JP4294776B2 - 統合電気油圧アクチュエーター - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術的分野】
本発明は一般的には電気油圧アクチュエーターに、より特定すれば、ハウジングと密接に統合されたコイルとただ一つの可動部分とを有する低コストの電気油圧アクチュエーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気油圧比例アクチュエーターは、広く、パイロット起動油圧制御弁、クラッチ、ブレーキ等を起動させるパイロット圧を生成するのに用いられる。生成されたパイロット圧は、通常は、パイロット圧がアクチュエーターのコイルに加えられた電流に比例するように、比例アクチュエーターの流体メタリングエレメントに対して作用する。比例アクチュエーターは、サービス性を考慮して、締め込み型カートリッジ式であって、着脱可能な乾式コイルであるべきだという認識は、アクチュエーターのコストを増大させる。例えば、締め込み型カートリッジ式アクチュエーターは、ハウジングネジと、油圧アダプターネジと、コイル止めネジとを必要とする。一般的に、ネジは製作するのに費用が掛かり、油圧システムにとって汚染物質を作り出す源となりかねない。また、そのような典型的アクチュエーターは、３つの可動部分、即ちアーマチュアと、ピン及びボール又はスプールと、互いに鑞付け又は溶接されたいくつかの部分とを有している。更に、着脱可能な乾式コイルを使用すると電磁効率が低下し、コイルとアーマチュアとの間に空隙が存在するためにアクチュエーターの全体のサイズが増大する。アーマチュアとピンとを収納しているソレノイドチューブ上にコイルを配置するためには空間を設ける必要があるが、その結果空隙が生じる。結局、いくつかの比例アクチュエーターは流れ損失を最小にするために固定小径オリフィスを設けている。しかしながら、これらの小型オリフィスは、汚染物質に敏感であり、応答時間を悪化させる。
【０００３】
従って、電気油圧比例アクチュエーターの全体コストは、コイルのサービス又は交換を不要にし、ねじを無くし、溶接部分を無くし、小型固定オリフィスを無くし、可動部分をただ１つにすれば低減できると考えられる。又、電磁効率も、コイルをハウジングと密接統合することにより向上させることができる。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の１つの態様では、統合電気油圧アクチュエーターは、ボア及びそのボアの一端に端壁を有するハウジングと、ハウジングのボア内に配置された、アキシアルボアを有するスリーブとを含んでいる。このスリーブはハウジングと組み合わせられて、インレットポートと、アウトレットポートと、アキシアルボアに開いているタンクポートとを規定する。環状コイルは、スリーブの一端でハウジングのボア内に配置されており、環状コイル内にしっかり留められたポールピースを有している。アキシアルボアと密封接触しスライド可能に配置されている円筒状アーマチュアには、コイルに電流が流されるととアーマチュアがバルブスプールとして機能するように、インレットポートとアウトレットポートとの間、及びアウトレットポートとタンクポートとの間の流体の流れを制御可能に計量するための流体メタリング機能が組み込まれている。保持装置は、アーマチュアが唯一の可動構成要素となるようにスリーブ及びコイルをハウジング内に保持する。
【０００５】
【実施例】
図１では、統合電気油圧アクチュエーター１０は、一端が端壁１３により閉ざされているブラインドボア１２を有するハウジング１１を含んでいる。スリーブ１４は、アキシアルボア１６を有しており、ブラインドボア１２内に配置されている。スリーブは、ハウジング１１と組み合わせられて、軸方向に互いに距離をおいた位置でアキシアルボアに開いているインレットポート１７と、アウトレットポート１８と、タンクポート１９とを規定する。環状電気コイル２１は、スリーブ１４の一端でハウジングのブラインドボア１２内に配置されており、環状電気コイル２１内にしっかり固定された円筒状ポールピース２２を含む。この実施例の電気コイルは、スリーブ１４内に完全に統合された湿式コイルであり、従ってハウジング１１に密接統合されている。スリーブは、ポールギャップを埋める鑞付け材の環状ビード２３を有している。替わりに、コイル２１はスリーブから分離して、スリーブと端同志が当たるような関係で、ボア１２内に配置してもよい。
【０００６】
円筒状アーマチュア２４は、ブラインドボア１２と密封接触しスライド可能に配置されており、その中には、インレットポート１７とアウトレットポート１８の間、及びアウトレットポート１８とタンクポート１９の間の流体の流れを制御可能に計量するために、流体メタリング手段２６が内蔵されている。このようにアーマチュア２４は、電流を流してコイル２１に電圧を加えると、可動バルブスプールとして機能する。一対の流体チャンバ２７、２８が、アーマチュアとポールピースの間、及びアーマチュアと端壁１３の間に形作られ、アキシアル通路２９を通して互いに連結されている。メタリング手段２６は、アーマチュア上に設けた、常にアウトレットポート１８と連通している環状グルーブ３１を含んでいる。流体チャンバ２７の中に配置された圧縮スプリング３２は、アーマチュアをポールピース２２から離して、環状グルーブ３１がタンクポート１９と連通する位置まで動かす方向の力を掛ける。チャンバ２８は、常にタンクポート１９と連通している。
【０００７】
スリーブ１４のアキシアルボア１６は、環状表面３４を規定する拡大ボア部分３３を有している。アーマチュア２４は、拡大ボア部分３３にスライド可能に配置された拡大流体メタリングランド３６を有している。ランド３６及び環状表面３４は、組み合わせられて、差動面にアウトレットポート１８の流体が継続的に掛かってアウトレットポートの流体圧がコイル２１への電流入力に比例するように、差動面３７をアーマチュア２４上に規定する。
手段３８は、アーマチュア２４が唯一の可動構成要素となるように、ハウジング１１にスリーブ１４及びコイル２１を保持する。ハウジング１１はその中に、ブラインドボア１２に隣接する環状肩部４１を形作るカウンタボア３９を有している。保持手段３８は、カウンタボア内に配置された円盤４２と、カウンタボア内の環状グルーブ４３と、環状肩部４１に対して円盤を支えるために
環状グルーブ４３内に配置された環状リテイナー４４とを含む。
【０００８】
図２は、統合電気油圧アクチュエータ１０のもう一つの実施例を示しており、図１の実施例で表示されたものと同種の構成部分要素を表すのに、同じ符号を付している。この実施例では、統合電気油圧アクチュエータ１０は、バルブボディ４７と、通常の方法でバルブボディにスライド可能に配置された流体制御バルブスプール４８とを有するパイロット作動の油圧バルブ４６と、組み合わせられている。電気油圧アクチュエータ１０のハウジング１１は、カウンタボア３９がバルブスプール４８の端部５１と連通するパイロットチャンバ４９を形成するように、着脱に適した形でバルブボディ４７に固定してある。この実施例における保持手段３８は、カウンタボア内の円盤４２とバルブボディ４７との間に配置されたバルブスプールセンタリングスプリング装置５２を含んでいる。アウトレットポート１８は、生成されたパイロット圧をカウンタボア／パイロットチャンバへ連通する。
【０００９】
図３は、更にもう一つの統合電気油圧アクチュエータ１０の実施例を示しており、図１及び２の実施例で表示されたものと同種の構成部分要素を表すのに、同じ符号を付している。この実施例では、メタリング手段２６は、アーマチュア２４内に設けられた、軸方向通路２９と、軸方向に間隔をとって配置され、軸方向通路へ開いている２組の半径方向通路５３、５４とを含んでいる。アウトレットポート１８は常に流体チャンバ２８と連通している。円柱幹５５は、アーマチュアから、ポールピース２２内の中心開口部５６及び円盤４２内の中心開口部５７を通過して延びている。フィードバックスプリング５８は、バルブスプールが円盤４２に向かって動けば、フィードバック力がアーマチュア２４に対して働くように、バルブスプール４８と円柱幹５５との間に配置されている。フィードバックスプリング５８は、アーマチュアが、インレットポート１７と半径方向通路５４が連通する位置まで動く方向に力を掛ける。スプリング５９は、アーマチュアの運動を減じるために、流体チャンバ２８内に配置されている。替わりに、円柱幹５５はアーマチュアとフィードバックスプリング５８との間に配置される分離型の円柱幹でもよい。
【００１０】
【工業的利用法】
図１の実施例は、主に、例えば、油圧クラッチ又はブレーキと共に使うのに適した圧力制御アクチュエータとして用いられる統合電気油圧アクチュエータを示している。使用時、通常はスプリング３２が、インレットポート１７をアウトレットポート１８から遮断し、環状グルーブ３１を通してアウトレットポート１８とタンクポート１９を連通させる位置に来るまで、アーマチュア２４に力を掛けている。コイル２１に電流を流してエネルギーを与える、アーマチュア２４がポールピース２２に向けて引きつけられて右方向に動き、それによりランド３６がアウトレットポート１８をタンクポート１９から遮断し、環状グルーブ３１を通じてアウトレットポートとインレットポート１７を連通させる。環状グルーブ及びアウトレットポート内の圧力は、生成された出力圧がコイルへの入力電流に比例するように、アーマチュアの差動面３７上に作用する。
【００１１】
図２の統合電気油圧アクチュエータ１０も又、圧力制御アクチュエータとしても機能する。しかしながら、この実施例のアクチュエータは、油圧制御バルブ４６にしっかりと留められ、内部通路を通してパイロットチャンバと連通しているアウトレットポート１８を使って、パイロットチャンバ４９をバルブスプール４８の端部に形作るように設計されている。前記のようにコイル２１にエネルギーを加えると、パイロット圧がアウトレットポート１８で、そしてそれによってパイロットチャンバ４９で、生成される。
図３の統合電気油圧アクチュエータ１０は、アウトレットポート１８の圧力を制御するのではなく、バルブスプール４８の位置を制御するための位置制御アクチュエータとして機能する。この実施例では、前記のように差動面を通しての圧力フィードバックを有するかわりに、フィードバックスプリング５８によって、アーマチュア２４に弾力性のあるフィードバック力が加えられる。使用時、フィードバックスプリング５８は、半径方向ポート５３をタンクポート１９から遮断し、インレットポート１７が、アウトレットポート１８、半径方向通路５４、軸方向通路２９を通してパイロットチャンバ４９と連通する図示の位置までアーマチュアを動かす。センタリングスプリング装置５２の組み合わされた力とパイロットチャンバ内で流体圧力により生成される力は、図には示されていないが、バルブスプールの他端に作用している偏向力に対抗して、バルブスプール４８を図示の位置に保つ。電流を流してコイル２１にエネルギーを加えると、アーマチュア２４は、電流の強さに比例する力でポールピース２２に引きつけられる。これにより、アーマチュアは右方行へ動き、まずアウトレットポート１８を、半径方向通路５３を通してタンクポート１９と連通させ、次にインレットポート１７をアウトレットポート１８から遮断し始める。これにより、パイロットチャンバ４９内の流体圧力を低下させ、バルブスプール４８のもう一端に作用している偏向力がバルブスプールを左方向に動かすようになる。バルブスプールの左方向への移動によって、フィードバックスプリング５８は、コイルにより生成される力を相殺するため、コイル２１への入力電流に比例したフィードバック力を、円柱幹５５を通してアーマチュアに働かせる。バルブスプールの左方向への移動は、アーマチュアに作用しているフィードバック力とコイルにより発生する力が等しくなるまで続く。その点で、インレットポートとアウトレットポートとの間、及びアウトレットポートとタンクポートとの間の連通度は、バルブスプールの移動がコイルによりアーマチュアに加えられる力のレベルに比例するように制御可能に計量される。
【００１２】
上述の点で、本発明の構成は、改良された低コストの電磁効率のよい電気油圧アクチュエータを提供するといえる。低コストは、アーマチュアがバルブスプールの代わりを努め、且つ唯一の可動部分となるように、電気コイルをスリーブ内に統合し、流体のメタリング機能を、スリーブ内にスライド可能に配置されているアーマチュアの一体的部分とすることにより、達成される。コイルをハウジング内に密接統合し、且つ空隙が存在しないように、アーマチュアをスリーブ／コイル内にスライド可能に配置することにより効率が向上している。コイルをハウジング内に密着統合することは、コイルからの熱の放散にも役立つ。
本発明のその他の態様、目的及び利点は図面、説明及び添付の請求項から得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の断面図である。
【図２】本発明のもう１つの実施例の断面図である。
【図３】本発明の更にもう１つの実施例の断面図である。
【符号の説明】
１０ アクチュエーター
１１ ハウジング
１４ スリーブ
１６ アキシアルボア
１７ インレットポート
１８ アウトレットポート
１９ タンクポート
２１ 環状コイル
２４ アーマチュア
２６ 流体メタリング手段
２７，２８ 流体チャンバー
２９ 軸方向通路
３２ スプリング
３３ 拡大ボア部
３４ 環状面
３９ カウンタボア
４２ 円盤
４３ 環状グルーブ
４７ バルブボディ
４８ バルブスプール
４９ パイロットチャンバー
５３，５４ 半径方向通路
５５ 円柱幹
５８ フィードバックスプリング
５９ スプリング

Claims (15)

1. 軸方向に延びるハウジングボアを有し、該ハウジングボアの一端が端壁により閉じられたハウジングと、
   アキシアルボアを有し、前記ハウジングボア内に配置され、前記ハウジングと共に前記アキシアルボアに開いているインレットポートとアウトレットポートとタンクポートとを形成するスリーブと、
   前記ハウジングボア内で前記スリーブの一端に配置された環状電磁コイルと、
   前記環状電磁コイルに固定されたポールピースと、
   前記環状電磁コイルにエネルギーが加えられたとき前記ポールピースに対して相対的に軸方向に移動するように前記スリーブの前記アキシアルボア内に密封接触状態でスライド可能に配置された円筒状アーマチュアと、
   を備え、
   前記アーマチュアは、軸方向の移動に応じて、前記インレットポートと前記アウトレットポートとの間、及び前記アウトレットポートと前記タンクポートとの間の流体の流れを制御可能に計量し、前記アウトレットポートに生成される圧力が前記電磁コイルに加えられるエネルギーの大きさに比例するように制御する差動面を備えた流体のメタリング手段を有する、統合電気油圧アクチュエータであって、
   前記ハウジングには、前記端壁に対して前記円筒状アーマチュアとは軸方向反対側にパイロットチャンバが形成され、該パイロットチャンバは、前記アウトレットポートに接続されており、
   前記ハウジングには、前記パイロットチャンバが形成された端部に、バルブスプールを有する油圧バルブのバルブボディが結合され、前記油圧バルブの前記スプールが前記パイロットチャンバ内の圧力によって作動させられるように構成された
   ことを特徴とする統合電気油圧アクチュエータ。
2. 環状電磁コイルが、スリーブ内に配置されていることを特徴とする、上記請求項１に記載の統合電気油圧アクチュエータ。
3. 第１流体チャンバがアーマチュアとポールピースとの間に形作られ、第２流体チャンバがアーマチュアと壁との間に形作られ、アーマチュアが、第１と第２のチャンバ間を連結する軸方向通路を有することを特徴とする、上記請求項１に記載の統合電気油圧アクチュエータ。
4. 第１チャンバ内に配置された、アーマチュアにポールピースから離れる方向に偏向力を掛けるスプリングを含むことを特徴とする、上記請求項３に記載の統合電気油圧アクチュエータ。
5. メタリング手段がアウトレットポートと継続的に連通している環状グルーブをアーマチュアに含み、スプリングが通常は、環状グルーブがタンクポートと連通する位置までアーマチュアに偏向力を掛け、コイルに電流が流されてエネルギーが加えられると、アーマチュアがポールピースに引きつけられてインレットポートと環状グルーブの間に連通を確立することを特徴とする、上記請求項３に記載の統合電気油圧アクチュエータ。
6. アウトレットポート内の流体圧力がコイルへの入力電流に比例するようにアウトレットポートの流体に継続的に曝される差動面をアーマチュア上に形作るための手段を含むことを特徴とする、上記請求項５に記載の統合電気油圧アクチュエータ。
7. スリーブのアキシアルボアが環状表面を形作る拡大ボア部分を含み、アーマチュアが拡大ボア部分の中にスライド可能に配置された拡大流体メタリングランドを含み、そのランドと環状表面が組み合わせられて差動面を形作ることを特徴とする、上記請求項６に記載の統合電気油圧アクチュエータ。
8. ハウジングが、ハウジング内に形成された、ハウジング内のボアに隣接する環状肩部を形作るカウンタボアを含み、保持手段が、カウンタボアハウジング内に形成される環状グルーブと、カウンタボア内に配置された円盤と、環状肩部に対して円盤を保持するためにカウンタボア内の環状グルーブに配置された環状リテイナーとを含むことを特徴とする、上記請求項７に記載の統合電気油圧アクチュエータ。
9. アウトレットポートが、カウンタボアと連通していることを特徴とする、上記請求項８に記載の統合電気油圧アクチュエータ。
10. バルブスプールを有する油圧バルブと組み合わせられており、ハウジングはハウジング内に形成された、ハウジング内のボアに隣接する環状肩部を形作るカウンタボアを有し、保持手段は、カウンタボア内に配置された円盤と、その円盤を環状肩部に対して保持するためにカウンタボアに内に配置されたバルブスプールセンタリングスプリング装置とを含んでいることを特徴とする、上記請求項９に記載の統合電気油圧アクチュエータ。
11. アウトレットポートが第２チャンバと継続的に連通しており、メタリング手段がアーマチュア内の軸方向通路含んでおり、アーマチュア内の第１及び第２の半径方向通路が軸方向通路と継続的に連通していることを特徴とする、上記請求項３に記載の統合電気油圧アクチュエータ。
12. バルブスプールを有する油圧バルブと組み合わせられており、ハウジングはハウジング内に形成された、ハウジング内のボアに隣接する環状肩部を形作るカウンタボアを有し、保持手段は、カウンタボア内に配置された円盤と、その円盤を環状肩部に対して保持するためにカウンタボアに内に配置されたバルブスプールセンタリングスプリング装置とを含んでいることを特徴とする、上記請求項１１に記載の統合電気油圧アクチュエータ。
13. ポールピースを貫いて伸びている中央開口部と、円盤を貫いて伸びている別の中央開口部と、中央開口部を通ってアーマチュアから伸びている円柱幹と、バルブスプールが円盤に向かって動くときフィードバック力がアーマチュアに対して働くように、バルブスプールと円柱幹との間に配置されたフィードバックスプリングとを含んでいることを特徴とする、上記請求項１２に記載の統合電気油圧アクチュエータ。
14. 通常は、フィードバックスプリングがアーマチュアに偏向力を掛けてインレットポートが第１半径方向通路と連通する位置に置き、コイルに電流が流されエネルギーが加えられると、アーマチュアがポールピースに引きつけられて、バルブスプールの移動が電流に比例するように、第２半径方向通路とタンクポートとの間に連通を確立することを特徴とする、上記請求項１３に記載の統合電気油圧アクチュエータ。
15. 円柱幹が、アーマチュアにしっかり留められ、アーマチュアから伸びていることを特徴とする、上記請求項１４に記載の統合電気油圧アクチュエータ。

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