JPS62240401A - 制御装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は空気モータの作動を制御するための電気的な制
御装置に関するものである。作動室を介する作動流体の
流れは、比較器からの作動信号に応答する第１及び第２
ソレノイド弁によって制御される。比較器は空気モータ
のロータの実際の回転数又は速度を表わす作動入力を有
する。作動入力は作動スケジュールと比較され、この評
価から、作動入力信号を作動スケジュールに一致させる
に必要な出力トルクを発生させるように所望の作動流体
の流れを得るために作動信号が発せられる。

空気モータの作動を制御するために空気圧アクチュエー
タが開発されている。米国特許第４，４２０゜０１４号
には、モータに供給される作動流体を制御するために可
変基準信号を用いるようにした構成が開示されている。

調整装置はモータによって遂行された仕事量を表す入力
を有する。この入力が所定値に達すると、逃し弁が開き
、モータによつ楕 て作動される機態が過剰トルクを受けるのを防止するよ
うに供給圧力が変更されることとなる。この種の制御装
置は満足できるものであるが、その多数の構成部品が多
種の機械加工作業を必要とし、応答時間は近年のあらゆ
る使用要求を満足させる程速いものではない。

本発明の目的は、コンピュータ又はコントローラからの
指令で空気モータ駆動式アクチュエータを作動させる簡
単で安価な装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、空気モータの二位置駆動を設定す
るのに用いられる簡単な電子コントローラを提供するこ
とにある。

本発明においては、従来の調整装置の機械的構成部品は
、ロータの実際の回転数又は速度を関数発生器のスケジ
ュールと比較することにより発生する電気信号によって
周期的に付勢される一対のソレノイド弁に置換されてい
る。ソレノイド弁は第１及び第２ベロー装置によって形
成された制御室からの流体の流れを制御する。各制御室
は作動流体圧力源に連結されている。制御室が作動流体
圧力源に連通ずると、第１及び第２ベロー装置が伸長し
て、作動室に連通された分配管路内の第１及び第２出口
を閉じる。

作動信号に応答して、電子コントローラ又はコンピュー
タがパルス発生器に信号を送り、そしてパルス発生器が
ソレノイド弁の一方に電気入力信号を供給する。この電
気入力信号は選択されたソレノイド弁を付勢して、対応
する制御室内の作動流体を周囲環境に流出させる。作動
流体が制御室から胤出すると、ベロー装置が分配管路の
出口から離隔して、作動流体を供給室から分配管路を経
て作動室へ流入させてロータを回転させた後作動流体を
開いた出口を経て周囲環境へ流出させることができる。

ロータの多数回の回転がアクチュエータのストロークに
相当するような三位置型アクチュエータに適合する簡単
なコントローラの実施例において、第１カウンタがロー
タの回転数に応りがロータの移動量から実際速度信号を
発する。

加算装置が目標指示速度信号と実際速度信号とから誤差
信号を発する。誤差信号に応答する関数発生器は選択さ
れたソレノイド弁を付勢する電気入力信号を発する。ロ
ータがアクチュエータの全ストロークに相当する所定の
回転数に近づくと、目標指示速度信号は、関数発生器が
電気入力信号を停止し且つソレノイド弁が閉じて制御室
内に作動流体圧力を発生させベロー装置を移動させて出
口を閉じるように、零に接近する。その後、分配管路内
の流体圧力が一定となり、ロータ駆動トルクが終止する
。目標指示速度よりも速（ロータを回転させるように外
部負荷トルクが働く場合、関数発生器が適宜のソレノイ
ド弁に作用して抵抗圧力を作動室に必要なだけ供給する
。

空気モータ駆動式アクチュエータが、弁あるいは他の装
置の閉ループ位置決めを常時行って位置、流量又は圧力
のようなパラメータを調整するように作動される場合に
は、ソレノイド弁への必要な電気パルス叉は米国特許第
４．３８６．５５３号、に記載されているような制御作
動を利用して供給することができる。

本発明の利点は、空気モータを作動させるためにコント
ローラからの指令を受ける簡単且つ安価なソレノイド弁
を用いていることである。

本発明の他の利点は、ソレノイド弁装置によって制御口
のみが直接制御されることである。

本発明の更に他の利点は、本質的に漏洩を生じないポペ
ット型制御弁を用いていて、作動流体を保つと共に性能
を向上できることである。

本発明の更に他の利点は、一方の供給口が供給作動流体
に常に連通され、他方の供給口の流体圧力が負荷に打ち
勝つに必要なだけ減少されることである。この種の構造
は作動流体の圧縮作用を最小限にし、ソレノイド弁の作
動に対するロータの応答性を速くすることができる。

以下、本発明の実施例について添付図面を参照して詳細
に説明する。

第１図に示す制御装置１０は空気モータのノ＼ウジング
１６に連結される。入力信号に応じて、ロータ１８と２
０が出力軸２２を回転させるために時計方向あるいは反
時計方向のトルクを与える。

制御装置１０は流体圧力源に連通される供給室２４を含
む。この供給流体は通常エンジンから流出したコンプレ
ッサ排出流体であり、温度が５００℃となり且つ流体圧
力が０から６００ｐｓｔ（４２ｋｇ／ａｘりの間で変化
し得る。

供給室２４から延びた環状分配通路２６は第１及び第２
供給０２８と３０への作動流体のための連続流路を形成
し、供給口は作動室３８に連通ずる分配管路３４と３６
に流体を給送する。

第１分配管路３４は周囲環境に連通された出口４４を有
し、第２分配管路３６は周囲環境に連通された出口４６
を有する。

分配管路３４と３６は、その一方あるいは他方内で作動
流体を流通させて、ロータ１８と２Ｇを回転させるため
の動力を与えるように設計されている。分配管路内での
作動流体の流れは、いずれか一方のソレノイド弁５２又
は５４に供給される制御信号に応動する第１及び第２ベ
ロー装置４８と５０により制御される。

第１ベロー装置４８は環状ビード５６、可撓性部分６０
及び面材６２を有する。ビード５６が溝５８内に設置さ
れると、第１制御室６４が形成される。制御室６４は供
給管路６６によって供給室２４に連通される。供給管路
６６内に配設された絞りオリフィス６８は、開ロア０を
経て作動流体が制御室６４へ流れるレートを制御する。

供給管路６６は開ロア０と絞りオリフィス６８との間に
制御ロア２を設けている。ソレノイド弁５２は、制御ロ
ア２を囲繞する弁座７８に対してスプリング７６によっ
て係合せしめられるプランジャ７４を有する。

同様に、第２ベロー装置５０は環状ビード８０、可撓性
部分８２及び面材８４を有する。ビード８０が溝８６内
に設置されると、第２制御室８８が形成される。

制御室８８は供給管路９０によって供給室２４に連通さ
れる。供給管路９０内に配設された絞りオリフィス９２
は、開口９４を経て作動流体が制御室８８へ流れると開
口９４との間に制御口９６を設けている。ソレノイド弁
５４は、制御０９６を囲繞する弁座１０２に対しスプリ
ング、１０Ｑによって係合せしめられるプランジャ９８
を有する。

浮動円板弁１０４は、第１面材６２を貫通して延びる第
１軸ｌＯ６と、第２面材８４を貫通して延びる第２軸１
０８とを有する。第１及び第２軸１０６と１０８は夫々
、ボタン状端部１０７と１０９によって規制されてはい
るが、第１及び第２面材６ｚと８４に対して自由に移動
すへことができる。ロータ１８と２０に負荷がかかって
いない場合、分配管路３４と３６内の流体圧力は等しく
、浮動円板弁１０４は開口又は供給口２８と３０の環状
リップ間で心出しされる。ソレノイド弁５２と５４が消
勢状態に保たれている間は、制御装置の構成部品は実質
的に第１図に示す位置にある。

作動において、高圧流体が供給室２４に連通され、分配
管路３４と３６によって作動室３８に分配される。

第１及び第２ベロー装置４８と５０のを効面積は夫々出
口４４と４６の有効面積の約２倍である。供給管路６６
と９０内の絞りオリフィス６８と９２は高圧作動流体を
制御室６４と８８に流入させて、出口４４と４６を囲繞
する弁座に面材６２と８４を係合させるように可撓性部
分６０と８２を伸長させることができる。

時計方向あるいは反時計方向の所望の方向のトルクは、
どちらのソレノイド弁５２又は５４が付勢されるかによ
って得られる。ソレノイド弁５２と５４の作動及びこれ
に伴う作動室３８を介する作動流体の流れは流れの方向
を除き同一であるので、時計方向に関する作動について
のみ詳述する。

電気入力信号に応答してソレノイド弁５２が付勢される
と、プランジャ７４が弁座７８から離隔されて制御室ａ
４内の作動流体をＷ４囲環境へ流出させる。

制御室６４内の流体圧力が供給圧力の約半分以下に低下
すると、面材６２を横切る圧力差が可撓性部分６０を縮
退させて分配管路３４を周囲環境に開放する。

分配管路３４内の流体圧力が分配管路３６内の流体圧力
よりも低くなることにより、小さい圧力差が浮動円板弁
１０４を横切って生起される。この圧力差により円板弁
１０４が供給口２８を閉じると共に供給口３０を完全に
開く。

円板弁１０４が分配管路３４への供給流体圧力を遮断す
ることにより、分配管路３４と３６間の圧力差がに 急速に上昇して作動室３８内〜高ロータトルクを発生さ
せる。口３０と４４を介する増大した圧力降下が作動室
３８を横切る圧力差を減少させ且つロータトルクが外部
負荷と釣合うに十分となるまで、ロータは出力軸２２を
時計方向に加速する。ロータを逆転させる際に円板弁Ｉ
Ｑ４を即座に作動させるために、出口４４が周囲環境に
開放された時、ベロー装置の面材６２は軸１０６の端部
１０７に係合して円板弁１０４を供給口３０から図示の
中間位置へ引張ることができるようになっている。ベロ
ー装置４８と５０が制御室６４と８８内の作動流体によ
って加圧されると、面材６２と８４は出口４４と４６に
係合して分配管路３４と３６を密閉する。両出口４４と
４６が閉鎖又は密閉されると、浮動円板弁１０４は第１
及び第２分配管路３４と３６内の小さい圧力差に応じて
いずれかの供給口２８又は３０を閉じるように自由に動
くことができる。

従って、休止状態では出力軸２２はロックされることは
なく、ロータ１８と２０が一方のブランチ又は分配管路
内の流体圧力を押し出す一方、他方のブランチ又は分配
管路が作動流体圧力を受けることにより、外部負荷が出
力軸をゆっくり動かすことができる。ロータ１８と２０
が回転する速度は、クリアランス、供給流体圧力及び適
用される負荷による。

典型的には、ソレノイド弁５２と５４は対応するモータ
の動きを生じさせるように周期的なサンプリング間隔で
脈動する。この脈動は実質的に位置誤差に比例するので
、平均弁開度及び誤差修正速度も積分式比例制御装置に
於ける位置誤差に実質的に比例する。ロータ１８と２０
は典型的にはアクチュエータのストローク毎に多数回回
転するものである。減速歯車列及び又はねじ山が出力軸
２２の回転を所望の出力ストロークに変換するのに用い
られる。

抵抗負荷あるいはオーバーホール負荷が一方向に一定で
あると、円板弁１０４が一方の位置を保ち、ソレノイド
弁５２又は５４が誤差修正速度を制御する。

抵抗負荷では、円板弁１０４は制御しているソレノイド
弁とは反対の側へ圧力を排出してモータトルクを与える
。オーバーホール負荷では、供給圧力が同じ側に排出さ
れるので、モータはポンプとして作用してブレーキトル
クを与える。

米国特許第４，４４２，９２８号に開示されているよう
な空気モータ駆動式アクチュエータの多くは本質的に三
位置型である。このようなアクチュエータは通常、スト
ロークの終端において過大な衝撃荷重を生じさせる程の
高速度で停止部に係合することなく、一方の位置決め停
止部から他方の停止部へできる限り急速に移動すること
が要求されている。逆スラスト装置の場合、ブレーキ又
はクランプがストロークの終端において、アクチュエー
タを停止部に対して保持するのに通常用いられ、逆移動
が必要となるまで空気圧が供給停止される。

第３図はアクチュエータのための典型的な二位置作動特
性を示している。線１１Ｇと１１２はロータＩ８と２０
の通常の加速性能を示しく一方のソレノイド弁が連続的
に付勢されている）、水平線１１４とｌ１６はり１：キ
ｎ１　ｊ器Δ　血　１　ｈ　！士ｔζ　７１１　・ノ　
戸どｎ）実Δメ一→！４１　　　プローグの速度に対し
て設定され得る限界を示し、そして線１１８と１２０は
、所定数の回転が行なわれた後に低速プラトー１１９と
１２１で到達するように設定されたロータ１８と２０の
減速度を示している。

第２図は、（例えば逆スラスト装置のための）三位置型
アクチュエータが出力軸２２の出力側の受け部材である
場合におけるソレノイド弁５２と５４のための簡単なコ
ンピュータ又は電子コントローラ１２４を示している。

普通のモータ回転量ピックアップコイル１２６が出力軸
２２上の歯付ホイール１２８と協働して、モータ回転量
を表すパルスカウントＮを与える。関数発生器１３０が
、第３図に示されているように、パルス計数Ｎに応じた
所望のパルス繰返し数自Ｒ（ロータ速度）を指定する。

クロック１３２が周期的なサンプリング間隔のためのク
ロックパルスＣＬＳを発する。パルス計数Ｎのための他
のカウンタ１３４がりａツクパルスＣＬＳによって周期
的にリセットされる。サンプリング間隔毎に得られるパ
ルス計数は実際のロータ速度を表し、次のクロックパル
スＣＬＳによって書き換えられるまでメモリ１３６内に
記憶される。パルス計数の最新の値々が加算装置１３８
においてパルス繰返し数ＮＲと比較されて速度誤差信号
Ｅ・　を発する。他の関数発生器１４０が速度誤差信号
Ｅ・　に応じた所望のパルス幅を指定し、パルス発生器
１４２にパルス幅信号ＰＷＳを常時供給する。各クロッ
クパルスＣＬＳに関して、パルス発生器１４２がパルス
幅ＰＷＳ信号に対して決定された時間の電圧信号を出力
する。

出力パルスの極性が選択電圧切換によって制御され、ど
ちらのソレノイド弁５２又は５４を付勢し且つアクチュ
エータをどちらの方向に移動させるかを決定する。

逆スラスト装置の駆動に関し、最初電気がオフにされ、
供給管路又は供給室２４への空気圧が供給停止され、そ
してアクチュエータが停止部の一方に対して保持されて
いる。逆スラスト装置の駆動が（展開又は格納を）選択
されることにより、電力がコントローラー２４に供給さ
れ、コントローラが直ちにパルス計数Ｎをカウントし測
定し始める。

初期には大きい速度誤差信号ＥＮが存在していて（サン
プリング間隔に等しい）飽和したパルス幅信号ＰＷＳを
コールする。適宜のソレノイド弁５２又は５４が開き、
アクチュエータの速度Ｎが目標指定値Ｎ　に接近するま
で開状態を保つ。速度誤差信号Ｅ・が減少すると、ロー
タ速度を目標指定値に制限することが必要なためパルス
幅信号ＰＷＳが減少される。ロータ１８と２０は第３図
に設定されているスケジュールに応じて減速され、スト
ロークの終端において所望の低速度で停止部に係合する
。

その後、電力がオフにされ、作動流体の供給が遮断され
、そしてロータ出力軸が戻りストローク準備位置に保持
される。

アクチュエータが内部ストロークのみを制限する必要が
ある場合、停止部係合のための低速プラ）−１１９と１
２１（第３図参照）は短縮されあるいは省かれてよく、
一定の減速度が得られる。パルスカウンター２７は絶対
位置を指示することはないが、電力がオンにされてから
の正味移動量（方向とは無関係）を指示する。従って、
アクチュエータは負荷状態のもとて停止部に係合し保持
されなければならず、電力がオフにされると、パルスカ
ウンタ１２７は戻りストロークを直ちに行えるように常
にリセットされる。

このように、本発明はソレノイド弁５２と５４を用いて
空気モータを制御することができ、ソレノイド弁の駆動
はパルス発生器１４２から供給される入力によって制御
され、ソレノイド弁はロータ１８と２０に作用する作動
流体圧力によって発生される出力トルクを制御するので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による空気モータ用制御装置の断面図、
第２図は制御装置のソレノイド弁に作動信号を供給する
ための電気回路図、第３図は第２図の装置におけるロー
タの速度と回転量との特性図である。 １０・・制御装置、１６・・ハウジング、１８．２０・
・ロータ、２２・・出力軸、２４・・供給室、２８．３
０・・供給口、３４．３６・・分配管路、３８・・作動
室、４４、４６・・出口、４８．５０・・ベロー装置、
５２．５４−・ソレノイド弁、５６．８０・・ｆｆｉ＆
ビード−５８８６・・溝、６０．８２・・可撓性部分、
６２；　８４・・面材、６４．８８・・制御室、６６、
９０・・供給管路、７２゜９６・・制御口、１０４・・
浮動円板弁、１０６．１０８・・袖、１２４・・電子コ
ントローラ、１２６・・モータ回転量ピックアップコイ
ル、１２７・・パルスカウンタ、１２８・・歯付ホイー
ル、１３０．１４Ｇ・・関数発生器、１３２・・クロッ
ク、１３４・・カウンタ、１３６・・メモリ、１３８・
・加算装置、１４２・・パルス発（ほか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電気信号に応答して作動室に加圧流体を供給しロー
   タを介して出力トルクを発生させる制御装置において、 流体圧力源から作動流体を受け第１及び第２供給口を有
   する供給室と、上記第１及び第２供給口を上記作動室に
   連結し周囲環境に連通する第１及び第２出口を有する第
   １及び第２分配管路とを具えたハウジング、 上記ハウジングに連結されて上記供給室からの作動流体
   を受ける第１制御室を形成し、上記第１分配管路からの
   作動流体の流れを制御するように作動流体によって上記
   第１出口に向けて押圧される第１ベロー装置、 上記ハウジングに連結されて上記供給室からの作動流体
   を受ける第２制御室を形成し、上記第２分配管路からの
   作動流体の流れを制御するように作動流体によって上記
   第２出口に向けて押圧される第２ベロー装置、 上記第１及び第２供給口を介する上記第１及び第２分配
   管路への作動流体の流れを選択的に制御し、高圧側の分
   配管路へ作動流体の流れを導く弁装置、及び 電気信号に応答して、上記第１及び第２制御室を周囲環
   境に夫々連通するハウジングの第１及び第２制御口の一
   方あるいは他方を開いて作動流体を対応する制御室から
   流出させ、ベロー装置を対応する出口から離隔させる圧
   力差を発生させて作動流体を対応する分配管路から流出
   させ上記弁装置により供給流体を他の分配管路に導いて
   上記出力トルクを発生させる電子装置を包含し、上記電
   子装置は、上記電気信号の終止時、開いている第１また
   は第２制御口を閉じて作動流体の流体圧力により対応す
   るベロー装置を動かし出口を閉じて上記分配管路からの
   作動流体の流出を遮断し、分配管路全体を通る流体圧力
   が流体圧力源の作動流体の流体圧力に実質的に戻った時
   にロータの回転を実質的に停止することを特徴とする制
   御装置。 ２　上記第１ベロー装置によって上記第１出口を開いた
   時に弁装置が上記第２供給口を少なくとも約半分開くと
   共に、上記第２ベロー装置によって上記第２出口を開い
   た時に弁装置が上記第１供給口を少なくとも約半分開く
   ように、上記弁装置が上記第１及び第２ベロー装置に連
   結されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の制御装置。 ３　上記電子装置が、上記第１制御口と協働する第１ソ
   レノイド弁、及び上記第２制御口と協働する第２ソレノ
   イド弁を含み、上記第１及び第２ソレノイド弁が上記電
   気信号に応答し上記第１及び第２制御室から周囲環境へ
   の作動流体の流出を制御し、対応する第２及び第１供給
   口を介して作動流体を選択的に導きロータの回転方向を
   設定することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   制御装置。 ４　上記電子装置が、 上記ロータの回転に応じた目標指定速度信号を発する第
   １カウンタ、 上記ロータの回転に応じた実際速度信号を発する第２カ
   ウンタ、 目標指定速度信号と実際速度信号とに応じて誤差信号を
   発する感知装置、 上記誤差信号に応答してパルス幅信号を発する関数発生
   器、及び 上記パルス幅信号に応じて上記第１及び第２ソレノイド
   弁に上記電気信号を供給する発生装置 を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載の制御装置。 ５　上記弁装置が、上記第１供給口に隣接して上記ハウ
   ジングに係合し上記第２供給口を介して作動流体を導く
   第１面と、上記第２供給口に隣接して上記ハウジングに
   係合し上記第１供給口を介して作動流体を導く第２面と
   を有する中央に配置された円板部材、及び 上記円板部材を上記第１及び第２ベロー装置に連結し、
   上記第１及び第２出口を閉じる位置にある時に上記円板
   部材が上記第１及び第２ベロー装置とは独立して移動で
   きるようにするリンク装置 を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の制御装置。 ６　上記第１及び第２ベロー装置の各々が、上記ハウジ
   ングの溝内に配置されるビード、及び、可撓性部分によ
   って上記ビードに連結された面材を含み、上記可撓性部
   分が対応する出口の面積の約２倍の有効面積を有してい
   て、制御室内の流体圧力が作動流体の流体圧力の約半分
   である時に面材が出口を囲繞するハウジングに向かって
   移動しハウジングに係合することを特徴とする特許請求
   の範囲第５項記載の制御装置。 ７　上記第１及び第２ベロー装置が第１及び第２出口を
   囲繞するハウジングに着座している時上記円板部材が第
   １及び第２供給口間で自由に移動して、低圧側の分配管
   路に連結された上記第１又は第２供給口に着座し、上記
   ロータに加わる負荷トルクに応じてロータによりその周
   りの隙間を通して作動流体を押し出し回転トルクを低い
   値に制限することを特徴とする特許請求の範囲第６項記
   載の制御装置。