KR101331301B1 - 밸브 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 작동식 밸브 조립체를 개시한다. 상기 밸브 조립체는 일차 밸브 부재를 포함하는 일차 면-안착형 밸브와 이차 밸브 부재를 포함하는 이차 밸브를 구비한다. 이차 밸브는 일차 밸브보다 먼저 개방되어 일차 밸브 부재 전체에 걸친 압력을 균등화하고, 그에 의해 일차 밸브 부재의 개방을 용이하게 한다. 이차 밸브는 제1 위치에서 제2 위치로 이동하는 전기자에 결합되고, 이는 사용 중에 전자석에 의해 끌어당겨진다. 전기자와 이차 밸브 사이의 결합부는 이차 밸브의 이동 없이 전기자가 제1 위치로부터 이동하기 시작할 수 있도록 구성된다. 그러므로, 이차 밸브가 전기자와 이차 밸브 부재 사이의 결합부를 통해 가해진 힘에 의해 개방될 때, 전기자는 전자석에 더 인접한 제1 위치로부터 이동하였고, 따라서 이차 밸브 부재가 전기자에 견고하게 결합된 경우보다 더 큰 힘이 이차 밸브를 개방하기 위해 가해질 수 있다.

Description

밸브 조립체{Valve Assemblies}

본 발명은 유체 작동 기계의 매니폴드와 작동 챔버 사이에서 유체 연통을 조절하는 전자 작동식 밸브 조립체의 분야에 관한 것이다.

유체 작동 기계는 펌프, 모터, 및 다양한 작동 모드에서 펌프 또는 모터로 작동할 수 있는 기계와 같은, 유체 피동식 기계 및/또는 유체 구동식 기계를 포함한다. 본 발명은 전반적으로 비압축성인 유압 액체와 같은 액체를 유체로 사용하는 응용을 참조하여 설명되지만, 대안적으로 기체를 유체로 사용할 수 있다.

유체 작동 기계가 펌프로 작동하는 경우, 저압 매니폴드가 통상 유체의 순 소스(net source)로 작용하며 고압 매니폴드가 통상 유체의 순 싱크(net sink)로 작용한다. 유체 작동 기계가 모터로 작동하는 경우, 고압 매니폴드가 통상 유체의 순 소스로 작용하며 저압 매니폴드가 통상 유체의 순 싱크로 작용한다. 본 명세서 및 첨부된 청구범위에서, "고압 매니폴드" 및 "저압 매니폴드"라는 용어는 서로에 대해 더 높거나 더 낮은 압력을 가진 매니폴드들을 지칭한다. 고압 및 저압 매니폴드 사이의 압력차와 고압 및 저압 매니폴드 내의 압력의 절대값은 응용에 따라 다르다. 예를 들어, 유체의 순 변위를 정확하게 결정하기 위해 최적화된 펌프, 예컨대 고압 및 저압 매니폴드 사이에서 최소 압력차만을 가질 수 있는 계량된 양의 유체(예를 들어, 액체 연료)를 분배하는 펌프의 경우보다는, 고전력 펌핑 응용을 위해 최적화된 펌프의 경우에 압력차가 더 높을 수 있다. 유체 작동 기계는 두 개 이상의 저압 매니폴드를 구비할 수 있다.

사이클에 따라 변하는 체적을 가진 다수의 작동 챔버를 포함하며, 작동 챔버들을 통한 유체의 순 변위를 사이클 별로 작동 챔버 체적의 사이클들과의 위상 관계에 따라 전자 제어식 밸브들에 의해 조절하여 기계를 통한 유체의 순 처리량을 결정하는 유체 작동 기계가 공지되어 있다. 예를 들어, EP 제0 361 927호는 작동 챔버 체적의 사이클들과의 위상 관계에 따라 전자 제어식 포핏 밸브들을 개방 및/또는 폐쇄함으로써 멀티-챔버 펌프를 통해 유체의 순 처리량을 제어하여, 펌프의 개별 작동 챔버들과 저압 매니폴드 사이의 유체 연통을 조절하는 방법을 개시한다. 그 결과로서, 개별 챔버들이 제어기에 의해 사이클 별로 선택될 수 있어 미리 결정된 고정 체적의 유체를 변위시키거나 또는 유체의 순 변위가 없는 유휴 사이클을 수행하고, 그에 의해 펌프의 순 처리량을 요구에 동적으로 부합하게 할 수 있다. EP 제0 494 236호는 이러한 원리를 개발하고 개별 작동 챔버들과 고압 매니폴드 사이의 유체 연통을 조절하는 전자 제어식 포핏 밸브들을 포함하여, 대안적인 작동 모드들에서 펌프 또는 모터로 작동하는 유체 작동 기계의 제공을 용이하게 하였다. EP 제1 537 333호는 부분 사이클의 가능성을 도입하고, 개별 작동 챔버들의 개별 사이클들이 다수의 다양한 유체 체적들 중 어느 하나를 변위시키게 하여 요구에 더 잘 부합하였다.

이러한 유형의 유체 작동 기계는, 작동 챔버에서 저압 매니폴드로 일부 실시예들에서는 고압 매니폴드로 유입되고 유출되는 유체 유동을 조절할 수 있는 전자 제어식 밸브의 신속한 개폐를 요구한다. 본 발명의 일부 양상들은 이러한 유형의 유체 작동 기계의 작동 챔버로 유입되고 유출되는 유체 유동을 조절하기에 적합한 개선된 밸브 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 본 발명의 밸브 조립체는 다른 유형의 유체 작동 기계에도 적용될 수 있다.

본 발명의 일부 양상들은 유체 작동 기계의 고압 매니폴드에서 작동 챔버로의 유체 공급을 조절하기 위해 포핏 밸브와 같은 면-안착형(face seating) 밸브를 압력차에 반해 개방해야 한다는 문제점을 다룬다. 면-안착형 밸브에서는 유체압이 안착 영역에 작용하여 큰 폐쇄력을 생성하기 때문에, 이는 기술적으로 어려운 일이다. 따라서, 에너지 소모를 최소화하면서 상당한 압력차에 반해 개방될 수 있고 또한 (이상적으로 수 밀리세컨드 이내에) 신속하게 개방될 수 있도록, 유체 작동 기계의 고압 매니폴드에서 작동 챔버로의 유체 공급을 조절하는 면-안착형 밸브를 제공하는 것은 어려운 일이다.

GB 제2,430,246호(스타인)는 유체 작동 기계의 고압 매니폴드에서 작동 챔버로의 유체 공급을 조절하기에 적합한 밸브 조립체를 개시한다. 밸브 조립체는 일차 밸브, 이차 밸브, 전자석, 및 전기자(가동 폴로 지칭됨)를 포함한다. 일차 밸브는 면-안착형 일차 밸브 부재와 일차 밸브 시트를 포함한다. 이차 밸브는 일차 밸브와 일체로 형성되며, 밀봉 위치 및 유체가 일차 밸브 부재의 대향측들 사이에서 유동하도록 이차 밸브를 통해 유로가 마련되는 개방 위치 사이에서 이동할 수 있어 일차 밸브 부재 전체에 걸친 압력차를 감소시키는 이차 밸브 부재를 포함한다. 그러므로, 일차 밸브 전체에 걸쳐 상당한 압력차가 존재할 때에도, 일차 밸브보다 훨씬 작은 표면적을 가진 이차 밸브는 개방될 수 있다. 작동 챔버는 효과적으로 폐쇄된 체적이고, 따라서 유체가 이차 밸브를 통해 유동하여 일차 밸브 부재의 양측의 압력을 균등화하고, 그에 의해 일차 밸브의 개방을 용이하게 할 수 있다.

GB 제2,430,246호에 개시된 배치에서, 전기자는 제1 위치 및 전자석에 더 인접한 제2 위치 사이에 연장되는 경로를 따라 슬라이딩 가능하다. 전기자는 스프링(12)에 의해 일차 밸브 부재에 탄성 결합된다. 전기자는 또한 도 5의 실시예와 같이 이차 밸브 부재에 결합되거나, 또는 도 1의 실시예와 같이 이차 밸브 부재와 일체로 형성된다. 그러므로, 전기자의 이동은 이차 밸브 부재의 이동에 견고하게 연결되어, 전자석이 최초로 스위치-온될 때, 이차 밸브는 전기자의 초기 운동에 의해 개방된다. 실제로, 본 발명자들은 과도한 에너지 소모 없이 전기자에 대한 전자석의 작용으로부터 충분한 힘을 생성하기가 어려움을 발견했다. 이는 특히 GB 제2,430,246호의 도 5의 실시예와 관련이 있는데, 여기서 이차 밸브는 일차 밸브와 동일한 배향을 가진 면-안착형 밸브이고 그에 따라 유입구와 유출구 사이의 압력차로 인해 상당한 폐쇄력을 받게 된다. 따라서, 본 발명의 일부 양상들은 GB 제2,430,246호에 개시된 밸브 조립체보다 더 큰 압력차에 반하여, 또는 더 신속하게, 또는 더 적은 소비 에너지로 개방될 수 있는 개선된 밸브 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

유체 작동 기계의 작동 챔버로의 유체 공급을 조절하는 (포핏 밸브와 같은) 전자 작동식 면-안착형 밸브를 포함하는 밸브 조립체에 발생할 수 있는 다른 기술적 문제점은, 유체가 밸브를 통해 유동하는 동안 면-안착형 밸브를 개방 상태로 유지해야 한다는 요건에 관련된다. 베르누이(Bernoulli) 효과(운동 에너지 관련 압력 강하) 및 면-안착형 밸브 유닛(예를 들어, 포핏 헤드)을 지난 유체 유동으로부터 발생하는 표면 마찰은 면-안착형 밸브 유닛에 상당한 힘을 가할 수 있다. 그러므로, 면-안착형 밸브를 개방 상태로 유지하기 위해서는 전자석에 상당한 양의 전력을 계속 공급하는 것이 필요할 수 있고, 또는 이러한 효과가 밸브를 통한 최대 유량을 제한할 수 있다. GB 제2,430,246호에 개시된 밸브 조립체에서, 면-안착형 밸브는 스프링에 의해 개방 상태로 유지된다. 실제로, 이러한 스프링이 베르누이 및 표면 마찰력에 반하여 밸브를 개방하는데 충분한 힘을 제공하는 것은 매우 어려운 일이다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예들은 유체가 유체 작동 기계의 저압 또는 고압 매니폴드에서 작동 챔버로 또는 그 역방향으로 밸브를 통해 유동하는 동안 전자 작동식 면-안착형 밸브를 개방 상태로 유지해야 하는 문제점을 다룬다.

본 발명의 제1 양상에 따르면, 일차 밸브, 이차 밸브, 전자석, 및 전기자를 포함하고, 일차 밸브는 면-안착형 일차 밸브 부재와 일차 밸브 시트를 포함하며, 이차 밸브는 밀봉 위치 및 유체가 일차 밸브 부재의 대향측들 사이에서 유동하도록 이차 밸브를 통해 유로가 마련되는 개방 위치 사이에서 이동할 수 있어 일차 밸브 부재 전체에 걸친 압력차를 감소시키는 이차 밸브 부재를 포함하고, 전기자는 이차 밸브 부재에 결합되며 제1 위치 및 제1 위치보다 전자석에 더 인접한 제2 위치 사이에 연장되는 경로를 따라 슬라이딩 가능하고, 제1 위치에서는 일차 밸브 부재가 일차 밸브 시트를 향해 편향되며 이차 밸브가 밀봉 위치를 향해 편향되고, 제2 위치에서는 일차 밸브 부재가 일차 밸브 시트로부터 이격되는 방향으로 편향되며 이차 밸브가 개방 위치를 향해 편향되는 것인 유체 작동 기계의 고압 매니폴드에서 작동 챔버로의 유체 공급을 조절하는 밸브 조립체로, 전기자와 이차 밸브 부재 사이의 결합부는 이차 밸브 부재의 상응하는 이동 없이 전기자를 제1 위치에서 제2 위치를 향해 이동할 수 있도록, 그러나 전기자와 이차 밸브 부재 사이의 결합부를 통해 힘을 가하여 이차 밸브 부재를 이동시켜 이차 밸브를 개방하도록 구성되는 한편, 전기자는 상기 경로를 따라 제1 위치와 제2 위치 사이의 소정 위치에 놓이는 것을 특징으로 하는 밸브 조립체를 제공한다.

GB 제2,430,246호에 개시된 밸브 배치와 대조적으로, 전기자는 제1 위치와 제2 위치 사이의 경로의 도중에 위치하여, 전기자와 이차 밸브 부재 사이의 결합부를 통한 힘이 이차 밸브 부재를 이동시켜 이차 밸브를 개방할 때, 전자석에 더 인접한다. 전기자가 전자석을 향해 진행함에 따라, 전자석으로 인해 전기자에 작용하는 인력은 증가해야 한다. 따라서, 전기자와 이차 밸브 부재 사이의 결합부를 통해 전기자에 의해 이차 밸브 부재에 인가될 수 있는 힘은, 이차 밸브 부재가 이동하기 시작할 때 전기자가 전자석에서 가장 먼 지점에 위치하는, GB 제2,430,246호에 개시된 바와 같은 밸브의 경우보다 더 크다. 이는 전기자가 이차 밸브 부재에 견고하게 결합된 경우보다 더 높은 압력에서 또는 더 적은 소비 전력으로 더 신속하고 더 신뢰성 있게 일차 밸브를 개방할 수 있게 한다.

바람직하게, 이차 밸브 부재는 면-안착형 밸브이고, 이차 밸브는 이차 밸브 부재와의 밀봉 가능 연동을 위한 이차 밸브 시트를 더 포함한다. 이차 밸브는 통상 일차 밸브와 동일한 방향으로 배향되고, 따라서 밸브 조립체가 유체 작동 기계에 사용되어 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉 상태로 유지하는 힘을 인가하는 유체 압력차가 존재할 때, 동일한 의미에서 힘은 이차 밸브 부재를 이차 밸브 시트와 밀봉 접촉 상태로 유지한다. 압력차에 반해 면-안착형 이차 밸브를 개방하는데 상당한 힘이 요구될 수 있기 때문에, 본 발명은 이차 밸브가 면-안착형 밸브인 경우에 특별한 이점이 있다. 이차 밸브 시트의 횡단면은 바람직하게 일차 밸브 시트의 횡단면의 10% 미만, 더 바람직하게 5% 미만이므로, 유입구와 유출구 사이의 압력차로 인해 이차 밸브를 폐쇄 상태로 유지하는 힘은, 그에 상응하여 일차 밸브를 폐쇄 상태로 유지하는 힘보다 실질적으로 적다.

바람직하게, 이차 밸브가 개방 위치에 놓여 일차 밸브 부재의 대향측들 사이의 압력차를 감소시킬 때, 이차 밸브는 유체가 일차 밸브 유닛을 통해 유동할 수 있도록 일차 밸브 유닛을 통해 연장된다. 그러므로, 이차 밸브 시트는 일차 밸브 유닛과 일체로 형성될 수 있다. 일차 밸브 유닛과 이차 밸브 유닛은 동축으로 이루어질 수 있고, 바람직하게 사용 중에 동축 경로들을 따라 이동할 수 있다.

바람직하게, 전기자와 이차 밸브 부재 사이의 결합부는 전기자가 제1 위치에서 제2 위치를 향하는 경로를 따라 진행할 때 탄성 에너지를 저장하도록 작동 가능한 탄성 부재(이차 탄성 부재)를 포함한다. 이는 이차 밸브 부재가 이동을 시작하지 않아도 전기자를 제1 위치로부터 이동할 수 있는 메커니즘을 제공하고, 이차 밸브 부재에 작용하는 힘이 사용 중에 압력차에 반해 이차 밸브 부재를 개방하는데 필요한 힘을 초과할 때까지 증가시킬 수 있다. 바람직하게, 전기자가 제1 위치로부터 이동함에 따라 저장되는 탄성 에너지를 이용하여 이차 밸브를 개방되도록 강제하고, 다음으로 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트에서 안착 해제되도록 강제한다.

바람직하게, 전기자가 제1 위치에서 제2 위치를 향해 이동함에 따라, 결합부를 통해 이차 밸브 부재에 가해지는 힘은 적어도 이차 밸브 부재가 이동하기 시작할 때까지 단조롭게 증가한다. 전기자는 제1 위치에서 제2 위치를 향해, 전자석을 향해 직접 연장되는 직선 상에서 이동할 수 있다.

전기자와 이차 밸브 부재 사이의 결합부는, 전기자와 이차 밸브 부재의 밀봉부 사이의 최대 거리를 제한하여 제1 위치와 제2 위치 사이의 경로의 일부를 따라 전기자의 이동을 이차 밸브의 이동에 결합하도록 맞물릴 수 있는 거리 제한 메커니즘을 포함할 수 있다(또는 구성될 수 있다). 이 경우, 전기자는 이차 밸브 부재의 이동 없이 제1 위치에서 제2 위치를 향해 이동하기 시작할 수 있다. 그러나, 전기자는 거리 제한 부재가 맞물리는 제1 위치와 제2 위치 사이의 소정 위치에 도달하게 되고, 전기자의 추가 이동은 이차 밸브 부재의 부수적인 이동에 결합되어야 한다. 전기자와 이차 밸브 부재 사이의 결합부는 상기 거리 제한 메커니즘과 상기 이차 탄성 부재 중 어느 하나 또는 양자를 포함할 수 있다.

바람직하게, 밸브 조립체는, 전기자의 개구를 통해 연장되고, 사용 중에 작동 챔버를 향해 위치하는 전기자의 제1 측에서 이차 밸브 부재에 견고하게 결합되며, 이에 대향하는 전기자의 제2 측에서 탄성 부재에 의해 전기자에 결합되는 실질적으로 경질인 스템을 포함하여, 전기자가 제1 위치로부터 경로를 따라 진행함에 따라, 전기자는 실질적으로 경질인 스템의 주위에 연장되며 사용 중에 이를 따라 슬라이딩한다. 바람직하게, 실질적으로 경질인 스템은 전기자의 제2 측에 형성부를 더 포함하고, 상기 형성부는 전기자가 제1 위치와 제2 위치 사이의 상기 위치에서 이차 밸브를 끌어당겨 개방하도록 제1 위치와 제2 위치 사이의 상기 위치에서 전기자와 맞물린다. 이 경우, 상기 형성부 및 상기 형성부와 맞물리는 전기자의 표면은 함께 거리 제한 메커니즘을 구성할 수 있다.

전기자와 일차 밸브 부재는 거리 제한 메커니즘에 의해 결합될 수 있고, 상기 메커니즘은 전기자와 일차 밸브 부재 사이의 최대 거리를 제한하여 제1 위치와 제2 위치 사이의 경로의 일부를 따라 전기자의 이동을 일차 밸브 부재의 이동에 결합하도록 맞물릴 수 있다. 예를 들어, 전기자는 일차 밸브 부재 맞물림 형성부를 포함할 수 있고, 상기 형성부는 전기자가 제1 위치와 제2 위치 사이에 놓일 때 일차 밸브와 맞물리며 이를 개방한다.

전기자는 밸브의 개방 중에 제1 위치에서 제2 위치로 이동함에 따라 먼저 이차 밸브와 맞물리고, 다음으로 일차 밸브 부재와 맞물리도록 작동 가능하여, 일차 밸브 부재가 이동하기 시작하기 전에 이차 밸브를 끌어당겨 개방하고, 다음으로 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트로부터 안착 해제한다.

통상적으로, 상기 이차 탄성 부재를 포함하는 하나 이상의 탄성 부재가 함께 전기자에 편향력을 가하여 전기자를 제1 위치를 향해 편향시킨다. 또한, 바람직하게, 상기 편향력은 전기자가 제1 위치에서 제2 위치를 향해 이동함에 따라 증가하되, 거리에 따른 편향력의 증가는, 적어도 전기자가 제1 위치 및 이차 밸브 부재가 이동하기 시작하는 위치 사이에 놓이는 경우에, 전자석과 전기자 사이의 거리의 감소로 인해, 사용 중에 전자석에 의해 전기자에 가해질 수 있는 힘의 증가보다 적다.

밸브 조립체는 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉하도록 편향시키는 일차 탄성 부재를 포함할 수 있다. 바람직하게, 일차 탄성 부재는 전기자를 제1 위치를 향해 편향시키고, 전기자는 제1 위치에 놓일 때 일차 밸브 부재와 맞물리고, 그에 따라 제1 위치에서는 일차 탄성 부재가 전기자를 일차 밸브 부재와 접촉하게 편향시키고, 그에 의해 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉하게 편향시킨다.

탄성 부재(예를 들어, 상기 일차 탄성 부재)가 전기자(예를 들어, 밸브 몸체와 전기자를 기준으로 함)에 직접 작용하여 전기자를 일차 밸브 부재와 맞물리도록 강제하고 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉하도록 강제하는 밸브 조립체는 전기자가 전자석에 의해 더 이상 제2 위치에 유지되지 않을 때 즉각 폐쇄되기 시작하기 때문에 유리하다. 따라서, 밸브 조립체는 신속하게 폐쇄될 수 있다. 밸브 조립체는 또한 개방 중에 전기자에 직접 작용하는 탄성 부재에 저장된 에너지가 폐쇄 시에 사용되기 때문에 에너지 효율적일 수 있다.

밸브 조립체가 전기자와 이차 밸브 부재를 기준으로 하는 (예를 들어, 이차 밸브 부재와 일체로 형성되거나 이에 부착되며 전기자의 개구를 통해 연장되는 실질적으로 경질인 스템을 기준으로 하는) 이차 탄성 부재와, 밸브 몸체와 전기자를 기준으로 하는 일차 탄성 부재를 포함하는 경우, 일차 및 이차 탄성 부재는 동심 스프링일 수 있고, 일차 탄성 부재는 이차 탄성 부재의 주위에 연장된다. 이러한 배치는 콤팩트한 밸브 조립체의 제공을 용이하게 하고 밸브의 축방향 범위를 최소화할 수 있다.

바람직하게, 이차 밸브는 예를 들어 탄성 부재에 의해 폐쇄 위치로 편향된다. 따라서, 이차 밸브가 면-안착형 밸브인 경우, 이차 밸브 부재는 예를 들어 탄성 부재에 의해 이차 밸브 시트와 밀봉 접촉하도록 편향될 수 있다.

일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트로부터 이격되는 방향으로 편향시키는 탄성 부재가 바람직하게 구비된다. 상기 탄성 부재는 예를 들어 밸브 조립체의 몸체 또는 전기자를 기준으로 할 수 있다. 바람직하게, 상기 탄성 부재는 일단 이차 밸브가 개방되면 상기 탄성 부재에 의해 가해지는 힘이 증가하도록 배치된다. 그러나, 전기자가 제1 위치에 놓일 때 일차 밸브 부재 상의 순 편향력이 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉하게 편향시키도록, 상기 탄성 부재는 전기자가 제1 위치에 놓일 때 일차 탄성 부재보다 더 낮은 편향력을 가해야 한다.

이차 밸브 부재에 고정된 제1 단부와 일차 밸브 부재에 고정된 제2 단부를 가진 삼차 탄성 부재가 구비될 수 있다. 그러므로, 삼차 탄성 부재는 이차 밸브를 폐쇄 위치로 편향시킬 뿐만 아니라 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트로부터 이격되는 방향으로 편향시키도록 작동할 수 있다. 전기자가 제1 위치에 놓이고 이차 밸브가 폐쇄될 때 일차 밸브 부재 상의 순 편향력이 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉하게 편향시키도록, 삼차 탄성 부재는 전기자가 제1 위치에 놓일 때 일차 탄성 부재보다 더 낮은 편향력을 가해야 한다. 삼차 탄성 부재는 통상 압축되어 있거나 또는 이차 밸브가 최초로 개방될 때 더 압축되어, 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트로부터 이격되는 방향으로 편향시키는 추가적인 힘을 제공한다.

바람직하게, 이차 밸브 부재를 기준으로 하는 탄성 부재, 예를 들어, 상기 삼차 탄성 부재는 일차 밸브 부재 내의 리세스, 예를 들어, 이차 밸브를 통해 상기 경로의 일부를 정의하는 보어에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 탄성 부재는 일차 밸브 부재에 의해 높은 유체 유동으로부터 차폐될 수 있다. 탄성 부재는 전기자가 일차 밸브 부재와 접촉할 때 일차 밸브 부재 내의 리세스 안에 완전히 삽입될 수 있다. 바람직하게, 상기 탄성 부재는 적어도 이차 밸브가 개방 위치에 놓일 때 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트에서 안착 해제되게 강제하도록 작동 가능하다.

전기자는 전기자와 이차 밸브 사이의 결합부를 통해, 예를 들어, 이차 탄성 부재와 삼차 탄성 부재를 통해 일차 밸브에 결합될 수 있다.

일차 밸브는 일차 밸브 부재와 이차 밸브 부재 사이를 기준으로 하는 탄성 부재에 의해 주로 또는 단독으로 개방 상태로 편향될 수 있다. 대신에, 일차 밸브가 밸브 몸체와 일차 밸브 부재 사이를 기준으로 하는 탄성 부재에 의해 개방 상태로 편향되었다면, 이는 폐쇄 중에 극복되어야 하는 힘을 제공할 것이고, 밸브의 폐쇄를 늦추며 임의의 폐쇄 탄성 부재로부터 요구되는 힘을 증가시켜서, 개방 시에 상기 폐쇄 탄성 부재를 압축하는데 소모되는 에너지를 증가시킨다.

전기자와 이차 밸브 부재 사이의 결합부가 이차 밸브 부재를 이동시키도록 작동 가능한 전기자의 위치는, 바람직하게 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리의 50%, 더 바람직하게 75%를 초과한다.

바람직하게, 일단 이차 밸브 부재가 이동하기 시작하면, 이는 제1 위치와 제2 위치 사이의 경로를 따라 전기자의 남은 진행 거리보다 더 큰 거리를 이동한다.

통상적으로 전기자가 제2 위치에 놓인 경우, 이차 밸브는 특히 일차 밸브가 개방될 때 폐쇄되거나 폐쇄될 수 있다. 이차 밸브는 통상 일차 밸브가 개방될 수 있도록 개방되어야 하지만, 일단 일차 밸브가 개방되면 이차 밸브를 개방 상태로 유지할 필요가 없을 수 있다.

바람직하게, 밸브 조립체의 내부는, 유압 유체를 변위시킨다는 요건으로 인한 전기자의 제1 위치로부터의 이동에 대한 제약을 최소화하도록 구성된다. 바람직하게, 전기자의 이동은 스로틀(예를 들어, 사용 중에 상당한 압력차가 개구 전체에 걸쳐 전개되도록 크기가 결정된 개구)을 통한 유압 유체의 유동에 의해 심하게 제한되지 않는다. 이는 전기자의 이동을 제한하는 힘을 줄이며 밸브의 개방 및/또는 폐쇄를 늦춘다.

이차 밸브 부재는 통상 이차 밸브가 밀봉 위치에서 개방 위치로 이동할 때 이차 밸브 부재 수용 체적의 내부로 이동한다. 이차 밸브 부재 수용 체적은 통상 사용 중에 이차 밸브 부재의 이동에 의해 변위되는 유압 유체로 채워진다. 압력 균형 밸브와 대조적으로, 전기자의 제1 위치로부터의 이동은 이차 밸브 부재 수용 체적의 유압 유체의 압력에 영향을 주지 않거나 이를 증가시킨다. 이는 이차 밸브 부재 수용 체적 내의 압력을 낮추는 전기자의 이동에 대한 의존성이 밸브의 개방을 늦추며 특히 밸브의 폐쇄를 늦출 수 있기 때문에 유리하다. 바람직하게, 이차 밸브 부재 수용 체적으로 유입 및 유출되는 유압 유체의 유동은 억제되지 않는다. 따라서, 억제된 유동이 이차 밸브 부재 수용 체적에 유입되는 유압 유체의 유동을 늦추는 일 없이 밸브가 신속하게 폐쇄될 수 있다.

본 발명의 제2 양상은 사이클에 따라 변하는 체적을 가진 작동 챔버, 고압 매니폴드, 저압 매니폴드, 및 고압 매니폴드 또는 저압 매니폴드에서 작동 챔버로의 유체 공급을 조절하는 본 발명의 제1 양상에 따른 밸브 조립체를 포함하는 유체 작동 기계에 관한 것이다.

이차 밸브가 개방될 때, 유체는 이차 밸브를 통해 각각의 매니폴드에서 작동 챔버로 유동할 수 있다. 작동 챔버가 (사이클에 따라 변하는 체적을 가지지만) 폐쇄된 챔버이기 때문에, 작동 챔버 내의 압력은 각각의 매니폴드 내의 압력과 균등화되어 일차 밸브 부재 전체에 걸친 압력차를 감소시키고 일차 밸브를 개방되게 할 수 있다. 바람직하게, 일차 밸브 부재 전체에 걸친 압력차는, 일차 밸브 부재가 일차 밸브 시트에서 안착 해제되기 전에 이차 밸브 부재가 개방 위치로 이동한 후에 이차 밸브를 통해 유동한 유체의 결과로서, 각각의 매니폴드 내의 압력과 균등화되도록 변하는 작동 챔버 내의 압력에 의해 주로 감소된다. 바람직하게, 일차 밸브 부재 전체에 걸친 압력차는 밸브 조립체 내에 일차 밸브 부재와 연통하는 챔버를 제공하는 것에 의해 주로 감소되진 않으며, 그 내부 압력은 각각의 매니폴드 내의 압력 미만으로 감소되어 일차 밸브 부재를 개방되게 할 수 있다.

유체 작동 기계는 상기 밸브 조립체를 능동 제어하도록 작동 가능한 제어기, 및 선택적으로 작동 챔버 체적의 사이클들과의 위상 관계에 따라 작동 챔버들 또는 그 각각에 의해 유체의 순 변위를 사이클 별로 결정하여 작동 기계 또는 상기 작동 챔버들의 하나 이상의 군들에 의해 유체의 시평균 순 변위를 결정하는 하나 이상의 기타 밸브를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 고압 매니폴드와 저압 매니폴드 사이의 압력차 및 사용 중에 전자석에 공급되는 전류에 대해, 전기자가 제1 위치에 놓일 때 전자석에 의해 전기자에 가해진 힘은 고압 매니폴드와 저압 매니폴드 사이의 압력차에 상응하는 압력차에 반해 이차 밸브를 개방하기에는 부족할 것이다. 그러나, 전자석에 의해 전기자에 가해진 힘은 전기자가 제1 위치와 제2 위치 사이의 소정 위치에 놓일 때 고압 매니폴드와 저압 매니폴드 사이의 압력차에 상응하는 압력차에 반해 이차 밸브를 개방하기에 충분하다.

유체 작동 모터는 모터로만 작동할 수 있다. 대안적으로, 유체 작동 모터는 대안적인 작동 모드에서 모터 또는 펌프로 작동할 수 있다.

본 발명의 제3 양상에 따르면, 일차 밸브, 전자석, 및 전기자를 포함하고, 일차 밸브는 면-안착형 일차 밸브 부재와 일차 밸브 시트를 포함하며 일차 밸브 부재가 일차 밸브 시트로부터 이격되는 개방 위치와 일차 밸브 부재가 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉되는 밀봉 위치를 가지고, 전기자는 제1 위치와 제2 위치 사이에 연장되는 경로를 따라 슬라이딩 가능하며, 일차 밸브 부재는 전기자가 제1 위치에 놓일 때 밀봉 위치를 향해 편향되고 전기자가 제2 위치에 놓일 때 개방 위치를 향해 편향되는 것인 유체 작동 기계의 유체 매니폴드에서 작동 챔버로의 유체 공급을 조절하는 밸브 조립체로, 일차 밸브 부재는 강자성 부재를 포함하고, 밸브 조립체는, 일차 밸브가 개방될 때 강자성 부재를 통해 자속을 안내하도록 구성되어 일차 밸브 부재를 개방 위치에 유지하는 자기 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 조립체를 제공한다.

그러므로, 일차 밸브가 개방되고 전류가 전자석에 공급될 때, 일차 밸브 부재는 최소 자기 위치 에너지에 위치하며, 밸브 시트를 통해 일차 밸브 부재를 지난 유체 유동으로 인해 일차 밸브 부재에 작용하는 베르누이 및 표면 마찰력에 저항한다. 따라서, 밸브 조립체는 특히 사용 중에 비교적 높은 비율의 유체 유동이 예상되는 유체 작동 챔버에 유용하다. 예를 들어, 밸브 조립체는 (모터로만 또는 대안적인 작동 모드에서 펌프 또는 모터로 작동하는 유체 작동 기계와 같은) 유체 작동 모터의 고압 유체 매니폴드에서 작동 챔버로의 유체 공급을 조절하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 밸브 조립체는 또한 유체 작동 모터의 저압 매니폴드에서 작동 챔버로의 유체 공급을 조절하는데 사용될 수 있다.

일차 밸브 부재는 강자성 부재와 하나 이상의 비강자성 밸브 부재부를 포함할 수 있다. 그러나, 일차 밸브 부재는 전적으로 강자성 부재만으로 구성될 수 있다.

전기자가 제2 위치에 놓일 때 일차 밸브 부재가 바람직하게 하나 이상의 탄성 부재에 의해 개방 위치를 향해 편향되기 때문에, 강자성 부재를 통해 안내되는 자속에서 발생한 유지력은 반대로 일차 밸브 부재를 폐쇄 위치로 편향시키기보다는 일차 밸브 부재를 개방 위치에 유지하는 추가적인 힘을 제공한다.

바람직하게, 일차 밸브 부재는 하나 이상의 탄성 부재에 의해 전기자가 제1 위치에 놓일 때 밀봉 위치로 편향되며 전기자가 제2 위치에 놓일 때 폐쇄 위치로 편향된다. 전기자는 통상 일차 밸브 부재에 상대적으로 이동할 수 있다. 따라서, 일차 밸브가 개방될 때 강자성 부재를 통해 자속을 안내함에 의해, 전기자의 부수적인 이동 없이 유체 유동으로부터 일차 밸브 부재에 작용하는 힘으로 인한 일차 밸브 부재의 폐쇄를 방지할 수 있다.

바람직하게, 일차 밸브 부재는 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉하는 밀봉 영역을 포함하고, 자기 회로는 일차 밸브가 개방될 때 밀봉 영역을 통해 유속을 안내하도록 구성된다. 그러므로, 유지력이 가장 필요한 경우에 집중된다.

전자석은 통상 사용 중에 전기자를 끌어당기도록 작동하여 일차 밸브를 개방한다. 통상적으로, 제2 위치는 제1 위치보다 전자석에 더 인접한다. 자기 회로는 바람직하게 일차 밸브가 개방 위치에 놓일 때 상기 전자석으로부터의 자속을 강자성 부재를 통해 안내하여, 전자석이 맞물리는 동안 일차 밸브 부재를 유지한다. 따라서, 전류가 전자석에 공급되면, 이는 일차 밸브를 개방하도록 그리고 일차 밸브 부재를 개방 상태로 유지하도록 작용한다. 대안적으로, 제2 전자석이 자기 회로 내에 구비되어 일차 밸브 부재를 유지하기 위해 자기장을 제공할 수 있다.

바람직하게, 자기 회로는 일차 밸브 부재가 개방 위치에 놓일 때 및 밀봉 위치에 놓일 때 모두 강자성 부재를 통해 자속을 안내하도록 구성되며, 일차 밸브 부재가 개방 위치에 놓일 때 강자성 부재를 통해 더 높은 밀도의 자속을 안내하도록 구성된다. 그러므로, 자기 회로는 일차 밸브를 개방하기 위해 전자석과 전기자 사이의 인력을 높일 뿐만 아니라, 일차 밸브 부재를 개방 위치에 유지하기 위해 자기 위치 에너지 우물을 제공하는 역할을 할 수 있다.

바람직하게, 자기 회로는 자속을 전달하도록 평행하게 마련되는 제1 및 제2 자기 회로부를 포함하되, 제1 자기 회로부는 적어도 일차 밸브가 밀봉 위치에 놓이고 전기자가 제1 위치에 놓일 때 전기자를 통해 자속을 전달하도록 구성되며, 제2 자기 회로부는 적어도 일차 밸브가 개방 위치에 놓이고 전기자가 제2 위치에 놓일 때 강자성 부재를 통해 자속을 전달하도록 구성된다. 바람직하게, 제1 자기 회로부는 전기자가 제1 위치에 놓일 때 및 제2 위치에 놓일 때 모두 전기자를 통해 자속을 전달하도록 구성된다. 제2 자기 회로부는 일차 밸브가 개방 위치에 놓일 때 및 밀봉 위치에 놓일 때 모두 강자성 부재를 통해 자속을 전달하도록 구성될 수 있다.

제1 자기 회로부는 바람직하게 적어도 전기자가 제1 위치에 놓일 때와 또한 통상적으로 전기자가 제2 위치에 놓일 때 전기자를 통해 유속을 안내하도록 마련되는 유속 브릿지를 포함한다. 통상적으로, 전기자는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 축을 따라 슬라이딩하도록 구성된다. 예를 들어, 유속 브릿지는, 상기 축에 실질적으로 법선으로 배치되어 전기자를 통해 자속을 안내하고 반경방향 내측으로 연장되는 다수의 자기 회로 부재를 포함할 수 있다. 전기자는 유속 브릿지에 인접하는 자기 투과성 재료로 이루어진 외주 플랜지를 포함할 수 있고, 이를 통해 전기자가 제1 위치, 제2 위치, 또는 제1 위치와 제2 위치 사이에 놓일 때 자기 회로를 형성할 수 있다.

통상적으로, 자기 회로는 강자성 몸체부를 포함하며, 전기자는 제1 위치에서 강자성 몸체부로부터 이격되고 제2 위치에서 강자성 몸체부와 접촉한다.

바람직하게, 제2 자기 회로부는 일차 밸브 부재가 개방 위치에 놓일 때 연속 강자성 재료 몸체가 강자성 부재와 강자성 몸체부 사이에서 직접 연장되도록 배치된다. 개방 위치에서는, 강자성 부재가 전기자와 접촉하는 한편, 전기자가 강자성 몸체부와 접촉할 수 있다. 개방 위치에서는, 강자성 부재가 몸체부와 직접 접촉할 수 있다. 강자성 부재는, 몸체부를 향해 연장되며 일차 밸브 부재가 개방 위치에 놓일 때 몸체부와 접촉하는 돌출부를 포함할 수 있다. 몸체부는, 강자성 부재를 향해 연장되며 일차 밸브 부재가 개방 위치에 놓일 때 일차 밸브 부재와 접촉하는 돌출부를 포함할 수 있다.

바람직하게, 자기 회로는 제1 자기 회로부의 자기저항과 제2 자기 회로부의 자기저항의 비가 전기자가 제1 위치에 놓이고 일차 밸브 부재가 밀봉 위치에 놓일 때보다 전기자가 제2 위치에 놓이고 일차 밸브 부재가 개방 위치에 놓일 때 더 높도록 형성되고 배치된다. 바람직하게, (슬라이딩 접촉하거나 작은 갭을 가지는) 유속 브릿지와 전기자 사이의 경계면의 자기저항은 전기자가 제2 위치에 놓일 때 더 높다. 예를 들어, 유속 브릿지와 전기자는, 전기자가 제2 위치에 놓일 때보다 제1 위치에 놓일 때 더 큰 중첩 표면적으로 중첩될 수 있다. 이는 일차 밸브 부재가 개방될 때 이를 통해 안내된 자속의 비율을 증가시키며, 일차 밸브 부재를 개방 상태로 유지한다. 일부 실시예들에서, 이러한 배치는 강자성 부재와 전기자 또는 몸체부 사이에 인력을 제공하여 일차 밸브 부재의 개방 또는 개방 상태의 유지를 용이하게 한다.

바람직하게, 제1 자기 회로부와 전기자는 제1 자기 회로부의 자기저항이 전기자가 제1 위치에 놓일 때보다 제2 위치에 놓일 때 더 크도록 구성되어, 전기자가 제2 위치에 놓이고 일차 밸브 부재가 개방 위치에 놓일 때 강자성 부재를 통해 안내되는 자속을 증가시킨다.

제2 자기 회로부는 일차 밸브 부재가 개방 위치에 놓일 때 및 밀봉 위치에 놓일 때 모두 강자성 부재를 통해 자속을 전달하도록 구성될 수 있다. 강자성 부재는 전기자가 제1 위치에 놓이고 일차 밸브 부재가 밀봉 위치에 놓일 때 전기자와 접촉할 수 있다. 이러한 배치에서, 유속은 강자성 부재보다는 유속 브릿지와 전기자를 통해 우선적으로 안내되고, 일차 밸브 부재의 즉각적인 이동 없이 전기자의 제1 위치로부터의 이동을 용이하게 한다.

통상적으로, 일차 밸브 부재와 전기자는 동축으로 이루어진다. 바람직하게, 밸브 조립체는 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트로부터 이격되는 방향으로 편향시키도록 마련되는 탄성 부재와, 전기자를 일차 밸브 부재와 접촉하게 편향시키도록 마련되는 탄성 부재를 포함하여, 합력이 일차 밸브를 밀봉 위치를 향해 편향시킨다.

본 발명의 이러한 양상에서, "일차 밸브", "일차 밸브 부재", 및 관련 용어들에서 "일차(primary)"라는 형용사는 명료함을 위한 표현으로, 이차 밸브의 존재를 의미하는 것은 아니다. 그러나, 일부 실시예들에서, 밸브 조립체는, 전기자에 결합되며 밀봉 위치와 개방 위치 사이에서 이동할 수 있는 이차 밸브 부재를 포함하는 이차 밸브를 더 포함할 수 있고, 전기자가 제1 위치에 놓일 때 이차 밸브가 밀봉 위치로 편향되며, 전기자가 제2 위치에 놓일 때 이차 밸브가 개방 위치를 향해 편향된다.

이 경우, 전기자와 이차 밸브 사이의 결합부는 바람직하게 이차 밸브 부재의 상응하는 이동 없이 전기자를 제1 위치에서 제2 위치를 향해 이동할 수 있도록, 그러나 전기자와 이차 밸브 부재 사이의 결합부를 통해 힘을 가하여 이차 밸브 부재를 이동시켜 이차 밸브를 개방하도록 구성되는 한편, 전기자는 상기 경로를 따라 제1 위치와 제2 위치 사이의 소정 위치에 놓인다. 이차 밸브 부재는 개방 위치에서 일차 밸브 부재의 대향측들 사이에 유체가 유동하는 유로를 제공하도록 마련되어, 사용 중에 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉 상태로 유지하는 힘을 인가하는 압력차가 일차 밸브 부재 전체에 걸쳐 존재할 때, 이차 밸브 부재의 개방은 압력이 일차 밸브 부재의 양측에서 균등화될 수 있게 하여 일차 밸브 부재의 개방을 용이하게 한다.

그러므로, 밸브 조립체는 본 발명의 제1 양상에 따른 밸브 조립체일 수 있다. 유리하게, 이는 비교적 높은 개방력이 이차 밸브 부재에 가해질 수 있고 비교적 높은 힘이 일차 밸브 부재를 개방 위치에 유지하도록 공급될 수 있는 밸브 조립체를 제공한다.

본 발명의 제4 양상은 사이클에 따라 변하는 체적을 가진 작동 챔버, 고압 매니폴드, 저압 매니폴드, 및 고압 매니폴드 또는 저압 매니폴드에서 작동 챔버로의 유체 공급을 조절하는 본 발명의 제3 양상에 따른 밸브 조립체를 포함하는 유체 작동 기계에 관한 것이다.

유체 작동 기계는 상기 밸브 조립체를 능동 제어하도록 작동 가능한 제어기, 및 선택적으로 작동 챔버 체적의 사이클들과의 위상 관계에 따라 작동 챔버에 의해 유체의 순 변위를 사이클 별로 결정하는 하나 이상의 기타 밸브를 더 포함할 수 있다.

유체 작동 모터는 모터로만 또는 펌프로만 작동할 수 있다. 대안적으로, 유체 작동 모터는 대안적인 작동 모드에서 모터 또는 펌프로 작동할 수 있다.

밸브 조립체는 본 발명의 제1 양상에 따른 밸브 조립체일 수 있다. 그러므로, 유체 작동 기계는 본 발명의 제2 양상에 따른 유체 작동 기계일 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예가 하기 도면을 참조하여 설명된다.
도 1a는 밸브가 폐쇄된 상태에서 전류가 전자석을 통과하기 전에 대칭 밸브 조립체를 도시한 부분 횡단면도이다.
도 1b는 전기자가 전자석을 통과하는 전류에 의해 생성된 자기장에 반응하여 제1 위치에서 제2 위치를 향해 이동한 후에 도 1a의 밸브 조립체를 도시한 부분 횡단면도이다.
도 1c는 이차 밸브 부재가 이차 밸브 시트로부터 이동하여 이차 밸브를 개방한 후에 도 1a의 밸브 조립체를 도시한 부분 횡단면도이다.
도 1d는 일차 밸브 부재가 일차 밸브 시트로부터 이동하여 일차 밸브를 개방하고 전기자가 제2 위치에 도달한 후에 도 1a의 밸브 조립체를 도시한 부분 횡단면도이다.
도 2는 전기자의 위치에 따른 도 1a의 밸브 조립체 내의 경질 스템과 이차 밸브 부재에 작용하는 힘의 변화를 도시한 그래프이다(내측 방향으로 작용하는 힘은 양의 값을 가진다).
도 3a는 밸브가 폐쇄된 상태에서 전류가 전자석을 통과하기 전에 대안적인 대칭 밸브 조립체를 도시한 부분 횡단면도이다.
도 3b는 전기자가 전자석을 통과하는 전류에 의해 생성된 자기장에 반응하여 제1 위치에서 제2 위치를 향해 이동한 후에 도 3a의 밸브 조립체를 도시한 부분 횡단면도이다.
도 3c는 이차 밸브 부재가 이차 밸브 시트로부터 이동하여 이차 밸브를 개방한 후에 도 3a의 밸브 조립체를 도시한 부분 횡단면도이다.
도 3d는 일차 밸브 부재가 일차 밸브 시트로부터 이동하여 일차 밸브를 개방하고 전기자가 제2 위치에 도달한 후에 도 3a의 밸브 조립체를 도시한 부분 횡단면도이다.
도 4는 도 1a 또는 도 3a의 밸브 조립체를 포함하는 유체 작동 기계를 도시한 개략도이다.

도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 본 발명에 따른 밸브 조립체(1)는 환상 밸브 하우징(2)을 구비하고, 상기 밸브 하우징은 자기 침투성 재료로 이루어지며, 역시 자기 침투성 재료로 이루어진 몸체부(4)를 에워싼다. 고자기저항 재료 링(30)이 밸브 하우징을 몸체부에서 분리한다. 전자석(6)이 밸브 하우징 내에서 몸체부 주위에 형성된다. 환상 포핏 케이지(8)가 밸브 하우징으로부터 연장되어, 일차 밸브 부재로 작동하는 일차 포핏 밸브 헤드(10)를 에워싼다. 환상 포핏 케이지는 자기 침투성 재료로 이루어지고, 일차 포핏 밸브 헤드는 스틸과 같은 강자성 재료로 이루어져서 강자성 부재로 작동한다. (일차 밸브 시트로 작동하는) 밸브 시트(12)는 포핏 케이지의 내부 주위에 연장되는 빗면 천이부에 의해 형성된다. 폐쇄 위치에서, 일차 포핏 밸브 헤드는 일차 밸브 시트와 결합하여 밀봉부를 형성한다. 전기자와 일차 포핏 밸브는 전기자의 외면(62)이 일차 포핏 밸브 헤드의 내면(64)과 접촉하여, 예를 들어, 전류가 전자석을 통과하기 전에 밸브가 폐쇄될 때 두 부분 사이에 힘을 인가하도록 구성된다.

일차 포핏 밸브 헤드는 그 중앙축에 위치하는 개구(14)를 포함한다. 상기 개구는 일차 포핏 밸브 헤드의 몸체 내의 밸브 헤드 챔버(18) 안에 위치하는 다른 빗면 천이부(16)로 연장되며, 상기 천이부는 또한 밸브 시트(이차 밸브 시트)로 작동하고, 이차 밸브 부재(20)는 이에 편향되어 밸브 조립체가 완전히 폐쇄될 때 밀봉부를 형성한다. 개구는 밸브 헤드 챔버를 통해 환상 포핏 케이지 내의 내부 챔버(22), 및 하나 이상의 유체 유로(24)와 연통된다. 유체 유로들은 유체 유동의 지나친 제약을 방지하기 위해 충분한 횡단면적을 가진다. 그러므로, 이차 밸브 부재가 이차 밸브 시트와 밀봉 접촉하지 않을 때, 밸브의 유출구(26)와 내부 챔버(22) 사이에 유체가 유동하는 유로가 구비된다. 그러나, 이러한 유로는 이차 밸브 부재가 이차 밸브 시트와 밀봉 접촉할 때 차단된다.

내부 챔버는 하나 이상의 반경방향 유로(28)와 유체 연통되고, 상기 유로들은 포핏 케이지를 통해 연장되며 밸브 조립체의 유입구로 작용한다. 반경방향 유로들은 일차 포핏 밸브가 개방될 때 일차 포핏 밸브 헤드의 외주부의 위치 및 일차 포핏 밸브 헤드가 일차 포핏 밸브 시트와 밀봉 접촉할 때 그 외주부의 위치 사이의 중간 위치에서 내부 챔버 안으로 연장된다. 따라서, 일차 포핏 밸브가 개방될 때, 이차 밸브가 개방되었는지와 무관하게, 유체가 유입구에서 유출구로 직접 유동하는 유로가 구비된다. 그러나, 일차 포핏 밸브가 폐쇄될 때, 일차 포핏 밸브 헤드의 외주부 주위에는 유체가 유입구에서 유출구로 직접 유동하는 유로가 구비되지 않는다.

몸체부의 외주부 주위에 위치하는 고자기저항 재료 링(30)에 의해 부분적으로 자기 회로가 형성된다. 자기 회로는 또한 유속 브릿지(32)를 포함하고, 상기 유속 브릿지는 밸브 하우징에서 반경방향 내측으로 연장되고 전기자(34)와 접촉하며, 상기 전기자는 도 1a에 도시된 제1 위치에서 도 1b에 도시된 제2 위치로 슬라이딩 가능하다. 전기자는 외주 플랜지(36)를 구비하되, 상기 플랜지는 전기자의 중앙부보다 더 두껍고, 유속 브릿지와 슬라이딩 접촉하며, 전기자가 제1 위치와 제2 위치 사이의 임의의 위치에 놓인 동안에 유속 브릿지와 접촉 상태(또는 대안적으로 매우 인접한 상태)를 유지하도록 구성된다. 유속 브릿지는 하나 이상의 관통 보어(38)를 포함하고, 이를 통해 유체가 유동하여 전기자를 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동할 수 있게 한다. 환상 밸브 하우징, 몸체부, 유속 브릿지는 함께 제1 자기 회로부를 구성한다. 제2 자기 회로부는 환상 밸브 하우징, 몸체부, 및 스틸과 같은 자기 침투성 재료로 이루어지며 유속 브릿지와 접촉하는 환상 포핏 케이지에 의해 형성된다.

전기자에는 중앙 개구(40)가 관통한다. 경질 스템(42)이 전기자의 중앙 개구와 일차 포핏 밸브 헤드 내의 챔버를 통해 연장된다. 경질 스템은 이차 밸브 부재(20)를 형성하는 제1 단부, 및 이에 대향하는 밸브 몸체부 내의 리세스(46)에 위치하는 제2 단부(44)를 가진다.

밸브 조립체는 세 개의 스프링을 포함한다. (일차 탄성 부재로 작동하는) 주 스프링(48)은 몸체부 리세스 내의 천이부(50)에서 전기자의 내면(52)까지 경질 스템의 주위에서 연장되며 작동 전체에 걸쳐 압축된다. (이차 탄성 부재로 작동하는) 충전 스프링(54)은 경질 스템의 주위에서 전기자의 내면으로부터 연장되며 경질 스템의 제2 단부에서 외주 플랜지(56)에 위치된다. 외주 플랜지는 또한 전기자의 내면이 반작용하는 외면(66)을 구비하여, 전기자의 내면과 외주 플랜지의 외면이 거리 제한 메커니즘을 구성한다. (삼차 탄성 부재로 작동하는) 파일럿 스프링(58)은, 경질 스템의 제1 단부를 향해 위치하며 반경방향 외측으로 연장되는 외주 플랜지(60)와 일차 포핏 밸브 헤드 내의 챔버의 내부 주위에 반경방향 내측으로 연장되는 플랜지 사이에서 연장된다. 파일럿 스프링은 밸브 조립체가 도 1a에 도시된 완전 폐쇄 상태에 놓일 때 상대적으로 이완되지만, 도 1c에 도시된 바와 같이 이차 밸브가 개방되지만 일차 밸브가 개방되지 않을 때 압축된다.

일차 밸브 부재, 이차 밸브 부재, 경질 스템, 및 주 스프링, 충전 스프링, 파일럿 스프링 각각은 동축으로 이루어진다. 주 스프링은 충전 스프링과 동심이며 그 주위에 연장된다.

예시적 응용에서, 밸브 조립체는 유체 작동 기계 내에 위치하여, 유입구가 고압 매니폴드에 연결되고 유출구가 사이클에 따라 변하는 체적을 가진 작동 챔버에 부착된다. 전자석은 제어기의 제어에 따라 스위칭 가능한 전원에 연결되어, 필요 시에 전류를 전자석에 공급할 수 있다.

전류가 전자석에 공급되지 않을 때, 밸브는 도 1a에 도시된 폐쇄 위치를 채택한다. 주 스프링은 외측 방향으로 편향력을 제공하고, 따라서 전기자는 외측 방향으로 편향되며, 외면(62)과 내면(64) 전체에 걸친 접촉을 통해 일차 포핏 밸브 헤드를 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉하도록 압착한다. 충전 스프링은 이완되어 내측 방향으로(즉, 도 1a의 상부를 향해) 단지 소량의 힘을 경질 스템에 가한다. 파일럿 스프링은 외측 방향으로 반대 방향의 통상 더 높은 힘을 경질 스템에 가한다. 예를 들어, 충전 스프링은 10N의 예하중을 가질 수 있고, 파일럿 스프링은 15N의 예하중을 가질 수 있다. 그러므로, 충전 스프링과 파일럿 스프링 내의 예하중으로 인한 경질 스템 상의 순 힘이 경질 스템을 편향시키고, 그에 따라 이차 밸브 부재를 외측으로 이차 밸브 시트와 밀봉 접촉하도록 편향시킨다. 일차 밸브와 이차 밸브는 또한 밸브 조립체의 내부 챔버와 유출구 사이의 압력차에 의해 폐쇄 위치에 유지된다. 따라서, 도 1a에 도시된 폐쇄 위치에서, 밸브 조립체는 폐쇄되고, 유입구를 통해 고압 밸브로부터 유출구와 작동 챔버 내부로 유체가 유동하는 유로는 존재하지 않는다.

전류가 전자석에 공급될 때, 자기 회로가 형성되어 전기자를 통해 유속을 안내한다. 전자석은 전기자에 인력을 가하고, 전기자에 작용하는 힘이 전기자를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시키기에 충분하도록 전자석을 통한 전류가 선택된다. 통상의 응용에서, 전기자가 이차 밸브 부재에 견고하게 결합되었다면 상기 인력은 전기자를 이동시키기에는 불충분할 것이다. 그러나, 본 발명에 따르면, 탄성 결합부가 이차 밸브 부재의 이동 없이도 전기자를 초기에 이동시킨다. 그러므로, 이전에 필요했던 것보다 더 낮은 초기 인력을 사용하여 불필요한 전력 소모를 방지하는 것이 가능하다. 전기자가 제1 위치에서 제2 위치로 이동함에 따라, 전기자와 몸체부 사이의 갭이 감소하고 전기자 상의 힘이 증가한다.

도 2는 전기자가 제1 위치(100)에서 제2 위치(102)로 경로를 따라 진행하는 동안 관련된 힘의 변화를 도시한 그래프로, 제2 위치는 제1 위치보다 전자석에 더 인접한다. 유로는 제1 위치에서 제2 위치까지 직접 연장되며, 원환체 전자석의 중앙축을 향해 직선형이다. (일차 포핏 밸브 헤드에 내측 방향으로, 경질 스템과 일체형 이차 밸브 부재에 외측 방향(그래프에서 음의 방향)으로 작용하는) 파일럿 스프링(104)의 힘은, 일차 밸브와 이차 밸브가 폐쇄 상태로 유지되고 편향력과 압력차에 의해 적소에 고정되기 때문에, 전기자가 이동하기 시작할 때 일정하다. (전기자에 외측 방향으로, 경질 스템과 그에 따라 이차 밸브 부재에 내측 방향(그래프에서 양의 방향)으로 작용하는) 충전 스프링(106)의 힘은 충전 스프링의 축소로 인해 경질 스템의 이동 없이 전기자가 이동하기 시작할 때 단조롭게 증가한다. (전기자에 외측 방향으로 작용하는) 주 스프링(108)의 힘은 또한 전기자가 제1 위치에서 제2 위치로 이동할 때 단조롭게 증가한다. 밸브 조립체의 유입구와 유출구 사이의 압력차는, 이차 밸브가 폐쇄 상태로 유지되고 그 결과로 외측 방향의 일정한 힘(110)이 이차 밸브 부재에 (그리고 그에 의해 경질 스템에; 그래프의 음의 방향) 작용하는 동안, 일정하게 유지된다.

이차 밸브 상의 전체 합력을 선(112)으로 나타내며, 제1 위치(100)에서 상기 합력이 초기에 대향하는(내측, 개방) 방향으로 전자석에 의해 가해질 수 있는 전체 힘(114)보다 훨씬 더 크다는 것을 알 수 있다. 그러나, 전체 힘(114)은 충전 스프링(54)의 개방력(106)과 파일럿 스프링(58)의 파일럿력(104)에 의한 전기자 상의 순 힘보다 더 크며, 전기자를 제1 위치(100)에서 이격되는 방향으로 이동시킨다. 전기자가 제1 위치에서 개방 위치를 향해 이동함에 따라, 충전 스프링에 의해 전기자에 가해진 개방력은 선형으로 증가하지만, 전자석에 의해 전기자에 가해진 전체 힘은 2차 성분들과 함께 증가하고, 전기자가 제1 위치와 제2 위치 사이의 개방 위치(101)에 도달할 때 이차 밸브 부재를 개방하는데 필요한 합력을 초과한다. 개방 위치는 유입구와 유출구 사이의 압력차에 따라 변화한다. 전기자가 개방 위치에 도달할 때의 밸브 조립체의 구성은 도 1b에 도시되어 있다.

도 2의 예에서, 충전 스프링과 파일럿 스프링의 조합에 의해 경질 스템에 생성된 순 힘은 그 자체로 일차 밸브 부재 전체에 걸친 압력차에서 기인한 유체 힘(110)에 대항하여 경질 스템을 이동시킬 정도로 크지 않다. 낮은 압력차에서는 순 힘이 충분히 높고, 경질 스템이 내측 방향으로 이동하고, 이차 밸브 부재를 이차 밸브 시트와 밀봉 접촉하지 않도록 이동시키며, 도 1c에 도시된 바와 같이 이차 밸브를 개방하는 것이 가능하다. 그러나, 충분히 높은 압력차를 가진 응용에서는, 전기자의 내면(52)이 개방점(101)에서 외주 플랜지(26)의 외면(66)과 접촉한다. 그러므로, 전기자와 이차 밸브 부재 사이의 최대 거리가 제한되고, 전기자에 의해 경질 스템에 인가되는 개방력(106)이 급격히 증가한다(116). 경질 스템에 작용하는 힘은 이제 경질 스템을 내측 방향으로 이동시키기에 충분하고, 이차 밸브 부재를 이차 밸브 시트와 밀봉 접촉하지 않도록 이동시키며, 도 1c에 도시된 바와 같이 이차 밸브를 개방한다. 전기자와 외주 플랜지 각각의 접촉한 내외면들과 협력하여 충전 스프링에 의해 인가된 힘은 전기자가 개방 위치(100)에서 공급할 수 있는 힘보다 훨씬 더 크다는 것을 알 수 있다. 그러나, 도 2에 도시된 예에서는 전기자가 거의 폐쇄 위치로 이동하였기 때문에, 다른 경우에 그러한 것보다 훨씬 더 큰 개방력이 가능하다.

일단 이차 밸브가 개방되면, 이는 밸브 조립체의 내부 챔버로부터 이차 밸브 시트와 일차 포핏 밸브 헤드의 중앙 개구를 통해 유출구까지 유체가 유동하는 비교적 작은 횡단면을 가진 유로를 제공한다. 개방 과정이 빠르게 진행되어 작동 챔버 체적의 어떤 변화이든 무시할 수 있으므로, 효과적인 폐쇄 체적인 작동 챔버에 유출구가 연결된다. 따라서, 고압 유체가 이차 밸브를 통해 작동 챔버에 공급됨에 따라, 유입구와 유출구의 압력은 유출구의 압력 증가로 인해 균등화되기 시작한다. 경질 스템을 이동시키는데 필요한 전체 힘은 압력차가 감소함에 따라 감소하기 시작한다(118). 충전 스프링 내의 힘은 경질 스템이 일차 포핏 밸브 헤드에 상대적으로 이동하기 시작함에 따라 감소하기 시작하고(116), 파일럿 스프링 내의 힘은 경질 스템이 일차 포핏 밸브 헤드에 상대적으로 이동하여 파일럿 스프링의 길이를 감소시킴에 따라 증가하기 시작한다(120). 경질 스템은 파일럿 스프링의 힘과 충전 스프링의 힘이 동일한 위치에 안착된다.

일단 이차 밸브가 개방되면, 일차 포핏 밸브 부재 전체에 걸친 압력차가 빠르게 감소하고, 일차 밸브 부재는 일차 밸브 시트에서 용이하게 안착 해제되어 경질 스템과 파일럿 스프링을 통해 전달된 힘에 의해 도 1d에 도시된 위치로 변위될 수 있다. 그러므로, 유체는 유입구에서 유출구로 자유롭게 유동할 수 있다. 이차 밸브는 통상 밸브 조립체가 개방 위치에 놓일 때 개방 상태로 유지되지만, 필수적인 것은 아니다. 전기자가 제2 위치에 유지되어 다른 경우라면 일차 밸브를 폐쇄하도록 작용할 주 스프링의 힘을 제거하는 한, 파일럿 스프링에 의해 가해진 순 힘이 이제 충전 스프링에 의해 가해진 순 힘을 초과하기 때문에, 일차 밸브가 개방 상태로 편향된다. 전자석을 흐르는 전류가 차단될 때, 일차 밸브는 주 스프링의 작용으로 인해 다시 폐쇄되고, 이차 밸브는 충전 스프링 위의 파일럿 스프링의 더 높은 예하중력으로 인해 다시 폐쇄된다. 주 스프링이 일차 밸브 부재를 직접 지탱하는 전기자에 직접 작용함에 따라, 일차 포핏 밸브 헤드는 일단 전자석을 흐르는 전류가 차단되면 일차 밸브 시트를 향해 신속하게 이동하기 시작한다. 부수적으로 이동하는 이차 밸브를 기준으로 하기 때문에, 일차 밸브를 개방하는 파일럿 스프링은 폐쇄 중에 많이 압축되지 않고, 주 스프링의 전체 힘이 폐쇄 가속을 위해 사용 가능하도록 보장한다.

도시된 밸브 배치에서, 유속 브릿지와 전기자를 통해 연장되는 제1 자기 회로부와, 포핏 케이지와 일차 포핏 헤드를 통해 연장되는 제2 자기 회로부를 포함하는 자기 회로가 형성된다. 제1 및 제2 자기 회로부들은 병렬 배치된다.

밸브 조립체가 도 1a에 도시된 위치에 놓이고 전류가 먼저 전자석에 공급되면, 자속은 주로 환상 밸브 하우징과 유속 브릿지와 전기자를 통해, 그리고 전기자와 몸체부 사이의 갭을 가로질러 주로 전달된다. 포핏 케이지와 일차 포핏 밸브 헤드를 통한 유속 밀도는 제1 자기 회로부의 자기저항이 제2 자기 회로부의 자기저항보다 실질적으로 더 낮으므로 비교적 낮다.

전기자는 몸체부로 끌어당겨지고 이를 향해 이동하기 시작한다. 전기자 주위의 외주 플랜지는, 전기자가 제1 위치에 놓일 때뿐만 아니라 전기자의 이동의 첫 번째 부분을 통해서도, 유속 브릿지가 그 횡단면적 전체에 의해 전기자와 거의 접촉하도록 배치된다. 전기자는 초기에 이동할 수 없는 일차 포핏 밸브 헤드에서 이격되는 방향으로 이동하고, 제2 자기 회로부의 자기저항은 더욱 더 증가한다.

일단 전기자가 제2 위치에 도달하면, 이차 밸브가 개방되기 시작한 후에, 전기자는 몸체부와 접촉하고, 전기가 계속 전자석을 통해 흐르는 동안 몸체부에 대해 적소에 고정된 상태로 유지된다. 그러나, 외주 플랜지는 제2 위치에서 외주 플랜지와 유속 브릿지 사이의 중첩이 유속 브릿지의 전체 횡단면적보다 훨씬 더 적도록 배치된다. 이는 유속 브릿지와 전기자 사이의 결합부의 자기 저항을 높인다.

단시간 후, 이차 밸브 부재는 그 자체가 몸체부와 접촉 상태를 유지하는 전기자와 접촉한다. 전류가 계속 전자석을 통해 공급되는 동안, 자기 회로는 전자석, 포핏 케이지, 일차 포핏 밸브 헤드, 및 전기자를 통해 완성된다. 따라서, 개방 위치에서, 일차 포핏 밸브 헤드는 전기자에 자기적으로 끌어당겨지며 힘을 받게 되는데, 이는 유입구에서 일차 포핏 밸브 헤드의 외주부를 지나 압력 구배 아래로 유출구, 작동 챔버로의 빠른 유체 유동에 의해 야기되는, 일차 포핏 밸브 헤드에 작용하는 베르누이 힘에 저항하는 힘이다. 그러므로, 일차 포핏 밸브 헤드는 자기 회로에 의해 개방 상태로 유지된다.

이러한 메커니즘은 유속 브릿지와 전기자 사이의 결합부의 자기저항 증가에 의해 용이하게 되며, 이는 (제2 자기 회로부로 작동하는) 일차 포핏 밸브 헤드와 포핏 밸브 케이지를 통해 유속을 안내한다. 유속 브릿지와 전기자를 통해 몸체부에 이르는 경로의 전체 자기저항은 전기자가 몸체부와 직접 접촉한다는 이유로 전기자가 제1 위치보다 제2 위치에 놓일 때 더 낮을 수 있지만, 유속 브릿지와 전기자를 통해 몸체부에 이르는 경로의 자기저항과 일차 포핏 밸브 헤드를 통한 경로의 자기저항의 비는 전기자가 제2 위치에 놓이고 일차 포핏 밸브 헤드가 개방 상태로 유지될 때 더 높다. 따라서, 다른 경우에 그러한 것보다 더 높은 비율의 자속이 일차 포핏 밸브 헤드를 통해 안내되고, 사용 가능한 유지력을 증가시킨다.

일단 전자석에 전류가 차단되면, 자기장이 약해지고, 일차 포핏 밸브 헤드가 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉하도록 외측 방향으로 이동한다.

대안적인 실시예들에서, 일차 포핏 밸브 헤드는 개방 방향으로 몸체부와 직접 접촉할 수 있다. 일차 포핏 밸브 헤드 또는 몸체부는 이러한 직접 접촉을 용이하게 하는 돌출부를 포함할 수 있다.

대안적인 실시예들에서, 이차 밸브를 포함하지 않는 밸브 조립체의 밸브 부재를 개방 상태로 유지하기 위해 대응하는 자기 회로가 사용될 수 있다.

이 예시적인 실시예에서 일차 포핏 밸브 헤드는 전적으로 강자성 재료로 이루어졌지만, 당해 기술분야의 숙련자는 일차 밸브 부재가 강자성 영역과 비강자성 영역 양자를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.

도 3은 도 1에 도시된 밸브 조립체와 유사한 밸브 조립체의 개략도로, 전자석(4)과 전기자(34)의 직접적인 힘을 이용하여 일차 밸브(10)를 개방하는 추가적인 특징을 가진다. 도면 부호는 도 1a 내지 도 1d의 도면 부호와 동일하고, 추가로 일차 밸브 풀링 콘(68)이 반경방향 전기자 슬롯(70)에 고정되고 일차 밸브 풀링 리지(72)와 맞물린다. 개방 작동 중에 도 4의 밸브는 C단계까지 도 1의 밸브와 동일하다. C단계에서 일차 밸브 풀링 콘은 일차 밸브 풀링 리지와 맞물리고, 전기자(34)가 전자석 몸체(4)의 성형면에 도달하여 전자석의 힘을 일차 밸브의 개구에 직접 인가하는 것을 방지한다. 일단 일차 밸브 전체에 걸친 압력이 이차 밸브(16)를 통한 유동으로 인해 감소하면, 일차 밸브가 개방된다(도 3d). 이런 방식으로, 일차 밸브가 스프링(54, 58)만을 이용한 힘보다 더 큰 힘으로 개방될 수 있기 때문에, 일차 밸브의 개방 속도는 증가할 수 있다.

본원에 개시된 밸브 배치는 GB 제2,430,246호의 밸브 배치보다 탁월한 이점들을 가진다. 전기자는 이차 밸브가 개방되기 전에 전자석에 인접하게 이동할 수 있어 이차 밸브에 최대 개방력을 제공할 수 있지만, 이차 밸브는 일단 이동하기 시작하면 이전과 동일하게 진행하고, 따라서 유체 압력으로부터 감소된 힘을 받게 된다. 작동 챔버 내의 압력이 균등화될 때, 이차 밸브는 압축된 이차 스프링의 작용에 의해 완전히 개방된다. 또한, 전자석은 일차 밸브를 개방 상태로 유지하기 위해 일차 밸브에 자기 인력을 인가할 수 있고, 단지 연장된 스프링의 작용을 통해서 보다는 직접적으로 힘을 인가하고, 그에 따라 약한 유지력만을 제공할 수 있다. 이러한 이점들은, 전력을 적게 소모하며 더 큰 압력차에 반해 개방될 수 있는 밸브를 제공할 수 있다는 것을 의미한다.

도 4는 도시된 밸브 조립체(202)를 고압 밸브로 포함하는, 그 전체를 도면부호 '200'으로 나타낸 유체 작동 기계의 개략도이고, 상기 밸브 조립체는 고압 매니폴드(204)와 작동 챔버(206) 사이의 유압 유체의 유동을 조절한다. 작동 챔버는 실린더(208)의 내부, 및 적합한 기계적 연결부(214)에 의해 크랭크샤프트(212)의 회전에 기계적으로 연결되며 실린더 내에서 왕복 운동하여 작동 챔버의 체적을 사이클에 따라 변화시키는 피스톤(210)에 의해 정의된다. 저압 밸브(216)는 저압 매니폴드(218)와 작동 챔버 사이에서 유체 압력의 유동을 조절한다. 예시적인 유체 작동 기계는 적절한 위상차를 가지고 동일한 크랭크샤프트의 회전에 기계적으로 연결되는 다수의 작동 챔버를 포함한다. 샤프트 위치/속도 센서(220)는 샤프트의 순간 각위치 및 회전 속도를 측정하고, 샤프트 위치 및 속도 신호들을 제어기(222)에 전송하며, 상기 신호들은 제어기가 각각의 개별 작동 챔버의 사이클들의 순간 위상을 결정할 수 있게 한다. 제어기는 통상 사용 중에 저장된 프로그램을 실행하는 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러이다. 저압 밸브는 전자 작동식이고, 고압 및 저압 매니폴드의 개방 및/또는 폐쇄는 제어기에 의해 능동 제어된다.

예시적인 유체 작동 기계는 대안적인 작동 모드들에서 펌프 또는 모터로 기능하도록 작동 가능하다. 펌프로 작동할 때, 저압 유체가 저압 매니폴드에서 유입되어 고압 밸브를 통해 고압 매니폴드로 유출된다. 따라서, 샤프트 동력이 유체 동력으로 변환된다. 모터로 작동할 때, 고압 유체가 고압 매니폴드에서 유입되어 저압 밸브를 통해 저압 매니폴드로 유출된다. 따라서, 유체 동력이 샤프트 동력으로 변환된다.

제어기는 저압 및 고압 밸브들의 개방 및/또는 폐쇄를 조절하여 사이클 별로 작동 챔버 체적의 사이클들과의 위상 관계에 따라 각각의 작동 챔버의 유체의 순 변위를 결정하고, 따라서 기계를 통한 유체의 순 처리량을 결정한다. 그러므로, 유체 작동 기계는 EP 제0 361 927호, EP 제0 494 236호, EP 제1 537 333호에 개시된 원리들에 따라 작동하고, 그 개시내용은 이에 참고로서 포함된다.

본 발명의 밸브 조립체는 지나친 에너지 소모 없이 압력차에 반해 신속하게 (수 밀리세컨드 내에) 개방될 수 있기 때문에 상기 유형의 유체 작동 기계와 관련하여 특별한 이점을 가진다. 또한, 밸브 조립체는 자기 회로 배치에 의해 개방 상태로 유지될 수 있기 때문에, 상당한 체적의 유체가 밸브 조립체를 끌어당겨 폐쇄하지 않으면서 단시간에 걸쳐 밸브 조립체를 통해 유동할 수 있다. 밸브 조립체는 저압 밸브 또는 고압 밸브로 사용될 수 있다.

본 명세서에 개시된 본 발명의 범위 내에서 추가 변경과 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (21)

1. 일차 밸브, 이차 밸브, 전자석, 및 전기자를 포함하고, 일차 밸브는 면-안착형 일차 밸브 부재와 일차 밸브 시트를 포함하며, 이차 밸브는 밀봉 위치 및 유체가 일차 밸브 부재의 대향측들 사이에서 유동하도록 이차 밸브를 통해 유로가 마련되는 개방 위치 사이에서 이동할 수 있어 일차 밸브 부재 전체에 걸친 압력차를 감소시키는 이차 밸브 부재를 포함하고, 전기자는 이차 밸브 부재에 결합되며 제1 위치 및 제1 위치보다 전자석에 더 인접한 제2 위치 사이에 연장되는 경로를 따라 슬라이딩 가능하고, 제1 위치에서는 일차 밸브 부재가 일차 밸브 시트를 향해 편향되며 이차 밸브가 밀봉 위치를 향해 편향되고, 제2 위치에서는 일차 밸브 부재가 일차 밸브 시트로부터 이격되는 방향으로 편향되며 이차 밸브가 개방 위치를 향해 편향되는 것인 유체 작동 기계의 고압 매니폴드에서 작동 챔버로의 유체 공급을 조절하는 밸브 조립체로,
   전기자와 이차 밸브 부재 사이의 결합부는 이차 밸브 부재의 상응하는 이동 없이 전기자를 제1 위치에서 제2 위치를 향해 이동할 수 있도록, 그러나 전기자와 이차 밸브 부재 사이의 결합부를 통해 힘을 가하여 이차 밸브 부재를 이동시켜 이차 밸브를 개방하도록 구성되는 한편, 전기자는 상기 경로를 따라 제1 위치와 제2 위치 사이의 소정 위치에 놓이는 것을 특징으로 하는 밸브 조립체.
2. 제1항에 있어서, 전기자와 이차 밸브 부재 사이의 결합부는 전기자가 제1 위치에서 제2 위치를 향하는 경로를 따라 진행할 때 탄성 에너지를 저장하도록 작동 가능한 이차 탄성 부재를 포함하는 것인, 밸브 조립체.
3. 제2항에 있어서, 이차 탄성 부재를 포함하는 하나 이상의 탄성 부재가 함께 전기자에 편향력을 가하여 전기자를 제1 위치를 향해 편향시키고, 상기 편향력은 전기자가 제1 위치에서 제2 위치를 향해 이동함에 따라 증가하되, 거리에 따른 편향력의 증가는, 적어도 전기자가 제1 위치 및 이차 밸브 부재가 이동하기 시작하는 위치 사이에 놓이는 경우에, 전자석과 전기자 사이의 거리의 감소로 인해, 사용 중에 전자석에 의해 전기자에 가해질 수 있는 힘의 증가보다 적은 것인, 밸브 조립체.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합부는, 전기자와 이차 밸브 부재의 밀봉부 사이의 최대 거리를 제한하여 제1 위치와 제2 위치 사이의 경로의 일부를 따라 전기자의 이동을 이차 밸브의 이동에 결합하도록 맞물릴 수 있는 거리 제한 메커니즘을 포함하는 것인, 밸브 조립체.
5. 제4항에 있어서, 전기자는 밸브의 개방 중에 제1 위치에서 제2 위치로 이동함에 따라 먼저 이차 밸브와 맞물리고, 다음으로 일차 밸브 부재와 맞물리도록 작동 가능하여, 일차 밸브 부재가 이동하기 시작하기 전에 이차 밸브를 끌어당겨 개방하고, 다음으로 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트로부터 안착 해제하는 것인, 밸브 조립체.
6. 제1항에 있어서, 밸브 조립체는, 전기자의 개구를 통해 연장되고, 사용 중에 작동 챔버를 향해 위치하는 전기자의 제1 측에서 이차 밸브 부재에 견고하게 결합되며, 이에 대향하는 전기자의 제2 측에서 탄성 부재에 의해 전기자에 결합되는 경질인 스템을 포함하여, 전기자가 제1 위치로부터 경로를 따라 진행함에 따라, 전기자는 경질인 스템의 주위에 연장되며 사용 중에 이를 따라 슬라이딩하고,
   경질인 스템은 전기자가 제1 위치와 제2 위치 사이의 상기 위치에서 이차 밸브를 끌어당겨 개방하도록 제1 위치와 제2 위치 사이의 상기 위치에서 전기자와 맞물리는 형성부를 전기자의 제2 측에 더 포함하는 것인, 밸브 조립체.
7. 제1항에 있어서, 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉하도록 편향시키는 일차 탄성 부재를 더 포함하는 밸브 조립체.
8. 제7항에 있어서, 일차 탄성 부재는 전기자를 제1 위치를 향해 편향시키고, 전기자는 제1 위치에서 일차 밸브 부재와 맞물리고, 그에 따라 제1 위치에서는 일차 탄성 부재가 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉하게 편향시키는 것인, 밸브 조립체.
9. 제1항에 있어서, 이차 밸브 부재에 고정된 제1 단부와 일차 밸브 부재에 고정된 제2 단부를 가진 삼차 탄성 부재를 더 포함하는 밸브 조립체.
10. 제9항에 있어서, 일차 밸브 부재가 일차 밸브 시트와 밀봉 접촉하고 이차밸브가 폐쇄될 때, 삼차 탄성 부재는 이차 밸브를 폐쇄 위치로 편향시키는 것인, 밸브 조립체.
11. 제9항에 있어서, 이차 밸브 부재가 개방 위치에 놓일 때, 일차 밸브 부재가 이동하기 시작하기 전에, 삼차 탄성 부재는 일차 밸브 부재를 일차 밸브 시트로부터 이격되는 방향으로 편향시키는 편향력을 제공하는 것인, 밸브 조립체.
12. 제1항에 있어서, 이차 밸브 부재는 면-안착형 밸브이고, 이차 밸브는 이차 밸브 부재와의 밀봉 가능 연동을 위한 이차 밸브 시트를 더 포함하는 것인, 밸브 조립체.
13. 제1항에 있어서, 이차 밸브가 개방 위치에 놓여 일차 밸브 부재의 대향측들 사이의 압력차를 감소시킬 때, 이차 밸브는 유체가 일차 밸브 유닛을 통해 유동할 수 있도록 일차 밸브 유닛을 통해 연장되는 것인, 밸브 조립체.
14. 제1항에 있어서, 전기자가 제2 위치에 놓일 때, 이차 밸브는 폐쇄되거나 폐쇄될 수 있는 것인, 밸브 조립체.
15. 사이클에 따라 변하는 체적을 가진 작동 챔버, 고압 매니폴드, 저압 매니폴드, 및 고압 매니폴드 또는 저압 매니폴드에서 작동 챔버로의 유체 공급을 조절하는 제1항에 기재된 밸브 조립체를 포함하는 유체 작동 기계.
16. 제15항에 있어서, 상기 밸브 조립체를 능동 제어하도록 작동 가능한 제어기, 및 선택적으로 작동 챔버 체적의 사이클들과의 위상 관계에 따라 작동 챔버에 의해 유체의 순 변위를 사이클 별로 결정하는 하나 이상의 기타 밸브를 더 포함하는 유체 작동 기계.
17. 제15항에 있어서, 작동 챔버 내의 압력은 이차 밸브가 개방 위치에 있을 때 사용 중에 이차 밸브를 통해 각각의 매니폴드 내의 압력과 균등화되어, 일차 밸브 부재 전체에 걸친 압력차를 줄이고 일차 밸브를 개방되게 할 수 있는 것인, 유체 작동 기계.
18. 제2항에 있어서, 밸브 조립체는, 전기자의 개구를 통해 연장되고, 사용 중에 작동 챔버를 향해 위치하는 전기자의 제1 측에서 이차 밸브 부재에 견고하게 결합되며, 이에 대향하는 전기자의 제2 측에서 탄성 부재에 의해 전기자에 결합되는 경질인 스템을 포함하여, 전기자가 제1 위치로부터 경로를 따라 진행함에 따라, 전기자는 경질인 스템의 주위에 연장되며 사용 중에 이를 따라 슬라이딩하고,
    경질인 스템은 전기자가 제1 위치와 제2 위치 사이의 상기 위치에서 이차 밸브를 끌어당겨 개방하도록 제1 위치와 제2 위치 사이의 상기 위치에서 전기자와 맞물리는 형성부를 전기자의 제2 측에 더 포함하는 것인, 밸브 조립체.
19. 제2항에 있어서, 이차 밸브 부재에 고정된 제1 단부와 일차 밸브 부재에 고정된 제2 단부를 가진 삼차 탄성 부재를 더 포함하는 밸브 조립체.
20. 제2항에 있어서, 이차 밸브가 개방 위치에 놓여 일차 밸브 부재의 대향측들 사이의 압력차를 감소시킬 때, 이차 밸브는 유체가 일차 밸브 유닛을 통해 유동할 수 있도록 일차 밸브 유닛을 통해 연장되는 것인, 밸브 조립체.
21. 사이클에 따라 변하는 체적을 가진 작동 챔버, 고압 매니폴드, 저압 매니폴드, 및 고압 매니폴드 또는 저압 매니폴드에서 작동 챔버로의 유체 공급을 조절하는 제2항에 기재된 밸브 조립체를 포함하는 유체 작동 기계.
    

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