KR20150036559A - 직접 작용식 솔레노이드 작동기 - Google Patents

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Abstract

솔레노이드 작동기는 스풀에 대해 축방향으로 이동 가능한 스풀 캡을 스풀의 단부 상에 포함하는 스풀과 결합하는 아마추어 부재를 포함한다. 스풀의 보어는 유체가 제어 포트로부터 스풀 캡으로 흐르게 하므로, 압력이 스풀 캡에 설정된다. 스풀 캡에 설정된 압력은 제어 압력 및 스풀 캡의 내측의 유체-접촉 영역에 정비례하는 힘으로 스풀 상에 작용한다.

Description

직접 작용식 솔레노이드 작동기{DIRECT ACTING SOLENOID ACTUATOR}
이 출원은 2012년 7월 11일자로 출원된 미국 특허출원 제61/741,054호의 장점을 청구하고 있으며, 이것은 완전히 설명된 바와 같이 참조 인용되었다.
본 발명은 유체 제어 요소를 구동시키는 아마추어(armature) 기구를 갖는 직접 작용식 전자기 솔레노이드 작동기에 관한 것이다.
직접 작용식 솔레노이드 작동기는 자동차의 클러치 기구 및 다른 장치를 포함하여 다양한 시스템에서 유체 압력을 제어하는데 자주 사용된다. 직접 작용식 솔레노이드 작동기는 다양한 유압 제어 용도로 스풀(spool)과 같은 유체 제어 요소, 스프링-편의식 4방(four-way) 비례 흐름 제어 밸브, 포펫 밸브 등을 구동시키는 아마추어 기구를 사용한다. 전형적으로, 아마추어는 이를 위해 유체 제어 요소와 결합하는 푸시 핀에 연결되고 그리고 이를 구동시킨다.
솔레노이드에 공급된 전류의 변화는 유체 압력의 변화로 나타난다. 이상적으로, 주어진 입력 전류는 입력 전류가 증가하거나 감소하는 것과는 독립적으로 단일의 압력에 대응한다. 예를 들어, 초기에 제로 전류에서 높은 압력(20 바아)의 솔레노이드를 생각해 보자. 0.5 암페어 전류가 적용되었을 때, 압력은 12 바아로 강하한다. 이상적으로 전류가 1 암페어로 증가되고 그 후 다시 0.5 암페어로 감소된다면, 압력은 다시 12 바아일 것이다. 따라서 압력값은 전류가 증가하거나 감소하는 것과는 독립적으로 각각의 전류값에 대해 결정될 수 있다.
실제로, 많은 요인들이 솔레노이드 작동기의 히스테리시스(hysteresis)에 기여한다. 히스테리시스는 입력이 증가하거나 감소할 때, 주어진 입력에 대한 출력의 변화를 나타낸다. 직접 작용식 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브에 있어서, 아마추어와 아마추어 슬리브 사이 또는 스풀과 상기 스풀을 둘러싸는 노즐 본체 사이의 마찰은, 유도된 자기장에 응답하여 아마추어 및 슬리브가 부드럽게 이동하는 것을 방해할 수 있다. 이것은 전류가 증가하거나 또는 감소함에 따라, 주어진 전류에 대해 상이한 압력값으로 나타날 수 있다. 따라서 유체 제어 밸브의 신뢰성이 감소되고, 또한 원하는 압력을 달성하기 위한 전류를 선택할 때 (증가하거나 또는 감소하는) 전류의 방향이 고려되어야만 한다.
유체 제어 밸브의 신뢰성을 개선시키기 위한 노력으로, 스풀 및 노즐 본체는 스풀이 노즐 본체 내에 타이트하게 끼워지지만 그러나 아마추어 상에 유도된 자기장의 힘에 응답하여 아직은 축방향으로 이동할 수 있도록, 가공될 수 있다. 그러나 이 가공은 고도의 정확성을 요구한다. 또한, 스풀 디자인의 임의의 변화는 노즐 본체에 대응하는 변화를 요구할 수 있다.
따라서 추가적인 고정밀 가공을 요구하지 않으면서, 작동 중 히스테리시스를 감소시키거나 최소화시키는 직접 작용식 솔레노이드 작동기가 요망된다.
솔레노이드 작동기는 스풀과 결합하는 아마추어 부재를 포함하며, 상기 스풀은 스풀에 대해 축방향으로 이동 가능한 스풀 캡을 스풀의 단부 상에 포함한다. 스풀의 보어는 유체가 제어 포트로부터 스풀 캡으로 흐르게 하므로, 그 압력이 스풀 캡에 설정된다. 스풀 캡에 설정된 압력은 제어 압력 및 스플 캡 내측의 유체-접촉 면적에 정비례하는 힘으로 스풀 상의 스풀 상에 작용한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 부유된 피드백 피스톤을 갖는 스풀을 선형 형태로 구동시키기 위해 직접 작용식 솔레노이드 작동기를 갖는 유체 제어 밸브의 입면도이다.
도 2는 도 1의 선 A-A 를 따라 취한 길이방향 횡단면도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 롤링 요소의 케이지의 단면도를 도시하고 있다.
도 4는 도 3의 롤링 요소의 케이지의 사시도이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 상이한 레이디얼 베어링 직경을 갖는 롤링 요소의 케이지의 단면도를 도시하고 있다.
도 6은 레이디얼 베어링을 위한 도 5의 케이지의 사시도를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라 부유된 피드백 피스톤을 갖는 스풀을 선형 형태로 구동시키기 위해 직접 작용식 솔레노이드 작동기를 갖는 유체 제어 밸브의 입면도이다.
도 8은 도 7의 선 A-A 를 따라 취한 길이방향 횡단면도이다.
도 9는 도 1, 2; 3, 4; 및 5, 6 의 유체 제어 밸브에 의해 달성 가능한 상시(normally) 고압 대 전류를 도시하고 있다.
도 10은 도 7, 8; 3, 4; 및 5, 6 의 유체 제어 밸브에 대한 상시 저압 대 전류를 도시하고 있다.
도 1에 있어서, 전기 단자(102) 및 보정 캡(calibration cap)을 갖는 직접 작용식 솔레노이드 작동기(100)가 도시되어 있다. 도 1의 선 A-A 를 따라 취한 길이방향 횡단면도가 도 2에 도시되어 있다.
유체 제어 밸브(264)는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 직접 작용식 솔레노이드 작동기(200)를 갖는다. 직접 작용식 솔레노이드 작동기(200)는 유체 제어 밸브(264)의 노즐 본체(226) 내로 스풀(228)을 구동시킨다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 스풀(228)은 스풀 캡(부유된 피드백 피스톤)(258)을 포함한다. 직접 작용식 솔레노이드 작동기(200)는 보빈(210), 상기 보빈(210) 상에 권취되고 또한 전기 단자(202)에 연결되는 와이어의 코일(212)을 포함하는 하우징(206)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 하우징(206)은 스틸을 포함하며, 보빈(210)은 플라스틱과 같은 합성 물질이지만, 당업자라면 다른 물질이 사용될 수도 있음을 알 수 있다. 코일(212)은 하우징(206)의 외측 부분과 플럭스 슬리브(208) 사이에 포함된다. 폴 부재(214)는 폴 부재(214)의 내측 보어에 고정 가능하게 배치되는 아마추어 정지부(224)로 하우징(206)의 단부 상에 고정 가능하게 장착된다. 스페이서(246)는 유체 제어 밸브(264)를 위치시키도록 하우징(206)의 단부 벽 상에 제공된다.
이하에 설명되는 바와 같이, 레이디얼 베어링(222)의 완전히 부유된 케이지(220)는 폴 부재(214)의 내측 보어에 배치되며, 상기 레이디얼 베어링(222)은 폴 부재(214)의 내측 표면을 올라타고 또한 아마추어(216)와 관련된 푸시 핀(218)(아마추어 푸시 부재)의 외측 표면을 올라탄다. 케이지(220)가 임의의 평면에 고정되어 있지 않고 또한 폴 부재(214)의 내측 보어 상의 도시된 일체형 숄더와 아마추어 정지부(224) 사이의 환형 공간에서 축방향으로 그리고 방사방향으로 자유롭게 움직일 수 있다는 점에서, 케이지(220)는 폴 부재(214)와 푸시 핀(218) 사이의 환형 공간에서 완전히 부유되어 있다. 이것은 아마추어(216)의 이동이 폴 부재(214) 및 플럭스 슬리브(208)에 대해 축방향으로 정렬되는 것을 허용한다. 푸시 핀(218)은 압입되거나 또는 그렇지 않으면 아마추어(216)에 연결되며, 이것은 아마추어(216) 및 푸시 핀(218)이 코일(212)에 적용된 전류에 응답하여 축방향으로 함께 이동하도록 하우징(206)의 플럭스 슬리브(208)에 수용된다.
도 3에는 레이디얼 베어링(304)의 케이지(302)가 도시되어 있다. 케이지(302)는 다양한 형상을 가질 수 있으며, 도시된 바에 제한되지 않는다. 레이디얼 베어링(304)의 직경에 대한 케이지(302)의 직경의 비율도 변화될 수 있다. 케이지(302)의 직경은 특수한 직접 작용식 솔레노이드 작동기에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 케이지(302)는 레이디얼 베어링(304)이 도 2의 폴 부재(214)의 내측 표면을 올라타고 또한 푸시 핀(218)의 외측 표면도 올라탈 수 있는 크기를 가질 수 있다. 케이지(302)는 레이디얼 베어링(304)의 직경에 대해 "얇을" 수 있으며, 그에 따라 레이디얼 베어링(304)의 더 큰 부분을 노출시키거나 또는 레이디얼 베어링(304)을 거의 완전히 둘러쌀 수 있다. 두 경우에 있어서, 레이디얼 베어링(304)의 일부가 노출될 수 있으며, 또한 케이지(302)의 내경 및 외경을 지나 연장할 수 있다. 케이지(302)는 도 3에 도시된 바와 같이 6개의 레이디얼 베어링(304)을 수용할 수 있거나, 또는 이 보다 더 많은 또는 더 적은 개수의 레이디얼 베어링(304)을 가질 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 레이디얼 베어링(304)의 케이지(302)의 사시도를 도시하고 있다. 도 4에 있어서, 케이지(402)는 상부 부재(406) 및 바닥 부재(408)를 포함할 수 있다. 상부 부재(406) 및 바닥 부재(408)는 각각의 레이디얼 베어링(404)의 상부 및 바닥을 덮는 고형체(solid)일 수 있으며, 또는 개방될 수 있으므로, 측부 뿐만 아니라 레이디얼 베어링(404)의 상부 및 바닥의 일부가 노출된다. 대안적으로, 케이지(402)는 단일 부재를 포함할 수 있다. 레이디얼 베어링(404)은 케이지(402) 내에서 모든 방향으로 자유롭게 회전할 수 있다. 물론, 본 기술분야의 숙련자라면 상부 및 바닥 부재(406, 408)에 일정량의 가요성이 허용될 수 있더라도, 상부 및 바닥 부재(406, 408)의 기능은 서로에 응답하여 레이디얼 베어링(404)을 제 위치에 보유하는 것임을 알 수 있을 것이다.
도 5는 레이디얼 베어링(504)의 케이지(502)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예의 케이지(502)는 레이디얼 베어링(504)의 직경에 대해 큰 직경을 갖는다. 도 6은 레이디얼 베어링(604)의 케이지(602)의 측면도를 도시하고 있다.
통상적인 솔레노이드 작동기에 있어서, 아마추어 푸시 부재는 폴 부재 내로의 밀착끼워맞춤으로 수용된다. 도 2에 있어서, 이것은 폴 부재(214)와 완전히 접촉하거나 또는 폴 부재(214) 내로 밀착끼워맞춤되어 수용되는 부싱(도시되지 않음)과 미끄럼 접촉하는 푸시 핀(218)에 대응한다. 코일(212)에 적용된 전류의 변화는 아마추어(216) 및 푸시 핀(218)의 이동으로 나타나서, 푸시 핀(218)의 외측 표면이 폴 부재(214) 또는 부싱의 내측 표면에 대해 미끄러지게 한다. 오염물을 이송하는 유체가 푸시 핀(218)과 폴 부재(214) 또는 부싱 사이의 영역 내로 들어가면, 오염물은 푸시 핀(218)과 폴 부재(214) 또는 부싱 사이에 머무를 수 있어서, 그들 사이에 마찰력을 상당히 증가시키며 또한 주어진 적용 전류에 대한 유체 제어 밸브(264)의 응답을 변경시킨다. 이 변경된 응답이 히스테리시스에 기여하여, 특별한 전류에 응답하는 유체 제어 밸브(264)의 신뢰성 및/또는 반복성을 감소시킨다. 오염물의 크기 및 양에 따라, 유체 제어 밸브(264)의 성능은 파손점(point of failure)을 악화시킬 수 있다. 푸시 핀(218)과 폴 부재(214) 사이의 영역이 증가되면, 아마추어(216) 및 푸시 핀(218)이 플럭스 슬리브(208) 및 폴 부재(214)와 오정렬될 수 있어서, 표면들 사이의 마찰을 증가시키고, 또한 유체 제어 밸브 응답을 악화시킨다.
이와는 달리, 도 2에 있어서, 본 발명은 푸시 핀(218)과 폴 부재(214) 사이에 위치되는 레이디얼 베어링(222)의 케이지(220)를 포함한다. 레이디얼 베어링(222)의 케이지(220)는 폴 부재(214)와 푸시 핀(218) 사이의 공간을 허용한다. 오염물을 이송하는 유체가 폴 부재(214)와 푸시 핀(218) 사이의 공간에 들어가는 경우에, 오염물이 푸시 핀(218)과 폴 부재(214) 사이에 머무르게 될 가능성은 큰 공간으로 인해 상당히 감소된다. 따라서 솔레노이드는 유체의 오염물에 의해 유발된 손상에 덜 민감하다. 레이디얼 베어링(222)의 케이지(220)는 푸시 핀(218)의 축방향 운동을 안내하도록 작용하며, 그 동안에 폴 부재(214)와 푸시 핀(218) 사이의 마찰을 감소시킨다. 푸시 핀(218)과 완전히 접촉하는 폴 부재(214) 대신에, 폴 부재(214) 및 푸시 핀(218)은 이제 레이디얼 베어링(222)과 각각 접촉만 한다. 이들 레이디얼 베어링(222)은 케이지(220) 내에서 자유롭게 이동하며, 따라서 푸시 핀(218)이 최소한의 저항으로 폴 부재(214) 내로 이동하게 한다. 단지 하나의 케이지(220)가 특별한 위치로 도시되었지만, 여러 개의 케이지(220)가 상이한 위치에 사용될 수 있음을 인식해야 한다.
아마추어(216)의 감소된 직경 단부는 스풀(228)의 인접한 단부 상에서 타이트한 지지 끼워맞춤으로 수용된다. 노즐 본체(226)는 O-링 밀봉부들(238, 240) 사이로 한정되고 또한 필터(260)에 의해 보호되는 공급 포트(234), O 링 밀봉부들(236, 238) 사이로 한정되고 또한 필터(262)에 의해 보호되는 제어 포트(232), 배출 포트(230), 및 노즐 캡(254)의 단부 배출 개구(256)를 포함한다. 스풀(228)은 제어 포트(232)에서 압력을 조절하기 위해 아마추어(216)의 이동에 응답하여 이동된다.
푸시 핀(218)의 외측 단부 및 그에 따른 아마추어(216)는 스프링 기구(244)에 의해 편의된다. 도 2는 원추형 코일 스프링을 도시하고 있으며, 다른 타입의 스프링 기구가 사용될 수도 있다. 스프링 기구(244)는 제어 밸브의 고압 상태[도 2에 0 암페어로 도시된; 코일(212)에 전류가 흐르지 않는]를 설정하는 스프링 예비하중을 조정하도록 변형될 수 있는 보정 캡(204)과 스프링 캡(242) 사이로 한정된다. 따라서 0 암페어에서, 공급 포트(234)는 제어 포트(232)로 개방되어, 고압 상태를 형성한다. 코일(212)에 적용된 전류가 증가할 때, 아마추어(216) 및 그에 따른 스풀(228)이 스프링 기구(244)를 향해 변위되어, 공급 포트(234)와 제어 포트(232) 사이의 유압 경로의 협소함(narrowing)으로 나타난다. 이것은 제어 압력 및 그에 따른 유압 힘이 따라서 강하하게 한다.
본 발명의 실시예에 따라, 스풀(228)은 길이방향 스풀 보어(248) 및 도 2에 도시된 바와 같이 제어 포트(232)로 개방된 방사방향 스풀 보어(250)와 통신하는 스풀 캡(부유된 피드백 피스톤)(258)을 포함한다. 스풀 캡(258)의 외부는 챔버(250)의 배출 압력 또는 제로 압력에 노출되는 반면에, 스풀 캡(258)의 내부는 스풀 캡(258)이 축방향으로 그리고 스풀(228)에 대해 독립적으로 이동 가능하도록, 또한 스풀 캡(258)에 포함된 압력이 제어 압력 및 스풀 캡(258) 내측의 유체-접촉 면적에 정비례하는 힘으로 스풀 상에 작용하도록, 설명되는 바와 같이 제어 압력에 노출된다. 스풀 캡(258)은 실제로 이 압력을 유지하기 위한 베셀(vessel)로서 작용한다. 이 유압 힘은 아마추어(216) 상의 자기력(magnetic force)의 평형을 잡는다.
스풀 캡(258)이 없을 때, 압력 피드백이 바람직하다면, 노즐 본체(226)의 단부는 타이트한 지지 핏(fit)을 갖는 스풀의 단부를 수용하기 위해 계단식으로 하강되어야만 한다. 핏은 유체가 노즐 본체(226)와 스풀(228) 사이에 스며나오지 않도록 충분히 타이트해야 하지만, 그러나 스풀(228)이 노즐 본체(226) 내에서 축방향으로 이동하기에 충분히 느슨해야 한다. 이것은 스풀(228) 및 노즐 본체(226)의 가공 시 도전(challenge)을 유발시키며, 이들이 고정밀도로 그리고 에러가 작은 공차로 가공될 것을 요구할 뿐만 아니라 이들이 서로에 대해 그리고 자체적으로 동심일 것을 요구한다. 핏이 너무 느슨하다면, 유체가 배출 챔버(252) 내로 스며들 수 있어서, 보어(248)의 압력을 감소시키며, 그에 따라 아마추어(216) 상의 자기력과는 반대로 스풀(228) 상의 힘을 감소시킨다. 핏이 너무 타이트하다면, 스풀(228)의 단부의 외측과 노즐 본체(226)의 내측 사이의 마찰이 스풀(228)의 축방향 운동을 간섭할 수 있어서, 코일(212)에 적용된 전류의 변화에 대한 유체 제어 밸브(264)의 응답을 변경시킨다.
대안적으로, 큰 공간은 스풀(228)의 단부와 노즐 본체(226) 사이로 스며나오는 오염물을 이송하는 유체로 나타날 수 있다. 유체 내의 오염물은 스풀(228)과 노즐 본체(226) 사이에 머무를 수 있어서, 이들 사이에 마찰을 증가시키고, 또한 스풀(228)의 운동을 방해한다.
본 발명에 있어서, 스풀 캡(258)은 스풀(228)의 단부가 노즐 본체(226)의 단부 내에 타이트하게 형성될 것을 요구하지 않고 압력 피드백을 제공하며, 또한 타이트한 동심도 제어에 대한 필요성을 제거한다. 대신에, 노즐 본체(226)는 넓은 배출 챔버(252)에서 종료할 수 있는 반면에, 스풀 캡(258)은 스풀(228)의 단부 둘레에서 타이트하게 끼워진다. 바람직한 실시예에서, 스풀 캡(258)은 드로잉된 황동 또는 스테인레스 스틸로 제조될 수 있지만, 다른 재료도 사용될 수 있다. 스풀 캡(258)은 그 내부의 유압 제어 압력으로 인해 노즐 캡(254)에 대해 축방향으로 강제되거나 이동되거나 또는 이에 인접하는 반면에, 스풀(228)은 제어 압력을 요청된 대로 조절하도록 이동한다. 따라서 스풀 캡(258)은 스풀(228) 및 노즐 본체(226)가 서로의 사이에 계단식 직경을 가질 필요성을 제거한다. 대신에, 상대적으로 간단한 디자인을 갖는 스풀 캡이 스풀(228)의 단부 둘레로 끼워지도록 형성될 수 있다.
스풀 캡(258)의 추가적인 장점은 피드백 압력으로 인한 스풀(228) 상의 힘이 노즐 본체(226)의 디자인을 변경시키지 않고서도 조정될 수 있다는 점이다. 전술한 바와 같이, 스풀 캡(258)의 내부는 스풀 캡(258)에 포함된 압력이, 제어 압력 및 스풀 캡(258) 내측의 유체-접촉 영역에 정비례하는 힘으로, 스풀(228) 상에 작용하도록 제어 압력에 노출된다. 더 큰 피드백 힘이 바람직하다면, 스풀 캡(258) 내측의 유체-접촉 영역이 증가될 수 있다. 이것은 스풀(228)의 단부의 직경을 증가시킴으로써 달성될 수 있지만, 그러나 노즐 본체(226)의 변화를 요구할 수는 없는데, 그 이유는 도 2에 도시된 배출 챔버(252)가 스풀(228) 및 스풀 캡(258)의 더 넓은 단부를 수용할 수 있기 때문이다. 따라서, 여기에 제공된 스풀 캡(258)은 노즐 본체(226)가 변경될 것을 요구하지 않고 피드백 압력이 조정되는 것을 허용한다. 이것은 상이한 단부 직경을 갖는 스풀 및 그에 따른 피드백 압력이 단일의 노즐 본체(226)에 사용될 수 있음을 의미한다.
도 7에 있어서, 직접 작용식 솔레노이드 작동기(700)가 전기 단자(702) 및 아마추어 단부 캡(704)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 도 7의 선 A-A 를 따라 취한 길이방향 횡단면도가 도 8에 도시되어 있다. 유체 제어 밸브(864)는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 직접 작용식 솔레노이드 작동기(800)를 갖는다. 직접 작용식 솔레노이드 작동기(800)는 유체 제어 밸브(864)의 노즐 본체(826) 내로 스풀(828)을 구동시킨다. 본 발명의 일 실시예에서, 스풀(828)은 스풀 캡(부유된 피드백 피스톤)(858)을 포함한다. 직접 작용식 솔레노이드 작동기(800)는 보빈(810), 상기 보빈(810) 상에 권취되고 또한 전기 단자(802)에 연결되는 와이어의 코일(812)을 포함하는 하우징(806)을 포함한다. 코일(812)은 하우징(806)의 외측 부분과 플럭스 슬리브(808) 사이에 포함된다. 폴 부재(814)는 폴 부재(814)의 내측 보어에 고정 가능하게 배치되는 아마추어 정지부(824)로 하우징(806)의 단부 상에 고정 가능하게 장착된다. 스페이서(846)는 유체 제어 밸브(864)를 위치시키도록 하우징(806)의 단부 벽 상에 제공된다.
레이디얼 베어링(822)의 완전하게 부유된 제1 케이지(820)는 폴 부재(814)의 내측 보어에 배치되며, 상기 레이디얼 베어링(822)은 폴 부재(814)의 내측 표면을 올라타고 또한 아마추어(816)와 관련된 푸시 핀(818)의 외측 표면도 올라탄다. 케이지(820)가 임의의 평면에 고정되어 있지 않고 또한 폴 부재(814)의 내측 보어 상의 도시된 일체형 숄더와 아마추어 정지부(824) 사이의 환형 공간에서 축방향으로 그리고 방사방향으로 자유롭게 움직일 수 있다는 점에서, 케이지(820)는 폴 부재(814)와 푸시 핀(818) 사이의 환형 공간에 완전히 부유되어 있다. 푸시 핀(818)은 하우징(806)의 플럭스 슬리브(808)에 수용되는 아마추어(816)에 압입되거나 또는 그렇지 않으면 연결되므로, 아마추어(816) 및 푸시 핀(818)은 코일(812)에 적용된 전류에 응답하여 축방향으로 이동한다.
또한, 아마추어(816)의 외측 단부 표면은 아마추어 단부 캡(804)에 거주하는 레이디얼 베어링(842)의 완전히 부유된 제2 케이지(844)에 수용되며, 이것은 아마추어(816)의 외측 단부 표면을 올라타는 레이디얼 베어링(842)으로 하우징(806)에 고정된다. 제2 케이지(844)는 하우징(806)의 단부와 아마추어 단부 캡(804) 사이의 환형 공간에서 전술한 바와 같이 완전히 부유되어 있다.
도 8에 도시된 제어 밸브의 상시 저압 그리고 상시 고압 상태는 코일(812)에 제공된 외부에서 명령받은 제어 전류 신호에 의해 설정된다. 보정 특징부가 요구된다면, 선택적인 스프링(도시되지 않음)이 노즐 캡(854)과 스풀 캡(858) 사이에 배치될 수 있다.
푸시 핀(818)의 내측 단부는 스풀(828)의 인접한 단부와 결합한다. 노즐 본체(826)는 필터(860)에 의해 보호되는, O 링 밀봉부들(838, 840) 사이의 공급 포트(834); 필터(862)에 의해 보호되는, O 링 밀봉부들(836, 838) 사이의 제어 포트(832); 배출 포트(830); 및 노즐 캡(854)의 배출 개구(856)를 포함한다. 스풀(828)은 제어 포트(832)에서 압력을 조절하기 위해 아마추어(816)의 이동에 응답하여 이동된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 스풀(828)은 도 8에 도시된 바와 같이 제어 포트(832)로의 길이방향 스풀 보어(848) 및 방사방향 스풀 보어(850)와 통신하는 스풀 캡(부유된 피드백 피스톤)(858)을 포함한다. 스풀 캡(858)의 외부는 챔버(852)에서 배출 압력 또는 제로 압력에 노출되는 반면에, 스풀 캡(858)의 내부는 스풀 캡(858)에 포함된 압력이 스풀 캡(858) 내측의 압력 및 면적에 정비례하는 힘으로 스풀(828) 상에 작용하도록 전술한 바와 같이 보어(848, 850)를 통해 제어 압력과 통신한다. 이 유압 힘은 아마추어(815) 상의 자기력의 평형을 잡는다. 스풀 캡(858)은 그 내부의 유압 제어 압력으로 인해 노즐 캡(254)에 대해 그리고 이에 인접하여 축방향으로 강제되거나 또는 이동되는 반면에, 스풀(828)은 명령받은 대로 제어 압력을 조절하도록 이동한다.
도 9는 전술한 도 1 및 2의 제로(0) 코일 전류 유체 제어 밸브에서의 상기 고압에 의해 달성 가능한 히스테리시스 도면을 도시하고 있다. 2개의 곡선은 2개의 전류 스윕(sweep)을 나타내며, 하나의 경우는 0 암페어로부터 약 1 암페어(수평축 상의 전류의 암페어)로 증가하고 있고, 다른 경우는 약 1 암페어로부터 0 암페어로 감소하고 있다. 주어진 전류에 대한 최소한의 압력 차이는 장치의 감소된 마찰 및 오염물에 대한 강건함을 반영하고 있다.
도 10은 전술한 도 7 및 8의 밸브와 같은 제로(0) 코일 전류 유체 제어 밸브에서의 상시 저압에 의해 달성 가능한 히스테리시스 도면을 도시하고 있다. 앞서의 도면과 비슷하게, 이 도면은 2개의 전류 스윕을 반영하고 있으며, 하나는 증가하는 전류를, 또 다른 하나는 감소하는 전류를 나타내고 있다. 이 경우에 있어서, 히스테리시스는 2개의 곡선이 구분할 수 없을 정도로 충분히 최소화되어 있다.
직접 작용식 솔레노이드 작동기 및 관련된 유체 제어 밸브의 어떤 예시적인 및/또는 바람직한 실시예가 상세히 도시 및 설명되었지만, 본 발명의 정신 및 범위로부터의 일탈 없이 변화 또는 수정이 이루어질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (20)

  1. 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브로서:
    솔레노이드 작동기 부품; 및
    유체 제어 밸브 부품을 포함하며,
    상기 솔레노이드 작동기 부품은
    고정된 솔레노이드 부품; 및
    가동형 아마추어 부품을 가지며,
    상기 유체 제어 밸브 부품은
    고정된 노즐 본체;
    상기 고정된 노즐 본체 내의 가동형 스풀; 및
    피드백 압력을 제공하기 위해 가동형 스플의 제1 단부와 고정된 노즐 본체 사이에 배치되는 스풀 단부 캡을 갖는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  2. 제1 항에 있어서,
    가동형 아마추어 부품은 가동형 스풀에 결합되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  3. 제1 항에 있어서,
    스풀 단부 캡은 가동형 스풀에 대해 축방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  4. 제1 항에 있어서,
    고정된 노즐 본체는 적어도 하나의 제어 포트를 가지며, 가동형 스풀의 보어는 유체가 적어도 하나의 제어 포트로부터 스풀 단부 캡으로 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  5. 제4 항에 있어서,
    스풀 단부 캡의 유체는 스풀 단부 캡에 피드백 압력을 설정하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  6. 제5 항에 있어서,
    스풀 단부 캡에 설정된 피드백 압력은, 이것이 고정된 노즐 본체의 단부에 인접할 때까지, 스풀 단부 캡이 축방향으로 이동하게 하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  7. 제5 항에 있어서,
    스풀 단부 캡에 설정된 피드백 압력은, 제1 축방향으로 동기 피드백 힘으로 가동형 스풀 상에 작용하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  8. 제7 항에 있어서,
    제어 포트에 압력이 설정되며, 동기 피드백 힘은 제어 포트에 설정된 압력에 정비례하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  9. 제7 항에 있어서,
    스풀 단부 캡은 축방향 유체 접촉 영역을 가지며, 상기 동기 피드백 힘은 축방향 유체 접촉 영역에 정비례하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  10. 제7 항에 있어서,
    동기 자기력은 제2 축방향으로 가동형 아마추어 부품 상에 작용하며, 동기 피드백 힘은 동기 자기력을 실질적으로 평형을 잡는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  11. 제7 항에 있어서,
    솔레노이드 작동기 부품은 스프링 기구를 추가로 포함하며, 상기 스프링 기구는 제2 축방향으로 동기 스프링 힘으로 가동형 아마추어 부품 상에 작용하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  12. 제11 항에 있어서,
    동기 피드백 힘은 동기 스프링 힘을 실질적으로 평형을 잡는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  13. 제1 항에 있어서,
    고정된 노즐 본체의 단부의 내측 표면의 직경은 가동형 스풀의 단부의 외측 표면의 직경 보다 넓은 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  14. 제13 항에 있어서,
    고정된 노즐 본체의 단부의 내측 표면과 가동형 스풀의 외측 표면 사이에 방사방향 공간을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  15. 제1 항에 있어서,
    고정된 노즐 본체의 단부의 내측 표면의 직경은 스풀 단부 캡의 외측 표면의 직경 보다 넓은 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  16. 제1 항에 있어서,
    스풀 단부 캡은 가동형 스풀의 제1 단부에 동심인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  17. 제1 항에 있어서,
    고정된 노즐 본체는 고정된 노즐 본체의 단부에 배출 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  18. 제17 항에 있어서,
    배출 챔버의 축방향 단부는 단부 배출 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  19. 제18 항에 있어서,
    단부 배출 개구는 유체가 배출 챔버로부터 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동기 유체 제어 밸브.
  20. 유체 제어 밸브의 작동 방법으로서,
    고정된 노즐 본체, 상기 고정된 노즐 본체 내의 가동형 스풀, 및 상기 고정된 노즐 본체 내의 스풀 단부 캡을 갖는 유체 제어 밸브 부품에서, 가동형 스풀 상의 피드백 압력을 선택적으로 조정하기 위해 스풀 단부 캡의 직경을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브 작동 방법.
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