば貫通孔70は溝56と整列され、その溝56は貫通孔44と整列され、その貫通孔44はベース12の捩子を有する貫通孔16と整列されるスロット36と整列される。座金を有する適切に位置された捩子84はその後、整列された貫通孔、スロット、溝を通して挿入され、捩子を設けられた貫通孔16内に螺合されて受けられている。類似の動作が他の４つの各コーナーで実現され、したがって相互に関して動作的に全ての部品を整列し位置付ける。適切な間隔が関係する特定の応用にしたがって動作のための所望のエアギャップ90を形成するために例えば69と55／67（図１）のような磁極面間で実現される。エアギャップが非常に小さいか非常に大きいことが発見されたならば、そこにスロット30−36が形成されているため、構造を分解せずにスリット31または35に工具またはフィンガーネイルを挿入することによって、シム26と28は容易に除去されることができる。同様に、新しいシムが磁極間に所望の間隔を得るために挿入されてもよく、それによってスロット30−36がシムが容易に構造に挿入されることを可能にするので、所望のエアギャップを与える。これが実現され、アーマチュア22が磁力ゼロを実現するように適切に位置付けられるとき、ファスナ84はその後、結合されて固定され、ベース12の位置にロックされ、これによって本発明の原理に応じてトルクモータの組立てを完了する。適切な試験後に僅かな調節が必要とされる場合、工具が磁石の貫通孔63に挿入され、ジェットパイプアセンブリ24のワイヤ95がシムの置換とは反対に僅かに屈曲されてもよい。
【００１６】
図５、６を参照することにより、組立てられたトルクモータ10が示されており、ハウジング92内に相互に配置されている適切なスプール96の動作によってソース（図示せず）から負荷（図示せず）への流体の流れを制御する電子油圧サーボ弁の第２の段94のハウジング92上に位置付けられている。この動作は当業者によく知られており、ここではさらに十分に説明しない。特に図５で示されているように、適切なファスナ100 と102 によって貫通孔14とベース12（図４）上の貫通孔14と直径上反対側の貫通孔を通って結合することによってトルクモータ10をハウジング92へ固定する。当業者によく知られているように、適切なカバー96がトルクモータ10を覆って配置され、ハウジング92上の位置に固定されている。トルクモータ10がハウジング92上に配置された後、これはファスナ100 を締める前に弁の油圧および磁力をゼロに一致することを実現するため僅かに動かされてもよいことも当業者により認識されよう。
【００１７】
前述したような原理にしたがって、トルクモータを構成し、適切な弁のハウジングにそれを位置させることにより、過去の類似の応用のトルクモータよりも実質上少ない部品のトルクモータが与えられ、トルクモータのメンテナンスが全て解体せずに容易に実現される構造を与え、所望ならば解体は比較的容易であり、種々のコンポーネント部品の交換は従来技術のトルクモータと比較して容易に実現されることが当業者により認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理にしたがって構成されたトルクモータの種々のコンポーネントを示した分解図。
【図２】組立てられた形で示されているトルクモータの正面図。
【図３】ライン３−３に沿った図２の組立てられたトルクモータの部分断面図。
【図４】ライン４−４に沿った図２のトルクモータの部分断面図。
【図５】電子油圧サーボ弁のハウジング上に組み立てられた本発明にしたがって構成されたトルクモータの断面図。
【図６】ライン６−６に沿った図５のトルクモータおよび弁の断面図。

Claims (9)

1. 下部ポールピース (38) と、上部ポールピース (68) と、第１および第２の端部を有するアーマチュア (22) と、前記アーマチュア (22) の第１および第２の端部にそれぞれ巻かれている第１および第２の電磁コイル (64, 66) と、前記下部ポールピース (38) と前記上部ポールピース (68) との間に配置されている第１および第２の永久磁石 (52, 54) と、ハウジング (92) とを有し、弁 (94) と共に使用されるトルクモータ (10) において、
   ａ．前記アーマチュア(22)を支持し、第１の複数の貫通孔(14, 16, 18, 20)を備えているベース(12)を具備し、
   ｂ．前記下部ポールピース (38) は第１および第２の分割されたセクション(40, 42)を含んでおり、前記ベース(12)上に配置され、第２の複数の貫通孔(44, 46, 48, 50)を備えており、
   ｃ．さらに、前記下部ポールピース(38)と前記ベース(12)との間に挟まれて配置され、それぞれ１対のスロット(30, 32, 34, 36)を備えている第１および第２のシム(26, 28)を具備し、
   ｄ．前記上部ポールピース (68) は第３の複数の貫通孔(70, 72, 74, 76)を備え、
   ｅ．前記第１および第２の永久磁石 (52, 54) はそれぞれ溝 (56, 58, 60, 62) を備え、
   ｆ．前記第１、第２、第３の複数の貫通孔(14, 16, 18, 20; 44, 46, 48, 50; 70, 72, 74, 76)と、前記スロット(30, 32, 34, 36)と、前記溝(56, 58, 60, 62) とは整列されており、
   ｇ．さらに、前記整列された貫通孔と、スロットと、溝とを通ってそれぞれ延在し、前記上部および下部ポールピース(38, 68)と、前記ベース(12)と、前記永久磁石(52, 54)とを共にクランプするために前記第１の複数の貫通孔(14, 16, 18, 20)の予め定められた捩子を設けられた貫通孔にそれぞれ螺合されて結合されている複数の固定具 (84)を具備していることを特徴とするトルクモータ。
2. 前記第１および第２の電磁コイル(64, 66)は、前記下部ポールピース(38)の分割されたセクションにより支持されている請求項１記載のトルクモータ。
3. 前記第１および第２の永久磁石(52, 54)は前記下部ポールピース(38)の分割されたセクションにより支持されている請求項１記載のトルクモータ。
4. 前記シム(26, 28)はそれぞれスリット(31, 35)を備え、前記モータが組立てられるとき前記シム(26, 28)の除去を容易にするためにそれらのスリット(31, 35)は露出されている請求項１記載のトルクモータ。
5. 第１および第２の端部を有するアーマチュア(22)を支持し、第１の複数の貫通孔(14, 16, 18, 20)を有するベース(12)を形成し、
   第１および第２の分割されたセクション(40, 42)を含み、第２の複数の貫通孔(44, 46, 48, 50)を備えている下部ポールピース(38)を形成し、
   １対のスロット(30, 32)をそれぞれ有する第１および第２のシム(64, 66)を形成し、
   第３の複数の貫通孔(70, 72, 74, 76)を備えている上部ポールピース(68)を形成し、
   第１および第２の電磁コイル(64, 66)を形成し、
   溝(56, 58, 60, 62)を形成された第１および第２の永久磁石(52, 54)を形成し、
   前記アーマチュア(22)の前記第１および第２の端部を囲んで前記第１および第２の電磁コイル(64, 66)を配置し、
   前記電磁コイル(64, 66)と前記ベース(12)との間に前記下部ポールピース(38)の前記第１および第２の分割されたセクション(40, 42)を滑動して挿入し、
   第１および第２の永久磁石(52, 54)を、前記下部ポールピース(38)の前記第１および第２の分割されたセクション(40, 42)上にそれぞれ位置させ、
   前記上部ポールピース(68)を前記第１および第２の永久磁石(52, 54)上に位置させ、
   前記ベース(12)と下部ポールピース(38)との間に前記第１および第２のシム(64, 66)を挿入し、
   前記溝(56, 58, 60, 62)とスロット(30, 32)を前記第１および第２の複数の貫通孔(14, 16, 18, 20; 44, 46, 48, 50)および第３の複数の貫通孔(70, 72, 74, 76)の予め定められた貫通孔と整列させ、
   複数の固定具 (84)を準備し、
   前記固定具 (84)を前記整列された前記貫通孔、前記溝、前記スロットの予め定められたものを通って延在するように挿入し、
   前記固定具(84)を前記ベース(12)へ固定するステップを含んでいるトルクモータの製造方法。
6. 前記固定具 (84)を固定するのに先立って前記ベース(12)上に対称性を与えるように前記ポールピース(38, 68)、永久磁石(52, 54)、シム(26, 28)を物理的に整列するステップをさらに含んでいる請求項５記載の方法。
7. 磁力ゼロを確認するために前記モータ(10)を試験し、磁力がゼロでない場合には異なる厚さのシム(26, 28)と交換するステップをさらに含んでいる請求項６記載の方法。
8. さらに、前記アーマチュアの移動を制限するために上部ポールピース(68)に螺合されたアーマチュア調節捩子 (82) を有している請求項６記載の方法。
9. 前記永久磁石(52, 54)を前記下部ポールピース(38)上に配置するのに先立って前記永久磁石(52, 54)を予めチャージするステップをさらに含んでいる請求項５記載の方法。

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