KR20120040686A - 자기 래칭밸브를 가지는 유체장치 - Google Patents

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벤자민 제임스 모리스
제프리 찰스 톰슨
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이턴 코포레이션
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Abstract

유체장치(12)를 밸빙하는 방법은 유체장치의 변위 조립체의 체적 챔버의 변위에 상관되는 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 체적 챔버의 변위가 제1값에 도달하면 유체장치의 체적 챔버(36)와 유체 유입구(14)와 유체 연통하는 제1래치밸브(52a)의 자극(70)으로부터 체크볼(96)이 분리된다. 체적 챔버의 변위가 제2값에 도달하면 유체장치의 체적 챔버와 유체 유출구(16)와 유체 연통하는 제2래치밸브(52b)의 자극으로부터 체크볼이 분리된다.

Description

자기 래칭밸브를 가지는 유체장치{FLUID DEVICE WITH MAGNETIC LATCHING VALVES}
본 발명은, 미국을 제외한 모든 지정국가에 대해서는 미국법인인 이튼 코포레이션으로 이름으로, 미국에 대해서만은 미국시민인 벤자민 제임스 모리스와 제프리 차알스 톰슨의 이름으로 출원되고, 또한 여기에서 전체가 참조로 통합되는, 2009년 6월 3일자에 출원된, 발명의 명칭이 "자기 래칭밸브"인 미국 가특허출원 제61/183,714호를 주장하는, 2010년 6월 3일자 국제특허출원에 관한 것이다.
유체펌프와 모터들은 국도(off-highway) 및 고속도로 응용장치에 다양하게 사용되고 있다. 전형적으로 국도와 고속도로 응용장치는 스키드로더(skidsteer loader)와, 굴착기(backhoes)와, 콤바인 등과 같은 건설 및 농업장치를 포함한다. 유체펌프들과 모터들은 추진 및/또는 작업기능에 사용할 수 있다.
본 발명은 한 위치 또는 다른 위치에서 밸브를 유지하는데 일정한 전력을 필요로 하는 전형적인 솔레노이드 밸브보다 적은 래치밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징은 유체장치를 밸빙(valving)하는 방법에 관한 것이다. 방법은 유체장치의 변위 조립체(displacement assembly)의 체적 챔버(volume chamber)의 변위에 상관되는 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 체적 챔버의 변위가 제1밸브에 도달하면 체적 챔버와 유체장치의 유체 유입구와 유체 연통하는 제1래치밸브의 자극(magnetic pole)으로부터 체크볼(check ball)이 분리된다. 체적 챔버의 변위가 제2밸브에 도달하면 체적 챔버와 유체장치의 유체 유출구와 유체 연통하는 제2래치밸브의 자극으로부터 분리된다(delatched).
본 발명의 다른 특징은 유체장치를 밸빙하는 방법에 관련된다. 방법은 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 신호는 유체장치의 실린더 내경(cylinder bore) 내 피스톤의 위치에 상관된다. 피스톤이 실린더 내경 내 제1위치에 도달하면 전자적 펄스가 제1래치밸브의 코일에 전달된다. 제1래치밸브는 피스톤과 피스톤 내경에 의해 규정되는 체적 챔버와 그리고 유체 유입구와 유체 연통한다. 전자적 펄스는 제1래치밸브의 자극으로부터 체크볼을 분리시킨다. 피스톤이 피스톤 내경 내 제2위치에 도달하면 전자적 펄스가 제2래치밸브의 코일에 전송된다. 제2래치밸브는 유체 유출구와 체적 챔버와 유체 연통한다. 전자적 펄스는 제2래치밸브의 자극으로부터 체크볼을 분리시킨다.
본 발명의 다른 특징은 유체장치에 관련된다. 유체장치는 유체 유입구와 유체 유출구를 규정하는 하우징을 포함한다. 변위 조립체는 유체 유입구와 유체 유출구와 유체 연통한다. 변위 조립체는 다수의 체적 챔버들을 규정한다. 다수의 제1자기 래치밸브들은 유체 유입구와 다수의 체적 챔버들과 유체 연통한다. 다수의 제2자기 래치밸브는 유체 유출구와 다수의 체적 챔버들과 유체 연통한다. 제1 및 제2자기 래치밸브들 각각은 밸브 시트(valve seat)를 가지는 공동(cavity)을 규정하는 몸체를 포함한다. 상기 공동 내에 코일이 배치된다. 영구자석이 상기 공동 내에 배치된다. 자극은 제1단부와 그리고 대향하게 배치되는 제2단부를 가진다. 제1단부는 영구자석 근처에 있다. 체크볼은 자극의 제2단부와 밸브 시트 사이의 공동에 배치된다.
다양한 부수적인 특징은 다음의 설명에서 주어진다. 이들 특징은 개별적인 특징과 그리고 특징들의 조합에 관련된다. 상기 설명과 다음의 상세한 설명은 단지 예시적일 뿐이고, 실시예들이 기반으로 광범위한 개념을 제한하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 래치밸브의 전력소모는, 한 위치 또는 다른 위치에서 밸브를 유지하는데 일정한 전력을 필요로 하는 전형적인 솔레노이드 밸브보다 적고, 이러한 특징은 잠재적으로 기생 작동전력 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 액츄에이터 시스템의 개략도.
도 2는 액츄에이터 시스템의 다른 실시예의 개략도.
도 3은 본 발명의 원리에 따른 특징들의 예시적인 특징을 가지는 유체장치의 개략도.
도 4는 도 3의 유체장치에 사용하기에 적합한 래치밸브의 등각투영도.
도 5는 도 4의 래치밸브의 등각투영도.
도 6은 도 4의 래치밸브의 단면도.
도 7은 유체장치가 펌핑모드에 있을 때 체적 챔버와 유체 연통하는 제1 및 제2래치밸브들의 개략도.
도 8은 유체장치가 펌핑모드에 있을 때 체적 챔버의 충전/공허(空虛)(filling/emptying) 싸이클의 개략도.
도 9는 유체장치가 감시모드에 있을 때 체적 챔버와 유체 연통하는 제1 및 제2래치밸브들의 개략도.
도 10은 유체장치가 감시모드에 있을 때 체적 챔버의 충전/공허 싸이클의 개략도.
도 11은 유체장치를 밸빙하는 방법의 개략도.
첨부도면에 설명되는 본 발명의 예시적인 특징에 관해 상세히 참조가 이루어지게 된다. 가능하다면 어디서나, 도면을 통해 동일한 참조번호가 동일 또는 유사 구조를 언급하도록 사용한다.
도 1과 2를 참조하면, 액츄에이터 시스템(10)이 도시되어 있다. 액츄에이터 시스템(10)은 유체장치(12)를 포함한다. 유체장치(12)는 유체 유입구(14)와, 유체 유출구(16)와 축(18)을 포함한다. 유체장치(12)는 유체펌프 또는 유체모터로서 동작할 수 있다. 유체장치(12)가 유체펌프로서 동작하면(도 1에 도시), 축(18)은 전원(M)(예컨대, 엔진, 모터, 전기모터 등)에 연결되어, 축(18)이 회전한다. 축(18)이 회전하면, 유체는 유체장치(12)의 유체 유입구(14)에서부터 유체 유출구(16)로 펌핑된다. 도 1의 실시예에서, 유체 유입구(14)는 저유조(貯流槽)(fluid reservoir)(20)와 유체 연통하는 한편 유체 유출구(16)는 액츄에이터(22)와 유체 연통한다.
유체장치(12)가 유체모터(도 2에 도시)로 작동하면, 펌프(24)에 의해 가압된 유체가 유체 유입구(14)로 연통되는 한편 유체는 유체 유출구(16)에서 저유조(20)로 연통된다. 축(18)은 유체장치(12)를 통해 통과하는 가압된 유체에 응해 회전한다.
도 3을 참조하면, 유체장치(12)의 한 실시예가 도시되어 있다. 유체장치(12)는 유체 유입구(14)와 유체 유출구(16)를 규정하는 하우징(25)을 포함한다. 유체장치(12)는 유체 유입구(14)와 유체 유출구(16)와 유체 연통하는 변위 조립체(26)를 포함한다. 도 3의 실시예에서, 변위 조립체(26)는 축방향 피스톤 조립체이다. 다른 실시예에서, 변위 조립체(26)는 로터리 피스톤 조립체, 베인 조립체(vane assembly), 제로터 조립체(gerotor assembly), 캠 로우브 조립체(cam lobe assembly) 등일 수 있다.
도시한 실시예에서, 변위 조립체(26)는 실린더 동체(cylinder barrel)(28)를 포함한다. 실린더 동체(28)는 다수의 실린더 내경(30)을 규정한다. 한 실시예에서, 실린더 동체(28)는 여섯 개의 실린더 내경(30)을 규정한다. 다른 실시예에서, 실린더 동체(28)는 열두 개 이하의 실린더 내경(30)을 규정한다. 실린더 내경(30)은 실린더 동체(28)의 중심축(32)을 중심으로 대칭적으로 배열된다.
다수의 피스톤(34)들이 다수의 실린더 내경(30)에 배치된다. 피스톤(34)들은 실린더 내경(30)에서 왕복운동을 하기에 적합하다. 다수의 피스톤(34)들과 다수의 실린더 내경(30)들은 협동하여 다수의 체적 챔버(36)를 규정한다. 체적 챔버(36)들은 팽창과 수축을 하기에 적합하다.
피스톤(34)들 각각은 제1축방향 단부(38)와 대향하게 배치되는 제2축방향 단부(40)를 포함한다. 제1축방향 단부(38)는 슬리퍼(slipper)(42)를 포함한다. 슬리퍼(42)는 경사판(swash plate)(46)의 표면(44)과 활주(미끄럼) 결합을 하기에 적합하다. 경사판(46)은 행정각(stroke angle)(α)을 규정한다. 행정각(α)이 증가하면, 변위 조립체(26)를 통해 변위(배출)되는 유체의 양이 증가한다.
도시한 실시예에서, 경사판(46)은 유체장치(12)의 축(18)과 결합한다. 경사판(46)과 축(18) 간의 결합은, 경사판(46)이 축(18)과 일치하여 회전하도록 된다. 도시한 실시예에서, 실린더 동체(28)는 순환적으로 정지한다. 축(18)과 경사판(46)이 중심축(32)을 중심으로 회전하면, 피스톤(34)들이 실린더 내경(32) 내에서 왕복한다. 다른 실시예에서, 실린더 동체(28)는 축(18)과 함께 회전하는 한편 경사판(46)은 순환적으로 정지한다.
변위 조립체(26)는 밸브 조립체(50)를 통해 유체 유입구과 유출구(14, 16)과 유체 연통한다. 밸브 조립체(50)는 다수의 래치밸브(52)를 포함한다. 변위 조립체(26)의 체적 챔버(36) 각각은 제1래치밸브(52a)를 통해 유체 유입구(14)와 선택적으로 유체 연통하고 또한 제2래치밸브(52b)를 통해 유체 유출구(16)와 선택적으로 유체 연통한다. 도시한 실시예에서, 제1 및 제2래치밸브(52a, 52b)들은 실질적으로 구조적으로 유사하다.
도 4 내지 6을 참조하면, 래치밸브(52)가 도시되어 있다. 제1 및 제2래치밸브(52a, 52b)들이 실질적으로 유사한 구조를 가지기 때문에, 제1 및 제2래치밸브(52a, 52b)들은 설명의 단순화 목적을 위해 래치밸브(52)로 설명하게 된다. 제1 및 제2래치밸브(52a, 52b)들이 실질적으로 유사한 구조를 가지기 때문에, 참조번호의 말미에서 제1래치밸브(52a)의 구조에 대한 참조번호들은 "a"를 포함하고, 제2래치밸브(52b)의 구조에 대한 참조번호들은 "b"를 포함한다는 것을 제외하고는, 제1 및 제2래치밸브(52a, 52b)의 구조들은 래치밸브(52)의 구조와 동일한 참조번호를 가지게 된다.
래치밸브(52)는 몸체(54)를 포함한다. 몸체(54)는 제1축방향 단부부분(56)과 대향하게 배치되는 제2축방향 단부부분(58)을 포함한다. 몸체(54)는 제1 및 제2축방향 단부부분들(56, 58)을 통해 연장하는 공동(60)를 규정한다. 공동(60)은 몸체(54)의 제1축방향 단부부분(56)에 배치되는 제1단부(62)와, 몸체(54)의 제2축방향 단부부분(58)에 배치되는 대향하게 배치되는 제2단부(64)를 포함한다. 공동(60)은 공동(60)의 제1 및 제2단부들(62, 64) 사이에 배치되는 밸브 시트(66)를 더 포함한다.
래치밸브(52)는 공동(60)의 제1단부(62)와 밸브 시트(66) 사이에 배치되는 영구자석(68)과 자극(70)을 더 포함한다. 자극(70)은 제1단부부분(72)과 대향하게 배치되는 제2단부부분(74)을 포함한다. 본 실시예에서, 영구자석(68)은 자극(70)의 제1단부부분(72) 근처에 배치된다. 도시한 실시예에서, 영구자석(68)은 자극(70)의 제1단부부분(72) 바로 근처에 배치된다.
몸체(54)의 공동(60) 내에 슬리브(sleeve)(76)가 배치된다. 슬리브(76)는 비자성 재료로 만들어지고 또한 슬리브(76)를 통해 축방향으로 연장하는 구멍(78)을 규정한다. 자극(70)이 슬리브(76)의 구멍(78) 내에 배치된다. 도시한 실시예에서, 코일(80)이 슬리브(76) 주위에 배치된다.
래치밸브(52)는, 코일(80)과 영구자석(68) 사이의 공동(60)에 축방향으로 배치는 플럭스 링(flux ring)(82)과 그리고 플럭스 링(82) 근처에 배치되는 스페이서(84)를 더 포함한다. 도시한 실시예에서, 스페이서(84)는 비자성 재료로 만든다.
캡(86)은 몸체(54)의 제1축방향 단부부분(56)과 결합하기에 적합하다. 캡(86)은 공동(60) 내에 배치되는 내부 나사산들과 결합하기에 적합한 다수의 외부 나사산들을 포함한다. 캡(86)은 코일(80)과 전기적으로 통신하는 커넥터(88)를 더 포함한다.
몸체(54)의 제2축방향 단부부분(58)은 몸체(54)의 외부 표면(54)을 통과해 공동(60)으로 연장하는 통로(90)를 규정한다. 공동(60)의 통로(90)에 대한 개구(94)는 제1단부(62)와 밸브 시트(66) 사이에 배치된다.
체크볼(96)이 래치밸브(52)의 공동(60) 내에 배치된다. 체크볼(96)은 자성재료로 만들어지고 또한 구형상이다. 체크볼(96)은 밸브 시트(66)와 결합하기에 적합하다. 체크볼(96)은 밸브 시트(66)와 자극(70)의 제2단부부분(74) 사이에 배치된다. 도시한 실시예에서, 스프링(98)이 체크볼(66)을 밸브 시트(66)와 결합하도록 바이어스한다. 체크볼(96)은 통로(90)와 공동(60)의 제2단부(64) 간에 선택적으로 유체 연통을 제공하거나 또는 차단하기에 적합하다.
도 3과 6을 참조하여, 래치밸브(52)의 동작을 설명한다. 체크볼(96)은, 체크볼(96)이 밸브 시트(66)와 결합하여 있는 폐쇄위치로 스프링(98)에 의해 바이어스된다. 체크볼(96)이 밸브 시트(66)와 접촉하게 됨으로써, 공동(60)의 제2단부(60)와 통로(90) 간의 유체 연통이 차단된다.
공동(60)의 제2단부(64)에서의 유압(P2)이 통로(90)에서의 유압(P1)보다 크고 또한 체크볼(96)에 작용하는 스프링(98)의 힘보다 큰 값으로 증가하면, 체크볼(96)은 개방위치로 밸브 시트(66)를 누르게 된다. 도시한 실시예에서, 체크볼(96)은 자극(70)의 제2단부부분(74)을 향하는 방향으로 밸브 시트(66)를 누르게 된다. 체크볼(96)이 자극(70)의 제2단부부분(74)에 접촉하면, 체크볼(96)은, 공동(60)의 제2단부(64)에서의 유압(P2)과 통로(90)에서의 유압(P1) 간의 차이에도 불구하고 영구자석(68)에 의해 자극(70)의 제2단부부분(74)과 결합(즉, "래치(latched)") 상태로 유지된다. 한 실시예에서, 영구자석(68)의 자력은 스프링(98)의 힘과 그리고 통로(90)와 공동(60)의 제2단부(64)를 통과하는 유체의 흐름력을 극복하기에 충분하다.
영구자석(60)의 자기장으로부터 체크볼(96)을 떼어놓기 위해(즉, "분리(delatch)"), 제어기(100)(예컨대, 중앙처리장치)는 제1극성(polarity)을 가지는 전자적 신호(102)(예컨대, 전기적 전류)를 코일(80)로 전송한다. 한 실시예에서, 전기적 신호(102)는 전자적 펄스이다. 한 실시예에서, 코일(80)은 영구자석(68)의 자기장에 반대되는 전자적 신호(102)에 응해 제1자기장을 생성하여, 자극(70)에 체크볼(96)을 유지하는 자력을 감소시킨다. 전자적 신호(102)가 증가하면, 코일(80)에 의해 생성되는 제1자기장이 증가한다. 한 실시예에서, 코일(80)에 의해 생성되는 제1자기장은 영구자석(68)의 자기장에서부터 빠져(subtracted), 체크볼(96)에 작용하는 제1합성 자기장(resultant magnetic force)를 형성한다. 코일(80)의 제1자기장이 증가하면, 제1합성 자기장이 감소한다. 코일(80)에 의해 생성되는 제1자기장에 의해 감소되는 영구자석(68)의 자기장에 의해, 체크볼(96)에 작용하는 스프링(98)의 힘과 체크볼(96)에 작용하는 유압들은 체크볼(96)을 개방위치에서 폐쇄위치로 작동시키고, 이 위치에서 체크볼(96)은 밸브 시트(66)와 접촉한다.
래치밸브(52)는 단기의 전자적 신호(102)에 따라 잠재적으로 장점이 있다. 전자적 신호(102)는 자극(70)으로부터 체크볼(96)을 떼어놓을 때에만 필요하기 때문에, 래치밸브(52)의 전력소모는, 한 위치 또는 다른 위치에서 밸브를 유지하는데 일정한 전력을 필요로 하는 전형적인 솔레노이드 밸브보다 적다. 이러한 특징은 잠재적으로 기생 작동전력 손실(parasitic actuation power losses)을 최소화할 수 있다.
다른 실시예에서, 제어기(100)는 폐쇄위치에서 개방위치로 체크볼(96)을 작동시키는데 사용할 수 있다. 체크볼(96)을 개방위치로 작동시키기 위해, 제1극성에 반대되는 제2극성을 가지는 제2전자적 신호가 코일(80)에 전송된다. 제2전기적 신호에 응해, 코일(80)은 제2자기장을 생성한다. 제2자기장은 영구자석(68)의 자기장에 부가되어 체크볼(96)에 작용하는 제2합성 자기장을 형성한다. 코일(80)의 제2자기장이 증가하면, 제2합성 자기장이 증가한다. 제2합성 자기장이 증가하면, 체크볼(96)은, 공동(60)의 제2단부(64)에서의 유압(P2)과 통로(90)에서의 유압(P1) 간의 차이에 상관없이 밸브 시트(66)에서부터 상승된다.
도 3과 도 6 내지 8을 참조하여, 펌프로서 유체장치(12)의 동작을 설명한다. 앞서 설명하였듯이, 체적 챔버(36) 각각은 제1래치밸브(52a)를 통해서는 유체 유입구(14)와, 제2래치밸브(52b)를 통해서는 유체 유출구(16)와 선택적으로 유체 연통한다. 제1 및 제2래치밸브(52a, 52b)들 각각은 기계적으로(예컨대, 유압으로) 개방위치로 작동하여 작동위치에서 래치되고, 전기적으로 분리되며, 또한 기계적으로(예컨대, 유압으로) 폐쇄위치로 작동된다.
도 7의 도시한 실시예에서, 제1래치밸브(52a)의 공동(60a)의 제2단부(64a)는 유체 유입구(14)와 유체 연통하는 한편 제1래치밸브(52a)의 통로(90a)는 유체장치(12)의 실린더 내경(30)과 유체 연통한다. 이 구성에서, 유체 유입구(14)에서 유체의 압력이 실린더 내경(30)에서 유체의 압력보다 크면, 체크볼(96a)이 자극(70a)의 제2단부(74a)를 향해 밸브 시트(66a)로부터 상승되어, 유체 유입구(14)와 실린더 내경(30) 사이에 유체가 연통할 수 있게 된다. 실린더 내경(30)에서의 유압이 유체 유입구(14)에서의 유압보다 크고 또한 체크볼(96a)이 자극(70a)의 제2단부부분(74a)에서부터 떨어지면, 체크볼(96a)은 밸브 시트(66a)와 접촉하게 되어, 유체 유입구(14)와 실린더 내경(30) 간에 유체 연통이 차단된다.
도 7의 도시한 실시예에서, 제2래치밸브(52b)의 공동(60b)의 제2단부(64b)는 유체장치(12)의 실린더 내경(30)과 유체 연통하는 한편 제2래치밸브(52b)의 통로(90b)는 유체 유출구(16)와 유체 연통한다. 이 구성에서, 실린더 내경(30)에서 유압이 유체 유출구(16)의 유압보다 크면, 체크볼(96b)은 자극(70b)의 제2단부부분(74b)을 향해 밸브 시트(66b)로부터 상승되어, 실린더 내경(30)과 유체 유출구(160 간에 유체가 연통할 수 있다. 실린더 내경(30)에서의 유압이 유체 유출구(16)에서의 유압보다 크고 또한 체크볼(96b)이 자극(70b)의 제2단부부분(74b)로부터 분리되면, 체크볼(96b)이 밸브 시트(66b)와 접촉하여 실린더 내경(30)과 유체 유출구(16) 간에 유체연통이 차단된다.
도 8에, 유체장치(12)가 펌핑모드에 있을 때 유체장치(12)의 다수의 실린더 내경(30)들 중 하나에서 다수의 피스톤(34)들 중 하나의 작동도가 도시되어 있다. 도 8의 작동도는 체적 챔버(36)의 충전/공허 싸이클을 나타내기 위해 원으로서 도시되어 있다. 도시한 실시예에서, 원은 또한 축(18)의 완전한 회전을 나타낸다. 체적 챔버(36)의 충전/공허 싸이클은 제1압력 변이부(110)와, 유입부(112)와, 제2압력 변이부(114)와 유출부(116)를 포함한다.
도시한 실시예에서, 체적 챔버(36) 내 유압은, 체적 챔버(36)의 충전/공허 싸이클의 제1압력 변이부(110) 동안에 유체 유출구(16)에서의 유압과 비슷한 제1유압에서 유체 유입구(14)에서의 유압과 비슷한 제2유압으로 감소한다. 체적 챔버(36) 내 압력을 단계적으로 감소시킴으로써, 체적 챔버(36) 내 유압과 유체 유입구(14)에서의 압력 간에 큰 압력차이가 없기 때문에 밸빙장치에 대응하는 잡음이 줄어든다.
체적 챔버(36)의 충전/공허 싸이클의 제1압력 변이부(110)는, 피스톤(34)이 실린더 내경(30)에서 완전히 수축하는 지점(120)을 포함한다. 피스톤(34)이 완전히 수축하면, 체적 챔버(36)가 완전히 수축한다.
완전히 수축된 상태에서(즉, 지점 120에서), 제1래치밸브(52a)는 폐쇄위치에 있는 한편 제2래치밸브(52b)는 개방위치에 있게 된다. 지점(120)에서, 제2래치밸브(52b)는 영구자석(68b)에 의해 개방위치에 지지되어, 체크볼(96b)은 자극(70b)의 제2단부부분(74b)에 자기적으로 유지된다. 체적 챔버(36)가 완전히 수축하면, 제2래치밸브(54b)를 통해 방출되지 않는, 체적 챔버(36)에서 잔여량의 유체가 있다. 이 잔여 유체는 유체 유출구(16)에서 유체의 유압과 동일한 유압을 가진다.
축(18)이 회전하면, 전자적 신호(102b)가 커넥터(88b)를 통해 코일(80b)로 전송되어, 코일(80b)은 제2래치밸브(52b)의 영구자석(68b)의 자기장에 반대되는 자기장을 생성한다. 영구자석(68b)의 자기장에 반대되는 코일(80b)의 자기장을 통해, 체크볼(96b)은 지점(122)에서 제2래치밸브(52b)의 자극(70b)의 제2단부부분(74b)으로부터 분리된다. 지점(122)은 지점(120)을 따른다. 도시한 실시예에서, 지점(122)은 지점(120)에 바로 근처에 있다.
지점(124)에서, 피스톤(34)은 체적 챔버(36) 내 잔여 유체의 유압에 의해 실린더 내경(30)에서부터 팽창된다. 피스톤(34)이 팽창되면, 체적 챔버(36) 내 잔여 유체의 유압이 감소한다. 체적 챔버(36)가 공동(60b)의 제2단부(64b)와 유체 연통하기 때문에, 유압의 감소는 유체 유출구(16)에서 유체로부터 유압과 스프링(98b)이 체크볼(96b)을 이동시키도록 하여, 체크볼(96b)은 제2래치밸브(52b)의 밸브 시트(66b)와 접촉하게 된다.
체적 챔버(36)의 충전/공허 싸이클의 제1압력 변이부(110) 동안에, 제1 및 제2래치밸브(52a, 52b) 둘 다는, 피스톤(34)이 실린더 내경(30)에서부터 팽창하는 지속시간 동안에 폐쇄위치에 있게 된다. 제1 및 제2래치밸브(52a, 52b)가 폐쇄위치에 있으면, 체적 챔버(36) 내 압력은, 축(18)의 회전에 따라 피스톤(34)이 실린더 내경(30)으로부터 팽창함에 따라 계속 감소된다. 지점(126)에서, 체적 챔버(360 내 유압은 유체 유입구(14)에서 유체의 유압 약간 아래로 감소한다. 지점(126)에서, 제1래치밸브(52a)의 체크볼(96a)은 밸브 시트(66a)로부터 상승되기 시작한다.
체적 챔버(36)의 충전/공허 싸이클의 유입부(112) 동안에, 체적 챔버(360는 유체 유입구(14)로부터 유체를 받아들이기에 적합하다. 유입부(112)는 지점(128)을 포함한다. 지점(128)에서, 유체 유입구(14)에서 유체의 유압은 체크볼(96a)을 개방위치로 이동시킨다. 체크볼(96a)은 제1래치밸브(52a)의 자극(70a)의 제2단부부분(74a)과 접촉한다. 체크볼(96a)은 체적 챔버(36) 또는 유체 유입구(14) 내 유압에 상관없이 영구자석(68a)에 의해 개방위치에 유지된다.
피스톤(34)이, 피스톤(34)이 완전히 확장된 상태에 있게 되는 위치 근처에 있으면, 전자적 신호(102a)가 커넥터(88a)를 통해 코일(80a)에 전송되어 코일(80a)이 제1래치밸브(52a)의 영구자석(68a)의 자기장에 반대되는 자기장을 생성한다. 영구자석(68a)의 자기장에 반대되는 코일(80a)의 자기장에 의해, 체크볼(96a)은 지점(130)에서 제1래치밸브(52a)의 자극(70a)의 제2단부부분(74a)으로부터 분리된다.
도시한 실시예에서, 지점(130)에서 제1밸브(52a)의 분리가 체적 챔버(36)의 충전/공허 싸이클의 제2압력 변이부(116)를 시작한다. 제2압력 변이부(116) 동안에, 체적 챔버(36)에서 유체의 유압은 유체 유입구(14)와 유사한 유압에서 유체 유출구(16)와 유사한 유압으로 감소한다. 체적 챔버(36)의 압력이 단계적으로 증가하도록 함으로써, 체적 챔버(36) 내 유압과 유체 유출구(16)에서의 유압 간에 큰 압력차이가 없기 때문에 밸빙장치에 대응하는 잡음이 감소된다.
지점(132)에서, 피스톤(34)은 실린더 내경(30)에서부터 완전히 팽창된다. 지점(130) 이후의 지점(132)이 도시되어 있는 한편, 지점(132)이 지점(130)을 선행할 수 있다는 것을 알아야 한다.
피스톤(34)이 실린더 내경(30)에서 수축되면, 체적 챔버(36) 내 유압이 증가한다. 체적 챔버(36) 내 유압이 증가하면, 유압과 스프링(98a)의 힘은 제1래치밸브(52a)의 체크볼(96a)을 폐쇄위치로 이동시키게 되어, 체크볼(96a)은 지점(134)에서 밸브 시트(66a)와 접촉한다.
체적 챔버(36)의 충전/공허 싸이클의 제2압력 변이부(116) 동안에, 제1 및 제2래치밸브(52a, 52b) 둘 다는, 피스톤(34)이 실린더 내경(30) 내에서 수축되는 지속시간 동안에 폐쇄위치에 있는다. 제1 및 제2래치밸브(52a, 52b)가 폐쇄위치에 있음으로써, 피스톤(34)이 실린더 내경(30) 내에서 수축함에 따라 체적 챔버(36) 내 유압은 증가한다. 체적 챔버(36) 내 유압은 제2래치밸브(52b)의 체크볼(96b)에 작용한다. 유압이, 유체 유출구(16)에서 유체의 유압과 체크밸브(96b)에 작용하는 제2래치밸브(52b)의 스프링(98b)의 힘 위에 있는 값으로 증가하면, 체크밸브(96b)는 지점(136)에서 밸브 시트(66b)에서 상승한다.
체적 챔버(36) 내 유압이 증가하면, 유압은 체크볼(96b)을 이동시켜, 체크볼(96b)은 자극(70b)의 제2단부부분(74b)과 접촉하게 된다. 제2래치밸브(52b)의 영구자석(68b)은 체크볼(96b)을 이 개방위치에서 유지한다.
제2래치밸브(52b)가 개방위치에 있음으로써, 체적 챔버(36)의 충전/공허 싸이클이 출력부(118)에서 시작한다. 출력부(118) 동안에, 체적 챔버(36) 내 유체는 유체 유출구(16)와 연통한다. 출력부(118)는, 피스톤(34)이 실린더 내경(30)에서 완전히 수축하기 전까지 지속된다.
도 9와 10을 참조하여, 유체장치(12)의 감시모드(monitoring mode)를 설명한다. 도 10은, 유체장치(12)가 감시모드에 있을 때 유체장치(12)의 다수의 실린더 내경(30)들 중 하나에서 다수의 피스톤(34)들 중 하나의 작동도를 제공한다. 도 10의 작동도는 체적 챔버(36)의 충전/공허 싸이클을 나타내기 위한 원으로서 도시되어 있다. 체적 챔버(36)의 충전/공허 싸이클은 전력부(power portion)(140)와, 제1압력 변이부(142)와, 배출부(exhaust portion)(144)와 그리고 제2압력 변이부(146)를 포함한다.
감시모드에서, 가압된 유체가 체적 챔버(36) 내로 도입되어, 피스톤(34)이 실린더 내경(30)에서부터 팽창한다. 실린더 내경(30)에서부터 피스톤(34)의 팽창은 축(18)을 회전시키게 된다. 감시모드에서, 유체장치(12)의 유체 유입구(14)에서의 유체는 유체 유출구(16)에서의 유체보다 높은 압력에 있다. 전형적으로, 유체 유입구(14)는 펌프(24)와 유체 연통하는(도 2에 도시) 한편 유체 유출구(16)는 저유조(20)와 유체 연통한다.
도 9의 도시된 실시예에서, 제1래치밸브(52a)의 공동(60a)의 제2단부(64a)는 유체장치(12)의 실린더 내경(30)과 유체 연통하는 한편 제1래치밸브(52a)의 통로(90a)는 유체 유입구(14)와 유체 연통한다. 이 구성에서, 실린더 내경(300에서 유체의 압력이 유체 유입구(14)에서의 유체의 압력보다 크면, 체크볼(96a)은 자극(70a)의 제2단부부분(74a)을 향해 밸브 시트(66a)로부터 상승하여, 실린더 내경(30)과 유체 유입구(14) 간에 유체가 연통될 수 있다. 실린더 내경(30)에서의 유압이 유체 유출구(16)에서의 유압보다 크고 또한 체크볼(96)이 자극(70)의 제2단부부분(74)으로부터 분리되면, 체크볼(96)은 밸브 시트(66)과 접촉하여 실린더 내경(30)과 유체 유출구(16) 간에 유체 연통이 차단된다.
도 9의 도시된 실시예에서, 제1래치밸브(52a)의 공동(60a)의 제2단부(64a)는 유체장치(12)의 실린더 내경(30)과 유체 연통하는 한편 제1래치밸브(52a)의 통로(90a)는 유체 유입구(14)와 유체 연통한다. 제2래치밸브(52b)의 공동(60b)의 제2단부(64b)는 유체 유출구916)와 유체 연통하는 한편 제2래치밸브(52b)의 통로(90b)는 유체장치(12)의 실린더 내경(30)과 유체 연통한다.
충전/공허 싸이클의 지점(148)에서, 피스톤(34)은 실린더 내경(30)에서 완전히 수축된다. 이 지점에서, 제1래치밸브(52a)의 체크볼(96a)은 자극(70a)의 제2단부부분(74a)에 의해 자기적으로 지지되어, 유체 유입구(14)로부터의 유체가 체적 챔버(36)와 연통하는 한편 제2래치밸브(52b)는 폐쇄위치에 있게 된다. 유체 유입구로부터의 유체가 체적 챔버(36) 내로 유입되면, 피스톤(34)은 실린더 내경(30)에서부터 팽창한다. 도시한 실시예에서, 피스톤(34)의 팽창은 축(18)을 회전시키게 된다.
지점(150)에서, 전자적 신호(102)가 제1래치밸브(52a)의 코일(80a)에 전송된다. 코일(80a)은 영구자석(68a)의 자기장에 반대되는 자기장을 생성하는데, 이는 자극(70a)으로부터 체크볼(69a)을 분리시킨다.
지점(152)에서, 피스톤(34)이 실린더 내경(30)으로부터 팽창함에 따라 체적 챔버(36) 내 유압이 감소한다. 체적 챔버(36) 내 유압이 감소하면, 유체 유입구(14)에서의 유압은 제1래치밸브(52a)의 체크볼(96a)이 밸브 시트(66a)와 접촉하게 한다.
지점(154)에서, 피스톤(34)이 실린더 내경(30)에서부터 팽창함에 따라 체적 챔버(36) 내 유압은 계속하여 감소한다. 유압이 유체 유출구(16)에서의 유압 아래로 떨어지면, 제2래치밸브(52b)의 체크볼(96b)은 밸브 시트(66b)로부터 상승한다. 지점(156)에서 체크볼(96b)은 자극(70b)의 제2단부부분(74b)과 접촉한다. 지점(158)에서, 피스톤(34)은 실린더 내경(30)에서 완전히 팽창된 위치에 있게 된다.
제2래치밸브(52b)의 체크볼(96b)이 영구자석(68b)에 의해 개방위치에 지지됨으로써, 체적 챔버(36)는 충전/공허 싸이클의 배출부에 있게 된다. 충전/공허 싸이클의 배출부 동안에 체적 챔버(36) 내 유체는 유체 유출구(16)로 배출된다.
지점(160)에서, 전자적 신호(102b)가 제2래치밸브(52b)의 코일(80b)에 전송된다. 코일(80b)은 영구자석(68b)의 자기장에 반대되는 자기장을 생성하는데, 이는 체크볼(96b)이 자극(70b)으로부터 분리되게 한다. 자극(70b)으로부터 체크볼(96b)의 분리는 체적 챔버(36)의 충전/공허 싸이클의 제2압력 변이부를 개시한다. 체적 챔버(36)의 충전/공허 싸이클의 제2압력 변이부 동안에, 체적 챔버(36) 압력이 증가한다.
지점(162)에서, 체적 챔버(36) 내 유압이 증가하여, 제2래치밸브(52b)의 체크볼(96b)이 밸드 시트(66b)와 접촉한다. 제1 및 제2래치밸브(52a, 52b)가 폐쇄위치에 있음으로써, 피스톤(34)이 실린더 내경(30)에서 수축됨에 따라 체적 챔버(36) 내 유압이 증가한다.
지점(164)에서, 체적 챔버(36) 내 유압이 증가하여, 제1래치밸브(52a)의 체크볼(96a)이 밸브 시트(66a)로부터 상승한다. 체적 챔버(36) 내 유압은, 체크볼(96a)이 지점(166)에서 제1래치밸브의 자극(70a)에 의해 자기적으로 지지되기 전가지 계속하여 증가한다.
도 7과 11을 참조하여, 유체장치(12)를 밸빙하기 위한 방법(200)을 설명한다. 유체장치(12)의 제어기(100)가 단계(202)에서 위치센서(168)로부터 신호를 수신한다. 도시한 실시예에서, 위치센서(166)는 축(18)의 각위치(angular position)에 관한 정보를 제어기(100)에 제공한다.
한 실시예에서, 제어기(100)는 단계(204)에서 상기 신호를 변위 조립체(26)의 체적 챔버(36)들 각각의 변위와 상관시킨다. 한 실시예에서, 변위는 실린더 내경(30)에서 피스톤(34)들의 축방향 위치이다.
체적 챔버(36) 내 유압은 제1래치밸브(52a)의 체크볼(96a)이 밸브 시트(66a)으로부터 떨어뜨리고 그리고 자극(70a)의 제2단부부분(74a)과 접촉하게 한다. 영구자석(68a)은 자극(70a)의 제2단부부분(74a)에 대항해 체크볼(96a)을 지지한다.
체적 챔버(36)들 각각의 변위가 제1값에 도달하면, 제어기(100)는 전자적 신호(102a)를 제1래치밸브(52a)에 전송해, 단계(206)에서 체크밸브(96a)가 제1래치밸브(52a)의 자극(70a)로부터 자기적으로 분리되게 한다. 다르게는, 위치센서(168)로부터의 신호를 제1밸브와 직접 비교하여, 신호가 제1밸브에 도달하면 제어기(100)가 전자적 신호(102a)를 제1래치밸브(52a)에 전송하게 된다. 한 실시예에서, 전자적 신호(102a)는, 축(18)이 완전한 회전을 이루는 시간의 부분인 지속기간을 가지는 펄스이고, 펄스의 지속기간은 축(18)이 완전한 회전을 이루는 시간 보다 적다.
체크볼(96a)이 자극(70a)으로부터 분리됨으로써, 유압은 제1래치밸브(52a)의 체크볼(96a)을 제1래치밸브(52a)의 밸브 시트(66a)에 대해 안착시킨다. 도시한 실시예에서, 스프링(98a)은 체크볼(96a)을 안착위치(seated position)으로 바이어스시킨다. 제1래치밸브(52a)가 폐쇄위치에 있게 됨으로써, 체적 밸브(36) 내 유압은 제2래치밸브(52b)를 개방하게 하여, 체크볼(96b)은 밸브 시트(66b)로부터 상승하게 한다(즉, 떨어지게 한다).
체적 밸브(36)들 각각의 변위가 제2값에 도달하면, 제어기(100)는 전자적 신호(102b)를 제2래치밸브(52b)에 전송하여, 단계(208)에서 체크볼(96b)는 제2래치밸브(52b)의 자극(70b)으로부터 자기적으로 분리된다. 다르게는, 위치센서(168)로부터의 신호를 제2값과 직접 비교하여, 신호가 제2값에 도달하면, 제어기(100)가 전자적 신호(102b)를 제2래치밸브(52b)에 전송할 수 있다. 한 실시예에서, 전자적 신호(102b)는, 축(18)이 완전한 회전을이루는 시간 부분인 지속기간을 가지는 펄스이고, 펄스의 지속기간은 축(18)이 완전한 회전을 이루는 시간 보다 적게 된다.
체크볼(96b)이 자극(70b)으로부터 분리됨으로써, 유압은 제2래치밸브(52b)의 체크볼(96b)이 제2래치밸브(52b)의 밸브 시트(66b)에 안착시킨다. 도시한 실시예에서, 스프링(96b)은 체크볼(96b)를 안착위치로 바이어스한다. 제2래치밸브(52b)가 폐쇄위치에 있음으로써, 체적 챔버(36) 내 유압이 제1래치밸브(52a)를 개방하도록 하여, 체크볼(96a)는 밸브 시트(66a)로부터 상승된다(즉, 떨어진다).
본 발명의 범위와 사상을 이탈하는 일이 없이 본 발명의 다양한 수정안들과 대안들이 본 기술분야의 당업자에게 자명할 것이고, 본 발명의 범위는 여기에서 주어진 설시적인 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알아야만 한다.

Claims (20)

  1. 유체장치를 밸빙하는 방법에 있어서, 방법은:
    신호를 수신하는 단계와;
    유체장치의 변위 조립체의 체적 챔버의 변위에 상기 신호를 상관시키는 단계와;
    상기 체적 챔버의 변위가 제1값에 도달하면 체적 챔버와 유체장치의 유체 유입구와 유체 연통하는 제1래치밸브의 자극으로부터 체크볼을 분리시키는 단계와;
    상기 체적 챔버의 변위가 제2값에 도달하면 체적 챔버와 유체장치의 유체 유출구와 유체 연통하는 제2래치밸브의 자극으로부터 체크볼을 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체장치를 밸빙하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1래치밸브의 체크볼이 분리된 후에 유압이 제1래치밸브의 체크볼을 제1래치밸브의 밸브 시트에 대해 안착시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 제1래치밸브의 체크볼이 안착된 후 유압이 제2래치밸브의 체크볼을 제2래치밸브의 밸브 시트로부터 떨어지게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 신호는 위치센서에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 위치센서는 유체장치의 축의 각위치를 감시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 변위 조립체는 축방향 피스톤 조립체인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2래치밸브들 각각은:
    밸브 시트를 가지는 공동을 규정하는 몸체와;
    상기 공동 내에 배치되는 코일과;
    상기 공동 내에 배치되는 영구자석과;
    상기 영구자석에 인접한 제1단부부분과 대향적으로 배치되는 제2단부부분을 가지는 자극과; 그리고
    상기 자극의 제2단부부분과 상기 밸브 시트 사이에 배치되는 체크볼을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 전자적 펄스가 제1래치밸브의 코일에 전송되어 상기 영구자석의 자기장에 반대되는 자기장을 생성하여 상기 체크볼을 분리시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 유체장치를 밸빙하는 방법에 있어서, 방법은:
    신호가 제1값에 도달하면 제1래치밸브의 코일에 전가적 신호를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 제1래치밸브는 유체 유입구와 그리고 피스톤과 실린더 내경에 의해 규정되는 체적 챔버와 유체 연통하고, 상기 전자적 펄스는 제1래치밸브의 자극으로부터 체크볼을 분리시키고; 그리고
    상기 신호가 제2값에 도달하면 제2래치밸브의 코일에 전자적 펄스를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 제2래치밸브는 유체 유출구과 상기 체적 챔버와 유체 연통하고, 상기 전자적 펄스는 제2래치밸브의 자극으로부터 체크볼을 분리시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1래치밸브의 상기 체크볼이 분리된 후에 유압이 상기 제1래치밸브의 체크볼을 상기 제1래치밸브의 밸브 시트에 대해 안착시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1래치밸브의 체크볼이 안착된 후 유압이 상기 제2래치밸브의 체크볼을 상기 제2래치밸브의 밸브 시트로부터 떨어지게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 위치센서는 유체장치의 축의 각위치를 감시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2래치밸브들 각각은:
    상기 밸브 시트를 가지는 공동을 규정하는 몸체와;
    상기 공동 내에 배치되는 상기 코일과;
    상기 공동 내에 배치되는 영구자석과;
    상기 영구자석 근처에 있는 제1단부부분과 대향하게 배치되는 제2단부부분을 가지는 상기 자극과; 그리고
    상기 자극의 제2단부부분과 상기 밸브 시트 간의 공동 내에 배치되는 상기 체크볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 유체장치에 있어서, 장치는:
    유체 유입구와 유체 유출구를 규정하는 하우징을 포함하고;
    상기 유체 유입구와 상기 유체 유출구와 유체 연통하고, 다수의 체적 챔버들을 규정하는 변위 조립체를 포함하고;
    상기 유체 유입구와 상기 다수의 체적 챔버들과 유체 연통하는 다수의 제1자기 래치밸브를 포함하고;
    상기 유체 유출구와 상기 다수의 체적 챔버들과 유체 연통하는 다수의 제2자기 래치밸브를 포함하고;
    상기 제1 및 제2래치밸브들 각각은:
    밸브 시트를 가지는 공동을 가지는 몸체와;
    상기 공동 내에 배치되는 코일과;
    상기 공동 내에 배치되는 영구자석과;
    상기 영구자석 근처에 있는 제1단부부분과 대향하게 배치되는 제2단부부분을 포함하는 자극과; 그리고
    상기 자극의 제2단부부분과 상기 밸브 시트 간의 상기 공동에 배치되는 체크볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 변위 조립체에 결합되는 축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  16. 제15항에 있어서, 축의 회전위치를 감시하기 위한 위치센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 변위 조립체는 축방향 피스톤 조립체이고, 상기 축방향 피스톤 조립체는:
    다수의 실린더 내경을 규정하는 실린더 동체를 포함하고;
    다수의 실린더 내경에 배치되는 다수의 피스톤을 포함하되,
    다수의 피스톤들과 다수의 실린더 내경들은 협동하여 다수의 체적 챔버들을 규정하고; 그리고
    다수의 피스톤들과 활주 결합하는 경사판을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 실린더 동체는 순환적으로 정지하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 축방향 피스톤 조립체의 경사판에 축이 결합되는 것을 특징으로 하는 유체장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 실린더 동체는 열두 개 이하의 실린더 내경들을 규정하는 것을 특징으로 하는 유체장치.
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