JPS60229662A

JPS60229662A - フオースモータ

Info

Publication number: JPS60229662A
Application number: JP60071847A
Authority: JP
Inventors: チヤールズ　テイ．リインズイ
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1984-04-04
Filing date: 1985-04-04
Publication date: 1985-11-15
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: DE3578479D1; EP0157631A2; JPH0755040B2; EP0157631B1; US4560967A; EP0157631A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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クに係る。

〔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、嵩ばりかつや一能
力に限界のある傾向があった。同様に、機械的制御装置
は寸度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があった。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＼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；し制御
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＼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ご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。

−例はカリフォルニア州、バロ　アトロにおけるＳＡＥ
　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　Ｇｕ
ｉｄａｎｃｅＳｙｓ　ｔｅｍの第４１回会議のため準備
されたＭ、Ｆ、ＭＲｒｘによる論文“＾ｐｐｌｉｃａｔ
ｉｏｎ　ａｎｄ　Ｕｓｅ　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クには数個の不利益
が残っζ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
体を年期破損し易くした。フォースモークについての他
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
るために比較的晶い閾値指令信号、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クの特
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通し、かつ該闇値、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設された磁性組
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クにおいて、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
ーブとされた骨組立体；及び該アーマチュア及び骸骨組
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
、核球は該アーマチュア及び該骨組立体にともに縦方向
に接触して該アーマチュアを該骨組立体内を案内するよ
うな球：及び円周−ヒに核球を維持する少なくとも１個
のリテーナであって、各法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骨組
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。

これらの球は核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随性組立体に固定しかつそれを通
って核球が突出しそして該アーマチュア及び該骨組立体
と接触する細長い孔を具備し′Ｃ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、フォースモーク（１０）は直接リンク装
ｆｔ（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ボートを具備した
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＃（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
てスリーブボートへの流体流を制御する。

フォースモーク（ｌＯ）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。

フォースモーク（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（３２）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（３
８）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、フォースモーク（１０）には、ケーシング（３
０）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。骨細立体（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。骨組立体（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）は骨組立体（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Ｎ（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
端と保合する。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（５
４）及び直接リンク装置（１４）の周りを通る流路によ
っ°ζ、弁（］２）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゛ｒｏ−リング（６２ｂ
　）が外方帯（４７ｃ　）と磁極片（４６）の間に設け
られる。０−リング（６２ａ　）と（６２ｂ　）は骨組
立体（４７）と磁極片（４４）及び（４６）の間のシー
ルを形成し、かつ骨組立体（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、ロフト（５０）はスペーサ（６４）
及び（６６）に結合され、これらスペーサはロフト（５
０）と協力して、“アーマチュア（４８）の機械的ｔ＝
ａ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”Ｃ維持される。第２図に明示する
ごとく、ばね（６８）及び（７０）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、この剃
（７８）と環状スペーサ（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
対向する血に隣接するスペー−ｖ（６４）及び（６６）
の面には環状フランジ（８０）及び（８２）の如き環状
組長を具備する。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。１！Ｉ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５．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ボす。

はっきり万えば、この実施例においては、フランジ（８
０）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）及び骨組立体（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（９
０）及び（９１）を有する環状溝（８６）及び（８８）
を具備する。球（８４）は基底表向（９０）及び（９１
）及び骨組立体（４７）と接触して、”アーマチュア（
４８）を骨組立体（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−ヒに規
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６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、リテーナの番孔の中にある球
（８４）がリテーナの側から突出しかつ骨組立体（４７
）及びアーマチュア（４８）の基底表面（９０）及び（
９１）と接触するようになっている。リテーナ（９２）
及び（９３）の幅は満（８６）及び（８８）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）の側壁の間を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
（８４）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（４８）に固定され′ζ層りそれに対
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（４８）が磁極片（４４）及び（４６
）の間を動くとき、球（８４）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、゛ｒ−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（４
８）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
ク（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。骨組立体（４７）の非磁性外方帯
（４７ｂ　）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（４
４）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（３４）により発生し、可変磁
場成分はコイル（３６）及び（３８）により発生ずる。

かくして、コイル（３６）及び（３８）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１（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）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＼γ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（３日）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）又は（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（６日）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（７２）は、その特定の数の欠除かばね（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
（６８）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（６４）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（４８）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（４８）が基準位置から弁（１
２）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（６
４）及び（６６）の位置を１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ク（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闇値摩擦及び低い機
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（５
１）を通って、アーマチュア（４８）の反対端、室（５
６）及びばね組立体（６２）と連通ずる。かくしてアー
マチュア（４８）と骨組立体（４７）の間には何隻動的
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−タにお
ける闇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（゛７−ルをつけた）輪廓とする。フランジ（８
０）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（８
２）の表面上を転勤することを許す。これはアーマチュ
ア（４８）の移動に際し、スペーサ　（６４）及び（６
６）及びばね（６８）及び（７０）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（６
４）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Ｌ７ながら、か〜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ボした。

球（８４）は第１図及び第４図示のごとくリテーナ（９
２）及び（９３）の中か、又は第６図示のリテーナ（９
４）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）を骨組立体（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
る自由軸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（４８）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クをボず直接駆動弁
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不す図、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
体の部分をボす図、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、アーマチュアを骨組立体内に支持
する球及びリテーナを丞ず図、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。（１０）はフォースモータ、（１２）は弁、（１４）は
リンク装置、（１９）はメータリングオリフィス、（２
０）は弁スライド、（２２）は溝、（２４）はランド、
（２６）は自動調心継手、（２８）は磁性ピン、（３０
）はケーシング、（３２）は磁性組立体、（３４）は永
久磁石、（３６）　、（３８）は電磁コイル、（４０）
（４２）はフレーム、（４４）　、（４６）は磁極片、
（４７）は骨組立体、（４８）はアーマチュア、（５０
）はロット、（５２）　、（５４）はリテーナ、（５８
）はスペーサ、（６０）はカバー、（６１）はハウジン
グ、（６２）はばね組立体、（６４）　、（６６）はス
ペーサ、（６８）　、（７０）ははね、（８０）　、（
８２）はフランジ、（８４）は球、（８６）　、（８８
）は溝、（９２）　。（９３）　、（９４）はリテーナである。図面の浄書（内容に変更なし） −ｆ−続ネｉｌｊ　ｉＥ書昭和６０年　５月２４［１特許庁長官　志　賀　学　殿圃１、事（ｌｌ′の表示昭和６０年　特　許　願　第　７１８４７号３、ネ＋ｌ
ｉ　ｉｔ−をする省１目〕１．！：の関係　特許出願人４、代理人

Claims

【特許請求の範囲】１、ケーシング（３０）　。該ケーシングの両端に配置された第１及び第２磁極片（
４４，４６）　；該ケーシング（３ｏ）内において該磁
極片（４４，４６）の間に位置する磁性組立体（３２）
であって、永久磁石（３イ）とＩ　（［又は２個以上の
電磁コイル（３６，３８）を含む磁性組立体；及び該磁
極片（４４，４６）の間を該磁性組立体（３２）への入
力信号に応答して運動自在ノアーマチュア（４８）　；
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（３２）の内部に同心
的にスリーブとされた骨組立体（４７）　；及び該アー
マチュア（４８）及び該骨組立体（４７）の間に円周に
おいて維持された複数個の球（８４）であっで、核球（
８４）は該アーマチュア（４８）及び随性組立体（４７
）にともに縦方向に接触して該アーマチュア（４８）を
該骨組立体（４７）内を案内するような球；及び円周上に核球（８４）を維持する少なくとも１個のリテ
ーナ（９２，９３，９４）であって、外球（８４）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ク。２、該リテーナ（９２，９３，９４）が該アーマチュア
（４８）の環状溝（８６，８８）内に位置する特許請求
の範囲第１項記載のフォースモータ。３、ｖＮリテーナ（９２，９３）が円形孔を具備しそし
て該アーマチュアの環状ｍ　（８６，８８）の側壁の間
を横方向に移動自在である特許請求の範囲第２項記載の
フォースモーク。４、該リテーナ（９４）が細長い孔を具備しそして該ア
ーマチュア（４８）の該環状溝の内部に固定された特許
請求の範囲第２項記載のフォースモーク。