JPS60234180A - 直接駆動弁・動力モ−タ組立体 - Google Patents

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】 本発明は一般的には直接駆動弁・動力モータ組立体に関
し、詳細には弁プランジャ又は゛これにより駆動される
他の機構の運動を選択的に制御するためにモータ出力を
弁に伝える新規な駆動リンク結合機構に関するものであ
る。

流体圧力が例えば１０００　ｐＳｉ　（約７０，８１ｋ
ｙ　／　ｃＪ　）　＠度以上にもなる航空機用制御作動
系の如き成る種の高圧流体比例サーボ制御系では、比較
的短い行程の直接駆動弁を使うのが有利であることが分
かった。しかしながら、前記弁を駆動するのに使う動力
モータの出力を前記弁に伝える方法はモータの寸法とエ
ネルギー条件及び弁運動をモータにより制御する精度に
著しく影響する。

本発明の一特徴によれば、直接可撓性撓み軸駆動がモー
タ出力軸と弁プランジャ間に行なわれる。

モータ出力が回転力であるとき、モータ出力軸は弁中心
軸線に対して９００をなす中心軸線の回りに回転し、か
つ比較的大きなモータの角度回転を比較的短い弁運動に
転換するための伝動装置を供する片寄り偏心体をもつ。

可撓性撓み軸は許容できないプランジャ横荷重とこれに
伴う摩擦を生じることなしに偏心ゼロの回りの昇降運動
に順応する。

モータ中心線と弁中心線が９０°をなす関係はモータ軸
端の遊び、衝撃、振動、モータ内の熱的寸法変化並びに
流体圧変動の悪影響（即ちゼロシフト）を除去すること
ができる。

本発明の他の特徴によれば、転り軸受連結部が片寄り偏
心体と撓み軸間に設けられて、比較的低摩擦の旋回点を
供して、不利なチップせん断荷重条件等の下で高能率の
リンク結合をもたらす。

本発明の更に他の特徴によれば、モータ軸に作用する駆
動撓み軸の横荷重が軽い荷重をモータ軸と軸受に及はし
て、軸受（重複する軸受を含む）のあらゆるバツクラツ
シ又は遊びを除去し、限界ゼロ区域におけるヒステリシ
スを減らすようになす。

本発明の更に他の特徴によれば、前記モータは単純な押
し又は引き動作によって駆動撓み軸に容易に連結したり
、その連結を外したりすることができ、そｎらの間には
如何なる種類のロック装置をも必要としない。

本発明の更に他の特徴によれば、駆動撓み軸のリンクの
余弦形状がモータの余弦トルク出力に合って、出力仕事
ポテンシャルの最大限の利用を可能にする。

本発明の更に他の特徴によれば、駆動撓み軸は好適には
ほぼ長方形の断面をもち、その薄い方の寸法は作用屈曲
面内にあってその面内で所要の可撓性を与えかつ対立す
る面内で剛性を与えて、軸受がモータ軸から抜けるのを
防止するようになしている。

本発明の更に他の特徴によれば、駆動撓み軸はその両端
の中間に拡大中央ダム部分をもち、駆動撓み軸が高荷重
の下でそれたときに前記ダム部分を周囲の壁部分に接触
させて柱側性を与えるようになしている。

以下、図に基づき本発明の詳細な説明する。

第１図を参照すれば、本発明による直接駆動弁・動力モ
ータ組立体は参照数字１１で示されており、動力モータ
８で直接駆動される弁部材２を含む。好適にはこのモー
タは非整流式二極固定コイル回転電磁石モータである。

図示の如く、このモータは好適には共通のケーシング構
造で支持した回転軸軸受によって両端近くで回転子ケー
シング６内に軸支された回転子軸５をもった回転子組立
体４を有する。固定子・ハウジング組立体９は回転子ケ
ーシングを取囲む。

押え部材ＩＯは例えば取付ボルト１２により回転子ケー
シングを弁ハウジング１１に締着するのに使用するが、
固定子ハウジング１３は例えばねじ山付スリーブ１５に
よって回転子ケーシングに着脱自在に取付ける。前記ス
リーブは押え部材上の外ねじ山付面１６とねじ山掛合し
ている。このように構成した場合、回転子ケーシング６
は弁ハウジング中の空洞１７内に延び入り、回転子ケー
シング内部を弁ハウジング内の流体圧力にさらす。

こうすることにより動的軸シールは必要とされず、モー
タ軸受用の潤滑流体を与えることを含む湿式モータの利
益が得られる。静的シール２０が回転子ケーシングを取
囲んで、固定子・ハウジング組立体９を乾いた状態に保
ち、回転子ケーシング６と回転子組立体４は妨害される
ことなしに固定子・ハウジング組立体の取替えが可能に
される。

モータ８が第１図に示す如き回転動力モータであるとき
、モータ出力軸２２は弁ハウジングｌｌ中の縦穴２８に
垂直に延び入る。前記穴２８内に入っている弁スリーブ
２４は例えば前記穴の外端に適当に保持した閉鎖部材２
５により動かないように保持される。弁スリーブ内には
軸線方向に可動の弁プランジャ３０がある。モータ出力
軸２２は駆動リンク結合機構８１により弁プランジャ８
０に駆動連結され、前記機構は両端で弁プランジャとモ
ータ出力軸に夫々連結した可撓性駆動軸、即ち駆動撓み
軸８２からなる。管状の弁プランジャ８０は軸線方向穴
８５をもち、これを通って前記駆動撓み軸が例えばねじ
山連結部８６によってモータ出力軸から遠い方の弁プラ
ンジャ端に連結するために延在する。前記撓み軸の有効
長さはそのねじ山付端で調節して、動力モータのゼロ位
置に対して弁プランジャの中立即ちゼロ位置を調節する
蒐 駆動撓み軸は、その他端をモータ出力軸に連結するため
に弁プランジャの外に延在する。モータ出力軸の外端は
撓み軸の前記他端の横穴４１を通って延在する偏心体４
０を具える。この偏心体はモータと弁間で中心線が約９
０°をなす関係で回転して、回転運動を直線運動に変え
る。モータの偏心体と弁プランジャ間の撓み軸の駆動は
、許容で（１１） ぎないプランジャの横荷重とこれに関連した摩擦を生じ
ることなしに、この偏心体の駆動運動に順応することが
できる。

転り軸受連結部４２を偏心体４０と駆動撓み軸３２間に
具えで、それらの間に低摩擦の旋回点を設け、不利なチ
ップせん断荷重条件等の下で高い効率のリンク結合を提
供することができる。

前記モータと弁間で中心線が９０°をなす関係は戻り圧
力の変動及びモータ軸端の遊び、衝撃、振動、モータ内
の熱的寸法変化等の悪影響（即ちゼロシフト）を除去す
る。更に、撓み軸がそれるにつれて、モータ軸に作用す
る撓み軸の横荷重は比較的小さい荷重をモータ軸２２と
回転子軸の軸受に及び転り軸受連結部４２に与えて、こ
れらの軸受のバツクラツシ又は遊びを除去し、限界ゼロ
区威におけるヒステリシスを減らす。またかかるモータ
と弁間で中心線が９０°をなす関係は、単に押し又は引
く動作だけでモータを駆動撓み軸に連結したり及び／又
はその連結を外したりすることがそれらの間に何らの鎖
錠装置を要することなしに、（１２） 容易にできるという利益を与える。

かかる駆動リンク結合機構８１のもう１つの利益はリン
ク結合の余弦形状（ｏｏｓｉｎａ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ　
）がモータの余弦トルク出力（ｍｏｔｏｒ　ｃｏｓｉｎ
ｅ　ｔｏｒｑｕｅｏｕｔｐｕｔ　）に合って、モータの
出力仕事ポテンシャルの利用を最大になし得ることであ
る。二極モータの固定子巻線は、供給したモータ電流と
回転角度間に実質的な余弦関係を与えて、かかる駆動リ
ンク結合機構が回転子軸の比較的大きな行程にわたって
実質的に一定の力の出力を生ずるように作用しようとす
る余弦量′数を補うためにトルク対回転特性を最大限に
利用せしめるように規定することができる。かかる最大
限利用はモータ出力軸回転の±６０°又はそれ以上まで
の最大有効仕事角度を得るのに使うことができる。涙り
ばね荷重及びチップせん断エネルギーの最大限利用はピ
ーク電力が最大回転行程で最大ばね荷重に等しいときに
行なわれる。

モータ偏心体４０の片寄りは直接の回転対回転運動に存
する最小の実際の片寄りの制限なしに、大きなモータ角
度回転を比較的短い弁運動に転換するのに必要な伝動装
置を提供する。またかがるリンク結合伝動装置はあらゆ
る不釣合い質量及び／又はモータへ反射して戻される流
動力の効果を減らし、モータ内の質量釣合いを容易にす
る。

第１図に示す弁のゼロ位置に弁プランジャ８゜があれば
、シリンダボートＣ□と０２へ行き来する流体の流れは
止められる。弱い荷重のはね４８を穴２８の内端と弁プ
ランジャの隣接端間に挿入してかかる弁のゼロ位置に弁
プランジャを偏倚させるようになす。

動力モータによる弁プランジャの制御された選択的移動
によって、弁プランジャをゼロ位置外へ移動させ、シリ
ンダボー）　Ｏｌ、　（１，のうちの１つを１つの共通
の中央の系供給圧力みぞ４５に連結し、そして他方のシ
リンダボートを系供給圧力みぞ４６の両側の系戻り圧力
みぞ４６．４７の一方又は他方に夫々連結させる。

動力モータ入力は制御追加系の電子装置等から受信した
命令信号によって制御されて、弁プランジャへの制御入
力として使用するようになすことができる。系の重複は
モータ内に複数の並列コイルを具えることを伴い、この
ためもし１つのコイル又はその関連した電子装置が故障
すれば、それに対応する片方のチャンネルが故障したチ
ャンネルの動力の効果を等しくすることによって制御を
維持する。どのチャンネルが故障したかを知る能力は故
障モニター電子装置が具備して、故障したチャンネルが
、検出されたとき、遮断されて不作動化されるようにな
すことができる。

駆動撓み軸８２は取付端部間に延在する縮小直径の可撓
性リンク部分５０をもつ。駆動撓み軸に必要な可撓性を
与え、作用屈曲面内で駆動撓み軸に加わる荷重を減らす
と同時に軸受が偏心体から抜けるのを防ぐためそれと対
立する面内において所望の剛性を与えるために、可撓性
リンク部分５０は望ましくは長方形横断面形状をもち、
その狭い方の寸法Ｘはモータ出力軸の軸線に平行な作用
屈曲面内にあり、広い方の寸法Ｙは第２．８図に示す如
く前記軸線と直角をなす対立する面内にある（　１５　
） ものとする。

駆動撓み軸８２を摺動自在に受入れるプランジャ穴８５
の内壁と作用屈曲面内の駆動撓み軸間のすき間の大きさ
は勿論モータ軸の回転の全範囲を通じて偏心体の駆動運
動を許すに十分でなければならない。しかし好適には拡
大した中央ダム部分５１を可撓性リンク部分５ｏの両端
の中間に設けて、駆動撓み軸が高荷重の下で第２図に仮
想線で示す如くダム部分を弁プランジャ穴内壁に接触せ
しめるのに十分に片寄ったときに、駆動撓み軸に柱側性
（ｃｏｌｕｍｍ　ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ　）を与えるよ
うになす。

駆動撓み軸は、前記の如く拡大中央ダム部分５１を形成
すべく棒を元のままに残す中央を除いて薄いセクション
Ｘを作るために、両側から材料を除去される丸い棒素材
から作ることができる。

図示の弁プランジャは回転動力モータにより駆動される
けれども、直線動力モータもまた回転動力モータの代り
に使用することができる。そのためには、駆動撓み軸は
直線動力モータの直線駆動（１６） 素子に連結するためのねじ山付軸線方向穴５２を動力モ
ータ連結端に具える。直線動力モータの場合、可撓性撓
み軸はそれ程大きな横荷重を弁プランジャに加えること
なく、駆動部材と弁プランジャ間の如何なる不正整列に
も順応できる。

摺動弁を図示しているが、この弁はボール形又はポペッ
ト形の、それ相応に作動する弁とすることができる。ま
た、駆動リンク結合機構８１は他の機構を駆動するため
にも使用することができる。

本発明の好適実施例につき説明したが、本発明は特許請
求の範囲内で種々に設計変更が可能であることは当業者
には明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はモータ出力軸と弁プランジャ間の本発明による
直接リンク結合駆動ｉ構の好適例を含む直接駆動弁−動
力モータ組立体の部分縦断面図：第２図はリンク結合駆
動機構を示す、第１図の線２−２上でとった弁部材の部
分縦断面図：第８図は第２図の線８−８上でとった駆動
リンク結合部の拡大横断面図である。 ２・・・弁部材　８・・・動力モータ ４・・・回転子組立体　５・・・回転子軸６・・・回転
子ケーシング ９・・・固定子・ハウジング組立体 １０・・・押え部材　１１・・・弁ハウジング１８・・
・固定子ハウジング　１フ・・・空洞２２・・・モータ
出力軸　２８・・・縦穴２４・・・弁スリーブ　８０・
・・弁プランジャ８１・・・駆動リンク結合機構４０・
・・モータ偏心体４８・・・ばね　５０・・・可撓性リ
ンク部分す特許用１ｆｆ人　ニューモ・コーポレーショ
ン（１９）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　直線状に可動の管状の弁プランジャをもつ弁部材と
   、前記弁プランジャの一端近くに動力モータ駆動装置を
   もつ動力モータと、前記動力モータ駆動装置と弁プラン
   ジャを作動的に相互連結するリンク手段とを具え、前記
   リンク手段は一端を前記動力モータ駆動装置と反対側の
   前記弁プランジャの他端に連結しており、かつ前記リン
   ク手段の他端を前記動力モータ駆動装置に連結するため
   に前記管状弁プランジャを貫通してその外へ延在してお
   り、更に前記リンク手段は前記管状弁プランジャの内壁
   から離間した可撓性リンク部分をもち、前記リンク部分
   はそれ程大きな横荷重を前記弁プランジャに加えること
   なしに、前記動力モータ駆動装置によって前記弁プラン
   ジャを駆動する間前記リンク手段の両端間の如何なる直
   線運動にも順応するように適用されることを特徴とする
   直接駆動弁・動力モータ組立体。 ａ　特許請求の範囲第１項記載の組立体において、前記
   動力モータは回転動力モータとし、前記動力モータ駆動
   装置は前記弁プランジャの軸線方向中心線に直角に延在
   し、更に前記動力モータ駆動装置は前記リンク手段の他
   端の横穴に延び入るその外端に偏心体をもち、前記リン
   ク手段の前記可撓性リンク部分は前記動力モータによっ
   て回転する間前記偏心体の昇降に順応し、前記偏心体の
   回転中の前記リンク手段の前記可撓性リンク部分の撓み
   によって小さな荷重を前記動力モータ駆動装置に加え、
   この荷重がバツクラツシを除去しかつ限界ゼロ区域にお
   けるヒステリシスを減らすことを特徴とする組立体。 ＆　特許請求の範囲第１項記載の組立体において、前記
   動力モータのゼロ位置に対して前記弁プランジャの中立
   即ちゼロ位置を調節するため前記リンク手段の有効長さ
   を調節する手段を具えたことを特徴とする組立体。 表　特許請求の範囲第１項記載の組立体において、前記
   動力モータは前記回転子ケーシングに軸支された回転子
   ナーシング・回転子組立体と、前記回転子ケーシングを
   取囲む固定子・ハウジング組立体を含み、前記動力モー
   タ駆動装置は前記回転子ケーシングの一端から外に軸線
   方向に延在し、前記弁部材は前記弁プランジャの前記一
   端近くに空洞をもつ弁ハウジングを含み、前記空洞の縦
   軸線は前記弁プランジャの縦軸に直角をなしＣおり、前
   記回転子ケーシングと前記動力モータ駆動装置は前記動
   力モータ駆動装置の軸線が前記弁プランジャの軸線に直
   角をなすようにし°Ｃ前記空洞に延び入っており、前記
   動力モータ駆動装置に前記リンク手段の他端に連結され
   る、その外端の偏心体をもち、前記弁ハウジングに前記
   回転子ケーシングを締着する手段をもつことを特徴とす
   る組立体。 翫　縦穴をもつ弁ハウジングと、弁ゼロ位置と１つ又は
   ２つ以上の作動位置間を前記縦穴内で軸線方向に可動の
   弁プランジャと、前記位置間で前記弁プランジャを動か
   す回転動力モータとを具え、前記動力モータは前記弁プ
   ランジャの一端近くの前記弁ハウジング中の空洞に延び
   入るモータ出力軸を有し、前記モータ出力軸の中心線は
   前記弁プランジャの中心線に直角をなしており、また前
   記モータ出力軸の外端の偏心体と、両端を前記弁プラン
   ジャと偏心体に夫々連結した可撓性撓み軸とを具え、前
   記撓み軸は断面がほぼ長方形をなし、その薄い方の寸法
   は前記モータ出力軸の縦軸に平行な前記撓み軸の作用屈
   曲面内にあり、それより厚い方の寸法はモータ出力軸の
   軸線に直角をなす対立する面内にあって、前記作用屈曲
   面内において前記撓み軸の所要の可撓性と減少した荷重
   を与えると同時に前記対立する面内において、前記撓み
   軸に剛性を与えて、前記撓み軸が前記モータ出力軸から
   抜けるのを防止するようになしたことを特徴とする弁部
   材。 ａ　直線状に可動の管状プランジャと、前記プランジャ
   の一端近くに動力モータ駆動装置をもつ動力モータと、
   前記動力モータ駆動装置と前記プランジャを作動的に相
   互連結するリンク手段とを具え、前記リンク手段は一端
   を前記動力モータ駆動装置と反対側の前記プランジャの
   他端に連結しており、かつその他端を前記動力モータ駆
   動装置に連結するため前記プランジャを貫通しかつその
   外へ延在しており、前記リンク手段は前記プランジャの
   内壁から離間した可撓性リンク部分をもち、前記リンク
   部分は前記プランジャにそれ程大きな横荷重を加えるこ
   となしに前記動力モータ、駆動装置により前記プランジ
   ャを動かす間前記リンク手段の両端間の如何なる直線運
   動にも順応するように適用されることを特徴とする直接
   駆動弁・動力モータ組立体。 ７、　特許請求の範囲第６項記載の組立体において、前
   記動力モータは回転動力モータとし、動力モータ駆動装
   置は前記プランジャの軸線方向中心線に直角に延在し、
   前記動力モータ駆動装置は前記リンク手段の他端の横穴
   に延び入るその外端に偏心体をもち、前記リンク手段の
   前記可撓性リンク部分は前記動力モータによって回転す
   る間前記偏心体の昇降に順応することを特徴とする組立
   体。 ＆　特許請求の範囲第７項記載の組立体において、不利
   な荷重条件の下で高能率のリンク結合をもたらすように
   比較的低摩擦の点を設けるために前記偏心体に前記リン
   ク手段の他端を取付ける軸受手段を具え、前記リンク手
   段は前記軸受手段のバツクラッシを除去する横荷重が前
   記軸受手段に加えられるようになしていることを特徴と
   する組立体。 ｉ　特許請求の範囲第８項記載の組立体において、前記
   リンク手段の前記可撓性リンク部分の厚さは前記動力モ
   ータ駆動装置の軸線に平行な作用屈曲面内において、前
   記軸線に直角をなす対立する面内における厚さよりも小
   さくなして、前記作用屈曲面内で可撓性と減少した荷重
   を寿え、前記対立する面内では剛性を与えて前記軸受手
   段が前記偏心体から抜けないようになすことを特徴とす
   る組立体。 １０　特許請求の範囲第９項記載の組立体において、前
   記可撓性リンク部分の両端の中間に拡大した中央ダム部
   分を具え、前記ダム部分がそれて前記管状弁プランジャ
   の前記穴の内壁と掛合したとき前記可撓性り／り部分に
   柱側性を与えるようになしたことを特徴とする組立体。