JP4702657B2 - Fluid pressure control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニア電磁アクチュエータの駆動作用下にスプール弁を変位させて流体通路を流通する流体の圧力を制御することが可能な流体圧力制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、電磁的に目的物を移動させる往復運動装置として、励磁コイルに通電し、その磁気力によって可動鉄心に直線的な運動を付与する電磁弁が知られている。この電磁弁は、簡単な構造によって構成されているが、鉄心を励磁コイルの内部に含んでいるために、電気的な応答性を向上させるのが困難であり、また、励磁コイルに対する非通電状態では推力を発生させることができないため、その用途が限定されるという問題がある。
【0003】
そこで、本出願人は、従来の電磁ソレノイドのように起電時に大電圧を印加しなくても、応答性がよく短時間で定常時の推力を発生することが可能な磁石可動型電磁アクチュエータを提案している(特願2000−217304参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記提案に関連してなされたものであり、リニア電磁アクチュエータの駆動作用下に、弁切換部の応答性を向上させて出力ポートから導出される圧力流体の圧力を高精度に制御することが可能な流体圧力制御装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、環状の励磁コイルと、前記励磁コイルの周囲を包囲し該励磁コイルの中心孔または外側の両端側に極歯が対向配置されたヨークと、前記励磁コイルの中心孔内または外側に軸線方向に沿って可動自在に配置されラジアル方向に着磁された円筒状の永久磁石と、前記永久磁石と一体的に変位するシャフトとを有する駆動部と、
前記駆動部の駆動作用下に、シャフトと一体的にスプール弁を変位させることによりスリーブに形成された複数の孔部間の連通状態を切り換える弁切換部と、
前記弁切換部に連結され、前記複数の孔部にそれぞれ連通する通路が形成されたブロック体と、
を備えることを特徴とする。
【0006】
この場合、前記スプール弁の変位量を検出する変位センサと、出力ポートに連通する通路から導出される圧力流体の圧力を検出する圧力センサとを選択的に設け、あるいはその両方をそれぞれ設けるとよい。
【0007】
また、前記シャフトに貫通する中空部を形成し、該シャフトとスプール弁とを前記中空部に配設されたワイヤ部材によって略同軸状に連結するとよい。
【0008】
本発明によれば、駆動部としてリニア電磁アクチュエータを配設することにより、従来から公知の電磁弁と比較して、駆動部の変位量(ストローク量)を大きく設定することができるとともに、駆動部の変位量に対応して推力が減少することがなく、任意の位置で一定の推力を保持することができる。
【0009】
この結果、弁切換部のスプール弁の開口量を大きく且つ高精度に設定することができるとともに、スプール弁の応答性を向上させて制御性を高めることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明に係る流体圧力制御装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【0011】
図1において、参照数字10は、本発明の実施の形態に係る流体圧力制御装置を示す。
【0012】
この流体圧力制御装置10は、基台部12と、前記基台部12に装着される断面矩形状のケーシング14を含む。前記ケーシング14の内部空間には、リニア電磁アクチュエータからなる駆動部16と、前記駆動部16と同軸状に一体的に連結され、内部に配設されたスプール弁18の変位作用下に相互に連通するポートを切り換える弁切換部20と、前記弁切換部20の各ポート(後述する)に連通する複数の通路22a〜22cが形成されたポートブロック(ブロック体)24と、前記ポートブロック24から図示しない外部の流体機器に導出される流体圧力を検出して、その検出信号が導入されることによりフィードバック制御を行う制御部28とが設けられる。
【0013】
前記駆動部16は、軸線方向に沿って所定間隔離間し、略円筒状の第1および第2軸受部材30a、30bを介して中空状のシャフト32をその軸線方向に沿って変位自在に軸支する第1ハウジング34aおよび第2ハウジング34bと、前記第1ハウジング34aと第2ハウジング34bの間に配設され図示しないボビンに巻回された環状のコイル(励磁コイル)36と、前記コイル36の周囲を囲繞し該コイル36の中心孔の軸線方向に沿った両端側に所定間隔離間する一組の極歯38a、38bが対向配置されたヨーク40と、前記コイル36の中心孔内に該中心孔の軸線方向に沿って可動自在に配置され、ラジアル方向に沿って着磁された円筒状の永久磁石42とを含む(図6参照)。
【0014】
前記ヨーク40は、第1および第2ハウジング34a、34bの外周面と面一に装着されて外周ケーシングを兼用するアウタヨーク44と、前記アウタヨーク44の軸線方向に沿った一端部側に連結される断面L字状の第1極歯38aと、前記アウタヨーク44の軸線方向に沿った他端部側に連結され、前記第1極歯38aから所定間隔離間する断面L字状の第2極歯38bとを有する。
【0015】
なお、ボビンに巻回されたコイル36およびヨーク40は、コイルアッシーとして一体的に組み付けられており、複数のねじ部材を介して第1および第2ハウジング34a、34bにそれぞれ固定される。
【0016】
また、前記第1および第2極歯38a、38bは、コイル36の中心孔の両端側に配設されているが、前記コイル36の外側の両端側に対向配置してもよい。この場合、永久磁石42をコイル36の外側に該コイル36の軸線方向に沿って可動に配置するとよい。
【0017】
前記シャフト32の外周面には、永久磁石42を保持するホルダ46が連結され、前記永久磁石42の内側の環状空間部にはバックヨーク48が設けられる。
【0018】
また、前記シャフト32には貫通する中空部50が形成され、前記中空部50には一端部がシャフト32の端部に係止され他端部が後述するスプール弁18に連結されたワイヤ部材52が配設される。なお、前記ホルダ46および永久磁石42は、シャフト32と一体的に変位する可動子として機能するものである。
【0019】
前記永久磁石42は、一組の極歯38a、38bの間にまたがる長さに設定することが望ましく、しかも、永久磁石42の一端がコイル36の中心孔内において一方の移動端まで達したときにも、永久磁石42の他端が反対側の極歯38a(38b)に近接するか、あるいはその一部が対向する長さを有するように設定するとよい。また、前記バックヨーク48は、必ずしも設ける必要がないものであるが、永久磁石42がいずれの移動位置にあってもその殆どをカバーできるような長さに設定することが望ましい。
【0020】
弁切換部20は、図3に示されるように、第1ハウジング34aの一端部に同軸状に連結された筒状のバルブボデイ54と、中央部に環状凹部56が形成され前記バルブボデイ54の弁室58に沿って変位自在に配設されたスプール弁18と、前記スプール弁18を囲繞するように形成され、後述するポートブロック24の各通路22a〜22cに連通する第1乃至第3孔部60a〜60cが形成されたスリーブ62とを有する。
【0021】
前記スリーブ62とバルブボデイ54との間には、第1乃至第3孔部60a〜60cをそれぞれ囲繞するシール部材64が環状溝を介して装着されている。また、バルブボデイ54には、弁室58に連通する通路66a、66bを介して、弁室58内のエアーを給排する呼吸ポート68が形成されている。
【0022】
前記スプール弁18の一端部には係止部材70を介してワイヤ部材52の端部が係着され、他端部には変位センサ72を構成するセンサスケール74が連結される。このように、スプール弁18とシャフト32とをワイヤ部材52によって連結することにより、スプール弁18の軸線とシャフト32の軸線との誤差(同軸偏差)をワイヤ部材52によって吸収し、スプール弁18の軸線とシャフト32の軸線との同軸性を略一致させることができる。
【0023】
ポートブロック24に対するバルブボデイ54の連結部位には、スリーブ62の第1孔部60aに連通する圧力流体供給ポート76aと、前記第1孔部60aに隣接する第2孔部60bに連通する出力ポート76bと、前記第2孔部60bに隣接する第3孔部60cに連通する圧力流体排出ポート76cとがそれぞれ設けられ、前記連結部位はバルブボデイ54とポートブロック24との間に介装されるガスケット78によってシールされる(図1参照)。
【0024】
ポートブロック24には、前記圧力流体供給ポート76aに連通する第1通路22aと、前記出力ポート76bに連通する第2通路22bと、前記圧力流体排出ポート76cに連通する第3通路22cとがそれぞれ形成される。前記出力ポート76bには、切換弁として機能する2ポート電磁弁80が連結され、前記電磁弁80の切換作用下に出力ポート76bから図示しない外部の流体機器に所望の圧力に調圧された圧力流体が導出される。
【0025】
バルブボデイ54の一側部には、図2に示されるように、ポートブロック24の第2通路22bを介して出力ポート76bから導出される圧力流体の圧力値を検出する圧力センサ82がねじ部材を介して連結され、前記圧力センサ82からの検出信号は、基台部12に固定され、回路基板84からなる制御部28に導入される。
【0026】
また、バルブボデイ54の端部には、図1に示されるように、スプール弁18と一体的に変位するセンサスケール74の変位量をセンサヘッド86によって検出することにより、該スプール弁18の変位量に対応する検出信号を制御部28に導出する変位センサ72が連結されている。
【0027】
本発明の実施の形態に係る流体圧力制御装置は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【0028】
なお、図3に示されるように、スプール弁18の環状凹部56によって圧力流体排出ポート76cと出力ポート76bとが連通した状態を初期位置として説明する。前記初期位置では、圧力流体供給ポート76aと出力ポート76bとが非連通状態にあり、外部の図示しない流体機器に対して圧力流体が供給されていない。
【0029】
先ず、駆動部16として機能するリニア電磁アクチュエータの動作原理を図6に基づいて説明する。
【0030】
永久磁石42を、例えば、その外側がS極に、内側がN極となるようにラジアル方向に着磁しておき、コイル36に対して、図6に記号で示す方向の通電を行うと、その電流の向きによりヨーク40の一方の極歯38aがS極に、他方の極歯38bがS極となる。この場合、ヨーク40の極歯38bに発生したN極とそれに対向する永久磁石42の外側面のS極との間に引力が発生し、一方、ヨーク40の極歯38aに発生したS極と永久磁石42のS極との間に斥力が作用するため、これらの力が永久磁石42に作用する軸線方向の推力となって、永久磁石42がコイル36の中心孔内をその軸線方向(図6の矢印B方向)に沿って移動する。
【0031】
また、コイル36に逆方向の通電を行うと、ヨーク40の両極歯38a、38bに生じるN極およびS極が前記と逆になり、そのため、永久磁石42に作用する推力も逆方向(図6の矢印A方向)となり、永久磁石42が前記とは逆方向に移動する。
【0032】
前記コイル36への通電によって永久磁石42がコイル36の中心孔内を一方端または他方端まで移動した状態では、コイル36への通電を解除しても、永久磁石42は、その磁気吸着力によって当該移動位置に保持される。従って、永久磁石42に駆動しようとする目的物(例えば、シャフト32)を連結しておき、その永久磁石42をコイル36への正逆いずれの方向の通電によって駆動することにより、その目的物を永久磁石42の移動位置である2位置に駆動し、位置決めすることができる。
【0033】
また、円筒状の永久磁石42の内側に、該永久磁石42に沿う円筒状のバックヨーク48を配設した場合、ヨーク40における一方の極歯38aから永久磁石42を通じて該バックヨーク48内に至り、再び永久磁石42を通じて他方の極歯38bに至る磁路が形成されるため、磁気抵抗を低減して永久磁石42の推力および磁気吸着力を一層高めることができる。このように、バックヨーク48をどのように配設するかによって、推力および磁気吸着力を調整することができる。
【0034】
このように、初期位置において、駆動部16であるリニア電磁アクチュエータの駆動作用下に、可動子として機能する永久磁石42と一体的にシャフト32を矢印B方向に沿って変位させることにより、前記シャフト32の中空部50に配置されたワイヤ部材52を介してその変位がスプール弁18に伝達される。従って、スプール弁18が図3中の右方に向かって変位し、該スプール弁18の環状凹部56を介して出力ポート76bと圧力流体供給ポート76aとが連通し、前記圧力流体供給ポート76aから供給された圧力流体が出力ポート76bから導出される(図4参照)。
【0035】
この場合、駆動部16の駆動作用下に、スプール弁18がバルブボデイ54に固着されたスリーブ62に沿って摺動変位する際、前記スリーブ62とスプール弁18との位置関係によって該スリーブ62に形成された第1孔部60aおよび第3孔部60cの開口量が変化する。従って、圧力流体供給ポート76aに連通する前記第1孔部60aの開口幅と、圧力流体排出ポート76cに連通する前記第3孔部60cの開口幅とをそれぞれ所定幅に設定することにより、出力ポート76bから導出される圧力流体の圧力を所望の圧力に調圧することができる(図5参照)。
【0036】
この場合、出力ポート76bから外部の流体機器側に導出される圧力流体の圧力を圧力センサ82によって検出するとともに、スプール弁18の変位量を変位センサ72によって検出する。前記圧力センサ82によって検出された圧力値に対応する検出信号および前記変位センサ72によって検出された変位量に対応する検出信号は、それぞれ制御部28に導入され、前記検出信号と予め設定された設定値とがそれぞれ比較され、その偏差がゼロとなるように制御部28から指令信号を駆動部16に導出してフィードバック制御が行われる(図7参照)。
【0037】
なお、変位センサ72と圧力センサ82とのいずれをメインにするかは、ユーザによって任意に設定される。例えば、変位センサ72を所望の変位幅が設定されたリミッタとして二次的に使用し、圧力センサ82を一次的に使用してもよい。
【0038】
本実施の形態では、駆動部16としてリニア電磁アクチュエータを使用することにより、従来から公知の電磁弁と比較して、駆動部16の変位量(ストローク量)を大きく設定することができるとともに、駆動部16の変位量に対応して推力が減少することがなく、任意の位置で一定の推力を保持することができる。
【0039】
従って、本実施の形態では、弁切換部20のスプール弁18の開口量を大きく且つ高精度に設定することができるとともに、スプール弁18の応答性を向上させて制御性を高めることができる。
【0040】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【0041】
すなわち、従来から公知の電磁弁と比較して、駆動部の変位量(ストローク量)を大きく設定することができるとともに、駆動部の変位量に対応して推力が減少することがなく、任意の位置で一定の推力を保持することにより、弁切換部の応答性を向上させて出力ポートから導出される圧力流体の圧力を高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る流体圧力制御装置の一部縦断面概略構成図である。
【図2】図1に示す流体圧力制御装置の平面図である。
【図3】弁切換部の一部省略拡大縦断面図である。
【図4】図3の状態からスプール弁が変位した状態を示す動作説明図である。
【図5】図1に示す流体圧力制御装置の概略回路構成図である。
【図6】駆動部であるリニア電磁アクチュエータの動作原理を示す一部省略拡大縦断面図である。
【図7】変位センサおよび圧力センサによるフィードバック制御の説明図である。
【符号の説明】
10…流体圧力制御装置 16…駆動部
18…スプール弁 20…弁切換部
22a〜22c、66a、66b…通路 24…ポートブロック
28…制御部 32…シャフト
36…コイル 38a、38b…極歯
40…ヨーク 42…永久磁石
44…アウタヨーク 48…バックヨーク
50…中空部 52…ワイヤ部材
54…バルブボデイ 56…環状凹部
58…弁室 60a〜60c…孔部
62…スリーブ 72…変位センサ
76a…圧力流体供給ポート 76b…出力ポート
76c…圧力流体排出ポート 82…圧力センサ
84…回路基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluid pressure control device capable of controlling the pressure of a fluid flowing through a fluid passage by displacing a spool valve under the drive action of a linear electromagnetic actuator.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a reciprocating motion device that moves an object electromagnetically, an electromagnetic valve that energizes an exciting coil and imparts a linear motion to a movable iron core by its magnetic force is known. Although this solenoid valve has a simple structure, it contains an iron core inside the excitation coil, so it is difficult to improve the electrical response, and the excitation coil is not energized. However, since thrust cannot be generated, there is a problem that its use is limited.
[0003]
Therefore, the applicant of the present invention provides a movable magnet type electromagnetic actuator that is capable of generating a steady-state thrust in a short time without applying a large voltage at the time of power generation, unlike a conventional electromagnetic solenoid. (See Japanese Patent Application No. 2000-217304).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in connection with the above proposal, and controls the pressure of the pressure fluid derived from the output port with high accuracy by improving the responsiveness of the valve switching unit under the driving action of the linear electromagnetic actuator. An object of the present invention is to provide a fluid pressure control device capable of performing the above.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention comprises an annular excitation coil, a yoke that surrounds the periphery of the excitation coil, and pole teeth are disposed opposite to the center hole or both ends of the excitation coil, A drive unit having a cylindrical permanent magnet that is movably disposed in the axial direction inside or outside the central hole of the exciting coil and is magnetized in the radial direction; and a shaft that is integrally displaced with the permanent magnet;
Under the driving action of the drive unit, a valve switching unit that switches a communication state between a plurality of holes formed in the sleeve by displacing the spool valve integrally with the shaft;
A block body connected to the valve switching portion and formed with passages respectively communicating with the plurality of holes;
It is characterized by providing.
[0006]
In this case, a displacement sensor for detecting the displacement amount of the spool valve and a pressure sensor for detecting the pressure of the pressure fluid derived from the passage communicating with the output port may be selectively provided, or both may be provided. .
[0007]
In addition, a hollow portion penetrating the shaft may be formed, and the shaft and the spool valve may be connected approximately coaxially by a wire member disposed in the hollow portion.
[0008]
According to the present invention, by disposing a linear electromagnetic actuator as the drive unit, the displacement amount (stroke amount) of the drive unit can be set larger than that of a conventionally known electromagnetic valve, and the drive unit The thrust does not decrease corresponding to the amount of displacement, and a constant thrust can be maintained at an arbitrary position.
[0009]
As a result, the opening amount of the spool valve of the valve switching unit can be set large and with high accuracy, and the controllability can be enhanced by improving the responsiveness of the spool valve.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the fluid pressure control device according to the present invention will be described below and described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0011]
In FIG. 1,
[0012]
The fluid
[0013]
The
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The first and
[0017]
A
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
As shown in FIG. 3, the
[0021]
Between the
[0022]
One end portion of the
[0023]
At the connection part of the
[0024]
The
[0025]
On one side of the
[0026]
Further, at the end of the
[0027]
The fluid pressure control device according to the embodiment of the present invention is basically configured as described above. Next, the operation and effect of the fluid pressure control device will be described.
[0028]
As shown in FIG. 3, the state where the pressure
[0029]
First, the principle of operation of the linear electromagnetic actuator that functions as the
[0030]
For example, when the
[0031]
Further, when the
[0032]
In a state where the
[0033]
Further, when a
[0034]
Thus, in the initial position, the
[0035]
In this case, when the
[0036]
In this case, the
[0037]
Note that which of the
[0038]
In the present embodiment, by using a linear electromagnetic actuator as the
[0039]
Therefore, in the present embodiment, the opening amount of the
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
[0041]
That is, the displacement amount (stroke amount) of the drive unit can be set larger than that of conventionally known solenoid valves, and the thrust does not decrease corresponding to the displacement amount of the drive unit. By maintaining a constant thrust at the position, the responsiveness of the valve switching unit can be improved, and the pressure of the pressure fluid derived from the output port can be controlled with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a partial vertical cross section of a fluid pressure control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the fluid pressure control device shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged vertical cross-sectional view in which a part of a valve switching unit is omitted.
4 is an operation explanatory view showing a state in which the spool valve is displaced from the state of FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a schematic circuit configuration diagram of the fluid pressure control device shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a partially omitted enlarged longitudinal sectional view showing an operation principle of a linear electromagnetic actuator as a driving unit.
FIG. 7 is an explanatory diagram of feedback control by a displacement sensor and a pressure sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記駆動部の駆動作用下に、シャフトと一体的にスプール弁を変位させることによりスリーブに形成された複数の孔部間の連通状態を切り換える弁切換部と、
前記弁切換部に連結され、前記複数の孔部にそれぞれ連通する通路が形成されたブロック体と、
を備え、
前記シャフトは貫通する中空部を有し、該シャフトとスプール弁とは、前記中空部に配設されたワイヤ部材によって略同軸状に連結されることを特徴とする流体圧力制御装置。An annular excitation coil, a yoke surrounding the excitation coil and having pole teeth opposed to both ends of the center hole or outside of the excitation coil, and along the axial direction in or outside the center hole of the excitation coil A drive unit having a cylindrical permanent magnet that is movably arranged and magnetized in the radial direction, and a shaft that is integrally displaced with the permanent magnet;
Under the driving action of the drive unit, a valve switching unit that switches a communication state between a plurality of holes formed in the sleeve by displacing the spool valve integrally with the shaft;
A block body connected to the valve switching portion and formed with passages respectively communicating with the plurality of holes;
With
The fluid pressure control device according to claim 1, wherein the shaft has a hollow portion that penetrates, and the shaft and the spool valve are connected substantially coaxially by a wire member disposed in the hollow portion.
前記駆動部の駆動作用下に、シャフトと一体的にスプール弁を変位させることによりスリーブに形成された複数の孔部間の連通状態を切り換える弁切換部と、
前記弁切換部に連結され、前記複数の孔部にそれぞれ連通する通路が形成されたブロック体と、
を備え、
前記駆動部は、前記永久磁石の外側に前記ヨークが配置され、該ヨークが、前記極歯を介して異なる2つの磁極を有すると共に、前記シャフトは貫通する中空部を有し、該シャフトとスプール弁とは、前記中空部に配設されたワイヤ部材によって略同軸状に連結されることを特徴とする流体圧力制御装置。An annular excitation coil, a yoke surrounding the excitation coil and having pole teeth opposed to both ends of the center hole or outside of the excitation coil, and along the axial direction in or outside the center hole of the excitation coil A drive unit having a cylindrical permanent magnet that is movably arranged and magnetized in the radial direction, and a shaft that is integrally displaced with the permanent magnet;
Under the driving action of the drive unit, a valve switching unit that switches a communication state between a plurality of holes formed in the sleeve by displacing the spool valve integrally with the shaft;
A block body connected to the valve switching portion and formed with passages respectively communicating with the plurality of holes;
With
The drive unit has the yoke disposed outside the permanent magnet, the yoke has two different magnetic poles via the pole teeth , and the shaft has a hollow portion that passes therethrough. The valve is connected substantially coaxially by a wire member disposed in the hollow portion .
前記スプール弁の変位量を検出する変位センサが設けられることを特徴とする流体圧力制御装置。The apparatus according to claim 1 or 2,
A fluid pressure control device comprising a displacement sensor for detecting a displacement amount of the spool valve.
出力ポートに連通する通路から導出される圧力流体の圧力を検出する圧力センサが設けられることを特徴とする流体圧力制御装置。The apparatus according to claim 1 or 2,
A fluid pressure control device comprising a pressure sensor for detecting a pressure of a pressure fluid led out from a passage communicating with an output port.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001066708A JP4702657B2 (en) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | Fluid pressure control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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