JPH08504918A - リニアモータ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 リニアモータ弁は、ステータ（３）と、電機子（６）と、弁スプール（２）を内装する弁体（１）を構成する弁とを備えるリニアモータを備える。電機子（６）は、電機子が往復動するときに、弁からの圧力流体の漏出分を移動させる磁気作用のあるボアを形成する。磁化された異物は、前記電機子のボア内に滞留し、これにより弁使用時における流体圧回路の他の部分への移動を制止する。

Description

【発明の詳細な説明】 リニアモータ弁 技術分野 この発明は、油圧制御弁に係り、特にスプールがリニア駆動モータにより駆動 される油圧制御弁に関する。この弁は、油圧作動油の流れを制御するためのもの であり、特に電動機式搬送車に搭載される電気的に制御されたサスペンションや ギヤボックスにおいて使用される。 背景技術 モータ制御のための油圧制御弁は、主として２方向に作動するアクチュエータ 又は、そのアクチュエータを特別な位置で保持するために中立位置又はゼロ点位 置が要求されるアクチュエータの制御に使用される。一般的には、前記弁は、前 記中立位置が動作制御のために用いられた２つの位置の間にあって、無負荷状態 で弁のスプールを中立位置に戻すように構成されている。このスプールを作動す るために直線的に駆動するモータを使用することによりこれが実現され、この形 態を与え、２方向への移動を与えるために１組の巻線を使用する。電機子チ ャンバ内の清浄レベルを安定に維持するために、例えばスプール周囲の弁体に、 電機子チャンバ内へ異物（特に磁性を帯びた異物）の侵入を防ぐためのシールが 備えられている。このようなシールが備えられることで、スプールの作動時に摩 擦が増加し、弁機能に支障を来す。 発明の開示 我々は、外部からの異物による損傷の影響を受けにくい油圧流体の流量を制御 するための弁（この弁は、後に便宜的に”リニアモータ弁”と称される。）を開 発した。この弁は、より少ない部品で構成され、しかも前述した従来のような弁 よりもずっとサイズを小さくする傾向にある。 本発明によれば、弁チャンバを形成する弁体と、前記弁チャンバ内に配置され た磁気の作用するボアを形成する電機子と、前記ボア内に延びる弁スプールと、 磁気的連結でなく機械的に弁体と堅固に係合されたステータとを備える反転可能 な電流によって制御されるよう調節されたリニアモータ弁において、前記弁を流 れる流体の極く一部が電機子を含むチャンバに入るようにするとともに、その極 く一部の流体が電機子のボアと流体的に連通するように曲記スプールと電機子と が構成されることを特徴とするリニアモータ弁を提供する。 本発明による前記リニアモータ弁は、実質的には、電機子チャンバ内への流体 が、スプールの漏れによるもののみであり、例えばこの漏れは、前記弁の最大流 量の２％越えることはないだろう。このスプールからの漏れは、電機子のボア内 の中間位置の方に向けられ、これにより、この漏れた流体が電機子のいずれかの 端部に到達する前に電機子の磁場を通過しなければならないように流体を位置さ せている。電機子内の流体が弁操作時に前記チャンバの端から端まで往復するこ と、又は各々の往復移動の間に前記流体は、電機子内で磁力にさらされることは 理解されるだろう。この手段により、電機子チャンバ内の流体は、磁化された異 物の清浄を高いレベルで達成するだろう。磁化された異物は、電機子のボア内に 取り残され、これによりリニアモータ弁が使用される流体回路の他の部分への前 記異物の移動を不可能にする。ゼロ点での要求される機能を与えるべき弁体に関 してスプールを位置決めするための調整機構は、適切な制御を提供する調整機構 を利用する一方で、電機子の両端間で流体の自由な流れを存続させ、前述したよ うなスプールから電機子内の中間位置へ漏れを向かせる部分を有するように、構 成又は配置されている。 我々は、リニアモータ弁を制御し且つ駆動する電流が、 従来の技術により発生させられる可能性を排除するものではないが、その電流が マイクロプロセッサーのような装置により発生されることが好ましく、更には弁 がゼロ点位置にある時に、反転する波形を含む入力信号を利用する装置により発 生させられることがより好ましい。この好ましい波形を使用すれば、実効電流が ゼロになると、ディザーや微小振動を誘発することにより電機子（従ってスプー ル）をゼロ点位置へ復帰させる手助けとなる。実効電流がゼロになる理由は、ゼ ロ出力線の両側の波形が等しくしかも反対向きだからである。例えば、前記ディ ザーは、パルス幅が変調される電気的駆動によって弁のストロークが作動してい る間、持続され、このことは当業者により決定され得る周波数で起こるだろう。 この電気的駆動システムは、電機子とスプールとがそれらのストロークの間中ず っと（特に、スプールの正しい位置が弁の正しい機能にとって重要となるゼロ点 位置において）、正確に位置されることを保証する。より好ましい実施例におい ては、１以上のパルス幅変調周波数が使用され、リニアモータ弁の急速な操作の ために使用されるより高い周波数と、入力信号が最後に変化した後に、極く短く 使用される低周波数を備える。前述したディザーは、とりわけ、弁のヒステリシ スを減少させ、ゼロ点位 置でのディザーは、スプールのオーバーラップを減少させることができ、弁の反 応性を増加させ、スプールに要求される全移動行程を減少させると考えられるて いる。 ポートの数と大きさは、とりわけ油圧回路の要求を考慮して選択される。例え ば、５ポートまでは、リニアモータ弁において実現可能である。当業者であれば 、ポートの異なる数の要求に応じた適切なスプールと弁体の形状を決定するだろ う。 ３つのポートが使用されるところでは、弁は固定されているが、給油管路上の 圧力を保持するために使用される際、リニアモータ弁からタンク管路への返送は 阻止され、これにより、給油管路からの液漏れのみが、ケースドレンへの液漏れ となることを確実にする。リニアモータが電動機式搬送車に搭載されるサスペン ションの制御に使用される場合、前記給油管路は、例えば、サスペンションのス トラット（strut）に連結される。前記搬送車が安定であり、しかもエンジンが 切られている時は、ケースドレンに発生する圧力は、搬送車の静止重量によりス トラットに発生する圧力に等しい。前記ケースドレンの管路は、設定すべき２つ の圧力を持つ低圧安全弁に適合させられている。（低圧安全弁は、図示されてい ない。）前記２つの設定すべき圧力のうち高い方の圧力は、 前記車両の静止重量によって発生する圧力と等しいか又はそれ以上であり、設定 すべき低い方の圧力は、原則として大気圧に近いものである。このように本発明 によるリニアモータは、エンジンが停止し、車両が制止せているときには車両の 状態に応じるが、リニアモータの作動時にはケースドレンの圧力を減少させる。 リニアモータが電動機式車両に搭載されるサスペンションの制御に使用される 場合、前記給油管路は、例えば、サスペンションのストラットに連結される。例 えば、前記ストラットは、ダンパーオリフィスを介して空気バネ（時に、本技術 分野では、”アキュムレータ”と称される。）にも接続される。ストラット内で の圧力は、車両の重量や車両の前進移動により何らかの空力学的な車両の下方に 働く力やダンパーオリフィスを通過する流量により発生する圧力によっても変わ るだろう。ストラット圧力の変化は、リニアモータ弁を横切る圧力差を変化させ 、このことは例えば弁を通じて流量を変化させるだろう。流量が変化すると、と りわけダンパーオリフィスの特性を変化させ、それにより車両のダンピング特性 を変える。圧力差による流量の変化を充分に減少させるために、スプールは、流 れによる力の効果を高めるように設計されており、このことは圧力差が増加する ようにスプ ールをゼロ点位置の方へ移動させ、これによりストラット圧力に生じる変化によ る弁を通じての流量の変化を減少させるだろう。 電機子とスプールとは軸方向に共に移動する必要がるが、スプールは、弁体内 で自由に移動できるように電機子の軸線を中心として半径方向に移動できなけれ ばならないということが理解できるだろう。電機子の弁体から最も離れた位置の 端部にある調整機構と、前記スプールとの間にピン係合が備えられる。この係合 は、スプールが電機子に対して半径方向に移動可能で、スプールに作用する側方 からの負荷が無視できるように設計されている。 前記ステータと電機子とは、両者間に間隙を有するようにリニアモータ部品内 に取り付けられ、該間隙は、その周囲に亘って又はその長さに亘って一定でなけ ればならない。後に図面を参照しつつより詳細に説明されるように、前記間隙は 、その周囲に亘って３箇所に電機子の両端のプローブにより予め調節され、これ は、必要な間隙を形成するために要求される位置にスプリングを配置するために 、接着剤が固化する間放置され得る。他の実施例においては、前記間隙は非接触 測定装置により測定することができ、スプリングを配置するために接着剤を 固化する間、間隙を適正にするためにマイクロプロセッサ制御された装置により 電機子は配置される。スプリング及びエンドカバーの形状は、電機子の各端部で 周りに３つの位置でプローブの侵入ポイントを備えるように形成されている。 前記リニアモータ弁は、好ましくはカートリッジ式の弁であることが望ましい が、マニホールドの取り付けられたユニットのような他の形式のものである可能 性を排除するわけでわない。 本発明をより明確に理解するために、ここで図面を参照しつつ、一つの実施例 について説明する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明のリニアモータ弁を示す縦断面図である。 発明を実施するための最良の形態 図に示されたリニアモータ弁は、リニアモータ３と弁とで構成される。 前記弁は、チャンバ１７を形成する弁体１からなり、このチャンバ１７にはス プール２が配置され、このスプール２は、弁体１のチャンバ１７内で軸方向に移 動するよう操作される。リニアモータ３は、非磁性のスペーサ４及び非磁性の載 置部材５を介して弁体１と間接的且つ 永久的に機械的に連結固定されたステータと、スプール２が軸方向に移動するよ うにスプール２と機械的に連結された電機子６とからなり、該電機子は、ボアを 有し且つ電機子用チャンバ内に配設されている。 調整ハウジング８を備えるゼロ点調整機構は、電機子の弁体１から最も離れた 端部に組み込まれている。流路７は、ゼロ点調整機構の調整ハウジング８に形成 されており、該流路は、その孔の一端から他端への流体の通過を許容する。適切 な調整は、二重ピッチ外部調整ネジ９により、電機子６とスプール２との間で行 われる。連結部材１０と内部調整ネジ１１、及び電機子６と調整ハウジング８は 、ピン１２によって機械的に内部連結されており、このピンは互いの相対回転動 を制止している。外部調整ネジ９が回されると、この外部調整ネジは、ネジ山の ピッチ間の差と等しい分だけ、連結部材１０及び内部調整ネジ１１を、電機子６ 及び調整ハウジング８に対して軸方向に移動させる。連結部材１０の軸方向への 移動は、同じ量だけスプール２を軸方向へ移動させ、スプール２のゼロ点位置は 、それによって弁体に対して調整される。ピン１２及びピン１３は、互いに垂直 であり、これにより、連結部材１０を通じて電機子６からスプール２への駆動力 伝達のためのユニバーサルジョイントを 形成する。 このリニアモータ弁は、プレッシャーポート１４、タンクポート１５及びサー ビスポート１６を備え、ゼロ点位置が示されている。プレッシャーポート１４と タンクポート１５とは、どちらも閉じており、従って、サービスポート１６の流 体の供給又は流出はない。 操作においては、弁スプール２は、矢印Ａの方向へ移動させられると、プレッ シャーポート１４は、非閉鎖状態となり、流体がプレッシャーポート１４からサ ービスポート１６に流出する。逆に、弁スプール２が矢印Ｂ方向に移動すると、 タンクポート１５は非閉鎖状態となりサービスポート１６からタンクポート１５ へ流体が流出する。リニアモータ弁の操作時において、プレッシャーポート１４ からチャンバ１７へ、又はポート１５からチャンバ１８へスプールに沿って少量 の内部の液漏れ（しばしば、当該技術部分野において、”ケース ドレン リー ク（case drain leakage）”と称される）が生じ得る。チャンバ１７からのケ ース ドレン リークは、弁スプール２内の通孔１９を通ってチャンバ１８に通 じる。チャンバ１７，１８から合流した液漏れは、取巻きスリーブ２０内の連結 部材１０に沿って電機子６のボアの中心へ向かって流出する。リニアモータ弁が 操作され ると、電機子が移動して電機子チャンバ内で往復運動する。この往復運動は、電 機子と調整機構の中空部を通して電機子の両端に位置するチャンバ２１とチャン バ２２との間で作動油を移動させ得る。該作動油は、前述したように、電機子の ボアからの磁力にさらされる。 前記電機子とステータとは、同じ長さであることが望ましい。この特徴は、巻 線の実効電流がゼロである時に、モータの一致する両端部間に生じる磁気エッジ 効果を生じ、これは、ステータ内で電機子を中心位置に保るように作用する。 前記ステータは、チューブ２３内に保持され、弁体１から最も離れた位置にあ る端部は、チューブ２３の肩部２３ａと接している。製造上の誤差を許容するた めに、波形スプリング２４が、弁体に最も近いステータの端部に当接させられて いる。組み立てられた時には、前記波形スプリング２４は、間隔片２５により押 圧され、チューブ２３に沿う位置でステータ３をしっかりと保持しており、この ステータ３は、チューブ２３の中空部内に配置されている。 電機子の弁体１に最も近い端部には、間隔片２６、スプリング２７及び保持キ ャップ２８が、薄い壁状の非磁性体のリベット２９により、電機子にリベット止 めされ ている。その結果、前記スプリングは、電機子の外径に対して位置を固定されて いる。弁体１から最も離れた電機子の端部では、図示しないネジが、調整ハウジ ング８、スプリング３０及び間隔片を電機子６に固定するために使用されている 。従って、このスプリング３０は、電機子の外径に対して位置を固定されている 。３本のプローブが、スプリング２７内とスペーサ４の孔内とに形成された空間 を通じて間隙３１に配置される。前記スペーサは、チューブ２３の肩部２３ｂに 対してクランプされた状態で、スプリング２７上の接着剤が固化される。前記プ ローブが取り除かれた後、取巻きスリーブ２０、弁体１及び非磁性装着プレート ５が、要求に従い、弁体１を通じてクランプ圧力が維持されるようにして、はめ 込まれる。弁体１から最も離れたモータの端部では、３つのプローブが、スプリ ング３０内に与えられた空間及び内部カバー３３内の空間を通じて間隙３２内に 配置される。内部カバー３３はチューブ２３に対して保持された状態で、スプリ ング３０上の接着剤は固化される。前記プローブが、取り除かれた後、エンドカ バー３４がはめ込まれる。 リニアモータ弁が図示しない取付凹部に嵌め込まれた後、ステータ３とリニア モータケースにおけるその関連 部品とは、４本の取付ネジ３５により共に保持される。図示しない取付凹部にリ ニアモータが嵌め込まれる前の組立状態を維持するために、エンドキャップ３４ をチューブ２３に保持し、非磁性装着プレートをチューブ２３の他端に保持する ために、接着剤が使用される。エンドキャップ３４を備えるステータ（及びその 内部の電機子）と非磁性装着プレート５とは、作動油の保持することのできるチ ャンバを形成する。取付ネジ３５は、ステータ部材３を介在させて非磁性装着プ レート５にエンドキャップ３４を締着するために使用され、ステータをその適正 位置に保持し、且つ図示しない取付凹部にリニアモータ弁を保持する。前述した ようにサスペンション機構において使用される時には、低圧安全弁から油圧回路 内の作動油タンク又は容器に作動油を戻すことを許すための低圧流体接続部３６ が備えている。電気コネクター３７は、作動油の強いシールを形成し、圧力チャ ンバの壁を通過するためにステータ３の巻線からの電気的接続を許容する。 記述された実施例は、単なる一例であり、種々の態様が本発明の要旨から離れ ることなく可能であるということは、明らかである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年７月６日 【補正内容】 リニアモータ弁 明細書 技術分野 この発明は、油圧制御弁に係り、特にスプールがリニア駆動モータにより駆動 される油圧制御弁に関する。この弁は、油圧作動油の流れを制御するためのもの であり、特に電動機式搬送車に搭載される電気的に制御されたサスペンションや ギヤボックスにおいて使用される。 背景技術 モータ制御のための油圧制御弁は、主として２方向に作動するアクチュエータ 又は、そのアクチュエータを特別な位置で保持するために中立位置又はゼロ点位 置が要求されるアクチュエータの制御に使用される。一般的には、前記弁は、前 記中立位置が動作制御のために用いられた２つの位置の間にあって、無負荷状態 で弁のスプールを中立位置に戻すように構成されている。このスプールを作動す るために直線的に駆動するモータを使用することによりこれが実現され、この形 態を与え、２方向への移動を与えるために１組の巻線を使用する。電機子チ ャンバ内の清浄レベルを安定に維持するために、例えばスプール周囲の弁体に、 電機子チャンバ内へ異物（特に磁性を帯びた異物）の侵入を防ぐためのシールが 備えられている。このようなシールが備えられることで、スプールの作動時に摩 擦が増加し、弁機能に支障を来す。 ＥＰ−Ａ−０１５７６３０に記述された弁には、流体内の磁性を有する異物を 集めるための電機子チャンバへの入口に磁石ピンが設置されている。このような 弁への高価な付加をしても、磁石破片を引きつけるための十分大きな磁石表面を 形成することはできず、また、もし磁石破片が逃逸してしまうと、二度と引きつ けられることはない。 発明の開示 我々は、外部からの異物による損傷の影響を受けにくい油圧流体の流量を制御 するための弁（この弁は、後に便宜的に”リニアモータ弁”と称される。）を開 発した。この弁は、より少ない部品で構成され、しかも前述した従来のような弁 よりもずっとサイズを小さくする傾向にある。 本発明によれば、弁チャンバを形成する弁体と、前記弁チャンバ内に配置され た磁気の作用するボアを形成する電機子と、前記ボア内に延びる弁スプールと、 磁気的 連結でなく機械的に弁体と堅固に係合されたステータとを備える反転可能な電流 によって制御されるよう調節されたリニアモータ弁において、前記弁を流れる流 体の極く一部が電機子を含むチャンバに入るようにするとともに、その極く一部 の流体が電機子のボアと流体的に連通するように前記スプールと電機子とが構成 され、これによりより少ない部分にある磁化された破片は、磁石中空に滞留する ことになってい ることを特徴とするリニアモータ弁を提供する。 本発明による前記リニアモータ弁は、実質的には、電機子チャンバ内への流体 が、スプールの漏れによるもののみであり、例えばこの漏れは、前記弁の最大流 量の２％越えることはないだろう。このスプールからの漏れは、電機子のボア内 の中間位置の方に向けられ、これにより、この漏れた流体が電機子のいずれかの 端部に到達する前に電機子の磁場を通過しなければならないように流体を位置さ せている。電機子内の流体が弁操作時に前記チャンバの端から端まで往復するこ と、又は各々の往復移動の間に前記流体は、電機子内で磁力にさらされることは 理解されるだろう。この手段により、電機子チャンバ内の流体は、磁化された異 物の清浄を高いレベルで達成するだろう。磁化された異物は、電機子のボア内に 取り残 請求の範囲 １．弁チャンバ（１７）を形成する弁体（１）と、前記弁チャンバ（１７）内に 配置された磁気の作用するボアを形成する電機子（６）と、前記ボア内に延びる 弁スプールと、磁気的な連結でなく機械的に弁体（１）に堅固に係合されたステ ータ（３）とを備える反転可能な電流によって制御されるよう調節されたリニア モータ弁において、前記弁に流れる流体の極く一部のみが電機子（６）を含むチ ャンバに入るように構成するとともに、その極く一部の流体が電機子（６）のボ アと流体的に連通するように前記スプール（２）と電機子（６）とが構成され、 これにより極く一部にある磁化された破片は、磁石中空に滞留することになって い ていることを特徴とするリニアモータ弁。 ２．前記電機子の一端に到達する前に、極く一部が該電機子（６）の磁場を通過 するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ弁。 ３．弁スプール（２）を弁体（１）に対して相対的に移動させるための調整機構 が備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアモータ弁。 ４．ディザーを引き起こすように、弁がゼロ点位置にある時に反転し、その時、 前記電機子（６）………

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．弁チャンバ（１７）を形成する弁体（１）と、前記弁チャンバ（１７）内に 配置された磁気の作用するボアを形成する電機子（６）と、前記ボア内に延びる 弁スプールと、磁気的な連結でなく機械的に弁体（１）に堅固に係合されたステ ータ（３）とを備える反転可能な電流によって制御されるよう調節されたリニア モータ弁において、前記弁に流れる流体の極く一部のみが電機子（６）を含むチ ャンバに入るように構成するとともに、その極く一部の流体が電機子（６）のボ アと流体的に連通するように前記スプール（２）と電機子（６）とが構成されて いることを特徴とするリニアモータ弁。 ２．前記電機子の一端に到達する前に、極く一部が該電機子（６）の磁場を通過 するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ弁。 ３．弁スプール（２）を弁体（１）に対して相対的に移動させるための調整機構 が備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアモータ弁。 ４．ディザーを引き起こすように、弁がゼロ点位置にある時に反転し、その時、 前記電機子（６）をゼロ点位置に戻すのを補助するために、実効電流がゼロにな るような波形を持つ電流信号を発生するための手段を備えるこ とを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のリニアモータ弁。 ５．電流信号がパルス幅変調されることを特徴とする請求項４に記載のリニアモ ータ弁。 ６．より高いパルス幅変調周波数が、急速な作動に用いられ、低いパルス幅変調 周波数が入力信号の最後の変化の後に短い間用いられることを特徴とする請求項 ５に記載のリニアモータ弁。 ７．弁が静止しており、給油管路上への負荷状態が使用されている時に、給油管 路からの液漏れがケースドレンに移動されることを保証するためにタンク管路へ の逆流を阻止する手段を備えることを特徴する請求項１から６のいずれかに記載 のリニアモータ弁。 ８．弁の使用時に適合するための車両の静止重量に関係する第１の圧力と、大気 圧に対して閉じている第２の圧力との設定すべき２つの圧力を有する低圧安全弁 に前記ケースドレン管路が適合されていることを特徴とする請求項７に記載のリ ニアモータ弁。 ９．弁を横切る圧力差が増加するように、前記弁スプール（２）がゼロ点位置の 方へ移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記 載のリニアモータ弁。 １０．調整機構が、ピン係合（１０，１２）を通じて弁スプール（２）に連結さ れていることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ弁。 １１．前記ピン係合（１０，１２）が、弁スプール（２）と電機子（６）との間 で半径方向の相対移動を許容するよう構成されていることを特徴とする請求項１ ０に記載のリニアモータ弁。 １２．ステータと電機子（６）とが所定の間隙により分離されていることを特徴 とする請求項１から１１のいずれかに記載のリニアモータ弁。 １３．前記ステータ（３）と電機子（６）との間の間隙が、電機子の両端部の各 々に配置されたプローブにより調整されることを特徴とする請求項１２に記載の リニアモータ弁。 １４．３つのプローブが、電機子の各端部に設けられていることを特徴とする請 求項１３に記載のリニアモータ弁。