JP6453454B2 - 二段クローズドセンタ電気油圧弁 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、電気油圧サーボ弁の分野に関し、より具体的には、改善された二段電気油圧サーボ弁に関する。

電気油圧サーボ弁が公知である。これらは、単段を有するもの又は多段を有するものと考えられる場合がある。両方の形態において、弁スプールが、シリンダに沿って制御された移動をするようにシリンダ内にスライド可能に設置される。弁スプールがシリンダ内の中央位置又はヌル位置にあるときに、弁スプール上の種々のランドが、流れが弁を通るのを防ぐべく、制御出口と流体連通するポートを覆う。スプールのオフ・ヌル移動の方向及び大きさが、弁を通る流れを制御する。種々の形態の単段サーボ弁が、米国特許第４，９５１，５４９号、米国特許第５，２６３，６８０号、米国特許第４，６４１，８１２号、米国特許第５，１４６，１２６号に代表的に図示及び説明されており、これらの開示の全体が引用により本明細書に組み込まれる。

単段弁又は直接駆動弁は、一般に、弁スプールと直接係合し、スプールをオフ・ヌルに選択的に移動させる、モータ又は一部の他の機構を有する。多段弁は、第２段での弁スプールの移動を制御するパイロット段を有する場合がある。パイロット段は、電気的区域である場合があり、第２段は、油圧区域である場合がある。二段電気油圧サーボ弁の一例が、米国特許第３，２２８，４２３号に図示及び説明されており、その開示の全体が引用により本明細書に組み込まれる。

開示される実施形態の対応する部品、部分、又は表面への括弧内付記と共に、単に例示する目的で、限定するためではなく、改善された二段電気油圧サーボ弁（１５）であって、ステータ（１８）及びロータヌル位置（図１）を有するロータ（１９）を備え、ステータによって発生した磁場の影響の下でモータ軸（１７）を中心として回転するように構成及び配置された、モータ（１６）と；ロータをロータヌル位置に付勢するように構成及び配置された、付勢機構（２０）と；第１チャンバ（２３）内に第１弁軸（２４）に沿って移動可能に設置された第１弁部材（２２）を有し、第１弁部材と第１チャンバとの間に画定された少なくとも１つのポート（２５、２６）からの流体の流れを選択的に調節するべく第１チャンバ軸に沿って第１ヌル位置（図１）から第１オフ・ヌル位置（図４）に移動されるように適合された、第１段弁（２１）と；第１弁のポートと流体連通し、第２チャンバ（３０）内に第２弁軸（３１）に沿って移動可能に設置された第２弁部材（２９）を有し、第２弁部材と第２チャンバとの間の少なくとも１つのポート（３２、３３）からの流体の流れを選択的に調節するべく第１弁部材の移動の関数として第２弁軸に沿って第１位置（図１）から第２位置（図５）に移動されるように適合された、第２段弁（２８）と；を備え、第１段弁及び第２段弁は、第１段弁部材がヌル位置にあるときに、第２段弁部材が圧力平衡にあって、移動しないように構成及び配置され；第１弁部材と第２弁部材との間で作用する伝達リンク（３４）と；ロータと伝達リンクとの間で作用し、モータ軸から或る距離（５１）だけオフセットされる第１偏心軸（３６）を有し、モータ軸を中心としたロータの選択的回転により伝達リンクを運動させるように配置された、偏心ドライブ部材（３５）と；を備え、伝達リンク及びドライブ部材は、ロータのロータヌル位置から第２ロータ位置（図４）への選択的運動によりドライブ部材及び伝達リンクに第１弁部材を第１ヌル位置から第１オフ・ヌル位置（図４）に移動させるように構成及び配置され；第１弁部材の第１ヌル位置から第１オフ・ヌル位置への移動により第２弁部材を第１位置から第２位置（図５）に移動させ；第２弁部材の第２位置への移動により伝達リンクに第１弁部材を第１オフ・ヌル位置からヌル位置（図５）に戻るように移動させる、サーボ弁（１５）が提供される。

伝達リンクは、第１接続部（７０）で第１弁部材と係合する第１端部分（５８）を備えてよく、伝達リンクは、第２接続部（７２）で第２弁部材と係合する第２端部分（５９）を備えてよく、偏心ドライブ部材と伝達リンクは第３接続部（７１）で結合される。伝達リンクと偏心ドライブ部材は、第３接続部で回転可能に結合されてよい。伝達リンクは、第２接続部を中心とした選択的回転に伴って第１弁部材を第１ヌル位置から第１オフ・ヌル位置に移動させるように構成及び配置されてよい。伝達リンクは、第３接続部を中心とした選択的回転に伴って第１弁部材を第１オフ・ヌル位置からヌル位置に戻るように移動させるように構成及び配置されてよい。伝達リンクは、第１偏心軸を中心とした選択的回転に伴って第１弁部材を第１オフ・ヌル位置からヌル位置に戻るように移動させるように構成及び配置されてよい。第１偏心軸（３６）は、第３接続部（７１）と位置合わせされてよい。第１段弁は、第２ポート（２６）を備えてよく、第２段弁の第２チャンバは、第１サブチャンバ（６５ａ）及び第２サブチャンバ（６５ｂ）を備えてよく、ポートは、第１サブチャンバに流動接続されてよく、第２ポートは、第２サブチャンバに流動接続されてよく、第２弁部材は、第１サブチャンバと第２サブチャンバとの油圧差の関数として第２弁軸に沿って第１位置から第２位置に移動されるように適合されてよい。付勢機構は、ねじりばね（４６）を備えてよい。ロータは本質的に磁石からなってよい。ステータは、円形リング状コア（４３）と、コアの周りに相対して配向されるコアを中心とした巻線（４４、４５）を備えてよい。第１チャンバ及び第２チャンバは、それぞれシリンダを備えてよく、第１段弁部材及び第２段弁部材は、それぞれ弁スプールを備えてよい。第１段弁部材は、実質的に平行な壁（６０）によって境界を定められるスロット（７５）を備えてよく、伝達リンクは、スロット壁と係合する丸みのある端縁部（５８）を備えてよい。第２弁部材は、実質的に平行な壁（６１）によって境界を定められるスロット（７６）を備えてよく、伝達リンクは、スロット壁と係合する第２の丸みのある端縁部（５９）を備えてよい。サーボ弁は、ドライブ部材と伝達リンクとの間で作用する少なくとも１つの軸受（５６）を備えてよい。

第１段弁がシリンダに対して中央位置又はヌル位置にあり、第２段弁が第２段弁を通る流れを防ぐ第１位置にある、改善された二段電気油圧弁の一実施形態の概略図である。 図１に示されたモータの拡大概略図である。 図１に示された弁の垂直断面図である。 ロータが図１に示された位置から時計回り方向に約１０°回転されており、このような運動がドライブ部材及び伝達リンクを通じて第１段弁スプールのオフ・ヌルへの随伴運動をもたらす、図１に示された弁の概略図である。 第２段弁が所望の第２位置に移動されており、このような移動が伝達リンクを通じて第１段弁スプールの図１に示されたヌル位置に戻る随伴運動をもたらす、図１に示された弁の概略図である。

最初に、この詳細な説明がその一部をなす記載の本明細書の全体によって同じ要素、部分、又は表面がさらに説明又は解説されるので、いくつかの図面の全体を通して一貫して同様の参照番号が同じ構造要素、部分、又は表面を識別することを意図されることがはっきりと理解されるべきである。他に指定のない限り、図面は、本明細書と共に読まれることを意図され（例えば、クロスハッチング、部品の配置、割合、度合いなど）、本発明の記載の説明全体の一部と考えられるべきである。以下の説明で用いられる場合の「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」及び「下」という用語、並びにその形容詞的語句の派生語及び副詞相当語句の派生語（例えば、「水平方向に」、「右方向に」、「上方に」など）は、単純に、特定の図面が読者に面する場合の例示される構造体の配向を指す。同様に、「内方に」及び「外方に」という用語は、一般に、必要に応じてその伸長軸か又は回転軸に対する表面の配向を指す。

ここで図面を参照すると、改善された二段電気油圧弁が提供され、その一実施形態が概して１５で示される。弁１５は、大まかには、モータ１６、付勢機構２０、ドライブ部材３５、伝達リンク３４、第１段弁２１、及び第２段弁２８を含むものとして示される。

この実施形態では、モータ１６は、単一の極及び位相並びに限られた角変位を有するロータリブラシレスＤＣトロイドモータである。図示されるように、モータ１６は、ステータ１８及びロータ１９を含む。図２に示されるように、この実施形態では、ステータ１８は、トロイドであり、周りにコイル４４及び４５が巻かれる円形リングに形状設定されたコア４３を有する。コイル４４は、コア４３の周りに半ばまで、６時の位置から１２時の位置へ、時計回りに巻かれ、次いで、折り返され、巻かれずに、６時の位置へ戻り、一方、コイル４５は、コア４３の周りに半ばまで、６時の位置から１２時の位置へ、反時計回りに巻かれ、次いで、折り返され、巻かれずに、６時の位置へ戻る。加えて、コイル４４及び４５は、コア４３の中心円軸１７に対して反対方向にコア４３の周りに巻かれる。コイル４４は一方向に巻かれ、回転及び磁場に応じて電流が電磁気力を一方向に生じることになる。コイル４４の端を折り返して、これをコア４３の周りに反対方向に巻かれるコイル４５へ接続することによって、両方のコイルからの和のトルクが提供されるが、インダクタンスはほとんど打ち消される。金属軟磁性コア４３の円周の半分にわたる経路と、反対端の周りに巻かれ、そこで始まり、次いで、戻ってくる、コア４３の円周の他の半分にわたる第２経路を有する、図示される配線により、電流及び電磁気力からのトルクの和が提供されるが、インダクタンスは打ち消される。さらに、ワイヤを図示されるように接合することによって、単一のコイルが提供される。しかしながら、冗長性を付与するために、ワイヤ４４及び４５は、２本撚りワイヤ又はツイストペアであってよい。コントローラ又はコンピュータからの電力が一方のワイヤにおいて失われる場合、又はワイヤのうちの一方が破断する場合に、他方のワイヤを、全く同じことをするのに利用可能である。電気的に、これにより、非常に速いデバイスがもたらされる。

トロイドを提供するべくコイル４４及び４５をリング状コア４３の周りに巻くことによって、ステータ歯付き設計と比べた場合のトルク密度はより低い。しかしながら、存在するコギング又はトルクリプルも著しくより低い。加えて、ワイヤ４４及び４５を軟磁性コア４３の周りに巻き、ワイヤを流れる電流の周波数又は速度に応じて電流を両方向に変化させることによって、速度の関数としての動きへの小さいダンパー又は抵抗、或いは速度の関数としての増加したトルク抵抗のように作用する渦電流損失が生じる。これに対処する典型的な方法は、ステータコア４３を積層から形成することである。複数の積層とそれらの間の絶縁材を有するコアを、このようなダンピング又は渦電流損失を減少させる又はなくすために用いることができる。しかしながら、この実施形態では、いくらかのダンピングが望ましい。２（ｔｗｏ ｈａｌｖｅｓ）、３（ｔｈｒｅｅ−ｔｈｉｒｄｓ）、４（ｆｏｕｒ−ｆｏｕｒｔｈｓ）又はそれ以上などの特定の数の積層を有するステータコア４３を設計することによって、安定した高性能の弁を提供するべくダンピング量を選択することができる。

この実施形態では、ロータ１９は、本質的に永久磁石からなる。したがって、磁石は、接地ばね４６及び出力シャフト５２以外の、ロータ全体を含む。磁石から出てくるパワーはより大きいものであり、磁石の形状により、製造の複雑化をもたらさずに磁石の円弧角をより大きくすることができる。

図示されるように、付勢機構２０はロータ１９に作用する。この実施形態では、付勢機構２０は、ロータ１９を所望のヌル位置又は接地位置に戻るように付勢するように設定されたねじりばね４６及びクランプ４８を備える。機構２０は、ロータ１９を付勢するためにばねのように作用するだけでなく、ロータ１９をステータ１８に対して定位置に支持又は保持するようにも作用する。軸受上の軸１７を中心として回転するのではなく、ロータ１９は、ばね４６によって吊られ、曲げ歪み要素として作用する。これは、軸受及び摩擦要素のような部品を排除する。図示されるように、ばね４６は、ロータ１９の一部であり、ハウジング３８の上部４１のキャビティの頂部に延び、そこで接地される。ロータ１９の底部にある単一の宝石軸受４９は、横の動きを除去するために用いられる。ロータ１９及び付勢機構２０をゼロ又は地面に基準づける（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）ことでモータ１６並びに弁２１及び２８がハウジング３８に接地及び基準づけられるようにするために、第２段弁２８の出力流れに対するモータ１６のヌルを基準づけるために望まれる位置を得るべく、クランプ４８をハウジング３８に対して調整する又は回転させることができる。クランプ４８は、回転により調整することができ、したがって、ねじりばね４６が屈曲されない又は歪められない所望のモータヌル位置をもたらすべく、ロータ１９がステータ１８に対して回転により調整される。したがって、ロータ１９のヌル位置は、モータ１６に近づく必要なしにクランプ４８を所望の回転位置に再設定することによってユーザによって要望に応じて調整されてよい。ねじりばねが図示及び説明されるが、他の付勢機構が代替として用いられてよい。

図示されるように、ロータ１９の出力シャフト５２は、ハウジング３８に対してモータ軸１７を中心として回転する。この実施形態では、ドライブ部材３５は、中心軸３６を中心とした細長い偏心円筒形シャフトである。偏心ドライブシャフト３５は、モータ軸１７がドライブシャフト３５の中心縦軸３６から或る距離５１だけオフセットされるようにオフセットリンク５０によってロータ１９に回転可能に結合される。したがって、ロータ１９の出力シャフト５２は、偏心ドライブシャフト３５の縦軸３６がロータ１９の回転軸１７からずれて設定されるように偏心ドライブ３５にリンクされる。ロータ１９が軸１７を中心として回転するときに、該回転が偏心ドライブシャフト３５に伝達されて、シャフト３５の遠位端５４が円弧経路５３内で移動する。このような動きは、接続ジョイント７１で伝達リンク３４に伝達される。

伝達リンク３４は、弁２１のスプール２２と弁２８のスプール２９との間に概して横断する方向に延びる。図示されるように、伝達リンク３４は、接続ジョイント７０でスプール２２のスロット又はシート７５と係合する第１端５８と、接続ジョイント７２でスプール２９のスロット又はシート７６と係合する第２端５９と、接続ジョイント７１を形成するべく偏心ドライブシャフト３５の端ピン５４を受け入れるように寸法設定及び構成された端５８及び５９間の凹部又は開口部５５とを備える。図示されるように、端５８は、弁スプール２２のノッチ又はスロット７５のそれぞれ６０で示される２つの対向する平行な平坦な壁の間に受け入れられる丸みのあるボール状端部である。同様に、端５９は、弁スプール２９のノッチ又はスロット７６のそれぞれ６１で示される２つの対向する平行な平坦な壁の間に受け入れられる丸みのあるボール状端部である。この設計は、伝達リンク３４がスプール２２及び２８とロータ軸１７との間で可能な位置ずれを引き出すようなものである。伝達リンク３４の端５８及び５９は概して球形であり、リンク３４へ機械加工されるので、それらは、伝達リンク３４が角度をなしてスイープし、弁スプール２２及び２８を依然として駆動することを可能にするが、それらはまた、システムを位置ずれに関して動的に調整することも可能にし、これにより、拘束、過度の摩擦、及び妨害の可能性を低下させる。リンク３４は、スプール及びドライブシャフトが、部材のすべてが機械的に接続されるが拘束しないようなそれらの定められた位置を得ようとすることを可能にする。

偏心ドライブ３５の端ピン５４は、伝達リンク３４の穴５５内に嵌る。ドライブ３５のピン５４と伝達リンク３４の穴５５との間の環状イヤリング５６は、接続ジョイント７１でのいくらかの相対回転運動を可能にする。しかしながら、ドライブ３５のピン５４の円弧５３の運動が、伝達リンク３４を直線の様態に見えるように運動させ、これにより、第１スプール２２を軸２４に沿って移動させる。

図３に示されるように、弁１５は、概して３８で示される組み立てられた本体である。本体３８は、第１段弁２１及び第２段弁２８を収容する下部又はベース部３９と、モータ１６を収容する中間部又は中央部４０と、付勢機構２０を収容する上部又は頂部４１を含む。したがって、弁１５の内部本体３８は、それぞれ本体３８内にプレスされるブッシングへ機械加工されるチャンバ２３及び３０内に着座する２つのスプール２２及び２９である。

４つのポートが本体３８の中に入る。図１及び図３に示すように、弁１５のベース３９は、供給圧Ｐｓ、流体戻りＲ、及び２つの制御ポートＣ１、Ｃ２のそれぞれへの作動的接続部を有する。したがって、４つの流体接続部が存在するので、この弁は四方サーボ弁である。しかしながら、実施形態は四方弁に限定されず、要望に応じて三方弁又は一部の他の形態に容易に適合させることもできることがはっきりと理解されるべきである。制御ポートＣ１及びＣ２は、第２段弁２８の出力部である。供給ポートＰｓは、高圧の油、水、又は他の流体又はガスを引き込み、第２段弁２８の供給部又は圧力チャンバ６３ａ及び６３ｂ並びに第１段弁２１の圧力チャンバ６２ａ及び６２ｂの両方につながる。第１弁２１は、パイロット段であり、非常に小さいスロットを有するので、どのような汚染粒子も捕らえ及び取り込み、弁スプール２２を妨害するのを防ぐために、圧力チャンバ６２ａ及び６２ｂへの供給ライン内にフィルタ６４ａ及び６４ｂがそれぞれ設けられる。第１段弁２１のポート２５及び２６からの出力流れは、第２段弁２８のチャンバ３０のそれぞれの端チャンバ６５ａ及び６５ｂにつながる。

ベース３９は、それぞれ第１段弁２１及び第２段弁２８の弁部材２２及び２９のスライド移動を受け入れる及び適応するためにチャンバ２３及び３０を形成する２つの水平貫通孔を有する。この実施形態では、チャンバ２３及び３０は円筒形である。しかしながら、このような貫通孔は、非円形の断面を有して、チャンバが直角プリズムなどの非円筒形の形状又は他の類似の形状となるようにしてもよい。この実施形態では、弁部材２２及び２９は、円筒形の弁スプールである。しかしながら、弁スプールは、剪断プレートを形成する直角プリズムなどの代替的な形状を有してもよい。弁スプール２２が軸２４に沿って直線的に移動し、弁スプール２９が軸２４に平行な軸３１に沿って直線的に移動するように、弁チャンバ２３及び３０並びに弁スプール２２及び２９は、それぞれ軸２４及び３１を中心として細長い。両方の軸２４及び軸３１は、モータ軸１７及び偏心ドライブシャフト３５の縦軸３６を横断する。

ベース３９はまた、第１段スプール２２と第２段スプール２９との間で作用する伝達リンク３４の運動を受け入れる及び適応するためにチャンバ４２を形成する、チャンバ２３及び３０間に横方向に延びる水平貫通孔を含む。中間部４０は、ベース部３９に面し、且つ係合し、モータ１６を収容するように適合される。上部４１は、機構２０を保護するように取り囲み、且つ覆う、カバーの性質をもつ。

図１及び図３に示すように、弁スプール２２は、その長手方向の範囲に沿って通常の様態で複数のランド及び溝を備え、伝達リンク３４の端５８によってシリンダ２３内で図１に示された軸２４に沿ってヌル位置から要望に応じて左方向又は右方向のいずれかに選択的に且つ制御可能にシフトされるように適合される。このヌル位置において、弁スプール２２上のそれぞれのランドは、第２段弁２８のシリンダ３０のそれぞれチャンバ６５ａ及び６５ｂと連通するポート２５及び２６を覆う。図示されるように、図１のヌル構成において、シリンダチャンバ３０のポート２５を通る油圧供給Ｐｓ及び供給チャンバ６２ａ間の油圧流れは、ランド６８ｂによってブロックされる。同様に、シリンダチャンバ３０のポート２６を通る油圧供給Ｐｓ及び供給チャンバ６２ｂは、ランド６８ｃによってブロックされる。チャンバ６２ａ及び６２ｂ内の油圧流体は、それぞれスプールランド６８ｂ及び６８ｃによって流出を防がれる。したがって、スプール２２、次いでスプール２９は、圧力平衡に起因して移動を制約される。

図１及び図３に示すように、弁スプール２９は、その長手方向の範囲に沿って通常の様態で複数のランド及び溝を備え、端チャンバ６５ａ及び６５ｂ間の圧力差によってシリンダ３０内で図１に示された軸３１に沿った位置から要望に応じて左方向又は右方向のいずれかに選択的に且つ制御可能にシフトされるように適合される。この位置において、弁スプール２９上のそれぞれのランドは、弁を通る流れを防ぐためにそれぞれ制御開口部Ｃ１及びＣ２のポート３２及び３３を覆う。

コイル４４、４５は、軸１７を中心としてロータ１９を時計回り方向又は反時計回り方向のいずれかに回転させるのに適切な大きさ及び極性の電流を該コイルに供給することによって選択的に励磁されてよい。ロータの運動方向は、供給される電流の極性によって決まる。ロータの運動角の大きさは、供給される電流の大きさによって決まる。

図４では、ロータ１９は、軸１７を中心として図１に示された回転ヌル位置から時計回り方向におよそ１０°回転されている状態で示される。ロータ１９が図４に示されるように軸１７を中心として時計回りに回転するときに、このような回転が偏心ドライブシャフト３５のピン５４を円弧５３に沿って右に移動させる。この時点で、前述のようにその両端での平衡化された圧力に起因してスプール２９が移動を制約されるので、リンク３４のボール端５９とスプール２９のスプールノッチ壁６１との間の接続ジョイント７２は、一時的に固定された軸として作用する。これと前述の偏心オフセットにより、偏心ドライブシャフト３５のピン５４の円弧５３に沿った右への移動が、伝達リンク３４のボール端５８を右に移動させる。したがって、ボール端５８及び接続ジョイント７０が接続ジョイント７２に対して時計回りに回転する。これが起こる際に、ボール端５８は、弁スプール２２をシリンダ２３内で一軸方向に軸２４に沿って右に移動させる。図４に示されるように、弁スプール２２がオフ・ヌルに及び右に移動される際に、スプールランド６８ｂ及び６８ｃはそれぞれポート２５及び２６上にもはや位置合わせされず、これにより、流体がそれぞれポート２５及び２６へ及びそこから流れ、次に、チャンバ３０内のポート７３ａ及び７３ｂへ及びそこから第２段弁２８のそれぞれピストンチャンバ６５ａ及び６５ｂへ流れることが可能となる。このようなスプール２２の移動は、ポート２５を高い供給圧に曝し、ポート２６を低い戻り圧に曝す。このスプール２２の変位された状態は、流体が供給部から第２段弁２８のチャンバ６５ａへ流入し、第２段弁２８のチャンバ６５ｂを出て戻るように流れ、したがって、スプール２９の一方の端とスプール２９の他方の端との間に圧力差を生み出すことを可能にする。

これが起こるときに、第１段弁２１からの制御ポート２５及び２６が前述のように第２段弁２８のスプール２９の端と通じているので、スプール２９がシリンダ３０内で一軸方向に軸３１に沿って右に移動される。図５に示されるように、弁スプール２９が右に移動される際に、スプールランド６９ａ及び６９ｂはそれぞれポート３２及び３３上にもはや位置合わせされず、これにより、流体がそれぞれポート３２及び３３並びに制御Ｃ１及びＣ２へ及びそこから流れることが可能となる。このようなスプール２９の移動は、ポート３２を高い供給圧Ｐｓに曝し、ポート３３を低い戻り圧Ｒに曝す。

スプール２９の右への移動も伝達リンク３４を運動させる。特に、図５に示されるように、この時点で、ドライブシャフト３５の端ピン５４がモータ１６によって定位置に保持されるので、ピン５４とリンク３４の穴５５との間の接続ジョイント７１は、固定された軸として作用する。スプール２９の右への移動と共に、ボール端５９及び接続ジョイント７２が、接続ジョイント７１及び偏心軸３６を中心として反時計回りに運動して、伝達リンク３４を接続ジョイント７１及び偏心軸３６を中心として反時計回りに回転させる。軸３６を中心とした伝達リンク３４の反時計回りの回転が、伝達リンク３４のボール端５８及び接続ジョイント７０を接続ジョイント７１及び偏心軸３６を中心として反時計回りに且つ左に運動させる。ボール端５８の左への運動が、弁スプール２２をシリンダ２３内で、第１段弁２１がヌル位置に戻るまで、左に移動させる。図５に示されるように、弁スプール２２が左に移動される際に、スプールランド６８ｂ及び６８ｃがそれぞれポート２５及び２６の上に再び位置合わせされ、これにより、ポート２５から端チャンバ６５ａへ及びポート２６から第２段弁２８のチャンバ３０の端チャンバ６５ｂへの流体の流れが止まる。スプール２９は、ポート２５及び２６が閉じ、スプール２９の両端での平衡圧力が戻ると共に、移動を止める。したがって、スプール２９は、ロータ１９及び偏心ドライブピン５４の保持位置の動きを打ち消し、伝達リンク３４を、該伝達リンク３４が第１段弁２１の第１段スプール２２のヌルを再び確立するまで、軸３６を中心として回転させる。

供給される電流の極性が反転された場合、ロータ１７は軸１７を中心として反時計回りに回転することになり、このような回転が、偏心ドライブシャフト３６のピン５４を円弧５３に沿って左に運動させ、次に、伝達リンク３４のボール端５８を左に運動させ、これにより、スプール２２がシリンダ２３に対して反対方向に変位するようにスプール２２を軸２４に沿ってオフ・ヌルへ左に移動させる。接続ジョイント７０、７１、及び７２は、それらの軸がアクチュエータ本体３８に対して固定されないので、浮動する接続部と考えられる。軸１７は浮動しない。

ロータ１９は、ねじりばね４３上に吊られる慣性質量であることから、ロータ１９の周波数が、特に該周波数が弁１５の動作周波数の中央にある場合に、潜在的な問題である。これに対処するために、いくらかのダンピングがもたらされる。第１段弁２１と第２段弁２８との間の増幅により、ダンピングを有すること及び応答を遅らせることが容認可能である。このようなダンピングは２つの場所でもたらされる。前述のように、いくらかのダンピングが、コア４３を形成するラミネーションの数を制御することによってもたらされてよい。第２に、図１に示されるように、第１段スプール２２の動きの抑制を助けるために、Ｒと第１段チャンバ２３の端チャンバとの間の流体接続の端のところに、狭めるオリフィス７４ａ及び７４ｂが設けられる。ロータ１９が激しく共振し始めることになった場合、スプール２２とロータ１９が前述のようにドライブ部材３５及び伝達リンク３４を介して接続されるので、必然的に第１段スプール２２はこれと共に動き始めることになるであろう。これが起こり始める場合、オリフィス７４ａ及び７４ｂが第１段スプール２２の動きを妨げ始め、動的減衰器又はばねの様相を呈することになる。

弁１５が定格電流で所与の定格流量を有することになるように付勢機構２０が設けられる。ばね４６は、ロータ１９の適切な量の回転運動により、ばね４６がその同じ量だけ偏向し、モータ１６の定格電流及びトルク定数に等しい量の逆トルクを生じることになるように選択される。定格電流が３５ミリアンペアであり、ロータ１９上の１０度の回転が望まれる場合、ばね４６はそれに対応して選択される。したがって、所与の流量出力に関して、これを生じるために所与の電流入力が存在する。

弁スプール２９は、或る位置又はコマンドに達し、該位置に達したことを機械的に伝える。第２段スプール２９の位置は、伝達リンク３４を介して第１段スプール２２に従属し、伝達リンク３４の動きは、ばね４６及びモータ１６の電流又はトルク定数によりロータ１９の位置に従属する。ゆえに、所与の電流量に関して、モータ１６から出る或る量のトルクが偏心ピン５４に動きをもたらし、これは次に、第１段スプール２２の相対位置をもたらし、第２段スプール２９は、伝達リンク３４を介して第１段スプール２２に従属する。

弁１５はいくつかの利点をもたらす。第１に、モータ１６は極度に大きくする必要はない。第１段弁２１が第２段弁スプール２９を移動させるので、モータ１６は、第１段スプール２２を移動させるのに十分なパワーを有することだけを必要とする。第２に、第１段弁２１は、より小さい運動量を有するが、中央ランド６８ｂ及び６８ｃからスプール２９の端６５ａ及び６５ｂへの制御された流れを有することによって第２段弁２８の運動を増幅する。より大きい第２段スプール２９のスロットはかなりより広く、ゆえに、第１段スプール２２の非常に小さい運動で第２段スプール２９による極めて大きな運動が達成される。第３に、弁１５は、結果的に漏れ量が低減することになる。第４に、ロータは、対称で、バランスが取れている。スプール、モータ、及びロータの構成により、弁１５上に外力をかける振動又は衝撃又は何らかの運動による加速が弁１５を動かす可能性は低い。第５に、必要なのは所望の振幅に見合うのに十分なロータの運動が達成されるまでステータを時計回り又は反時計回りに運動させることであるため、ロータ１９が本体３８に取り付けられる様態は電流をヌルにするのを容易にする。第６に、ステータ１８は、弁要素を取り囲む油圧チャンバによって案内され、ゆえに、モータは不安定な位置にはなく、ヌルを変化させることになる運動の対象とならない。この設計では、モータステータは、１ないし２度回転する又はシフトされることも可能であり、制約されているためヌルは変化させないであろう。

好ましい実施形態では、ロータ１９は、ロータヌル位置からずれてモータ軸１７を中心としてプラス又はマイナス１０度だけ回転するように設計される。最も制限された角度のトルクモータは、プラス又はマイナス３０ないし３５度までいくことができ、依然として一次関数のトルク及び電流を有する。この実施形態がたったの１０度に制限される理由は、ばね４６の剛性を定めることである。ストロークがより小さければ、ばね４６がより剛性になり、これは第１段スプール２２の共振周波数の増加を意味する。最適な選択は、ロータの角振幅をできるだけ最小にするが、それでいてバックラッシがなくされるのに十分な大きにすることである。

説明された実施形態に種々のさらなる変化及び修正が加えられてよい。例えば、種々の部品の寸法、形状、及び構成は、付属の請求項に組み込まれる場合を除いて、重要とみなされない。そしてまた構造体の材料も重要とみなされない。前に示したように、弁スプールは、ベース上にスライド可能に直接設置されてよく、又はベース上に設けられた貫通孔の中に挿入されたブッシング内にスライド可能に設置されてよい。一実施形態では、丸みのあるヘッド部分が、互いから離れる方に付勢される２つの部分からなって、該丸みのあるヘッドが係合される弁スプールシートの壁との無摩擦の転がり接触を維持するように、ボール端５８及び５９のヘッドは分割される。ロータを本体に対して回転させるために、代替的なモータタイプが用いられてよい。

したがって、改善された二段電気油圧弁の現在好ましい形態が図示及び説明され、そのいくつかの修正が論じられているが、請求項によって定義され区別される場合の本発明の範囲から逸脱することなく種々のさらなる変化及び修正が加えられてよいことを当業者はすぐに理解するであろう。

Claims (14)

1. 二段サーボ弁（１５）であって、前記サーボ弁は、
   ステータ（１８）及びロータヌル位置を有するロータ（１９）を有し、前記ステータによって発生された磁場の影響の下でモータ軸（１７）を中心として回転するように構成及び配置されたモータ（１６）と、
   前記ロータを前記ロータヌル位置に付勢するように構成及び配置された付勢機構（２０、４６）と、
   第１チャンバ（２３）内に第１弁軸（２４）に沿って移動可能に設置された第１弁部材（２２）を有し、前記第１弁部材と前記第１チャンバとの間に画定された少なくとも１つの第１ポート（２５、２６）からの流体の流れを選択的に調節するべく前記第１弁軸に沿って第１ヌル位置から第１オフ・ヌル位置に移動されるように適合された第１段弁（２１）と、
   前記第１段弁の第１ポートと流体連通し、第２チャンバ（３０）内に第２弁軸（３１）に沿って移動可能に設置された第２弁部材（２９）を有し、前記第２弁部材と前記第２チャンバとの間の少なくとも１つのポート（３２、３３）からの流体の流れを選択的に調節するべく前記第１弁部材の移動の関数として前記第２弁軸に沿って第１位置から第２位置に移動されるように適合された第２段弁（２８）であって、前記第１段弁及び前記第２段弁は、前記第１弁部材が前記第１ヌル位置にあるときに、前記第２弁部材が圧力平衡にあって、移動しないように構成及び配置される、第２段弁と、
   前記第１弁部材と前記第２弁部材との間で作用する伝達リンク（３４）と、
   前記ロータと前記伝達リンクとの間で作用し、前記モータ軸から或る距離（５１）だけオフセットされる第１偏心軸（３６）を有し、前記モータ軸を中心とする前記ロータの選択的回転により前記伝達リンクが運動させられるように配置された偏心ドライブ部材（３５）と、
   を備え、
   前記伝達リンクは、第１接続部（７０）で前記第１弁部材と係合し、
   前記伝達リンクは、第２接続部（４２）で前記第２弁部材と係合し、
   前記偏心ドライブ部材及び前記伝達リンクは、前記第１接続部と前記第２接続部との間にある第３接続部（７１）で結合され、
   前記伝達リンク及び前記偏心ドライブ部材は、前記ロータの前記ロータヌル位置から第２ロータ位置への選択的運動により、前記偏心ドライブ部材及び前記伝達リンクに前記第１弁部材が前記第１ヌル位置から前記第１オフ・ヌル位置に移動させられるように構成及び配置され、
   前記第１弁部材の前記第１ヌル位置から前記第１オフ・ヌル位置への移動により、前記第２弁部材が前記第１位置から前記第２位置に移動させられ、
   前記第２弁部材の前記第２位置への移動により、前記伝達リンクが前記第１弁部材を前記第１オフ・ヌル位置から前記第１ヌル位置に戻るように移動させられる、サーボ弁。
2. 前記伝達リンク及び前記偏心ドライブ部材が前記第３接続部で回転可能に結合される、請求項１に記載のサーボ弁。
3. 前記伝達リンクが、前記第２接続部を中心とする選択的回転に伴って前記第１弁部材を前記第１ヌル位置から前記第１オフ・ヌル位置に移動させるように構成及び配置される、請求項１に記載のサーボ弁。
4. 前記伝達リンクが、前記第３接続部を中心とする選択的回転に伴って前記第１弁部材を前記第１オフ・ヌル位置から前記第１ヌル位置に戻るように移動させるように構成及び配置される、請求項１に記載のサーボ弁。
5. 前記伝達リンクが、前記第１偏心軸を中心とする選択的回転に伴って前記第１弁部材を前記第１オフ・ヌル位置から前記第１ヌル位置に戻るように移動させるように構成及び配置される、請求項１に記載のサーボ弁。
6. 前記第１偏心軸が前記第３接続部と位置合わせされる、請求項５に記載のサーボ弁。
7. 前記第１段弁が第２ポート（２６）を備え、
   前記第２段弁の第２チャンバが第１サブチャンバ（６５ａ）及び第２サブチャンバ（６５ｂ）を備え、
   前記第１ポートが前記第１サブチャンバに流動接続され、前記第２ポートが前記第２サブチャンバに流動接続され、
   前記第２弁部材が、前記第１サブチャンバと前記第２サブチャンバとの間の油圧差の関数として前記第２弁軸に沿って前記第１位置から前記第２位置に移動されるように適合される、
   請求項１に記載のサーボ弁。
8. 前記付勢機構がねじりばね（４６）を備える、請求項１に記載のサーボ弁。
9. 前記ロータが磁石からなる、請求項１に記載のサーボ弁。
10. 前記ステータが、円形リング状コア（４３）、及び、前記コアの周りで対向する方向に配向された前記コアを中心とする巻線（４４、４５）を備える、請求項１に記載のサーボ弁。
11. 前記第１チャンバ及び前記第２チャンバがシリンダをそれぞれ備え、前記第１弁部材及び前記第２弁部材が弁スプールをそれぞれ備える、請求項１に記載のサーボ弁。
12. 前記第１弁部材が平行な第１スロット壁（６０）によって境界を定められる第１スロット（７５）を備え、前記伝達リンクが前記第１スロット壁と係合する第１の丸みのある端縁部（５８）を備え、前記第２弁部材が平行な第２スロット壁（６１）によって境界を定められる第２スロット（７６）を備え、前記伝達リンクが前記第２スロット壁と係合する第２の丸みのある端縁部（５９）を備える、請求項１に記載のサーボ弁。
13. 前記偏心ドライブ部材と前記伝達リンクとの間で作用する少なくとも１つの軸受（５６）をさらに備える、請求項１に記載のサーボ弁。
14. 前記モータがトロイダルである、請求項１に記載のサーボ弁。

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