JPS62256417A - 直流磁石用装置 - 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 本発明は励磁巻線、可動子および可動子対向部材を有し
、作動領域での力−特性カーブが電子式制御回路により
例えば近似的に水平に形成されている直流磁石用装置に
関する。

従来の技術 例えば弁の、駆動に用いられる直流電磁石が公知である
。その場合には、この磁石の可動子は、例えばばねに抗
して作動し、さらに磁石の力−特性カーブは励磁電流を
介して弁が調整できるように、可動子のしたがって弁の
所定の変位量が所定の励磁電流に相応するように構成さ
れている。そのさい重要な・つは、可動子の両方の終端
位置に相応する、２つの弁位置が制御可能なことだけで
はない。その上さらにすべての中間位置が制御可能とす
べきことである。

例えば円錐台状の可動子を有する直流電磁石は、通常は
放物線状の力−特性カーブを有する。即ち変位の開始時
には非常に小さい力のみ形成され、この力が変位の終わ
りごろに急激に増大する。このような力−特性カーブを
有する磁石は、弁を種々の中間位置に制御するには適さ
ない。

それゆえ、可動子および／または可動子対向部材を特別
に形成することにより、力−特性カーブが作動領域でほ
とんど水平かまたは下降するよ５に形成されるように、
急勾配で上昇する力−特性カーブを変更することが既に
提案されている（例えばドイツ連邦共和国特許第９７６
　７０４号公報を参照のこと）。

このことは例えば可動子対向部材の外側を円錐形として
形成することにより達成される。その場合には磁力線は
、可動子が変位量の一部を経過した後は、部分的に可動
子移動に対して直角な経過を形成する。その結果、変位
力はもはやそれ以上増加するのではなく、場合によって
は更て小さくなる。

比例磁石と称されるこのような電磁石は、通常の形式の
ばね特性カーブと共働する場合に、所定の可動子位置が
所定の励磁電流に配属されるようになる。

しかし可動子または可動子対向部材を相応に構成するこ
とにより特性カーブを変化することでは満足のゆく結果
が得られない。つまりこの変化は、変位力が実質的に磁
石の作動領域で低減されることに基づくからである。

更にトルクモータと呼称される磁石装置が公知である。

この磁石装置を用いれば、励磁電流の変化により正確に
定められた、可動子の運動を行なわせることが可能であ
る。その際トルクモータの場合は励磁電流の極性反転に
より反対方向の可動子移動を形成することも達成される
。

その際トルクモータは永久磁石を使用し、その磁力線は
それぞれ電磁石により形成される磁界線に重畳し、した
がって電磁石により形成される磁界線を増加するかまた
は相殺する。このよ５なトルクモータは、成程、励磁電
流と可動子運動との間に良好な比例関係を有する。しか
し力および最大変位量は非常に小さく、従って適切なサ
ーボ装置の場合にしか使用できない。相応のことはリニ
アモータの原理による電磁石にも適用される。この場合
にも利用可能な力を低減する永久磁石が設けられている
。

ドイツ連邦共和国特許第２０１９３４５号公報に直流電
磁石の励磁電流を制御する装置が記載されている。この
装置では可動子対向部材の軸方向エアギャップでの磁界
の強さが測定され測定された値は、磁界が即ち可動子に
作用する力が所定の一様な大きさを得るように制御回路
を介して励磁電流を制御するために、用いられる。

この場合、磁界強さを測定するセンサ素子が温度を感じ
易いという欠点が生じる。また磁界の不均一性も考慮疋
いれなければならない。またこの装置を気密な可動子室
に使用することも困雅である。何故ならば可動子対向部
材ておける磁界強さが可動子室で測定され、所属の導線
がこの可動子室から引き出されねばならないからである
。またこの電磁石では実質的に水平な力−特性カーブは
わずかじか達成できない。

い。

発明の解決しようとする問題点 本発明の基礎となる課題は、冒頭に記載の上位概念の直
流磁石を、変位作用の著しく良好な利用が達成され、磁
石により駆動される装置、例えば弁に最適に適合された
力−特性カーブが得られるように改良することである。

特に作動領域で水平な力−特性カーブが形成可能である
のみならず、その一部分が要請に応じて下降、上昇また
は水平に経過するような、任意に形成される特性カーブ
もまた形成可能である。

問題点を解決するための手段 前記の課題を解決するため（（本発明は冒頭に記載の形
式の直流磁石用装置を前提とし、可動子により駆動され
る変位量検出器が設けられており、その変位量検出器の
信号が電子部品を有する回路装置を制御し、この回路装
置に力−特性カーブを得るための界磁巻線の電流供給が
依存するようにした構成が提案される。

従来は特性カーブを可動子および可動子対向部材を相応
に構成することにより制御すること、ないしは電子制御
回路により殆ど水平に、即ち変位量で依存しないように
維持することのみ公知であったのに対して、本発明は力
−特性カーブの制御および構成の際にまったく別個の方
法を取る。即ち可動子および／または可りり 動子対向部材の相応の構成によ４特性カーブ変化させた
結果、例えば力−特性カーブの水平部分が、常に可動子
行程の同じ変位量箇所から始まりしかも巻線に供給され
る電流には依存しない。このことは、例えば磁石にばね
負荷と加えた場合に磁石の変位力が、巻線に僅かな電流
が印加された場合にのみある程度しか利用されないこと
を意味する。しかし巻線に最大の電流が印加される場合
は変位力のかなりの程度の部分が利用される。

それに対して本発明による提案では、磁石の電流は、変
位量検出器により検出されるその都度の可動子位置に依
存して制御される。変位量信号は電子素子を有する装置
に導かれる。このようにして、電磁石の変化されない力
−特性カーブが、駆動すべき装置の特性カーブに、つ４
１１　ａｌｌ　＋　’ｔ’ｆげｈａイ吐−＃　　１４　
ｗ　：庄／１１１　＋ｌ＋Ａ　Ｉｆ　−ｍ応するような
電磁石を使用することが可能になる。そのさい行程の大
部分にわたって変位力は不変のままであるが、しかしま
た十分に利用される。

れる。

入力される変位量信号圧より定められる領域において初
めて電子装置は磁石への作用を変化させる、即ち巻線電
流を低減し、その結果行程（変位ストローク）力ばばね
抗力に等しくなる。

それにより可動子は、所望の弁位置等に相応する、所望
の位置を占めることができる。

本発明は、磁石のストローク動作を、従来可能と思われ
たよりも著しく一層良好に利用することができるので、
本発明による一層小さいサイズの直流磁石用装置は、例
えば弁のような装置の駆動に使用することができる。直
流磁石のサイズが小さいほど製造費が安くなるという利
点の外にも、付属の可動子の質量も小さくなるという利
点がもたらされる。このようにして磁石の応動時間は種
々の点で改善される。そのさい磁石が小形化され、製浩
普九キ（浄引げ−十発明の実施に必要とされる費用が少
なくとも部分的ては埋め合わされる。

本発明のその外の有利な構成は特許請求の範囲従属項に
示されている。図面に本発明の実施例が略図式に示され
ている。

実施例の説明 第１図の力−線図で”　ＴＩは可動子の変位量を示し、
励磁巻線の励磁のさい可動子変位量は同図で実際に右か
ら左へ経過する。直流磁石が与える力、ないしは直流磁
石により打ち勝たれるべき力は、Ｆにより示されている
。

ばね特性カーブ３０は二重線として記入されている。こ
の特性カーブは、本実施例では電磁石により、駆動すべ
き装置、例えば弁の特性を表わす。通常、このばね特性
カーブは直線状であるが、このことは本発明にとって重
要ではない。

比例磁石として作用するように、可動子ないしは可動子
対向部材は、公知の従来技術では、変位の位置３２で磁
力線の主要部分が変位運動に対して直角に経過するよう
に構成されている。

したがってこの磁力線部分は変位力を形成しない。励磁
巻線に定格電流を印加すると、特性カーブ３３に相応す
る変位力が形成される。励磁巻線が定格電流の一部しか
印加されない場合には、特性カーブ３４〜３７が得られ
る。特性カーブ３３〜３７はすべて特性カーブ３０と一
義的な交点３８を形成する。この交点は、励磁巻線の電
流印加により一義的な弁位置等が得られるようにするた
めに必要である。

変位動作として、第１図による線図では、特性カーブ３
０の下方に存在する面のみが利用できることがわかる。

利用されない変位動作は、特性カーブ３０と３３との間
の面により示される。

公知の従来技術で得られる特性カーブは実線で示されて
いる。本発明で得られる特性カーブは、これとはっきり
対比させるため破線で示されている。本発明による直流
磁石用装置では、印加電流が最大の時に特性カーブ３９
に相応する特性カーブを有する電磁石が使用できる。特
性カーブ３９は特性カーブ３０に著しく接近している。

本発明では、この特性カーブの、水平にまたはやや下降
するように走行させる部分が、変位量検出器を介して制
御されるので、それぞれ特性カーブ３９に接続する特性
カーブ４０〜４４が得られる。これらの特性カーブは特
性カーブ３０と同じ交点３８を有する。したがって、利
用されない変位動作を非常に少なく抑制するのが可能で
あることがわかる。このことは特性カーブ３０と３９と
の間の面が狭いことから明らかである。

第１図による線図はまた、本発明では著しく小さい電磁
石で充分に間に合うこと、ないしは寸法が同じ場合は著
しく大きい力が得られることをはっきり示している。

第２図に、弁２５を駆動するための電磁石が２８８Ｃよ
り示されている。この弁は、第１図によるばね特性カー
ブ３０を有するばね４５を具備する。この弁はスライダ
弁として構成されていＡ≠よ、乙の弁ハ説釧は未発日日
の９ｉ涛ｒｔｒシつイ重要ではない。

直流磁石２８は励磁巻線２９、可動子４７および可動子
対向部材２７を有する。この可動子は小さい摩擦で変位
することができ、可動子ロッド２４に結合されている。

可動子ロッド２４の一方の端２３は弁２５を操作し、他
方の可動子ロッド端２６は変位量検出器２１を駆動する
。

変位量検出器２１は回路装置２２を制御し、この回路装
置には変位量目標値″Ｗ”が外部から入力される。励磁
巻線２９に導かれる電流は工”で示されている。

第２図から分かるように、可動子４７は円錐形の切欠部
４６を有し、この切欠部に可動子対向部材が適合させで
ある。可動子ロッド２４は、動きを軽くするため、例え
ばローラ体により支承されている。滑り軸受またはダイ
ヤフラムばねもこの目的に用いられる。

該磁気回路の他の部分は詳細には言及されない。これら
の部分は通常の構成を有する。

変位量検出器２１により回路装置２２に導かれる信号は
、変位量に依存する電圧にすることができる。このこと
は本発明の実体にとって重要ではない。

第３図によるブロック図は回路装置２２の機能を示す。

外部から変位量目標値”Ｗ”が人力される。

この回路には実際量として、励磁電流（１）および可動
子位置（ｓ）に比例する電圧”Ｕ工′および”　Ｕｓ”
が供給される。

変位量信号“Ｕｓ　１１は、オフセット調整可能な増幅
器１を介してアナログ・除算器３の一方の入力側に送ら
れ、電流信号”Ｕ工”は１増幅器２を介してこの除算器
の別の入力側に送られる。

この除算器は商信号″Ｓ／１”を形成し、この商信号は
低域通過フィルタ４を介して増幅器５に供給される。増
幅器の増幅度は、非線形特性カーブを有する、特別な回
路網により定められる。

この特性カーブは電磁石の磁気力−特性カーブに基づい
て調整される。増幅器５は、 本実施例では実質的にツェナーダイオードから構成され
る。この増幅器の役割は、電磁石の場合には通常は非線
形である、可動子と励磁電流との関係を形成することで
ある。増幅器５の出力電圧は、ＰＤ素子６を介して力調
整器に送られる。Ｄ成分はダイナミック特性の改善に用
いられる。この力調整器は、入力側に反転増幅器７を、
出力側に非反転増幅器９を有するＰ工調整器８かうなる
。この力調整器の信号は励磁電流調整器用の目標値を形
成する。この励磁電流調整器は、ドライバ段１１を有す
る電力終段１２を有する電流調整器１０かうなる。

目標値変化のさいの磁石の過励磁の目的で、。

前置接読されたインピーダンス変換器１４および後置接
続された終段部１５を有するＤ調遣器１３からなる回路
部が用いられる。この回路部は目標値変化のさい、電流
調整器の電力終段の供給電圧を一時的に上昇させる。

前記の回路は、磁気力に関しては開いた制御ループとし
て作用する。増幅器１８により送出される増幅器Ｔの入
力信号は、力の目標値に相応する。該磁石がばねにより
負荷を受けると、力に比例する変位量が形成される。し
かし変位量Ｓ用の開いた制御ループは、位置制御回路に
拡張することができる。この目的にＰＩＤ調整器１６が
用いられる。ＰＩＤ調整器１６は、変位量目標値および
変位量実際値から加算器１７により形成される制御偏差
を、適切に形成される伝達特性で、反転加算増幅器１８
を介して、素子γ、８および９からなる力調整器に供給
する。

ダイナミック特性を改善するため、変位量目標値は、増
幅器３１および加算増幅器１８を介して直接的に力目標
値に加算することができる。

ＰＩＤ調整器１６への変位量実際値の供給は、低域通過
フィルタ１９および増幅器２０を介して行われる。この
低域通過フィルタは、変位量検出器発振器からの、重畳
された搬送周波残留電圧を濾波するためにオフセット調
整ができる。

第３図によるブロック図の個々の素子は下記関数発生器
５０は素子１〜６を有する。位置調整器６０は素子１７
，１６および１８を有する。力調整器７０は素子７〜９
を有する。過励磁製ｆｔ８０は素子１４．１３および１
５を有す水平ないしは殆ど水平な力−特性カーブが得ら
れるだけではない。これらの力−特性カーブは実例とし
てのみ示されているに過ぎない。本発明はまた、磁石を
駆動すべき装置に最適に適合させることを目的とし、し
かしながらそのため（（可動子または可動子対向部材の
形状を変化させる必要なしに、異なる経過を有する特性
カーブを得るためにも利用できる。

本発明は他の磁石装置にも、例えば磁気回路が永久磁石
により制御されるような磁石装置にも、つまり例えばト
ルクモータおよびリニアモータ疋も用いることができる
。

発明の効果 用の著しく良好な利用率が達成され、磁石により駆動さ
れる装置、例えば弁に最適に適合された力−特性カーブ
が得られるように改良される。特に作動領域で水平な力
−特性カーブが形成可能であるのみならず、その一部が
要求に応じて下降、上昇または水平に経過するような、
任意に形成される特性カーブもまた形成可能である。さ
らに本発明により磁石のストローク動作を著しく良好に
利用できるようになったため、従来よりも小型軽量の直
流磁石装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は力−特性カーブを示す線図、 第２図は弁を作動する本発明による直流磁石用装置を示
す路線図、第３図は本発明による直流磁石用装置のブロ
ック図である。 １・・・オフセット調整可能な増幅器、２・・・増幅器
、３・・・アナログ除算器、４・・・低域通過フィルタ
、５・・・増幅器、６・・・ＰＤ素子、７・・・反転増
幅器、８・・・Ｐ工調整器、９・・・非反転増幅器、１
０・・・電流調整器、１１・・・ドライバ段、１２・・
・電力終段、１３・・・Ｄ調整器、１４・・・インピー
ダンス、１５・・・終段部、１６・・・ＰＩＤ調整器、
１７・・・加算器、１８・・・反転加算増幅器、１９・
・・低域通過フィルタ、２０・・・増幅器、２１・・・
変位量検出器、２４・・・可動子ロッド、２５・・・弁
、２７・・・可動子対向部材、２８・・・電磁石、２９
・・・励磁巻線、４５・・・ばね、４６・・・円錐形切
欠部、４７・・・可動子、５０・・・関数発生器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、励磁巻線、可動子および可動子対向部材を有し、直
   流磁石用装置の力−変位量−特性カーブが作動領域で電
   子式制御回路により例えば近似的に水平に形成されてい
   る直流磁石用装置において、可動子（４７）により駆動
   される変位量検出器（２１）が設けられており、該変位
   量検出器の信号が電子回路を有する回路装置（２２）を
   制御するようにし、この回路装置からの出力に依存して
   、力−変位量−特性カーブを得るための励磁巻線（２９
   ）への電流供給が行なわれることを特徴とする直流磁石
   用装置。 ２、可動子（４７）はその可動子ロッド（２４）の一方
   の端部（２３）が、駆動すべき装置、例えば弁（２５）
   に作用し、かつ他方の可動子ロッド端部（２６）が変位
   量検出器（２１）を駆動する、特許請求の範囲第１項記
   載の直流磁石用装置。 ３、可動子（４７）が円錐−または円錐台可動子として
   形成されており、この可動子に可動子対向部材（２７）
   が適合させてある、特許請求の範囲第１項または第２項
   のいずれか１項に記載の直流磁石用装置。 ４、回路装置（２２）が励磁巻線（２９）を、磁気力が
   少なくとも近似的に所定の目標値に比例するように制御
   し、そのさい磁気力の実際値が、回路装置（２２）の一
   部である電子回路において検出される、特許請求の範囲
   第１項から第３項までのいずれか１項に記載の直流磁石
   用装置。 ５、回路装置（２２）の一部で電磁石（２８）の力−変
   位量−特性カーブ領域が形成される、特許請求の範囲第
   １項から第４項までのいずれか１項に記載の直流磁石用
   装置。 ６、力−変位量−特性カーブ領域を形成するために、回
   路装置（２２）が線形および非線形の素子を有する回路
   網を備えている、特許請求の範囲第１項から第５項まで
   のいずれか１項に記載の直流磁石用装置。 ７、回路網が、遮断方向に作動される、抵抗が並列に接
   続されたツェナーダイオードを有する特許請求の範囲第
   １項から第６項までのいずれか１項に記載の直流磁石用
   装置。 ８、目標値変化のさいに励磁巻線（２９）の供給電圧が
   一時的に上昇方向へ変化されるように装置が構成されて
   いる、特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれか
   １項に記載の直流磁石用装置。 ９、力−制御回路に位置−制御回路が重畳的に設けられ
   ている、特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれ
   か１項に記載の直流磁石用装置。