JP4359395B2 - 磁気駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
この発明は磁気駆動装置に関し、気体の流れまたは流体の流れを制御しかつ電気スイッチのコンタクトを開閉するためのバルブに特に関するが、それらに限定されるものではない。
【０００２】
【発明の背景】
磁気引力および磁気反発力は、バルブ閉止部材、ポンプ作用を達成する円柱状のピストンならびに電気回路を開閉する接触器およびスイッチなどの装置を動作させる動力として一般に用いられる。
【０００３】
このような駆動装置は双安定または単安定の特徴を有し得、しばしば復元力を与えるばねの力を用いて、単安定の動作特徴をもたらす。
【０００４】
この動作を達成するための磁界は、通常は強磁性コアなどを取囲む巻線に電流を流すことによって生成されるが、これは（通常求められるように）電流が止まると磁界が弱まるようにするべきならば、通常は低い磁気持久性を有する磁化可能な材料から構築される。
【０００５】
バルブが可燃ガスもしくは有毒ガスまたは流体の流れを制御するところでは、そのための磁気駆動装置を単安定にかつ、停電の場合にいわゆるフェイルセーフ特徴を有するように設計するのが通常である。フェイルセーフとは、停電が発生するとバルブが閉じられた状態に戻ることを意味する。
【０００６】
この発明は、単安定装置の動作状態を維持するために連続して電流を与える必要性をなくそうとするものである。
【０００７】
この発明の特定の目的は、磁気駆動装置をその安定した状態のいずれかに維持するために連続した電流の流れを必要としない双安定磁気駆動装置を提供することである。
【０００８】
この発明の別の目的は、単安定特徴を有するように容易に変更することができ、それにより停電の場合はその２つの状態の１つに戻る（またはとどまる）、双安定特徴を有する磁気駆動装置を提供することである。
【０００９】
この発明のさらなる目的は、双安定磁気駆動装置の特徴を単安定装置の特徴に変更するための機械装置を提供することである。
【００１０】
この発明のさらなる目的は、特に気体または空気の流れを制御するための、デジタルの流体の流れ制御バルブを提供することである。
【００１１】
この発明のさらなる目的は、電流の流れ、熱源または光源などのモニタされるエネルギ源の不具合の際に閉じられた状態に戻る安全特徴を備える、デジタルで制御可能な気体流制御バルブを提供することである。
【００１２】
この発明のさらなる目的は、そのような改良された磁気駆動装置によって空気または気体の流れが制御されるバルブの制御下にある気圧装置を提供することである。
【００１３】
【発明の概要】
この発明の１つの局面に従うと、磁気駆動装置は、磁束を生成する永久磁石手段と、（磁束が一方の向きである）第１のエアギャップまたは（磁束が反対の向きである）第２のエアギャップのいずれかを占めることができる電機子とを含み、２つのエアギャップの間には磁束打消しの領域がありさらに、電流が与えられて、その電流の方向に依存して一方の方向または他方の方向に磁束をもたらすことができる少なくとも１つの電磁巻線を含み、巻線からの磁束は、一方のエアギャップの磁束密度を増しかつ他方のエアギャップの磁束密度を減じ、それにより磁束打消し領域を２つのエアギャップの１つに向けてまたはその中に実質的に移動させて一方のエアギャップから他方のエアギャップに延びる磁束密度勾配をもたらし、磁束密度勾配は、電流が巻線を流れると電機子をより高い磁束密度を有するエアギャップに向けて移動させる（またはそこにとどまらせる）。
【００１４】
この発明の別の局面に従うと、前述のような磁気駆動装置は電磁巻線の外部の低磁気抵抗磁束集中手段をさらに含み、これは、巻線に電圧印加されるとその一方端から他方端に磁束を戻すための低磁気抵抗外部経路を提供し、それにより電圧印加されたときに巻線によってもたらされる磁束を増して利用可能な磁束を強め、電機子の動きを生じさせる。
【００１５】
外部磁束集中手段は磁化可能な材料からなる少なくとも１つの細長い部材を含み、これはエアギャップの中の磁束と平行にかつ電機子の動きの方向とほぼ垂直にその動程の限界を超えて延びることが好都合である。
【００１６】
（外部磁束集中手段を備えるまたは備えていない）前述のような磁気駆動装置は、対になって対称に配置された４つの同様の細長い磁化可能な磁極片を含んでもよく、各々の対は２つの磁界の１つを占め、各々の対の磁極片間のエアギャップは電機子動程の２極端でエアギャップを規定し、２対の磁極片は内部磁束を電機子動程の両端の２つのエアギャップに集中させる役割を果たす。
【００１７】
内部および外部磁束集中素子の組合せは、電機子の２つの安定位置を規定するのを助け、また一方端から他方端への電機子の移動を生じさせる助けにもなる。
【００１８】
１対の電気コンタクトが電機子動程の一方端に設けられてもよく、それらは、電機子によって橋絡されることによりまたは、電機子上の導電手段もしくは被覆が動程のその端に位置付けられるときにそれによって橋絡されることにより電気的に結合される。
【００１９】
同様に、１対の電気コンタクトが動程の他方端にも設けられてもよく、必要に応じて第２の導電手段または被覆が電機子の上に設けられて、電機子がその動程の他方端にあるときに前記他方のコンタクトも確実に橋絡される。
【００２０】
電機子動程のいずれか一方または両方の端に電気コンタクトを設けることにより、駆動装置は電気スイッチに変換され、ここでは電機子がその動程の一方端にあるときに一方の対のコンタクトが橋絡され、それが動程の他方端にあるときに他方の対が橋絡される。したがって、変換された駆動装置は電磁リレーまたは接触器と同等である。
【００２１】
この発明のさらなる局面に従うと、前述のような磁気駆動装置は封止されたチャンバ内に保持されてもよく、電気コンタクトが含まれるところでは、チャンバの壁の少なくとも一部が電気絶縁材料から形成されてチャンバの外部の端子への導電貫通接続のための領域を設け、電機子が適切な位置にあるときにそれによって橋絡されるコンタクトへの電気的な接続が可能になり得る。
【００２２】
チャンバはたとえばプラスチックまたはガラスまたは石英から形成されてもよい。
【００２３】
この発明の別の局面に従うと、前述のような磁気駆動装置はさらなる磁束コンセントレータを含んでもよく、これは駆動装置に対して可動であるため、駆動装置に比較的近い第１の位置をとって電機子動程の一方端で磁束密度を減じ、それによりさらなるコンセントレータがその位置にあるときに装置に単安定特徴を持たせ、さらに前記磁束コンセントレータは、第１の位置から、それが駆動装置の中の磁束密度に対する影響をほとんど有しないかまたは全く有しない第２の位置に可動であり、駆動装置の双安定特徴を回復させる。
【００２４】
代替的な構成では、前記さらなる磁束コンセントレータは電機子動程の一方端のごく近接して永久的に設けられることにより、永久的な単安定特徴を有する駆動装置をもたらしてもよい。
【００２５】
この発明の１つの実施例では、電機子動程の両端でエアギャップを規定する、整列されかつ間隔をあけられた２対の磁極片をその内部に設けた電磁コイルの一方端で単一の永久磁石が用いられ、電磁コイルの中の電流の流れによる磁束密度の増加のための外部磁束集中素子を備えるかまたは備えておらず、コイルの両端に設けられている第２の永久磁石の代りに、磁極片が形成されるものと同様の材料から形成される磁化可能材料からなる細長い部材が設けられて、それにより２つのより近い内部磁極片の１つから出る磁束が磁化可能な材料に入りおよびそれを通ってその他方端から出て、２つのより近い内部磁極片の他方に通る。
【００２６】
このように、細長い磁化可能部材は、磁束の戻り経路を提供しかつ第２の永久磁石がそうしたであろうと同様に電機子動程の各々の端で磁束の方向を維持し、したがって第２の永久磁石の必要性を排除する。
【００２７】
永久磁石の両端に磁界集束磁極片を、およびコイルの対向端（または永久磁石がコイルの両端に設けられる、２つの永久磁石の各々の端）に磁化可能素子を設けることによってさらなる磁束の集中を得ることができ、磁極片は、各磁石または磁化可能材料の長さの横方向に延びかつ、磁極片と設けられている場合にはコイルの外側に位置された磁束集中素子とに向いて延びる。
【００２８】
このような構成では、駆動装置に単安定特徴をもたらすように用いられるどの前記さらなるコンセントレータも、前記磁界集束磁極片といずれかの内部磁極片との間に、小さなエアギャップに嵌める磁極片および／またはコイルの反対側の端にいかなる外部コンセントレータを含んでもよい。
【００２９】
ばね手段などのエネルギ蓄積装置が電機子動程の一方端に設けられてもよく、これは電機子動程のその端での休止位置への電機子の最終的な移動から導出されるエネルギを吸収するものである。
【００３０】
好ましくは、エネルギ蓄積装置は電機子動程の両端に設けられる。
このような構成において蓄積されたエネルギは、電流が電磁巻線を流れて、電機子が占めるエアギャップで磁束を弱めるときに、電機子がその休止位置から外れるのを加速させるように働く。これは装置の状態の変化を補助する。
【００３１】
この発明はまた以下のような磁気駆動装置にも存在する。すなわち、この装置は第１および第２の磁界をもたらす磁石手段を含み、第１および第２の磁界の極性は反対であり、この装置はさらに、２つの前記磁界の間の移動のために取付けられた磁化可能な電機子を含み、電機子は、それが２つの磁界のうちどちらを占めるかに依存してＳ／ＮまたはＮ／Ｓに磁化されかつ、電機子が一旦それと整列されると、いずれかの磁界の影響から電機子を移動させるには磁束線と垂直方向に作用するかなりの力を必要とし、磁気または磁化可能分路が設けられ、これは、第１および第２の磁界の１つの磁束がそれを通って分路される位置に可動であるため、電機子を、影響を受けていない磁界にとどまらせるかまたは影響を受けていない磁界磁束の影響下で影響を受けていない磁界を占めるように即時に移動させる。
【００３２】
装置の一方端から他方端への電機子の移動は、前記一方端で磁束を減少させることおよび／または前記他方端で磁束を強めることによって達成され得る。これは、２つの磁界の一方または他方または両方の磁界に影響を与えるように設けられる電圧印加巻線に電流を流すことにより達成され得る。２つのそのような巻線が設けられるかまたは、磁化された部材または磁化可能材料からなる部材が装置の近傍に移動されてもよい。
【００３３】
電機子は、磁化可能な材料、典型的には強磁性材料から一般的に形成され、その質量を減じるため、対向する磁極面の間に比較的小さなギャップを備える、強磁性磁極が駆動装置の両端に設けられる、分割された形の構造が用いられてもよく、（これもまた磁化可能材料から形成される）電機子の可動部分は駆動装置の両端の対向する磁極面間の小さなギャップにちょうど嵌るように設計され、可動素子自体は、磁気駆動装置の一方端を通って延びてバルブ閉止部材の中の駆動装置の外で終端となる接続ロッドの一方端に固定される。
【００３４】
電機子をこのように構成することにより、電機子の質量は、それ自体中空にされるためにその質量を減じ得る接続ロッドの質量よりもわずかに多い程度に減じることができ、電機子の可動部分を形成する強磁性材料の中実部分は、接続ロッドの小さな断面でしかないが中実の延長部である。
【００３５】
接続ロッドは好ましくは非磁性材料から形成される。
このように電機子の質量を減じることにより、同じ磁界勾配の影響下でより大きな電機子を駆動装置の一方端から他方端に移動させなければならない構成に対して、装置（およびそれと関連するいずれのバルブ）の動作速度をかなり増すことができる。
【００３６】
前述のような磁気装置のいずれも、気体もしくは空気もしくは液体の流れを制御するためのバルブを動作させたりまたは、電気スイッチの電気コンタクトの開閉に必要な動きをもたらしたりするように働き得る。
【００３７】
永久的に定位置に存在する磁気分路が設けられれば、電圧印加巻線によってもたらされるさらなる磁束が装置の他方端の分路されていない磁界を克服するのに十分かまたはそうでないかが決められる。誘導束が、分路されていない磁界から分路された磁界に電機子を移動させるのに十分ならば、電圧印加電流（energising current）が取除かれる（または著しく減じられる）やいなや、電機子は分路されていない磁界の端に戻ることがわかるであろう。
【００３８】
別の構成は、装置の分路された磁界の端にさらなる電磁装置が設けられるというものであり、分路された磁界に移動するときに電機子はそれとコンタクトする。好ましくは、さらなる装置は磁気コアを含み、電機子とのコンタクトは、コンタクトした後に磁束密度を減じるエアギャップが存在しないことを意味する。エアギャップのない完全な磁気経路を設けることにより、磁束密度は何倍にも強められる。したがってこの構成により、さらなる装置を流れる高電流によって、電機子が分路されていない磁界から離れて引付けられることが可能になり、この電流は、一旦電機子と装置のコアがコンタクトすれば、分路された磁界の端で電機子を保持するのに低電流に減じることができるものである。
【００３９】
このような構成はフェイルセーフの特徴を有する。というのも、小さな保持電流が弱まれば、装置の中に存在する残余の磁束勾配が、電機子を即時に移動させて、静的磁束が最も高い分路されていない磁界を占めるようにするためである。
【００４０】
さらなる電磁装置は、電磁コア（たとえば強磁性材料のコア）上に多数の巻を有するためにほんのわずかな電流ですら高い磁束を依然としてもたらすソレノイドであってもよい。
【００４１】
前述のような磁気駆動装置を用いるバルブは、たとえば、バーナーまたはジェットへの可燃ガスの流れを制御するのに用いられてもよく、熱電対がバーナーまたはジェットに隣接して設けられるので、そこから発する炎によって加熱されて、熱電対に接続されたどの回路にも電流を流す。したがって、後者が、分路された磁界の端でソレノイドを保持するための電流を発生させるかまたはその発生を制御するならば、ソレノイドは、熱電対が炎で加熱されたままならば、分路された磁界の端で電機子をそれとのコンタクトに保持するのに十分な磁束をもたらす。何らかの理由により炎が弱まる場合、熱電対は冷えて保持電流は弱まり、保持ソレノイドを電機子にリンクさせている磁束も弱まって、それにより後者を解放してその動程の他方端のより高い磁束集中部に移動させる。
【００４２】
同様のフェイルセーフ特徴を有する代替的な構成は、可動素子上に磁束短絡装置を取付けるステップを含み、駆動装置に対するその位置は電流の通路によって制御されるかまたは、存在する特定の電圧、可動素子に対して与えられる気体もしくは液体の圧力もしくは何らかの他の物理的なパラメータに依存し、物理パラメータは、（ガスバーナーの炎の不具合などの）何らかの不具合の場合に変化して、結果として、比較的大きなエアギャップがそれと磁束との間に存在する駆動装置の一方端の位置から、分路素子が前記磁束の大部分またはすべてを分路して、電機子動程のその端の磁束密度を大幅に減じかつ電機子を磁束が影響を受けていないところに駆動装置の他方端に移動させるか、またはその他方端に留まらせる位置に、可動素子が磁束分路装置を移動させるものである。
【００４３】
可動素子の好ましい形は、バイメタルストリップ、ピエゾベンダ、ばね、ダイヤフラムまたは増減する圧力下で移動する他の装置である。
【００４４】
炎または他の物理的事象の不具合に関する移動に加えてまたはその代わりに、磁束分路素子の瞬間的な位置を定めるメカニズムを、温度または圧力などのモニタされるパラメータの増加および減少に応答するように適合させることができる。したがって磁束分路装置は、（ガスバーナーの場合は）炎の不具合に応答してまたは過剰な温度の場合に、駆動装置の一方端に磁束を方向付けする位置に移動され得る。
【００４５】
保持ソレノイドがどこに設けられるべきかは、これは有利には、駆動装置の中、すなわち磁束分路素子によって影響されるであろう端に設けられ得る。
【００４６】
説明されたような磁気装置は、電機子動程の一方端位置でバルブ閉止部材によって閉じられかつ電機子動程の他方端位置ではバルブ閉止部材によって遮られない開口を取囲む弁座に対するバルブ閉止部材の位置に依存して、流体がそこへまたはそこから流れることができるチャンバと組合されてもよい。
【００４７】
そのような構成では、（気体または液体であり得る）流体の装置への漏れの可能性がないことを確実にする必要があろう。これは、可燃性または爆発性のガスまたは液体がかかわるところでは特に重要である。このため、磁気駆動装置とバルブ閉止部材との間の、接続ロッドが延びる開口はチャンバからの流体（気体または液体）の漏れを防ぐように１つまたはそれ以上のシールで封止され得る。
【００４８】
より好ましくは、接続ロッドのまわりの封止手段の代わりにまたはそれに加えてダイヤフラムシールを設けてもよく、ダイヤフラム材料は、制御されるべき流体を通さないようにかつ、磁気電機子の動きに応答して接続ロッドの線形の移動を許すように十分に柔軟なものであるように選択される。
【００４９】
好ましい構成では、ダイヤフラムはほぼ円形の形状であり、波型をつけられた環状領域を含んでその周に対するその中央領域の動きを許しかつ中央に孔を開けられてそれを通って接続ロッドが延在するのを許すが、接続ロッドの付近、典型的にはロッド上の鍔に対して封止され、鍔はロッドを一体の部分を形成し（または封止するようにロッドに嵌められ）、ダイヤフラムの周は同様に、磁気駆動装置アセンブリの端壁と封止するように結合されるかまたは一体として形成される、より大きな直径の鍔に接着されるかまたはさもなければ、封止するように結合され、それは接続ロッドおよびバルブ閉止部材が延びる流体チャンバの１つの壁の少なくとも一部を形成するものである。
【００５０】
前述のような流体収容チャンバと組合せられかつ磁束分路素子が駆動装置の一方端、典型的には流体チャンバから遠隔のその端に設けられる場合、磁束分路素子の近くに、磁石アセンブリから離れて後者を保持するためのボタン操作のセット／リセット装置が設けられてもよく、磁界から離れて磁束分路素子を垂直方向に保持するバイメタルストリップ、ピエゾベンダまたは他のメカニズムは、ボタンが離された後に磁束分路素子を遠ざけておくのに十分な力を確立する。
【００５１】
さらにまたはこれに代えて、磁束分路素子を強制的に装置の磁気構成要素とコンタクトさせるための非常用ボタンが設けられて、磁界の１つで、磁束の衰弱の結果としてバルブをその閉じられた状態にしてもよい。
【００５２】
典型的には、この衰弱はバルブ閉止装置を保持する流体チャンバから遠隔の磁界で発生する。
【００５３】
この発明のさらなる局面に従うと、複数の双安定流れ制御バルブのアレイがサイズの異なるオリフィスと関連して設けられ、制御手段は、開けるべきさまざまなオリフィスを単独でまたは他のものと組合せて選択するので、アレイを通る異なるサイズの開口の範囲が得られてそこの流体の流れを調整するが、開口のサイズが開いている特定のオリフィスによって定められるので、そこを通る（所与の差圧に対する）流量が定められ、各バルブ閉止部材は前述のような磁気駆動装置によって制御される。
【００５４】
好ましくは、得られるオリフィス開口の異なる面積は開口面積のシーケンスの各々を構成し、それによりゼロから（すべてのバルブが開くときの）最大面積値への面積の増加が一連の別個のステップにおいて得られる。
【００５５】
この発明の別の局面に従うと、前述のような複数の磁気駆動装置が、対応する複数のバルブ閉止部材の各々を開閉するのに用いられて、その溜めを構成するマニホルドからの圧力下での流体の排出を制御してもよく、各駆動装置の電磁巻線は電流源に選択的に接続可能であり、電流源への接続および巻線の中の電流の方向を確立するようにプログラム可能な制御手段が設けられてもよい。制御手段は、コンピュータの制御下で、バルブを開閉するようにシーケンスにまたは１つもしくはそれ以上のパターンにまたはパターンのシーケンスにプログラム可能であろう。
【００５６】
各々のバルブは、バルブが開かれると気体または空気などの流体が通ることができるオリフィスと関連付けられてもよい。
【００５７】
オリフィスは、一列でまたは複数列でまたは規則的なパターンにまたは一連のパターンにまたは擬似乱数的に、等しく間隔をあけられてもよい。列の中のオリフィス間の間隔および列の間の間隔は同じであってもよく、列は平行であってもよく、列に沿ったオリフィスの場所は、それらが平行な列に垂直となる方向に整列するようにされて、等しく間隔をあけられたオリフィスの行および列のマトリックスを規定してもよい。
【００５８】
オリフィスは、流体を収容するマニホルドの１つの壁を形成する大きな平面のような平面に存在してもよい。
【００５９】
好ましくは流体は圧力下にある空気である。
水平方向に対する平面の角度は、その上に置かれる物体の支持面を規定するようなものであってもよい。
【００６０】
プログラム可能な制御手段は、オリフィスによってその上に置かれた物体の下へ空気が抜けるようにプログラムされてもよく、それにより物体が空気クッションの上に持上げられる。一旦そのように持上げられると、物体は表面にわたり自由に、おそらくは摩擦なしに移動できる。
【００６１】
どのオリフィスが物体と位置合せされているかを検出するセンサを提供し、バルブ駆動装置の電磁巻線への電気的接続を制御して物体と位置合せされていないバルブを連続的に閉じかつ位置合せされているものを開くことにより、負荷支持空気クッションは、物体とともに、後者がオリフィスに対して移動するのに従って移動させられる。バルブをそのように制御することにより、空気は負荷支持空気クッションの生成を求められるオリフィスを通ってしか排出され得ないので、オリフィスのアレイを通る空気の流れは、空気がすべてのオリフィスから続いて抜けてしまう空気クッション支持プラットホームに比べて大幅に減じられる。
【００６２】
前述のように動作するように構成された空気クッション生成プラットホームはまた、空気がすべてのオリフィスから連続して抜けてしまうものよりも、生成するノイズがより少ない。
【００６３】
バルブにリンクした垂直方向に突出するプローブに作用する、重量の下向きの推力により、その上に置かれる物体の重量によって開いた状態に各々が操作可能な、常時閉のエアチェックバルブを各々のオリフィスに設けることにより、従来の空気クッション生成プラットホームからの空気の損失を減じることが提案された。
【００６４】
この発明に従って動作するように作られた空気クッション支持プラットホームは、プログラミングによりバルブが個別に制御可能であり、プラットホームの表面から上方向に突出するプローブが存在せずかつ、空気クッションが一旦その下に生成されると、持上げられた物体の下側とプラットホームのいかなる部分との間にも一切の物理的な接触の必要がない、という利点を有する。
【００６５】
オリフィスのマトリックスは、互いに直交してもよい２つまたはそれ以上の平面に設けられてもよい。
【００６６】
物体が運ばれるべき方向に延びる、上述のようなプラットホームを用いて空気クッションコンベアを構成してもよく、プラットホームの表面上のガイドは、感知されるとその下から解放される空気によって持上げられる前記物体のための、それに沿った経路を規定する。
【００６７】
ガイドはまた、マニホルドと連通したりその中にオリフィスを有してもよい。
代替的な構成では、オリフィスはカーブを付けられた表面付近に配置されてもよく、特に、圧力下の流体が供給されるマニホルドの中の通路の壁に存在してもよく、コンピュータ制御のバルブ開閉制御手段上でプログラムを走らせてさまざまな開口から空気を解放して通路内に音波を生成する。
【００６８】
後者は円柱形または断面が矩形であってもよい。
マニホルドは環状であってもよく、それを通る開口を規定する内表面にオリフィスのアレイを有してもよく、各々は前述のような磁気駆動装置で制御されたバルブによって制御される。
【００６９】
マニホルドは気体または空気が通る通路の壁の一部を含んでもよく、バルブを制御することにより、流体のパルスを空気または気体の流れに注入して、所望により、流れの中に乱流を生成したり減じたりすることが可能である。流体は典型的には圧縮された空気または気体である。
【００７０】
そのような環状のマニホルドは、乱流の影響を受け得る、タービンの入口もしくは出口またはジェットエンジンの排気口もしくは入口の壁または、気体もしくは空気を搬送するパイプラインの壁の一部を形成してもよい。
【００７１】
この発明は、例示の目的のために添付の図面を参照して以下に説明される。
【００７２】
【詳細な説明】
図１では、電機子１０は、電機子動程の両端に２つの反対の磁界をもたらすように配置された１対の磁石１２および１４の磁極間で可動である。電機子はロッド１６に取付けられ、その上方端にはバルブ閉止部材１８が取付けられる。ダイヤフラムシール２０は、ロッド１６のまわりの鍔２２と、気体または液体が入口開口３０を介して供給されかつバルブ閉止部材１８が弁座３２から外れて示された位置にあるときに出口３４を通り抜けることにより排出されるチャンバ２８の間の壁２６に取付けられた第２の鍔２４との間に延在する。
【００７３】
電機子１０はその動程の上方端または下方端の２つの交差電磁界の一方または他方と整列しようとし、巻線３６および３８に一方方向または他方方向に電流を通すことにより誘導されて一方端から他方端に移動し、一方端で磁束を強めたりまたは他方端で磁束を強めたりすることができる。
【００７４】
交差電磁界の一方の磁束の強まりは他方の磁界の磁束を自動的に減じるため、巻線３６および３８の電流により、電機子動程の一方端から他方端への磁束勾配が生じ、後者は最大磁束密度の位置に向かって移動することになる。
【００７５】
装置は双安定特徴を有するため、磁束勾配を生じさせしたがって一方端から他方端への電機子の移動をもたらすのに必要なのはコイル３６および３８にエネルギのパルスを与えることのみである。電機子が最大磁束密度の位置に一旦移動すると、電流が巻線３６および３８に流れなくなってもそれはそこに留まり、２つの交差電磁界を以前と同様に再確立する。この理由は、電機子が２つの交差電磁界の間のより低い磁束密度の領域を移動しようとせずさらに、その動程の最上部または最下部の２つの極端な位置の一方または他方にそれが留まろうとするためである。
【００７６】
図１に示されたように、電機子は実際にはその２つの極端な位置の中間に存在する。
【００７７】
この発明に従うと、磁束コンセントレータおよびしたがって短絡装置４０はピエゾベンダ４２またはバイメタルストリップの上に取付けられ、装置４２への適切な電気エネルギ（電位または電流）の供給により、後者は図１に示された態様で曲げられて、それにより磁石１２および１４の端から離れて装置４０を保持する。
【００７８】
電圧または電流の不具合が発生した場合、ピエゾベンダまたはバイメタルストリップ４２はまっすぐになろうとするため装置４０を磁石１２および１４の２つの反対の磁極のより近くに移動させ、磁束は、２つの磁極４２および４４に引き寄せられることとなりかつ後者が磁化可能材料から形成されていれば装置４０の構造体に集中させる。典型的にはそれは強磁性材料または他の好適な磁化可能材料から形成される。
【００７９】
磁束引力の効果により、磁極４２および４４の中の反対の磁極が、磁石１２および１４のそれらに隣接するものから誘導されて、これにより引力が生じ装置４０と磁石１２および１４との間の一切のギャップが閉じられる。したがって装置４０はそれ自体を２つの磁石１２および１４の下方端にクランプされることとなり、通常は２つの磁石１２および１４の２つの下方磁極間に延びる磁束の大部分は、装置４０の中に集中しかつそれを通って延びる。
【００８０】
正味の効果としては、図１のアセンブリの下方端での交差電磁界の磁束密度は非常に低レベルに弱まり、磁束勾配はアセンブリの下方端と上方端との間に存在する。
【００８１】
電機子１０が既に上方端にある場合は、それが移動することはないであろう。
しかし、電機子が下方端にあれば、電機子は、磁束が最も高いアセンブリの上方端へと勾配を上り、その位置に留まろうとする。
【００８２】
図２は図１に示されたものと同じ構成を示すが、ここでは電機子は４つの静止部分、すなわち電機子動程の上方端の４６および４８ならびに下方端の５０および５２に分割され、後者は磁化可能材料５４からなる小さな素子に縮小され、これは電機子が上方端にあるときの素子４６と４８の間およびそれがその動程の下方端にあるときの５０と５２の間の小さなギャップにちょうど嵌るものである。
【００８３】
素子４６から５２は磁石１２および１４の磁極片の延長部を本質的に含む。
装置の残余の部分は図１と関連して説明される。
【００８４】
図３および図４は図１の構成の変形を示し、巻線５８を有する電磁石５６が電機子動程の下方端に設けられて、電機子１０が図３に示されたような最も下方の位置にあるときに電機子と係合しかつ保持磁束をもたらす。
【００８５】
保持磁束は電流が巻線５８を流れる間しか存在せず、このため、巻線５８に適切な電流を与えるために電流源が存在する。後者が細いワイヤの多数の巻から作られれば、ソレノイド５６の磁極片に対して電機子１０を保持するのに十分な磁束を生成するにはごくわずかな電流しか必要でなく、磁極片と電機子１０との間にエアギャップがもたらされなければ、磁束のために設けられた閉経路は図３に示されたように電機子を下方位置に保持する。
【００８６】
巻線５８を通って流れる電流が低い値に降下するかまたは完全に衰弱した場合は、保持磁束もまた衰弱し、２つの磁石１２と１４間の領域に磁束勾配が存在すれば、電機子は最大磁束密度の位置に移動する。
【００８７】
この移動は図４に示され、ソレノイド巻線５８の電流はゼロに減じられ、それにより２つの磁石１２と１４の間の磁束密度が最大であるその動程の領域の上方端に電機子を移動させることが可能になる。
【００８８】
磁束勾配は、図３および図４に示されるように、磁束コンセントレータまたは短絡装置４０が磁石１２および１４の下方端と接触して設けられた場合にしか存在しない。アセンブリの永久的または半永久的部分としてこの磁束集中／短絡装置を設けることは、この装置が、電機子がその動程の上方端にある定位置とコイル５８を流れる小さな電流により電機子が下方端に保持されるラッチされた位置とを有する単安定装置であるものならば、欠くことのできない構成要素である。
【００８９】
定位置とラッチされた位置との間の移動は、巻線３６および３８を流れる適切な極性の電流のパルスにより、図１に関連して説明された態様で行なわれ、短絡装置４０によりさもなければ減じられる磁界を強めて、電機子をソレノイド５８に向けて移動させる。一旦それと接触すると、ソレノイド巻線５８を流れる低い電流は電機子をその下方位置に維持し、巻線５８の中の電流が衰弱するかまたは単にかなり減少するだけで、電機子が自由に磁束勾配を上って安定した定位置に戻るという点において装置はフェイルセーフである。
【００９０】
各々の場合、安定した定位置は、弁座３２に対してしっかりと位置決めされそれによりチャンバ２８からの出口を閉じるバルブ閉止部材１８に対応する。
【００９１】
図５および図６は、図５のアセンブリから動かされ、図６に示されたようにアセンブリと接触していないとしてもその近くにある磁化可能な短絡コンセントレータ４０とともに、磁石１２と１４の間の磁束線を示す。
【００９２】
図７は、上方端でバルブ閉止装置６６によって終端する中空のロッド６４の間のシール６０および６２を備える、本質的に図１に示されたように構成される双安定バルブの重要部分を示す。コンセントレータ４０は所望によりチャンバ６８の中に設けられて、前述のように２つの磁石１２および１４の下方磁極間で磁束をそれ自体に集中させて装置を単安定バルブに変換してもよい。コンセントレータ４０を逆転してアセンブリの上方端の他方のチャンバ７０の中に設けて、磁束勾配を逆転させることもできるが、この場合、装置は停電の場合でも閉じないことがわかる。
【００９３】
単安定動作を成功させるには、図３および図４を参照して説明されたように、電機子をその動程の不安定な端に保持するさらなる電磁装置が必要である。
【００９４】
図８は、各々が異なるサイズのオリフィスを有する３つのバルブが平行に配置されて、どのバルブが第１のチャンバ７２と第２のチャンバ７４との間で開くかに依存して、８つの別個の流量を有するデジタル制御をどのように提供するかを示す。バルブの各々は図７に示されたものと同様の駆動装置によって動作され、流体は、図３および図４に関連して説明されたような単安定フェイルセーフバルブを介してチャンバ７２に与えられる。
【００９５】
このバルブは参照番号７６で示される。
バルブ７６への入口は、第２のチャンバ７４からガスを供給されるガスバーナージェット８０で燃焼するための適度な圧力のガスを供給するガス管７８であり得る。バルブＡ、ＢおよびＣのうちどれが開けられるかに依存して、バーナー８０へのガスの流れは、ゼロまたは最大またはその間の６つの異なるレベルのいずれか１つとなるであろう。
【００９６】
小さな抽気（ブリード）パイプ８２はチャンバ７２から低速ジェット８４を供給し、バイメタルストリップまたは他の温度感知装置がパイロット火炎中に位置付けられて、バルブ７６で用いられたような、図３および図４の５６、５８などの保持ソレノイドのための保持電流を与える。
【００９７】
パイロットランプで炎の不具合が発生した場合、保持装置の電流は弱まり、バルブ７６は閉じる。
【００９８】
安全策として、バルブ７６のための保持装置内の電流を感知する回路手段を設けてもよく、この電流が弱まれば電流パルスが各バルブＡ、ＢおよびＣに与えられてこれらのバルブの各々を閉じるようにしてもよい。
【００９９】
この装置の特徴は図８の下部の特徴のリストに述べられている。
図面に見られるように、Ａ、Ｂ、Ｃなどのいくつのバルブを用いてもよく、用いられる数が多くなるにつれ、バルブの、完全に開いた気体の流れのモードと完全に閉じた気体の流れのモードとの間にできる可能な中間ステップの数もより多くなる。
【０１００】
この発明は、可動部品を含まずかつ、停電の場合にもフェイルセーフに構成できる、単純なデジタル気体流制御バルブ構成を提供する。
【０１０１】
図９は、２つの永久磁石８６および８８ならびに示されたような上方位置または点線のアウトラインで９２に示された下方位置のいずれかに休止することができる細長い電機子９０から形成される磁気駆動装置を示す。電機子の２つの位置は、２つの磁石の間の複素磁場における最大磁束密度の領域と一致する。
【０１０２】
２つの位置９０と９２の間のほぼ中間で、磁束密度は実質的に０でありかつ矢印９４および９６の方向に急激に増加することが認められる。位置９０および９２を超えると、磁束密度は下がる傾向にある。
【０１０３】
したがって、２つの位置９０および９２は平衡位置である。もっともこれはかなり不安定な平衡である。というのも、電機子が一方の位置にありかつ外部手段によって他方の位置に向けて移動されれば、他方の位置と関連付けられる磁束の影響が電機子がそこから移動している磁界の影響を超えて、後者が前記他方位置に引き寄せられることになる時点がやがて来るからである。
【０１０４】
電機子の移動は、２つの磁石８６と８８との間に電磁巻線９８を位置付けることにより磁気的に行なうことができる。電流を一方の向きに巻線に通すことにより、上方磁界の磁束密度を増しかつ下方磁界の磁束密度を減じ、それにより、電磁石によってもたらされる磁束密度に依存して、ゼロ磁束密度の位置を、下方磁界の中からこれを越えるほどではなくともそこへ向けて移動させる。電流の方向を逆転させれば、上方磁界および下方磁界の磁束に対する作用が逆転し、ゼロ磁束の位置を上方磁界の領域を超えないまでもそこに向けて移動させる。
【０１０５】
正味の効果は、電磁石９８の中の電流の流れの方向に依存して、一方の電機子の位置から他方の位置に延びる磁束勾配を生じさせることであり、電機子はより高い磁束密度の領域に常に向かう。
【０１０６】
電機子が一方の磁界位置から他方の磁界位置に一旦移動されると、電流が電磁石を流れて電機子を新たな位置に維持する必要はもはやない。なぜなら、電流が弱まると２つの磁石の間の磁束パターンは回復しかつゼロ磁束の位置が再び電機子の位置のほぼ中間に位置されて、電機子をそれが動かされた位置に留まらせるからである。
【０１０７】
この発明に従うと、電磁石９８によってもたらされた磁束は、磁気コンセントレータ１００および１０２を電磁石コイル９８の外に設けることによって著しく強められて、コイルの外側により低い磁気抵抗経路を提供し、それにより（電機子の存在によって生じた）コイル内の低磁気抵抗経路を実質的に一致させ、それにより、２つの磁石８６と８８との間の磁界に影響を与える電磁石内で利用可能な磁束を増加させる。
【０１０８】
外部コンセントレータ１００および１０２も永久磁石８６および８８から磁束を引付け、永久磁石磁界および電磁石９８内の電流の流れによって生成された磁束による電機子ならびにコンセントレータ１００および１０２の磁化によって、電機子動程の一方端から他方端への磁束勾配が大幅に強められ、それにより電磁石９８の中の所与の電流の流れに対する駆動装置の切換特徴を向上させる。
【０１０９】
図１０は図９に示された構成のさらなる洗練を示し、電機子９０は、ここでは矩形の点線アウトライン１０６および１０８によって示されたその動程の２端の間の中間位置に存在するように示された、より短い素子１０４で置き換えられる。磁石８６および８８からの磁束は、２対の磁極片１１０および１１２ならびに１１４および１１６によって電機子動程の両端の上方および下方のエアギャップの中に集中される。この発明の好ましい局面に従うと、細長いコンセントレータ１００および１０２も切換コイル／電磁石９８の外部に設けられる。
【０１１０】
装置は、電機子がここではより小さいことおよびそれを位置１０６から１０８へおよびその逆に移動させるのに実質的により少ないエネルギしか必要としないことを除いて、図９に関連して説明されたのと全く同様に動作する。このことは、電磁石９８が生成しなければならない磁束を減じることができるということまたは、所与の電磁石および電流については、電機子に働く力が、この様態をとらなかったとすれば生じたであろうよりもかなり大きくなって、駆動装置の信頼性が高まるかまたは、電機子によって駆動される外部素子に電機子がより大きな力を加えられることを意味する。
【０１１１】
磁極片１１０から１１６は、２つの永久磁石の間の２つの磁界の磁束を上方および下方の中央のエアギャップに集中させるように働きかつ、ゼロ磁束の位置をコイル９８の電圧印加されていない状態のそれらの２つのエアギャップの中間でよりよく規定するように働く。
【０１１２】
外部磁束コンセントレータ１００および１０２は、前述のように、電磁コイル９８の電圧印加の際に利用可能な磁束を強める役割を果たす。
【０１１３】
図９および図１０に示された構成のいずれかは、電機子の位置の一方または両方に隣接する電気コンタクトを設けることによりおよび、導電性の材料から電機子を形成すること、または電機子がコンタクトに隣接する位置を占めるときにコンタクトの間に電気回路を完成する導電性材料を電機子の上に取付けるかそれを被覆することにより、電気スイッチを形成するように適合され得る。
【０１１４】
電機子動程の両端にコンタクトを設けてもよく、電機子がその動程の一方端または他方端に存在するかに依存して、２つの異なる電気回路が作製されるようにしてもよい。
【０１１５】
図１１および図１２は図１０の構成を示し、電機子１０４の導電素子１１８および１２０が対向する面上に設けられ、その動程の下方端で第１の対のコンタクト１２２、１２４と、およびその動程の上方端で第２の対のコンタクト１２６、１２８と接する。
【０１１６】
電機子１０４は、図１１ではその上方位置に、図１２ではその下方位置に示される。
【０１１７】
８６および８８などの２つの永久磁石は必要でなく、駆動装置は、図１３に示されたように８６などの単一の磁石および磁束戻し部材１３０から構成できることを理解されたい。これは図１２の構成を含み、ここでは磁石８８が磁束戻し部材１３０で置き換えられる。電流がコイル９８に流れなければ、永久磁石８６からの磁束は、回路を構成するさまざまな磁化可能な素子にＮ極およびＳ極を示されたように誘起し、電機子１２０は示されたように下方位置に留まる。
【０１１８】
コイル９８に十分な強さの電流を導入すれば、上方磁極１１０と１１２の間の磁束密度が強まりかつ、磁極片１１４と１１６の間の磁束を消し去るとまではいかなくてもこれを減じるので、電機子１２０は示された下方位置から図１１に示されたような上方位置に動かされる。
【０１１９】
第２の磁石８８は、電機子動程の両端で磁極片間のエアギャップの磁束密度を強める以外の目的は果たさず、第２の磁石８８の代わりの細長い磁化可能部材１３０によって低磁気抵抗経路を設けることにより、駆動装置の中の磁束パターンおよびその動作は不変のままであることがわかる。
【０１２０】
図１１および図１２に関連して説明されたようなコンタクトと協働するための、導体１１８および１２０を有する電機子と関連して単一の磁石を組入れる構成が示されたが、単一の磁気駆動装置は、本明細書中に説明されたような単安定構成を含むいずれの構成にも適用可能であることを理解されたい。
【０１２１】
磁石８６および８８から発生する磁束は磁石の端面から出る傾向があるため、実際的な構成は、磁石の端に（または単一の磁石の構成の場合は、磁石８６の端および磁束戻し装置１３０の端に）、図１４、図１５および図１６に示されたような電磁石内の電機子および磁極片アセンブリに向けて横方向に延びる磁極片を好ましくは含む。
【０１２２】
単純化のため、図１１の構成に基づいて２磁石の駆動装置が示され、１０４で示された電機子はその動程の一方端でその上方休止位置に存在する。１０５のアウトライン位置は電機子の他方の安定位置を示す。同じ項目を示すため、図１０、図１１および図１２で用いられたのと同じ参照番号が用いられた。
【０１２３】
この発明のこの局面に従うと、横方向に延在する磁極片１３２および１３４が磁石８６の両端に設けられ、同様の磁極片１３６および１３８が他方の磁石８８の両端に設けられる。磁極片は、磁石８６および８８を磁気駆動装置の他の磁化可能部材とリンクするための低磁気抵抗経路を提供し、これはいずれかの所与の対の磁石８６および８８（または単一の磁石８６）から駆動装置への、利用可能な磁束密度を増加させる。
【０１２４】
図１４に示された構成は全く対称であるため双安定構成であり、電機子は、電磁コイル９８の適切な電流の流れによって一方の位置から他方の位置へ動かされるまで、１０６の上方位置または図１０に関連して説明されたような下方位置１０８のいずれかに留まる。
【０１２５】
図１５に示される構成は、磁極片１４２および１４４を有する外部磁束集中素子１４０の導入により、非常時には変更されて単安定特徴をとることのできる双安定駆動装置であり、外部磁束集中素子は、磁極片１３４、１３８と外部磁束集中素子１０２との間に導入されて、他方の磁極片１１０および１１２をリンクする磁束を事実上不変のまま残しながら、これらがなければ電機子（図示の位置１０８にあれば）ならびに下方磁極片１１４および１１６をリンクする磁束の大部分を著しく集中させるものである。そのようにもたらされた磁束勾配は、図１４に示された上方位置１０６へ電機子１０８を加速して、素子１４０が２つの磁石の間のその磁極片１４２および１４４とともに位置付けられるときは常に、電機子はその位置に留まろうとするであろう。
【０１２６】
電磁コイル９８に適切な電流を通すことにより、素子１４０の磁束短絡効果を克服することができ、電流が流れる間、電機子１０８を下方位置に移動させることが可能になるが、電流が弱まるやいなや、上述の理由のために電機子１０８が上方位置に戻ることがわかる。
【０１２７】
図１６は磁極１３４と１３８の間のその近接位置に位置された素子１４０を示しかつ、素子１４０がそのように位置づけられたとき、通常はどのように電機子が上方位置をとるかを示す。
【０１２８】
図１７は、空気の入口１５２、上方平坦壁１５４および下方の平行な壁１５６ならびに複数のオリフィス１５８、１６０、１６２を有するマニホルド１５０を示し、それらが開いていればそこを通って空気が抜けることができるが、後者がそれらの上方位置（それぞれ１５８および１６２で示される）に移動すればそれぞれ閉止部材１６４、１６６、１６８で閉じることができる。シーリング（図示せず）は閉止部材と対応する開口１７０、１７２および１７４との間に設けられ、それらを通って閉止部材１６４、１６６、１６８の下方端が、それらが下方位置に存在するときに（１６６のように）突出することができる。
【０１２９】
閉止体１６４、１６６などの上方端と開口１５８、１６０などとの間に同様のシーリング（図示せず）が設けられる。
【０１３０】
各々の閉止体１６４、１６６などは、それぞれ一体型の磁気電機子１７６、１７８、１８０を含み、残りの閉止体はプラスチック材料などからなる軽量の中空の管を含む。
【０１３１】
各々の閉止体は、磁気駆動装置を形成する１８６、１８８および１９０、１９２などの磁極のまわりの１８２、１８４などの巻線に、適切な極性の電流の短いパルスを流すことにより、その２つの安定位置の一方または他方に可動であり、各閉止体ごとに１つのそのような装置が設けられる。
【０１３２】
（上部壁１５４を取外した）図１７の構成の平面図が図１８に示され、線ＡＡは図１７を作成するのに用いられた断面の線を示す。
【０１３３】
上面１５４のオリフィス１５８、１６０、１６２のアレイが参照番号１９４で示されかつ、表面１５４上に位置付けられた、直線で囲まれた材料のブロック１９６が示される構成の斜視図が図１９に示される。
【０１３４】
物体１９６の下の、アレイ１９４のオリフィスから抜ける空気は、ブロック１９６を持ち上げかつ空気軸受を作って、ブロック１９６が自由に大きな摩擦力なしにまたは面１５４との接触なしに移動するのを許す空気クッションを作る。
【０１３５】
オリフィス１５４の開閉は、オリフィス１９４の間の同様のマトリックスアレイで設けられる（フォトダイオードなどの）光センサからの信号によって制御される。これらのセンサの１つが参照番号１９８で示され、別のものが２００で示される。表面１５４の上方の光源２０２は通常すべてのセンサを照明し、その際にセンサによって生成される信号は（１６４などの）すべての閉止体をそれらの上方位置に移動させてそれぞれのオリフィス１５８、１６０などを閉じるようにもたらされる。
【０１３６】
示されたように、ブロック１９６などの物体がこれらのセンサのいくつかの上に置かれれば、光はそれらのセンサに達するのを阻止され、これらのセンサからの信号はデコードされかつグループの中のセンサと関連付けられたオリフィスの閉止体をそれらの下方位置に移動させるのに用いられる。これは関連するオリフィスを開いて、空気がブロックの下に抜けてかつ空気クッションを作って面１５４とのコンタクトからブロックを持ち上げるのを許す。
【０１３７】
連続してまたは高速で繰返してセンサの出力信号に呼びかけることにより、ブロックのいかなる横方向の移動をも迅速に確認することができ、関連する閉止体が移動されて露出したオリフィスを閉じかつ現在はブロック下にあるいずれのものも開く。
【０１３８】
コンピュータベースの制御装置２０４は、別々のデータ経路２０６、２０７などに沿ってセンサ１９８、２００などの各々から信号を受取る。オリフィスの閉止体（１６４）などにリンクされた、選択された磁気駆動装置のコイル（１８２、１８４など）のための動作電流（または電流をコイルに流す信号）は、電流経路／データ経路２０８、２０９などに沿って駆動装置に与えられる。
【０１３９】
図１９（ｂ）はマニホルド１５０の破断図であり、センサ（１９８、２００など）、オリフィス（１５８、１６０など）および閉止体（１５８、１６０など）を示す。
【０１４０】
電流／データ経路（２０６、２０７および２０８、２０９）は、図１９（ａ）に用いられたのと同じ参照番号で例示される。磁気駆動装置の１つは参照番号２１０で説明される。
【０１４１】
図２０は、この発明を実現する磁気駆動装置によって動作される気体バルブアセンブリの断面図である。これは、２つの永久磁石２１２、２１４、電機子２１６および、中空で軽量の、スリーブシール２２２、２２４に導かれる整列された管状の延長部２１８、２２０を含む。外部磁気分路は２２６、２２８に設けられる。これらは２２７および２２９で開口し、延長部２１８、２２０がそれを通って延びるのを許す。４つの内部磁極片は２３０、２３２、２３４および２３６に設けられる。４つの磁石延長部は２３８、２４０、２４２および２４４に設けられ、２つの電磁巻線は、２４６、２４８で示されたように内部磁極片のまわりに設けられる。
【０１４２】
管２２０の外側の環状の溝（図示せず）に部分的に係合されるリング状のシール２５０は、電機子がその上方位置（図示せず）にあるとき、オリフィス２５２の下方リムとの係合によってオリフィス２５２を完全に閉じる役割を果たす。
【０１４３】
電機子の延長部２１８、２２０は、それぞれ中央が窪んだ環状のばね２５８、２６０を係合できる径方向のフランジを２５４、２５６に保持する。電機子動程およびばね２５８、２６０に対するフランジ２５４、２５６の位置は、磁極片２３２、２３４および２３８、２４０によって定められたように、電機子がその上方および下方の休止位置にそれぞれ達すると、後者がちょうど係合しかつ縮められるように選択される。
【０１４４】
上方および下方の壁２６４、２６６および管２２０のまわりに同軸方向に延びる取囲み側壁２６８を有するチャンバ２６２がアセンブリの上方端に示される。この壁は入口オリフィスを含み、それを通って気体供給パイプ２７０が延び、チャンバ２６２に圧力下の気体（たとえば空気）を運ぶ。
【０１４５】
アセンブリは、下方ばね２６０およびスリーブシール２２４を支持するベースプレート２７２によって完成される。
【０１４６】
電圧印加された電流を巻線２４６、２４８などに伝えるための導体は図示されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 磁束短絡素子が定位置にあるか否かに依存して、双安定または単安定であり得る磁気駆動装置の断面図である。
【図２】 図１と同様の構成であるが、電機子が多数の部分に分割され、その大部分が静止して電機子の可動部分の質量を減じるものを示す図である。
【図３】 磁束短絡装置の移動による磁束の減少の結果、電機子がそこから通常は動く位置に可動電機子を保持するための電磁手段が設けられる、図１と同様の装置のさらなる断面図である。
【図４】 電磁保持装置が不能化されて、電機子が駆動装置の他方端に移動するのを許す、図３の構成の図である。
【図５】 磁束短絡装置が磁石の一方端を橋絡しない２つの磁石の磁束パターンを示す図である。
【図６】 磁石アセンブリの一方端での磁束の短絡の効果により、２つの磁石の間に位置付けられた磁化可能な電機子に唯一の安定位置がもたらされるのを示す図である。
【図７】 装置は２つの安定した平衡位置を有するバランスの取れた平衡磁気駆動装置である、流体制御バルブ向けの駆動装置の概略図である。
【図８】 気体の流れのデジタルの制御をもたらすように、単安定フェイルセーフバルブと直列に、多数のそのようなバルブがどのように配置されるかを示す図である。
【図９】 ２つの磁石を組入れかつこの発明の別の実施例を構成する、双安定磁気駆動装置の概略図である。
【図１０】 この発明のさらなる実施例として構成された２磁石双安定磁気駆動装置の同様の図である。
【図１１】 電機子がその２つの双安定位置に存在し、電機子はその動程の両端で電気コンタクトの対を短絡しかつ駆動装置をリレーに変換するのを示す、図１０に示された実施例と同様の図である。
【図１２】 電機子がその２つの双安定位置に存在し、電機子はその動程の両端で電気コンタクトの対を短絡しかつ駆動装置をリレーに変換するのを示す、図１０に示された実施例と同様の図である。
【図１３】 電機子はここでもコンタクトの対と協働してリレーの機能を果たすのが示される、単一の素子磁石しか必要でないこの発明の別の双安定実施例の同様の図である。
【図１４】 利用可能な磁束をより正確に永久磁石から経路づけするように構成された、この発明のさらなる双安定実施例の図である。
【図１５】 平衡磁気回路の十分近くに移動されれば、磁束パターンの不均衡をもたらして、（たとえば停電モードにおいて）オプションとして単安定性を装置の動作特徴にもたらす磁束コンセントレータが設けられる、図１４の構成の変形の図である。
【図１６】 磁束コンセントレータが磁束不均衡位置に永久的に位置されて単安定駆動装置をもたらす、図１４の構成のさらなる変形の図である。
【図１７】 この発明に従って構成された磁気駆動装置によって開閉されるバルブによって制御されるオリフィスのマトリックスアレイの断面図である。
【図１８】 図１７のアレイの一部の平面図である。
【図１９ａ】 この発明を実現する磁気駆動装置を組入れる、バルブ制御されたオリフィスのマトリックスアレイ向けの制御システムを示す図である。
【図１９ｂ】 この発明を実現する磁気駆動装置を組入れる、バルブ制御されたオリフィスのマトリックスアレイ向けの制御システムを示す図である。
【図２０】 電機子動程の両端にばねを含む、磁気駆動装置およびバルブの図である。

Claims (23)

1. 磁束を生成する永久磁石手段と、２つのエアギャップの間に磁束打消しの領域を備え、磁束が一方の向きである第１のエアギャップまたは磁束が反対の向きである第２のエアギャップのいずれかを占めることができる電機子とを含み、電流を与えることができかつ、電圧印加されると、その電流の方向に依存して一方の方向または他方の方向に磁束をもたらすように適合される少なくとも１つの電磁巻線とから形成される磁気駆動装置であって、
   巻線からの磁束は一方のエアギャップの磁束密度を増しかつ他方のエアギャップの磁束密度を減じ、それにより磁束打消し領域を２つのエアギャップの１つに向けてまたはその中に実質的に移動させて、一方のエアギャップから他方のエアギャップに延びる磁束密度勾配をもたらし、それは電機子をより高い磁束密度を有するエアギャップに移動させ（またはそこに留まらせ）、電流の流れが止まった後に電機子が留まり続け、
   磁気駆動装置は、電磁巻線の外部の低磁気抵抗磁束集中手段をさらに含み、これは巻線に電圧印加されるとその一方端から他方端に磁束を戻すための低磁気抵抗外部経路を提供し、それにより電圧印加されるときに巻線によってもたらされる磁束を増して、利用可能な磁束を強めて電機子の移動を生じさせる、磁気駆動装置。
2. ４つの同様の細長い磁化可能な磁極片が対になって対称に配置され、各々の対は２つの磁界の１つを占め、各々の対の磁極片間のエアギャップは電機子動程の２極端の各々でエアギャップを規定し、２対の磁極片は内部磁束を２つの前記エアギャップに集中させる役割を果たす、請求項１に記載の磁気装置。
3. 磁束コンセントレータは電機子動程の一方端の近くに設けられて単安定特徴を有する駆動装置をもたらす、請求項１に記載の磁気装置。
4. 磁束コンセントレータは装置に対して可動であり、装置の比較的近くに第１の位置をとって電機子動程の一方端で磁束密度を減じ、それにより装置に単安定特徴を持たせ、さらに前記磁束コンセントレータは、第１の位置から、それが装置の中の磁束密度にほとんど影響を有しないかまたは全く影響を有しないためその双安定特徴を回復する第２の位置に可動である、請求項１に記載の磁気装置。
5. 単一の永久磁石は、電機子動程の両端でエアギャップを規定する、整列され間隔をあけられた２対の磁極片をその内部に設けた電磁コイルの一方端で用いられ、磁極片が形成されるのと同じ材料から形成された磁化可能材料からなる細長い部材がコイルの両端に設けられて、２つのより近い内部磁極片の１つから出る磁束が磁化可能材料
   に入りおよびそれを通ってその他方端から出て２つのより近い内部磁極片の他方に通り、したがって磁化可能材料からなる細長い部材は磁束の戻り経路を提供して、第２の永久磁石が細長い部材の代わりに行なうのと同様に、電機子動程の各々の端で磁束の方向を維持する、請求項１に記載の磁気装置。
6. 磁気装置は電機子動程の一方端に１対の電気コンタクトを有し、それらは電機子の移動によってそれとのコンタクトに移動される導電手段によって橋絡されることにより電気的に結合されてスイッチを形成し、電機子は導電手段を含み、または導電手段は、電機子によって保持される導電層もしくは導電部材である、請求項１に記載の磁気装置。
7. 磁気装置は電機子動程の一方端に１対の電気コンタクトを有し、それらは電機子の移動によってそれとのコンタクトに移動される導電手段によって橋絡されることにより電気的に結合されてスイッチを形成し、電機子の移動によって閉じられるコンタクトは、それを閉じるように移動した電機子動程の同じ端に設けられる、請求項１に記載の磁気装置。
8. 封止されたチャンバ内にあるときの、請求項１に記載の磁気装置。
9. チャンバの壁の少なくとも一部は電気絶縁材料から形成されてチャンバの外部の端子への導電貫通接続のための領域を設け、そのコンタクトとの電気接続がもたらされるのを可能にする、請求項８に記載の磁気駆動装置。
10. 電機子動程の一方端に、電機子の動程のその端の休止位置への電機子の最終の移動から導出されたエネルギを吸収するエネルギ蓄積手段が設けられる、請求項１に記載の磁気装置。
11. 第１および第２の磁界をもたらす磁石手段を含む磁気装置であって、
    第１および第２の磁界の極性は反対であり、磁気装置はさらに、２つの前記磁界の間の移動のために取付けられた磁化可能な電機子を含み、電機子は、２つの磁界のうちそれがどちらを占めるかに依存してＳ／ＮまたはＮ／Ｓに磁化されかつ、一旦それと整列されると、いずれかの磁界の影響から電機子を移動させるには、磁束線と垂直方向に働くかなりの力を必要とし、磁気または磁化可能分路が設けられ、これは、第１および第２の磁界の１つの磁束がそれを通って分路される位置に可動であるため、電機子を影響を受けていない磁界にとどまらせるかまたは影響を受けていない磁界磁束の影響下で影響を受けていない磁界を占めるように即時に移動させ、
    磁気装置は、電流がそれに与えられているときは電流の流れの方向に依存して一方の方向または他方の方向に磁束をもたらす電磁巻線を含み、巻線からの磁束はエアギャップの一方の磁束密度を増しかつ他方のそれを減じ、
    磁気分路は永久的に定位置に存在し、電圧印加巻線によってもたらされたさらなる磁束は、駆動装置の他方端の分路されていない磁界を克服するのに十分となるように選択され、それにより誘起された磁束は、分路されていない磁界から分路された磁界に電機子を移動させるのに十分であるが、エネルギ電流が取除かれるかまたは大幅に減じられるやいなや、電機子は分路されていない磁界の端に戻る、磁気装置。
12. さらなる電磁装置が駆動装置の分路された磁界の端に設けられて、電機子は分路された磁界に移動するときにそれと接触する、請求項１１に記載の磁気装置。
13. 気体もしくは液体バルブの閉止部材または電気スイッチの可動部材の位置を制御するように適合されて、そのコンタクトの開閉を行なう、請求項１に記載の磁気装置。
14. バーナーまたはジェットへの可燃ガスの流れを制御するように適合されたバルブと組合される、請求項１３に記載の磁気装置。
15. 磁気装置とバルブの組合せは、バーナーまたはジェットに隣接して設けられた熱電対をさらに含み、それから発せられる炎によって加熱されて熱電対に接続されたいかなる回路にも電流を流れさせ、後者は分路された磁界の端でソレノイドのため
    の保持電流を発生させるかまたはその発生を制御し、それは熱電対が炎で加熱されたままならば、分路された磁界の端で電機子をそれとのコンタクトに保持するのに十分な磁束をもたらすものであり、それにより炎の不具合の場合に、熱電対は冷えて保持電流は弱まり、それとともに保持ソレノイドを電機子にリンクさせている磁束も弱まって、それにより後者を解放してその動程の他方端のより高い磁束集中部にそれが移動するのを可能にする、請求項１４に記載の磁気装置およびバルブの組合せ。
16. 磁気装置とバルブの組合せは、磁束短絡装置が可動素子上に取付けられ、駆動装置に対するその位置が物理パラメータによって制御されるというフェイルセーフ特徴を有し、物理パラメータは（ガスバーナーの炎の不具合などの）何らかの不具合の場合に変化して、結果として、比較的大きなエアギャップがそれと磁束との間に存在する駆動装置の一方端の位置から、分路素子が前記磁束の大部分またはすべてを分路して電機子動程のその端の磁束密度を大幅に減じかつ電機子を磁束が影響を受けていないところに駆動装置の他方端に移動させるか、またはその前記他方端に留まらせる位置に、可動素子が磁束分路装置を移動させるものである、請求項１４に記載の磁気装置およびバルブの組合せ。
17. 電機子は磁化可能材料から形成され、その質量を減じるため、磁極は２つの対の対向する磁極面の間の比較的小さなギャップを備えて駆動装置の両端に設けられ、電機子の磁化可能部分は駆動装置の両端の対向する磁極面の対の間の小さなギャップにちょうど嵌るようにサイズを減じられ、電機子の前記磁化可能部分は磁気駆動装置の一方端または両端を通って延びて、その外で終端する低い質量の接続ロッドの一方端に固定される、請求項１に記載の磁気装置。
18. チャンバの壁の中の、開口を取囲む弁座に対するバルブ閉止部材の位置であって、電機子の位置が閉止部材の位置を定め、電機子の一方端の位置で閉止部材はバルブを閉じ、電機子の他方端の位置で閉止部材は弁座から外れる、その位置に依存してそこへまたはそこから流体が流れ得るチャンバと組合される、請求項１７に記載の磁気装置。
19. チャンバは共通のマニホルドの異なる領域を含みかつオリフィスはサイズが異なり、駆動装置は、さまざまなオリフィスを単独でまたは他のオリフィスと組合せて開くことにより、さまざまな有効な全体のオリフィスのサイズが得られて、バルブを通る、マニホルドからの流体の流れを調整するように選択され、開いたオリフィス全体の面積は所与の差圧に対してマニホルドからの流量を定める、複数の同様の前記組合せと組合せられた、請求項１８に記載の磁気装置およびチャンバの組合せ。
20. 前記流体の溜めを構成するマニホルドからの圧力下での流体の排出を制御するための対応する複数のバルブの各々を開閉するように適合され、各駆動装置の電磁巻線は電流源に接続可能であり、制御手段が設けられて電流源への接続および各々の巻線の中の電流の方向を確立する、複数の同様のそのような装置と組合された、請求項１に記載の磁気装置。
21. 制御手段はコンピュータ制御下にあり、コンピュータ制御は、シーケンスにまたは１つもしくはそれ以上のパターンにまたはパターンのシーケンスに、バルブを開閉するようにプログラム可能であり、各々のバルブは、バルブが開かれたときに気体または空気などの流体が通ることができるオリフィスを含む、請求項２０に記載のマニホルドおよびバルブの組合せ。
22. オリフィスは、一列でまたは複数列でまたは規則的なパターンにまたは一連のパターンにまたは擬似乱数的に、等しく間隔をあけられる、請求項２１に記載の組合せ。
23. 列の中のオリフィス間の間隔および列の間隔は同じであり、列は平行であり、列に沿ったオリフィスの場所は、それらが平行な列に対して垂直な方向に整列して、等しく間隔をあけられたオリフィスの行および列のマトリックスを規定する、請求項２１に記載の組合せ。

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