JP5442205B2 - シリンダ内のピストン位置を測定する装置 - Google Patents

Description

本発明は、航空機エンジンに使用する位置センサを含む、シリンダ内のピストンの位置を測定するための位置センサの分野に関する。

「線形可変差動変圧器」を意味する英語の頭字語ＬＶＤＴで当業者には知られている、能動（誘導）線形シフトセンサなどの位置センサは、シリンダ内のピストンの長手方向位置を決定できる。

図１を参照すると、ＬＶＤＴ型センサ１００は、軸１００Ａに沿ってステム１２１に固定された移動強磁性コア１２０と、固定された変圧器１１０とを備え、この変圧器は、ステム１２１の軸１００Ａと同軸の３つの円筒形コイルから構成され、一次巻線１１１および二次巻線１１２、１１３を画定している。作動中、ステム１２１は、軸１００Ａを並進で移動される。コア１２０は、巻線１１１、１１２、１１３に、磁気誘導によって、巻線の間に、変圧器１１０内の強磁性コア１２０の位置に比例する電圧を発生する。この結果、センサ内のステム１２１の位置が推定される。

図２を参照すると、ジャック２００内にＬＶＤＴ型センサを使用していることが見られる。このようなジャック２００は、軸２００Ａに沿って延びるシリンダ２０１を備え、軸２００Ａを並進で移動するピストン２０２が延びている。ピストン２０２は、下流側端にピストンヘッド２０２Ａを備え、ピストンが通常に案内される場合、このピストンヘッドの外径は、シリンダ２０１の内径に一致する。

記載の残り部分では、ピストン２０２に関して上流側および下流側の概念が規定される。ピストンは、その上流側端に駆動力を受け、ピストンの下流側部分がシリンダ２０１内で移動する。言い換えると、上流側が、そこを通過してピストン２０２が出て行くシリンダ２０１の側に位置する。

ＬＶＤＴ型センサの変圧器２１０は、シリンダ２０１の下流側端に固定されており、変圧器２１０の軸は、シリンダ２０１の軸２００Ａに一致する。センサの強磁性コア２２０は、ステム２２１に取り付けられ、ステム２２１は、ピストン２０２と一体であり、かつ軸２００Ａに沿って延びる。

コア２２０が、ピストン２０２と一体であり、変圧器２１０が、シリンダ２０１と一体であるため、シリンダ２０１内のピストン２０２の位置は、変圧器２１０内のコア２２０の位置を測定して推定される。

航空学分野では、安全規格は、測定および監視機器に関して高レベルの信頼性を要求する。したがって、ジャックシリンダ内のピストン位置を測定するには、ジャック内に２つのＬＶＤＴ型センサを設けることにより、センサの一方に不具合が生じても、他方のセンサが測定を実行することが必要である。

仏国特許出願公開第２５９４５１５号明細書から、ジャックシリンダ内のピストン位置を測定する装置は、２つのＬＶＤＴ型位置センサを備えることが知られている。

図３は、このような装置の概略機能断面図を示し、装置は、ピストン３０２を備えるジャック３００に配置され、ピストン３０２は、軸３００Ａに沿ってシリンダ３０１内を移動する。支持パレット３０３は、中空ピストン３０２内で横断方向を固定される。センサコア３２０、３４０は、２つのステム３２１、３４１に取り付けられ、２つのステム３２１、３４１は、パレット３０３の下流側でその上流側端に固定される。ステム３２１、３４１は、軸３００Ａに平行に延び、コア３２０、３４０は、それぞれ同心状に変圧器３１０、３３０まで延びる。変圧器３１０、３３０は、シリンダ３０１の下流側端に固定される。

ピストン３０２は、軸３００Ａを並進で移動するように駆動される。さらに、ピストンは、このような軸３００Ａの周りに自由に回転しなければならない。この目的を達成するために、仏国特許出願公開第２５９４５１５号明細書による装置において、パレット３０３とピストン３０２との間に周辺ベアリング３５０が配置され、これにより、ピストン３０２が、パレット３０３およびコア３２０、３４０に対して回転運動を伝達することなく、軸３００Ａの周りに回転駆動されることができる。コア３２０、３４０は、ピストン３０２の並進との一体化、およびそれぞれの変圧器との整列状態を維持する。このようにして、センサは、シリンダ３０１内のピストン３０２の位置を測定できる。

動作中、ピストン３０２は、一般に横断方向の力を受ける。この横断方向の力は、ピストンを湾曲させ、ステム３２１、３４１を湾曲させることがあり、これらステムの中心をシリンダ３０１の軸３００Ａに対して偏らせる。したがって、コア３２０、３４０は、もはやそれぞれの変圧器３１０、３３０に対して中心が偏り、損傷を受けて、結果的にセンサの寿命を短くし、測定精度を低下させる。
仏国特許出願公開第２５９４５１５号明細書

本発明は、シリンダ内のピストンの位置を測定する装置を提供することを目的とし、装置は、装置の信頼性を提供するために２つのＬＶＤＴ型センサを備えることが可能であり、ピストンをその軸の周りに自由に回転可能にし、ピストンの任意の湾曲によって損傷を受けない。

この目的を達成するために、本発明は、軸に沿って延びるシリンダ内のピストンの位置を測定する装置に関し、この装置は、少なくとも２つの位置センサを備え、各位置センサが、
ピストンに連結された支持パレットと一体の第１のセンサ部材と、
シリンダと一体の第２のセンサ部材とを備え、
各位置センサの第１のセンサ部材および第２のセンサ部材が、シリンダの軸に平行な軸に沿って相互に並進で移動するように構成され、第１のセンサ部材が、ボールジョイントリンクによってピストンに接続される同一の支持パレットと一体化されることを特徴とする。

「ボールジョイントリンク」によって、２つのセンサ部材間の連結は、３つのレベルの回転自由度を含み、並進しないことが理解される。

本発明の装置を使用すれば、シリンダに伝達されるピストンの横断方向ひずみを有することなく、位置センサをシリンダ内に配置可能であり、一方で、ピストンは、シリンダの軸の周りの自由な回転を維持する。したがって、シリンダ内のピストン位置の測定は、センサに損傷を与える危険なく正確になされる。

本発明は、２つの位置センサ装置に生じる特定の問題を克服するが、３つ以上のセンサを有する装置にも同様に適用できる。

さらに、仏国特許出願公開第２５９４５１５号明細書の装置に関連するベアリングの抑制により、装置のメンテナンスを容易にすることができ、ボールジョイントが詰まる傾向は少ない。

さらに詳細には、本発明は、ジャックに適用されるが、より一般には、並進移動するピストンが延びるシリンダを備える任意の装置に適用される。したがって、本発明は、例えば、流体の流量を調節するために、シリンダ内で駆動される２つのヘッドを有するピストンを備える計量装置に適用される。このような計量装置は、以下でさらに詳細に説明される。

好ましくは、位置センサは、ＬＶＤＴ型センサである。このような場合に有利には、第１のセンサ部材は、強磁性コアを支持するステムを備え、第２のセンサ部材は、変圧器を備える。

好ましくは、ボールジョイントリンクは、球形フランジ内に支持される球体を備える。球体は、ピストンと一体であるか、または第１のセンサ部材と一体であるかのいずれでもよい。

別の実施形態によれば、球形フランジは、第１のセンサ部材と一体の部分に圧着される。

本発明はまた、シリンダ、ピストン、および上記に示したような測定装置を備えるアセンブリと、このようなアセンブリを備える航空機エンジンとに関する。

本発明はさらに、ジャックまたは計量装置に関する。

本発明は、添付図面を参照する、本発明の装置の好ましい実施形態の以下の記載から詳細に理解されるであろう。

図４を参照すると、ジャックは、軸Ｘに沿って延びるシリンダ１を備え、シリンダ１には、ピストン２が挿入される。ピストン２は、その外径がシリンダ１の内径に一致するピストンヘッド２Ａを備える。ジャックは、シリンダ１に対するピストン２の位置を測定する装置を備え、この装置は、ＬＶＤＴ型位置センサ３、４を備える。

各センサ３、４は、上述のとおり、変圧器１０、３０と協働する強磁性コア２０、４０を備える。変圧器１０、３０は、シリンダ１内に軸Ｘに沿って長手方向に配置され、シリンダの下流側端に固定される。変圧器１０、３０は、シリンダ１内を長手方向に延びる保護ジャケット６０で囲まれ、ジャケット６０の下流側端は、シリンダ１の下流側端と一体に固定される。ジャケット６０は、ピストン２内部を同心状に延び、ピストン２は、下流側端に、ジャケット６０の通過開口６を備える。

センサ３、４の各コア２０、４０は、軸Ｘと平行で、対応する変圧器１０、３０に整列しているステム２１、４１によって支持され、変圧器内に、同心状に延びるように配置される。ステム２１、４１の上流側端は、ピストン２内に横断方向に配置された支持パレット３１の下流側端と一体で固定される。パレット３１は、全体としてデスク形状を有する。

図５を参照すると、ピストン２は中空であり、すなわち、シリンダ１内を長手方向に延びるシース形状を有する。コア２０、４０を支持するパレット３１は、リンク手段、ここでは、ボールジョイントリンクによって、ピストン２に連結されており、連結は、ピストン２により形成されるシースの内部でなされる。ボールジョイントリンク５０のために、パレット３１は、ピストン２に対して３つのレベルの自由度に従って自由に回転するが、軸Ｘの並進ではピストン２との一体化を維持する。

ここでは、ボールジョイントリンク５０は、球形シェルの形状を有する球形フランジ５２内に取り付けられた球体５１を備える。このような球形フランジ５２はまた、当業者には知られており、用語「ケージ」により参照される。球形フランジの機能は、フランジと一体に並進するが、自由に回転する球体５１を支持することである。球体５１は、ピストン２と一体とされ、フランジ５２は、パレット３１と一体とされる。

ここで、球体５１は、フィンガ５１１を支持し、このフィンガ５１１は、上流側に延び、ピストン２と一体に固定される。有利には、球形フランジ５２は、パレット３１の上流側から下流側に長手方向に延びる円筒部分３７に圧着され、円筒部分３７の自由端は、球形フランジ５２上に折り曲げられ、球形フランジを支持して固定している。

本発明の手段の構造を記載したが、次に、本発明の動作および実施が記載される。

ジャックの動作では、ピストン２の上流側端は、シリンダ１に対して軸Ｘを並進で駆動される。ピストン２と一体の球体５１は、並進で移動する。球体５１は、球体と一体の球形フランジ５２、したがって球体が支持しているパレット３１およびコア２０、４０を駆動する。これにより、コア２０、４０は、それぞれの変圧器１０、３０内で軸Ｘを並進で駆動される。変圧器１０、３０は、シリンダ１と一体である。したがって、シリンダ１内のピストン２の位置は、センサ３、４によって実行される、それらの変圧器１０、３０内のコア３０、４０の位置の測定から推定される。

さらに、ピストン２は、軸Ｘの周りを自由に回転する。回転するとき、ピストン２は、球体５１を駆動し、球体は、球形フランジ５２内で自由に回転する。移動は、コア２０、４０に伝達されないため、コアは、それぞれの変圧器１０、３０との整列状態を維持する。このように、ボールジョイントリンク５０は、ピストン２がその軸Ｘの周りを回転するとき、センサ３、４の整列不良を回避することを可能にする。

動作中、横断方向の力が、ピストン２の上流側部にさらに加えられることがあり、この結果、ピストン２を湾曲させる。湾曲は、球体５１が回転して球形フランジ５２に入ることによって補償される。移動は、コア２０、４０に伝達されないため、コアは、それぞれの変圧器１０、３０との整列状態を維持する。これにより、横断方向の力が、ピストン２の上流側端に加わるときに、ボールジョイントリンク５０は、センサ３、４を保護することを可能にする。

ジャックが動作中は、ピストン２は、並進移動およびピストン軸の周りの回転移動を発生する力、またはピストン２を湾曲させる力を受けることがある。ボールジョイントリンク５０によって、シリンダ１の軸Ｘの並進移動だけが、コア２０、４０に伝達される。

ボールジョイントリンク５０は、球形フランジ５２内部にほこりが入る可能性が少ないため、詰まることが少ない。

別の実施形態では、図６を参照すると、球体５１’は、パレット３１と一体となっており、球形フランジ５２’は、ピストン２と一体である。球体５１’は、ねじ５３１が交差する軸穴Ｘを備え、このねじ５３１は、センサ３、４のコア２０、４０を支持するパレット３１にねじ込まれる下流側端を有する。ねじ５３１の上流側端は、ナット５３２で締め付けられており、これにより、球体５１’をパレット３１に固定することを可能にする。

球形フランジ５２’は、ピストン２と一体のナット５３とウェッジ５４との間で締め付けられたピストン２に固定され、ウェッジ５４は、球形フランジ５２’の下流側部分に挿入される。

本発明をジャックに関して示したが、本発明は、シリンダ内を並進移動するピストンを備えた別のタイプの装置に適用され、別のタイプの装置は、シリンダ、ピストン、および本発明による測定装置を含む、アセンブリを備えた計量装置または航空機エンジンなどである。

計量装置では、ピストンは、計量装置のシリンダ内に並進で移動する。２つの径方向穴が、シリンダに設けられ、穴は、それぞれ流体入口と流体出口を画定する。

ピストンは、２つのプラグヘッドを備え、プラグヘッドの外径は、シリンダの内径に一致し、シリンダは、シリンダの軸に沿って並進で駆動されるシャフトと同軸でありシャフトに接続される。計量装置の閉じた位置では、ヘッドは完全に穴を塞ぎ、流体連通を防止する。開いた位置では、ピストンは、計量装置のシリンダ内を並進で移動し、これにより、穴の部分的または完全な開放を防ぎ、入口から出口への流体連通を防止する。したがって、ピストンの並進により、流体の流量を「調節する」または「与える」ことができる。

ピストンに位置を決定するために、上述の実施形態と同様に、支持パレットが、ピストン内に横断方向に配置され、パレットは、ＬＶＤＴ型位置センサのコアがそれぞれ取り付けられる２つのステムを支持する。コアは、それぞれ、計量装置のシリンダの下流側端に固定された、それぞれの変圧器に整列される。ピストンの下流側端には開口が設けられ、この開口を変圧器が通過することを可能にする。支持パレットは、ボールジョイントリンクによってピストンに連結されており、ボール球体は、例えば、ピストン、および支持パレットに固定された球形フランジに固定される。

本発明は、例えば、ピエゾ型容量近接センサ、誘導型近接センサ、ホール効果センサ、あるいは存在または赤外線近接センサなどの近接センサにも同様に適用されることは理解される。

ＬＶＤＴ型位置センサの部分的に分解された概略斜視図を示す。 従来技術による測定装置のブロック図を示す。 従来技術による別の測定装置のブロック図を示す。 本発明による、図５の実施形態の測定装置のブロック図を示す。 本発明による測定装置のジャックの断面図を示す。 本発明の別の実施形態による測定装置のジャックの断面図を示す。

符号の説明

１、２０１、３０１ シリンダ
２、２０２、３０２ ピストン
２Ａ、２０２Ａ ピストンヘッド
３、４ 位置センサ
６ 開口
１０、３０、１１０、２１０、３１０、３３０ 変圧器
２０、４０、２２０、３２０、３４０ コア
２１、４１、１２１、２２１、３２１、３４１ ステム
３１、３０３ 支持パレット
３７ 円筒部分
５０ ボールジョイントリンク
５１、５１’ 球体
５２、５２’ 球形フランジ
５３、５３２ ナット
５４ ウェッジ
６０ ジャケット
１００ ＬＶＤＴ型センサ
１００Ａ、２００Ａ、３００Ａ 軸
１１１ 一次巻線
１１２、１１３ 二次巻線
１２０ 強磁性コア
２００、３００ ジャック
３５０ ベアリング
５１１ フィンガ
５３１ ねじ

Claims (8)

1. 軸に沿って延びるシリンダ（１）内のピストン（２）の位置を測定する装置であって、該装置が、少なくとも２つのＬＶＤＴ型位置センサ（３、４）を備え、各位置センサが、
   ピストン（２）に連結された支持パレット（３１）と一体の第１のセンサ部材と、
   シリンダ（１）と一体の第２のセンサ部材とを備えており、
   前記位置センサの第１のセンサ部材が、強磁性コア（２０、４０）を支持するステム（２１、４１）を備え、第２のセンサ部材が、変圧器（１０、３０）を備えており、
   各位置センサの第１のセンサ部材および第２のセンサ部材が、シリンダの軸に平行な軸に沿って相互に並進で移動するように構成されており、
   第１のセンサ部材のステム（２１、４１）が、ボールジョイントリンク（５０）を介してピストン（２）に接続された同一の支持パレット（３１）と一体化されていることを特徴とする、装置。
2. ボールジョイントリンク（５０）が、球形フランジ（５２）内に支持された球体（５１）を備える、請求項１に記載の装置。
3. 球形フランジ（５２）が、第１のセンサ部材と一体である、請求項２に記載の装置。
4. 球形フランジ（５２）が、第１のセンサ部材と一体の部分（３７）に圧着されている、請求項３に記載の装置。
5. シリンダ（１）、ピストン（２）、および請求項１に記載の測定装置を備える、アセンブリ。
6. 請求項５に記載のアセンブリを備える、航空機エンジン。
7. 請求項１に記載の測定装置を備える、ジャック。
8. 請求項１に記載の測定装置を備える、計量装置。

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