JPH02229901A - 電流―圧力変換器 - 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〕 本発明は圧力調整技術に関する。本発明は特に電流一圧
力変換器と関連して適用され、特にこの電流一圧力変換
器について説明する。しかし、本発明は他の種類の電気
一圧力変換器及び磁気一圧力変換器にも適用することが
できるということは理解されよう。

〔従来技術及び発明が解決しようとする課題〕従来、電
流一圧力変換器は金属製のトートバンド（ｔａｕｔ　ｂ
ａｎｄ）　に回動可能に設けられたフラッパ弁又は電機
子要素を備えていた。例えば、１９８８年３月８日発行
の米国特許第４，７２９，３９８号を参照せよ。トート
バンドは電機石のコア及び鉄製戻り経路の一方の側にず
らしてあった。コイルに電流を流すことにより磁束をコ
アから電機子を通して戻り経路へ流していた。この磁束
はコイルに加えられる電流に応じた力で電機子をコアに
向けて引きつけていた。

一作動モードでは、磁気モーメントに抗して作用する空
気圧モーメントを電機子又はフラッパ弁に加えるように
空気圧ノズルを配置していた。このノズルは、電機子に
よるノズルの絞りに応じて出力圧力を調整する在来の空
気圧回路と連結されていた。電機子の平衡位置をコイル
電流の各変化に伴って一時に乱してノズルの絞り量を変
え、異なる絞り量で平衡を再び達成していた。磁気モー
メント及び空気圧モーメントを好ましい平衡に付勢する
ためにトートバンドに加えられたトルクを調整するため
の機械的調整装置を設けていた。このモードでは、出力
圧力は受けた人力電流に直接関連して調整されていた。

他の作動モードでは、空気圧ノズルは磁気モーメントと
一致する空気圧モーメントを加えるように配置されてい
た。トートバンドのトルクを磁気モーメントと空気圧モ
ーメントとの合計に選択的に対向するように調整してい
た。このモードでは、受けた人力電流に反比例して出力
圧力を調整していた。

上記電流を制御するための電機子の機械力応答は、二乗
特性に応じて関連づけされる傾向があった。この特性は
極面、ギャップの形状寸法、フラッパ弁の形状及び飽和
点等を補償することによって線形化が促進されていた。

かかる設計は好首尾であるとわかったが、環境で引き起
こされた誤差の修正及び計算上の調整を行う４〜２０ｍ
Ａ装置にほぼ２ｍＡを残して２＋ｍＡを作動に消費する
高精度の電子式出力フィードバック装置に適用した場合
に欠点がある。

この構成の欠点のうちの一つは、空気圧力及び磁気力の
両方が本質的に共通のＸ軸に作用するということである
。これらの力は両方とも同一方向にあるが、これらの力
が生せしめるモーメントは反対方向にある。電流による
増大する力（Ｆｉ）を圧力による増大する力（Ｆｐ）に
より釣合せることがでれない。詳細には、トートバンド
が撓み理論に応じて撓むため、可成りの量のＸ軸力が失
われる。

Ｘ軸におけるトートバンドの撓みは、ノズルから離れる
方向であるので、電流の増分を加えることによって達成
されるべき予期報償から差し引かれる。

従来の電流一圧力変換器の他の欠点は、Ｘ軸振動に対す
るその感度にある。並進ばね率の低いトｔ一トバンドと
連結された場合の電機子の質量により、望ましい限度を
越えた関連する振動数でＸ軸における振動を感じさせて
いた。

本発明の目的は上記及びその他の欠点を解消した新規な
改良電流一圧力変換器を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、受けた電気制御信号に応じて流体圧を
連続的に制御する電気一流体圧変換器が提供される。剛
性電機子が固定ピボット要素を中心に回転可能にこのピ
ボット要素に当接して設けられている。電機子を支持し
、この電機子を固定ピボット要素に付勢するための捩り
ばねが固定ピボット要素に隣接して剛性電機子と連結さ
れている。電磁石が電機子を受けた電気制御信号に応じ
て固定ピボット要素を中心に回転するように押圧する。

ノズルが電機子により絞られ、流体圧を電機子に加える
。電機子は磁気モーメント、ばねモーメント及び空気圧
モーメントが釣合わされるまで固定ピボット要素を中心
に回動ずる。

本発明の限定された特徴によれば、固定ピボット要素は
電磁石のコアに取付けられた非磁性の構造体である。ピ
ボット要素は磁束戻り経路と反対側のコアの縁部に隣接
して設けられ、実質的にすべての磁束がピボット先端の
一方の側の電機子の一部を通って流れる。

本発明の他の限定された特徴によれば、ノズル及び磁束
戻り経路は電機子の長さを最小にするためにコア及びピ
ボット要素にごく隣接して設けられている。

本発明の１つの利点は電子系出力フィードバック変換器
に使用する場合、校正調整及び他の補正の範囲を広げる
という点である。

本発明の他の利点は振動に対するＸ軸線感度を更に減じ
るという点である。

〔実施例〕

第１図及び第２図を参照して説明すると、電磁石手段す
なわち電磁石組立体Ａは、電機子組立体Ｂを押圧して電
気制御信号の電流に応じて変化するトルクで回転させる
。電機子を回転させることによって、ノズル組立体Ｃを
これに応じて絞る。

ベース１０は、電磁石組立体Ａを支持するための非強磁
性の支柱すなわちコイル支持体１２を支持する。この電
磁石はコイル２０及びほぼＵ字形の磁東経路を有し、こ
の磁束経路は強磁性のコア２２及び戻り経路２４を有す
る。これらのコア及び戻り経路はエアギャップ３０に隣
接して極面２６、２８を形成する。

第１図及び第２図とともに第３図を参照すると、コアの
極面２６は切欠き領域３２を有し、この領域には、非強
磁性の挿入体すなわちピボット装着体３４が取付けられ
ている。このピボット装着挿入体には、非強磁性の電機
子ピボット要素３６が連結されている。一実施例では、
挿入体及びピボット要素は耐衝撃性プラスチックで一体
に成形されている。また、ピボット要素及び挿入体を黄
銅又は他の非強磁性の金属材料で構成することによって
ピボット先端の寿命を延ばすことができる。

更に他の変更例として、ピボット要素の最も外側の縁邪
に金属支持表面又はピボット端部材を取りつけてもよい
。

電機子組立体Ｂは強磁性の電機子要素４０を有し、この
電機子要素４０は磁性のコア及び戻り経路の極面２６、
２８と平行に位置する平らな面を有する。剛性を高める
ため、電機子の縁部は折り曲げられている。他の電機子
の構造を利用してもよい。しかしながら、電機子は低い
磁界、すなわち人力電流が最も小さい場合でもその材料
が磁気的に飽和するように、十分薄いことが好ましい。

この電機子は強磁性材科で一体に構成してもよいし、あ
るいは強磁性の部分と非強磁性の部分とを組合せること
によって構成してもよい。

電機子組立体は、ばね鋼でできた薄いトートバンドのよ
うな、引張ばね４２で支持されている。

このバンドは、電機子をピボット要素に押付けるように
、ピボット要素の接触面と平行に両端がぴんと張られて
設けられている。ピボット要素３６は戻り経路から最も
遠いコア面の縁邪に隣接して中心からずらして設けられ
ている。ピボット要素をこの位置に配置することによっ
て、電機子における磁束をギャップにごく隣接したコア
と戻り経路との間の領域に集中する。トートバンドをそ
の長さ方向軸線を中心として選択的に捩るため、角度を
調整可能な取付体４４が設けられている。このようにし
て、トートバンドは所望の出力圧力を達成するために電
機子を付勢する調整可能な捩りばねとして作用する。

ノズル組立体Ｃは空気圧増幅器のような流体回路５０と
流体連通してベース１０に設けられている。ボートすな
わち通路５２が流体回路とノズル５４との間を流体連通
させる。このノズル５４は、電機子要素にごく隣接して
配置された出口オリフィス５６を有する。

空気圧増幅器型流体回路は、その出力側で所望の圧力を
得るため、空気圧人力部の主な弁作用を制御する。出力
側の圧力が上昇すると、ノズル５４から吐出される空気
の力が同様に増大する傾向がある。このようにして、コ
イル２０への入力電流が増大すると、電機子はノズルに
向って回転して絞り作用を高める傾向がある。この絞り
作用により、フィードバック圧力が平衡を再び達成する
のに十分増大するまで、空気圧回路を調整する。

同様に、人力電流が減小すると、電機子要素がノズルか
ら遠ざかり、絞り作用を減小させて出力圧力を降下させ
る。出力圧力及びノズルのフィードバック圧力が降下す
ると、電機子要素は平衡に戻る。トートバンドのトルク
を調整することにより、ノズルに有利なすなわち対向し
たモーメント及び強磁性モーメントを加えることによっ
て平衡位置を調整する。

任意だが、ノズル又は第２の相互連結可能なノズルをト
ートバンドの両側に配置してそのフィードバック力が磁
気吸引力を補償するようにしてもよい。この構成では、
絞りは入力電流に比例するのではなく、反比例する。比
例モードと反比例モードとの切換えを容易にするには、
弁ハウジング５８に２つの弁受入れボアを設けるのがよ
い。

方のボア要素はノズルを支持し、他方のボア要素はプラ
グ６０を保持する。プラグとノズルとを交換することに
よって、フィードバック空気圧が電機子に衝撃を与える
位置を選択可能できる。

本発明を好適な実施例について述べてきた。明らかに、
先の詳細な説明を読んで理解すると、変更例及び変形例
が思い浮かぶであろう。本発明は添付の請求項又はその
同等のものの範囲内に入るかぎり、このような変形例及
び変更例すべてを含むと解釈すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による電気一流体変換器の部分横断面
側立面図であり、 第２図は、第１図の変換器の平面図であり、第３図は、
第１図の電機子、ノズル及びコア部分の拡大部分断面図
である。 Ａ・・・電磁石組立体　　　Ｂ・・・電機子組立体Ｃ・
・・ノズル組立体 １０・・・ベース ２０・・・コイル ２４・・・戻り経路 ３０・・・エアギャップ ３６・・・ピボット要素 ４２・・・捩りばね ５４・・・ノズル ２・・・コイル支持要素 ２・・・強磁性のコア ６、２８・・・極面 ２・・・切欠き領域 ０・・・電機子要素 ０・・・流体回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、受けた電気制御信号に応じて流体圧を制御するため
   の電気−流体圧変換器において、 固定ピボット要素と、 固定ピボットを中心に回転可能にこの要素に当接して設
   けられた剛性電機子と、 電機子を支持し、この電機子を押圧してピボット要素と
   堅固な係合させるための電機子支持手段と、 受けた電気制御信号に応じて変化する量の力で電機子を
   ピボット要素を中心に回転するように押圧する電磁石手
   段と、 流体回路から流体圧をフィードバックするためのノズル
   とを備え、該ノズルは電機子にごく隣接して設けられ、
   電機子がピボット要素のまわりのその回転位置に応じて
   ノズルからの空気流を絞ることを特徴とする変換器。 ２、固定ピボット要素は電磁石手段の強磁性のコアの端
   面に取付けられた非強磁性のピボット構造体を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の変換器。 ３、コアはこのコアから電機子を通って流れる磁束を集
   中させるため、ピボットに隣接して断面積減少部分を有
   することを特徴とする請求項２記載の変換器。 ４、電磁石手段は磁束戻り経路を有し、該戻り経路及び
   コアはその間にエアギャップを構成し、このエアギャッ
   プは、磁束がコアから電機子及び戻り経路を通って流れ
   るように電機子にほぼ沿っており、固定ピボットはギャ
   ップ及び戻り経路に対向してコアに取付けられているこ
   とを特徴とする請求項３記載の変換器。 ５、電磁石手段はほぼＵ字形の強磁性の磁束経路を有し
   、この経路は電磁石手段との間にエアギャップを構成し
   、電機子は、強磁束がエアギャップにすぐ隣接した電機
   子の一部を通ることによってエアギャップを横切るよう
   にエアギャップにすぐ隣接して配置され、固定ピボット
   要素は、電機子における磁束が電機子の一部でピボット
   要素の一方の側に集中されるようにエアギャップに対向
   した強磁性の磁束経路に取付けられていることを特徴と
   する請求項１記載の変換器。 ６、強磁性の経路は、磁束を集中させるため、ピボット
   に隣接して断面積減少部分を有することを特徴とする請
   求項５記載の変換器。 ７、電機子取付手段は固定ピボットにごく隣接して電機
   子に連結されたトートバンドを有することを特徴とする
   請求項５記載の変換器。 ８、トート部材は比較的幅広のバンドであり、トートバ
   ンドが電機子に加える捩りモーメントを選択的に調整す
   るための調整手段を更に有することを特徴とする請求項
   ７記載の変換器。 ９、電機子取付手段はピボット要素に対向して変換器と
   連結されたトート要素を有し、電機子が（ｉ）トート要
   素の中心軸線を中心に回動でき、また（ｉｉ）トート要
   素に押圧されて固定ピボット要素と堅固に摩擦係合する
   ことを特徴とする請求項１記載の変換器。 １０、電磁石手段は強磁性で伝導性のほぼＵ字形の磁束
   経路を有し、該経路はギャップを形成する一対の隣接端
   部を有し、これらの端部は、磁束が電機子を通って流れ
   て電機子を磁気的に飽和させることによってギャップを
   横切るように、電機子に隣接してかつ平行に配置された
   極面を有し、トート要素及び固定ピボット要素は、極面
   のうち、ギャップと向き合ったその縁部に隣接した一方
   の極面に隣接して配置され、そのため、磁束が主として
   トート要素の一方の側の電機子の一部を通って流れるよ
   うにしたことを特徴とする請求項９記載の変換器。 １１、トート要素に隣接した極面は、磁束をトート要素
   から電機子に集中させるための断面積減少部分を有する
   ことを特徴とする請求項１０記載の変換器。 １２、受けた電気制御信号に応じて空気流を制御するた
   めの電流−圧力変換器において、 両端部間にギャップを構成するほぼＵ字形の強磁性の経
   路を備え、各端部はギャップと平行な極面を形成し、 極面のうちの一方に取付けられた非強磁性のピボット要
   素と、 ピボット要素を中心に回動可能に両極面に隣接して設け
   られた電機子とを備えており、該電機子は少なくとも両
   極面間を延びる領域で磁気伝導性であり、 強磁性の経路を通る磁束を誘導するためのコイルを設け
   、該コイルは制御信号を受けるための接続部を有し、 電機子が固定ピボット要素を中心に回動するとノズルを
   通る空気流が選択的に絞られるように、電機子に隣接し
   て設けられたノズルを有することを特徴とする変換器。 １３、ピボット要素を設けた極面はギャップと向き合っ
   た縁部の近くに切欠き領域を有することを特徴とする請
   求項１２記載の変換器。 １４、ピボット要素に隣接して電機子に連結され、（ｉ
   ）電機子を支持し、（ｉｉ）電機子を押圧してピボット
   要素と堅固に摩擦係合させるための捩りばねを備えてい
   ることを特徴とする請求項１２記載の変換器。 １５、少なくとも一部が強磁性の剛性電機子を、非鉄ピ
   ボット要素を中心に回転自在になるように非鉄ピボット
   要素と捩りばねとの間に固定し、電機子の強磁性で伝導
   性の部分を通してピボット要素の一方の側へ磁束を誘導
   し、電機子を押圧してピボット要素を中心に回転させる
   磁力を加え、 電機子にごく隣接して配置された流体ノズルを通して流
   体を流し、この流体の流れを磁界に応じて電機子によっ
   て選択的に絞ることを特徴とする圧力を調整する方法。