JPH0755040B2

JPH0755040B2 - フォースモータ

Info

Publication number: JPH0755040B2
Application number: JP60071847A
Authority: JP
Inventors: テイ．リインズイチヤールズ
Original assignee: パーカー―ハニフィンコーポレイション
Priority date: 1984-04-04
Filing date: 1985-04-04
Publication date: 1995-06-07
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: EP0157631B1; EP0157631A2; EP0157631A3; JPS60229662A; DE3578479D1; US4560967A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は油圧動力装置に使用されるフォースモータであ
って、永久磁石の界磁の強さをバイアスするために電磁
コイルを用いるフォースモータに係る。

〔従来の技術及び問題点〕

油圧動力装置の制御には長い開発の歴史がある。初期の
制御装置は主として機械的リンク装置であった。それら
の装置は信頼性は高いが重く、嵩ばりかつやゝ能力に限
界のある傾向があった。同様に、機械的制御装置は寸法
及び複雑さが大きくなるにつれその生産及び保守のコス
トが増大して来た。

機械的制御装置の代りとして、電気的制御装置が特に航
空及び関連分野においてますます一般的となって来た。
電気的制御装置は機械的制御装置より一般により小さ
く、より軽くかつより汎用的につくられた。しかしなが
ら、電気的制御装置は不利益であった。例えば、電気油
圧弁の静止漏洩は比較的大きかった。

従って、かゝる装置はより多くのパワーを要し、より多
くの熱を発生し、かつ一般によりコスト高であった。例
えば航空応用のごとき、制御装置の重複を要求される応
用のみが、これらのファクタを複雑な重複管理装置の中
の構成部品と組合せることにより解決することができ
た。

よって、先行技術においては、直接に油圧弁を制御した
機構が静止漏洩に関してより効果的でありかつ従って先
行技術において知られた油圧制御装置より有利であろう
と認識されていた。なお、直接駆動弁のかゝる使用は、
信頼性を増大しかつ油圧装置の嵩及び重量を減少した。
加えて、また直接駆動弁は該制御装置において単に限ら
れた故障モニタのみを必要としその結果重複管理におい
て相関的に改良となるであろうと認識されていた。

初期の直接駆動弁はフォースモータを利用し、その中で
電気的コイルを有する磁性組立体がアーマチュアの位置
制御に使用された。続いてこの電磁コイルは数個の小さ
い電磁コイルと一個の永久磁石との組合せにより交替さ
れた。これらの電磁コイルは永久磁石の磁界をバイアス
するために使用された。このことは磁性組立体に永久磁
石をもたない先行技術の磁性組立体よりより軽くかつよ
り低い電力要求をもった磁性組立体を提供することを発
見した。

従来は、直接駆動弁は、大いに改良された静止漏洩特性
として10％から１％の範囲を持つように開発された。一
例はカリフォルニア州、パロアトロにおけるSAE Aero
space Control and Guidance Systemの第41回会議のた
め準備されたM.F.Marxによる論文“Application and Us
e of Rare Earth Magnets"中に示されている。しかしな
がら、先行技術として知られたフォースモータには数個
の不利益が残っていた。例えばあるフォースモータは磁
性組立体の電磁コイルを油圧系の流体から隔離するため
の何等の機構も有しなかった。この油圧流体への曝露は
磁性組立体を早期破損し易くした。フォースモータにつ
いての他の恒久的問題は静止位置からアーマチュアを動
かし始めるために比較的高い閾値指令信号、並びに制御
電流に対するアーマチュア運動におけるヒステリシスに
対する要望を含んでいた。これらの諸問題はフォースモ
ータの特に感度及び安定度の性能特性に悪影響を与え
た。

よって直接駆動弁の使用に適し、かつ該閾値、ヒステリ
シス、先行技術において知られたフォースモータのその
他の不利益を打破するフォースモータに対する要望が存
在する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば次のフォースモータが提供される。即
ち、ケーシング；該ケーシングの両端に配置された第１及び第２磁極片；該ケーシングの内部で該磁極片の間に配置された磁性組
立体であって、永久磁石及び１個又は２個以上の電磁コ
イルを含む磁性組立体；及び該磁性組立体への入力信号
に応じて該磁極片間を移動自在のアーマチュア；を有するフォースモータにおいて、該フォースモータは該磁性組立体の内部に同心的にスリ
ーブとされた管組立体；及び該アーマチュア及び該管組
立体の間に円周において維持された複数個の球であっ
て、該球は該アーマチュア及び該管組立体にともに縦方
向に接触して該アーマチュアを該管組立体内を案内する
ような球；及び円周上に該球を維持する少なくとも１個のリテーナであ
って、各球に対応するそれぞれの孔を含むリテーナを有
することを特徴とするフォースモータ。

かくして、該アーマチュアは、該アーマチュアと該管組
立体の両方の表面と接触する複数個の球により該磁性組
立体の中に同心的に維持される。これらの球は該球とと
もに機械的リミットの間を移動し得る該リテーナにより
維持される。代って、該リテーナは該アーマチュア又は
該管組立体に固定しかつそれを通って該球が突出しそし
て該アーマチュア及び該管組立体と接触する細長い孔を
具備してもよい。

〔実施例〕

以下本発明を実施例につき図面を参照しながら詳細に説
明しよう。

図面において、フォースモータ（10）は直接リンク装置
（14）を介して弁（12）の位置を制御する。

弁（12）は油圧系へ連通する適当なポートを具備したマ
ニホールド（16）を含む。弁スリーブ（18）はメータリ
ングオリフィス（19）を含み、マニホールド（16）の内
部ボア内に嵌合される。弁スライド（20）は該スリーブ
（18）内に摺動自在に維持される。弁スライド（20）は
複数個のランド（24）及び溝（22）を具備し、メータリ
ングオリフィス（19）とともに、弁スライド（20）の位
置に従ってスリーブポートへの流体流を制御する。

フォースモータ（10）は自動調心継手（26）を含むリン
ク装置（14）を介して弁スライド（20）に連結される。
磁性ピン（28）が自動調心継手（26）に隣接して設けら
れ流体中の金属粒子を収集する。

フォースモータ（10）は磁性組立体（32）の周りに同心
的に配設したケーシング（30）を含む。磁性組立体（3
2）は永久磁石（34）及び電磁コイル（36）及び（38）
を含む。コイル（36）及び（38）は円周巻きでありかつ
環状フレーム（40）及び（42）の中に保持される。これ
らのコイルは、巻数は、部分的に、永久磁石（34）の強
さにより決定されて、直列又は並列に接続される。

同様に、フォースモータ（10）には、ケーシング（30）
及び磁性組立体（32）の両端にそれぞれ配置された磁極
片（44）及び（46）を含む。管組立体（47）は磁性組立
体（32）の内部で、磁極片（44）と（46）の間でスリー
ブとされる。管組立体（47）は同様に磁性中央帯（47）
を含み、この磁性帯（47a）はその両端において、軸方
向に一致した非磁性外方帯（47b）及び（47c）と係合す
る。アーマチュア（48）は管組立体（47）の内部で両磁
極片（44）及び（46）の間に磁性組立体（32）に隣接し
て配置される。アーマチュア（48）は磁極片（44）及び
（46）の間を移動自在である。

ロッド（50）はアーマチュア（48）を貫通して縦方向に
伸び、かつアーマチュア（48）の端面にリテーナ（52）
及び（54）により固定される。ロッド（50）はその一端
で直接リンク装置（14）の自動調心継手（26）に連結さ
れる。ロッド（50）の他端はアーマチュア（48）から室
（56）中へと伸び、この室はカバー（60）と環状スペー
サ（58）とにより限定される。カバー（60）はケーシン
グ（30）及び磁極片（44）及び（46）を支持するハウジ
ング（61）の一端と係合する。複数個の通路（51）は、
室（56）が該通路（51）を通り、かつリテーナ（52）及
び（54）及び直接リンク装置（14）の周りを通る流路に
よって、弁（12）と流体連通となるように、アーマチュ
アを縦方向に通って伸びる。

Ｏ−リング（62a）が外方帯（47b）と磁極片（44）の間
に設けられ、そしてＯ−リング（62b）が外方帯（47c）
と磁極片（46）の間に設けられる。Ｏ−リング（62a）
と（62b）は管組立体（47）と磁極片（44）及び（46）
の間のシールを形成し、かつ管組立体（47）と磁極片
（44）及び（46）と協力して磁性組立体（32）をアーマ
チュア（48）を取囲む油圧流体から隔離する。

室（56）の中で、ロッド（50）はスペーサ（64）及び
（66）に結合され、これらスペーサはロッド（50）と協
力して、アーマチュア（48）の機械的延長を形成し、こ
れはアーマチュアをばね組立体（62）に結合する。ばね
組立体（62）は片持梁式ばね（68）及び（70）を含み、
これらは環状スペーサ（76）により平行に離間して維持
される。第２図に明示するごとく、ばね（68）及び（7
0）はそれぞれ複数個の三角形状花弁（72）を具備し、
これらは内方端（74）の開口を取囲むように配列されて
いる。ばね組立体（62）はカバー（60）の肩（78）に対
して、この肩（78）の環状スペーサ（58）の間の押圧に
より片持梁式に固定される。このように使用されるの
で、ばね（68）及び（70）は外方周囲の付近で固定され
そして内方端（74）の付近で撓む「片持梁式」となって
いる。

第３図に明示するように、ばね（68）及び（70）の対向
する面に隣接するスペーサ（64）及び（66）の面には環
状フランジ（80）及び（82）の如き環状延長を具備す
る。環状フランジ（80）及び（82）はばね（68）及び
（70）のそれぞれの対向する面と内方端（74）に近い所
で接触する。環状フランジ（80）及び（82）の接触表面
は、環状フランジ（80）及び（82）とばね（68）及び
（70）との間の接触が略々線接触となるように輪廓を与
えられている。第３図においては、フランジ（80）及び
（82）の接触表面の断面図は、これらがそれぞれアール
をつけられて居て、フランジ（80）及び（82）とばね
（68）及び（70）の間の接触が略々円形、線接触である
ようになっていることを示す。はっきり云えば、この実
施例においては、フランジ（80）及び（82）の接触表面
は連続した半径の所に位置している。

第４図、第５図示のごとく、複数個の球（84）は、アー
マチュアを磁性組立体（32）及び管組立体（47）の中に
同心的に、縦方向に移動自在に支持する。この実施例に
おいては、アーマチュア（48）は基底表面（90）及び
（91）を有する環状溝（86）及び（88）を具備する。球
（84）は基底表面（90）及び（91）及び管組立体（47）
と接触して、アーマチュア（48）を管組立体（77）内で
一定の半径方向位置に維持し、もってアーマチュアが磁
性組立体（32）の縦中心軸線と実質的に一致するごとく
する。

球（84）はそれぞれリテーナ（92）及び（93）によって
環状溝（84）及び（88）の中で円周上に規則正しく離間
した状態で維持される。リテーナ（92）及び（93）は、
それぞれ各球に対応する複数個の規則正しく離間した孔
を具備する。リテーナ（92）及び（93）の半径方向厚さ
は、リテーナの各孔の中にある球（84）がリテーナの側
から突出しかつ管組立体（47）及びアーマチュア（48）
の基底表面（90）及（91）と接触するようになってい
る。リテーナ（92）及び（93）の幅は溝（86）及び（8
8）の幅より狭い。さらに、リテーナ（92）及び（93）
の幅は、アーマチュア（48）のストロークに対して、ア
ーマチュア（48）が磁極片（44）及び（46）の間を動く
とき、リテーナ（92）及び（93）が環状溝（86）及び
（88）の側壁の間の自由に動き得るように寸度を与えら
れる。

第６図は球（84）用リテーナの別の実施例を示す。この
実施例においては、リテーナ（94）はそれぞれの球（8
4）に対応して細長い孔を具備する。第５図のリテーナ
（92）とは反対に、リテーナ（94）はアーマチュア（4
8）に固定されて居りそれに対して自由に運動はしな
い。その代り、細長い孔の長軸は一般にアーマチュア
（48）の縦方向運動の方向と一致し、アーマチュア（4
8）が磁極片（44）及び（46）の間を動くとき、球（8
4）はこの細長い孔の中を往き来する。リテーナ（94）
の幅及び長軸に沿う細長い孔の寸度は、アーマチュア
（48）のストロークに関連して寸度が与えられる。かく
して、アーマチュア（48）が磁極片（44）及び（46）の
間を運動するとき、球（84）は該細長い孔に沿って自由
に運動する。

この好適なる実施例の作用を説明するに、アーマチュア
（48）は直接リンク装置（14）により弁スライド（20）
に連結される。かくして、アーマチュア（48）の運動の
結果、弁（12）を通る流体流を決定する対応する運動が
弁スライド（20）に生ずる。フォースモータ（10）は磁
性組立体（32）のアーマチュア（48）に及ぼす磁性力
を、ばね組立体（62）のばねの抗力に対してバランスさ
せることによりアーマチュア（48）の位置を制御する。

磁性組立体（32）は永久磁場成分と可変磁場成分をもっ
た磁場を提供する。管組立体（47）の非磁性外方帯（47
b）及び（47c）は中央帯（47a）と協力して磁場をアー
マチュア（48）の端と磁極片（44）及び（46）を通って
導く。磁性組立体（32）の永久磁場成分は永久磁石（3
4）により発生し、可変磁場成分はコイル（36）及び（3
8）により発生する。かくして、コイル（36）及び（3
8）への電流は磁性組立体（32）の磁場をバイアスする
ように制御される。

ばね組立体（62）のばね力は、永久磁石（34）のみの永
久磁場成分より生ずるアーマチュア（48）及び磁極片
（44）及び（46）の間の磁力より大きい。かくして、磁
性組立体（32）のコイル（36）及び（38）へ入力電流が
ないときは、ばね組立体（62）はアーマチュア（48）を
第１図示の基準位置に維持する。しかしながら、入力が
コイル（36）及び（38）に供給されるときは、磁性組立
体（32）の磁場は、アーマチュア（48）と磁極片（44）
及び（46）の間の力が、基準位置におけるばね組立体
（62）の力を越えるようにバイアスされる。アーマチュ
ア（48）は次にコイル（36）及び（38）を流れる電流の
大きさ及び方向により決定される。磁場バイアスに従っ
て磁極片（44）及び（46）の方へ移動する。

アーマチュア（48）が基準位置から移動するとき、ばね
組立体（62）のばね力はばね（68）及び（70）の機械的
変位にほぼ比例して増大し、遂に平衡位置に達し、そこ
でアーマチュア（48）と磁極片（44）及び（46）の間の
力が、ばね力とバランスする。かくして、アーマチュア
（48）の位置は、磁性組立体（32）への入力電流によっ
て決定される。

第２図に明示するごとく、ばね組立体（62）に重複性を
与えるために、片持梁式ばね（68）及び（70）はそれぞ
れ複数個の三角形状花弁（72）を含む。これら花弁（7
2）は、その特定の数の欠除がばね（68）及び（70）の
変位に対しばね組立体（62）のばね力に本質的な影響を
及ぼさないように、角度的寸度とされている。

ばね（68）及び（70）の花弁構造を考慮して、ばね（6
8）及び（70）が要求される厚さを制限しかつばね組立
体（62）の感度を増大するために、２枚のばねは補完的
配列として使用する。アーマチュア（48）の運動に応じ
て、ばね（68）及び（70）は、それぞれのスペーサ（6
4）又は（66）に抗して単に一方向にのみそれぞれ負荷
されるだけである。明確に述べれば、アーマチュア（4
8）が基準位置から、弁（12）から遠ざかる方向に移動
するときは、ばね（70）はスペーサ（66）に対して作用
してこの運動に対抗し、そしてばね（68）は、スペーサ
（64）との接触から離れる。反対に、アーマチュア（4
8）が基準位置から弁（12）の方へ移動するときは、ば
ね（70）はスペーサ（66）から離れるが、ばね（68）は
スペーサ（64）に作用してこのアーマチュアの運動に対
抗する。

２個のばね（68）及び（70）を補完方式で使用すること
は、これらのばねをスペーサ（64）及び（66）に対して
予負荷の状態となし得、もってアーマチュア（48）の基
準位置を、ロッド（50）上にスペーサ（64）及び（66）
の位置を調整することにより精密に定めることができ
る。かくして、アーマチュア（48）とばね組立体（62）
の間の機械的延長（結合）は、ばね組立体（62）内その
他フォースモータ（10）のあらゆる場所における変動を
トレランス内に補償する調整を与える。

本発明に係るフォースモータは低い閾値摩擦及び低い機
械的ヒステリシスを持ち得る。リンク装置（14）に近い
アーマチュア（48）の端部にある流体は、通路（51）を
通って、アーマチュア（48）の反対端、室（56）及びば
ね組立体（62）と連通する。かくしてアーマチュア（4
8）と管組立体（47）の間には何等動的シールを必要と
しないから、アーマチュアへのいかなる動的流体シール
による摩擦の影響も除去することができる。

第３図の断面図に明示するごとく、フォースモータにお
ける閾値摩擦を更に制限するために、スペーサ（64）及
び（66）のフランジ（80）及び（82）は連続的半径の
（アールをつけた）輪廓とする。フランジ（80）及び
（82）の輪廓は、ばね（68）及び（70）が実質的に線接
触をしながらフランジ（80）及び（82）の表面上を転動
することを許す。これはアーマチュア（48）の移動に際
し、スペーサ（64）及び（66）及びばね（68）及び（7
0）の間の摺動に基づく大きい摩擦力を制限し、その結
果アーマチュア（48）のよりリニヤな一様な運動とな
る。仮りにスペーサ（64）及び（66）が非連続的半径断
面をもつように輪廓をつくられたとすれば、それはスペ
ーサ（64）及び（66）とばね（68）と（70）の間の摺動
をさらに制限するであろう。しかしながら、かゝる非連
続半径をもったフランジを生産する費用と困難のため
に、本実施例のごとく連続的半径を開示した。

球（84）は第１図及び第４図示のごとくリテーナ（92）
及び（93）の中か、又は第６図示のリテーナ（94）の中
に円周上に維持した。かくして、球（84）は、アーマチ
ュア（48）の管組立体（47）の内部に同心的に、そして
磁性組立体（32）の内部に同心的に維持する。球（84）
は、管状組立体（47）及びアーマチュア（48）にともに
接触して、アーマチュアに対する自由転がり案内として
作用する。かくして、球（84）はまたアーマチュア（4
8）に働く摩擦の影響を制限するように作用し、かつ入
力電流に対応してフォースモータのよりリニヤな運動及
びより大きい感度を与える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るフォースモータを示す直接駆動弁
の断面図、第２図は第１図の直接駆動弁の２−２線に沿
った断面図であって片持梁式ばねを示す図、第３図は第
１図の直接駆動弁の拡大部分断面図であって、ばね組立
体の部分を示す図、第４図は第１図の直接駆動弁の拡大
部分断面図であって、アーマチュアを管組立体内に支持
する球及びリテーナを示す図、第５図は第１図及び第４
図示の球及びリテーナ組立体のリテーナの斜視図、そし
て第６図は第５図示のリテーナの別の実施例の斜視図で
ある。（30）……ケーシング、（32）……磁性組立体、（34）
……永久磁石、（36,38）……電磁コイル、（44,46）…
…磁極片、（47）……管組立体、（48）……アーマチュ
ア、（62）……ばね組立体、（68,70）……片持梁式ば
ね、（84）……球、（86,88）……環状溝、（92,93,9
4）……リテーナ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−89059（ＪＰ，Ａ) 実開昭48−83356（ＪＰ，Ｕ) 実公昭58−28464（ＪＰ，Ｙ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーシング（30）と、該ケーシング（30）の両端に配置された第１及び第２磁
極片（44,46）と、該ケーシング（30）内において上記磁極片（44,46）の
間に位置し、永久磁石（34）と１個以上の電磁コイル
（36,38）を含む磁性組立体（32）と、該磁性組立体（32）への入力信号に応答して上記磁極片
（44,46）の間を自在に運動するアーマチュア（48）
と、該アーマチュア（48）に連結された少なくとも１個の片
持梁式ばね（68,70）を有するばね組立体（62）であっ
て、上記アーマチュア（48）の基準位置から運動に抵抗
し、該アーマチュア（48）が基準位置から外れるときの
該抵抗力が、上記電磁コイル（36,38）に入力電流がな
いときの上記磁性組立体（32）の永久磁石（34）の力よ
りも大きいばね組立体（62）と、上記磁性組立体（32）の内部に同心的スリーブとして構
成された管組立体（47）と、上記アーマチュア（48）と上記管組立体（47）の間の円
周上に保持され、該アーマチュア（48）と該管組立体
（47）の両方に接触し、該アーマチュア（48）を該管組
立体（47）内で長手方向に運動させるように案内する複
数の球（84）と、これらの球（84）を円周上に保持し、各球（84）に対応
するそれぞれの孔を含む少なくとも１個のリテーナ（9
2,93,94）とを具えたフォースモータ。
【請求項２】上記リテーナ（92,93,94）は上記アーマチ
ュア（48）の環状溝（86,88）内に位置する特許請求の
範囲１項記載のフォースモータ。
【請求項３】上記リテーナ（92）は、円形孔を有し、上
記アーマチュアの環状溝（86,88）の側壁の間を横方向
に移動可能である特許請求の範囲２項記載のフォースモ
ータ。
【請求項４】上記リテーナ（94）は、細長い孔を有し、
上記アーマチュアの環状溝の内部に固定された特許請求
の範囲２項記載のフォースモータ。