(57)【要約】  直結駆動サーボ弁装置は、（ｉ）ステーター及びステーターに対して回転するように構成されたローター集成体を有するサーボ弁モーター、（ii）ローター集成体に結合された弁部材及び（iii）センサ集成体を備える。センサ集成体は、サーボ弁モーターを制御するコントローラに接続するように構成されたインターフェース、インターフェースに接続された一組のプログラマブルホールセンサ及び支持体を有する。支持体（例えば、環形カラーまたはスリーブ）は、（ｉ）ローター集成体に近接する、（ii）ステーターに対して固定された、装着場所で一組のホールセンサを支持する。一組のプログラマブルホールセンサはインターフェースを介してコントローラに一組の位置信号を与えるように構成される。一組の位置信号によってステーターに対するローター集成体の回転位置が識別される。
2007536511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステーター及び前記ステーターに対して回転するように構成されたローター集成体を有するサーボ弁モーターの動作に対して位置フィードバックを与えるためのセンサ集成体において、
前記サーボ弁モーターを制御するコントローラに接続するように構成されたインターフェース、
前記インターフェースに接続された一組のプログラマブルホールセンサ、及び
（ｉ）前記ローター集成体に近接し、（ii）前記ステーターに対して固定された、装着場所において前記一組のプログラマブルホールセンサを支持するように構成された支持体、
を有してなり、
前記一組のプログラマブルホールセンサが前記インターフェースを介して前記コントローラに一組の位置信号を与えるように構成されており、前記一組の位置信号によって前記ステーターに対する前記ローター集成体の回転位置が識別されることを特徴とするセンサ集成体。
【請求項２】
前記支持体が前記ローター集成体の周囲に嵌合するように構成されたカラーを有し、前記カラーが、前記プログラマブルホールセンサのそれぞれの少なくとも一部が近接して配置される共通得検出領域を定めることを特徴とする請求項１に記載のセンサ集成体。
【請求項３】
前記カラーが初期に、前記サーボ弁モーターの前記ステーターに対する所定の位置にロックされて固定されるまでは、前記サーボ弁モーターの前記ローター集成体の周囲を前記サーボ弁モーターの前記ステーターに対して回転するように構成されることを特徴とする請求項２に記載のセンサ集成体。
【請求項４】
前記プログラマブルホールセンサのそれぞれが、変換器及び（ｉ）前記変換器による磁気検出及び（ii）前記一組のプログラマブルホールセンサのヌル位置を一致させるためのそれぞれのヌルオフセット値に基づく出力電圧を、前記位置信号の１つとして出力するように構成されたプログラマブル回路を有することを特徴とする請求項３に記載のセンサ集成体。
【請求項５】
前記プログラマブルホールセンサのそれぞれが、変換器及び（ｉ）前記変換器による磁気検出及び（ii）前記一組のプログラマブルホールセンサの利得を規格化するためのそれぞれの利得調整値に基づく出力電圧を、前記位置信号の１つとして出力するように構成されたプログラマブル回路を有することを特徴とする請求項３に記載のセンサ集成体。
【請求項６】
前記一組のプログラマブルホールセンサが、３重冗長フィードバックのためのインターフェースを介する３つの出力電圧を、前記一組の位置信号として、それぞれが提供するように構成されたちょうど３つのプログラマブルホールセンサを有することを特徴とする請求項３に記載のセンサ集成体。
【請求項７】
前記カラーに取り付けられた回路基板、
をさらに有し、
前記回路基板が前記一組のプログラマブルホールセンサを前記インターフェースに電気的に接続することを特徴とする請求項３に記載のセンサ集成体。
【請求項８】
ステーター及び前記ステーターに対して回転するように構成されたローター集成体を有するサーボ弁モーターの動作に対して位置フィードバックを与えるためのセンサ集成体において、
前記サーボ弁モーターを制御するコントローラに接続するように構成されたインターフェース、
前記インターフェースに接続された一組のプログラマブルホールセンサ、及び
（ｉ）前記ローター集成体に近接し、（ii）前記ステーターに対して固定された、装着場所において前記一組のプログラマブルホールセンサを支持するための手段、
を有してなり、
前記一組のプログラマブルホールセンサが前記インターフェースを介して前記コントローラに一組の位置信号を与えるように構成されており、前記一組の位置信号によって前記ステーターに対する前記ローター集成体の回転位置が識別されることを特徴とするセンサ集成体。
【請求項９】
サーボ弁装置において、
ステーター及び前記ステーターに対して回転するように構成されたローター集成体を有するサーボ弁モーターと、
前記ローター集成体に結合された弁部材と、
センサ集成体であって、
前記サーボ弁モーターを制御するコントローラに接続するように構成されたインターフェース、
前記インターフェースに接続された一組のプログラマブルホールセンサ、及び
（ｉ）前記ローター集成体に近接し、（ii）前記ステーターに対して固定された、装着場所において前記一組のプログラマブルホールセンサを支持する支持体、
を有し、
前記一組のプログラマブルホールセンサが前記インターフェースを介して前記コントローラに一組の位置信号を与えるように構成されており、前記一組の位置信号によって前記ステーターに対する前記ローター集成体の回転位置が識別されるセンサ集成体と、
を備えることを特徴とするサーボ弁装置。
【請求項１０】
前記センサ集成体の前記支持体が前記ローター集成体の周囲に嵌合するように構成されたカラーを有し、前記カラーが、前記プログラマブルホールセンサのそれぞれの少なくとも一部が近接して配置される共通検出領域を定めることを特徴とする請求項９に記載のサーボ弁装置。
【請求項１１】
前記カラーが初期に、前記サーボ弁モーターの前記ステーターに対する所定の位置にロックされて固定されるまでは、前記サーボ弁モーターの前記ローター集成体の周囲を前記サーボ弁モーターの前記ステーターに対して回転するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載のサーボ弁装置。
【請求項１２】
前記プログラマブルホールセンサのそれぞれが、変換器及び（ｉ）前記変換器による磁気検出及び（ii）前記一組のプログラマブルホールセンサのヌル位置を一致させるためのそれぞれのヌルオフセット値に基づく出力電圧を、前記位置信号の１つとして出力するように構成されたプログラマブル回路を有することを特徴とする請求項１１に記載のサーボ弁装置。
【請求項１３】
前記プログラマブルホールセンサのそれぞれが、変換器及び（ｉ）前記変換器による磁気検出及び（ii）前記一組のプログラマブルホールセンサの利得を規格化するためのそれぞれの利得調整値に基づく出力電圧を、前記位置信号の１つとして出力するように構成されたプログラマブル回路を有することを特徴とする請求項１１に記載のサーボ弁装置。
【請求項１４】
前記一組のプログラマブルホールセンサが、３重冗長フィードバックのためのインターフェースを介する３つの出力電圧を、前記一組の位置信号として、それぞれが提供するように構成されたちょうど３つのプログラマブルホールセンサを有することを特徴とする請求項１１に記載のサーボ弁装置。
【請求項１５】
前記センサ集成体が、前記カラーに取り付けられた回路基板をさらに有し、
前記回路基板が前記一組のプログラマブルホールセンサを前記インターフェースに電気的に接続することを特徴とする請求項１１に記載のサーボ弁装置。
【請求項１６】
サーボ弁装置を作成する方法であって、
一組のプログラマブルホールセンサを支持体に取り付ける工程、
ステーター及び前記ステーターに対して回転するように構成されたローター集成体を有するサーボ弁モーターに対して前記支持体を配置する工程、及び
前記プログラマブルホールセンサの全てが前記サーボ弁モーターの前記ローター集成体に対して動作範囲に収まるまで前記ローター集成体に対して前記支持体を回転させる工程、
を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記回転させる工程が、
前記プログラマブルホールセンサの１つのヌル点が前記サーボ弁モーターの前記ローター集成体と整合するまで前記支持体を回す工程、
を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記一組のプログラマブルホールセンサのヌル点を一致させるために前記プログラマブルホールセンサのそれぞれにそれぞれのヌルオフセット値をプログラムする工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記一組のプログラマブルホールセンサの利得を規格化するために前記プログラマブルホールセンサのそれぞれにそれぞれの利得調整値をプログラムする工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記支持体がカラーを有し、前記一組のプログラマブルホールセンサを前記支持体に取り付ける前記工程が、
前記カラーによって定められる共通領域において前記プログラマブルホールセンサのそれぞれの変換器を近接させて配置する工程、
を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサーボ弁装置に関し、特に冗長位置検出型サーボ弁装置及びその作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な直結駆動サーボ弁は、ハウジング、弁部材（例えば、スプール、ポペット等）、モーター及びセンサを有する。ハウジングは流路を定め、弁部材は、流路内の流体流量を制御するために、流路内において開位置と閉位置の間を移動するように構成される。モーターは、ハウジングに対して固定された位置にとどまるステーター及び、必要であればモーター磁性体、シャフト及びホールセンサ磁石を含む、ローター集成体を有する。ローター集成体は、（ｉ）ステーターに対して回転するように構成され、（ii）ハウジング内での弁部材の移動を制御するために弁部材に連結される。センサは、サーボ弁の現在位置の検出（例えば、流路内の弁部材の位置の直接検出、ローター集成体の回転方位の直接検出、等）を行うように構成される。
【０００３】
動作中、電子コントローラが、特定の態様（例えば、流量増、流量減、流過停止、等）でサーボ弁を操作するように（例えばユーザ入力装置から）コントローラに命令するコマンド信号を受取る。コントローラはセンサからの位置信号も受け取り、よってコントローラが流路内での弁部材の現在位置を決定できるようになる。次いで、コントローラは、ローター集成体の回転方位を制御するために、コマンド信号及び位置信号の両者に基づいてモーターに制御信号を送る（すなわち、コントローラはステーター内のコイルを通る電流を出力する）。この結果、ローター集成体は流路内の所望の位置に弁部材を移動させ、よって流体流量を制御する。
【０００４】
サーボ弁の現在位置の検出には様々な従来手法がある。従来手法の１つにはサーボ弁センサとしてのホール効果変換器（すなわち、単一アナログホール効果素子）の使用がある。この（以降、従来型ホール効果変換器手法と称される）手法において、ホール効果変換器は初め、ヌル点がモーターの最大トルク位置に整合するように配置される。次いで、ローター集成体が動いて流路内の弁部材の位置を定めるときに、ローター集成体がヌル点からいずれかの方向（時計回りまたは反時計回り）に動くにつれて電圧が変化する信号をホール効果変換器が出力する。
【０００５】
別の従来手法にはサーボ弁センサとしての線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）の使用がある。この（以降、従来型ＬＶＤＴ手法と呼ばれる）手法では、ＬＶＤＴの可動コアが流路内での弁部材の移動に応じて動く。次いで、ＬＶＤＴ可動コアの現在位置したがって流路内の弁部材の現在位置を識別する信号を１つまたはそれより多くの検出コイルが出力する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
残念ながら、上述したサーボ弁の現在位置を検出する従来手法には欠陥がある。例えば、上述した従来手法はいずれも、冗長性が必要な航空宇宙用途に特によく適してはいない。そのような冗長性に欠けると、サーボ弁システムにおけるただ１つの故障点が破滅的な損失を生じさせ得るであろう。次に、それぞれの特定の手法にともなう欠点をさらに説明する。
【０００７】
上述した従来型ホール効果変換器手法に関しては、冗長性を得るためにサーボ弁内に単に複数のホール効果変換器を装備することを考える人がいるかもしれない。残念ながらこれは簡単なことではない。特に、全てのホール効果変換器のヌル位置がローター集成体のピークトルク位置と適切に同期するように、全てのホール効果変換器の位置を機械的に決めることは極めて困難であろう。さらに、そのような構成を実施するためには、それぞれのホール効果変換器に対する余地を得るためにローター集成体の長さをおそらく大きくする必要があり、したがって累積許容差及びモーター再設計の問題が生じるであろう。さらに、ホール効果変換器の内の１つのヌル位置が適切に設定されなければ、そのホール効果変換器はサーボ弁の全移動範囲に対する確実な位置検出を提供しないであろうから、そのホール効果素子は基本的に役に立たなくなる。さらに、ヌル位置の物理的同期が最終的に達成されたとしても、サーボ弁間の磁石強度及びセンサ位置の変動により、ホール効果変換器の間で利得が変動する傾向がある。したがって、ホール効果変換器によって与えられる利得差に対処するために、コントローラに付加回路または調整が必要になるであろう。この結果、故障したサーボ弁を新しいサーボ弁に交換しても、新しいサーボ弁の個々のホール効果変換器によって与えられる特定の利得を補償するためのコントローラ再調整が必要になるであろう。
【０００８】
さらに、上述した従来型ＬＶＤＴ手法に関しては、ＬＶＤＴ装置はとかく高価である。さらに、サーボ弁の弁部材に複数のＬＶＤＴコアを連結することは困難であり、そのような連結によりおそらく新しい故障点が生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述したサーボ弁の現在位置検出のための従来手法とは対照的に、本発明の実施形態は一組のプログラマブルホールセンサを用いてサーボ弁モーターの動作に対して位置フィードバックを与えるための技法に向けられる。それぞれのプログラマブルホールセンサには、それぞれのヌル位置及びそれぞれの利得を設定するためにプログラムされた調整を施すことができ、よって、モーターのピークトルク位置への全てのヌル位置の簡便な同期及び全ての利得の規格化のいずれもが可能になる。そのようなプログラマブルホールセンサの使用により、それぞれのセンサのヌル位置の物理的同期化の必要が軽減され（例えば、それぞれのセンサについてのプログラムされたヌルオフセット値により、ヌル位置が容易に同期化されるであろう）、相異なる利得を解消させようとしてサーボ弁コントローラの調整を行う必要も軽減される（例えば、それぞれのセンサを同じ規格利得を有するようにプログラムすることができる）。さらに、プログラマブルホールセンサは、（ｉ）従来型ＬＶＤＴ装置に比べて比較的安価であり、したがってプログラマブルホールセンサの使用が商業上実用的であり、（ii）極めて小さく、したがって、それぞれのプログラマブルホールセンサの少なくとも検出部をサーボ弁モーターのローター集成体の直近で互いに近接させて配置することが可能になる。
【００１０】
本発明の一実施形態は、（ｉ）ステーター及びステーターに対して回転するように構成されたローター集成体を有するサーボ弁モーター、（ii）ローター集成体に結合された弁部材及び（iii）センサ集成体を備えるサーボ弁装置に向けられる。センサ集成体は、サーボ弁モーターを制御するコントローラに接続するように構成されたインターフェース、インターフェースに接続された一組のプログラマブルホールセンサ及び支持体を有する。支持体（例えば、環形カラーまたはスリーブ）は、（ｉ）ローター集成体に直近の、（ii）ステーターに対して固定された、装着場所において一組のプログラマブルホールセンサを支持する。一組のホールセンサ素子はインターフェースを介してコントローラに一組の位置信号を与えるように構成される。一組の位置信号によってステーターに対するローター集成体の回転位置が識別される。そのようなサーボ弁装置は、冗長位置フィードバックが破滅的故障の回避に有用な航空宇宙産業内での用途などのいくつかの用途に、例えば、直結駆動弁型サーボ弁に対する多重チャネルホールフィードバック用途に、良く適している。
【００１１】
一実施形態において、サーボ弁製造プロセスは、一組のプログラマブルホールセンサを支持体に取り付ける工程並びにステーター及びステーターに対して回転するように構成されたローター集成体を有する直結駆動サーボ弁モーターに対して支持体を配置する工程を含む。プロセスはさらに、全てのプログラマブルホールセンサが直結駆動サーボ弁モーターのローター集成体に対する動作範囲内に収まるまで、ローター集成体に対して支持体を回転させる工程を含む。そのようなプロセスにより、以降の、（ｉ）プログラマブルホールセンサのそれぞれのヌル位置を同期させるためのヌル位置（例えば、ヌル点オフセット）のプログラミング及び（ii）それぞれのサーボ弁装置の性能を装置間で一様にし、よって装置間の個々の利得差を考慮に入れるためにコントローラを調整する必要を軽減するための利得のプログラミングが可能になる。
【００１２】
本発明の上記及びその他の目的、特徴及び利点は、様々な図面を通して同様の参照数字が同じ要素を指す、添付図面に示されるような、本発明の特定の実施形態の以下の説明から明らかであろう。図面は必ずしも定比で描かれてはおらず、代りに、本発明の原理を示す際には強調されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態は、一組のプログラマブルホールセンサを用いる、直結駆動サーボ弁モーター動作に対して冗長位置フィードバックを与えるための技法に向けられる。それぞれのプログラマブルホールセンサは、プログラムされた調整によってそれぞれのヌル位置及びそれぞれの利得を設定することができ、よって全てのヌル位置の簡便な同期化及び全ての利得の規格化のいずれもが可能になる。そのようなプログラマブルホールセンサの使用により、それぞれのセンサのヌル位置をモーターのピークトルク位置と機械的に同期させる必要が軽減され（例えば、それぞれのセンサに対してプログラムされたオフセットによって容易にヌル位置が同期化されるであろう）、相異なる利得を解消させようとしてサーボ弁コントローラに調整を施す必要も軽減される（例えば、それぞれのセンサはプログラムすることで同じ規格利得をもたせることができる）。さらに、プログラマブルホールセンサは従来型ＬＶＤＴ装置に対して比較的安価であり、したがって、商業上実用的であり、極めて小さく、したがって、サーボ弁モーターを改変せずにプログラマブルホールセンサの少なくとも検出部をモーターのローター集成体の直近に互いに近接させて配置することが可能になる。
【００１４】
図１は本発明による使用に適する直結駆動サーボ弁制御システム２０を示す。サーボ弁制御システム２０は、電子コントローラ２２及びサーボ弁装置２４を備える。サーボ弁装置２４は、弁集成体２６，直結駆動サーボ弁モーター２８及びセンサ集成体３０を有する。弁集成体２６は、流路３４を定めるハウジング３２及び流路３４を流過する流体３８の量を制御するように構成された弁部材３６を有する。弁部材３６はスプールとして示されるが、これが例示に過ぎないことは当然である。さらに、弁集成体ハウジング３２はサーボ弁モーター２８の左側に流路３４への流入口及び流路３４からの流出口を有しているが、これも例示に過ぎないことは当然である。その他の様々なサーボ弁形状及び構成（例えば、多重流路構成、ポペット構成、ボール弁構成、その他の直結駆動弁スプール構成等）も本発明による使用に適する。
【００１５】
図１に示されるように、直結駆動サーボ弁モーター２８はステーター４０及びローター集成体４２を有する。ステーター４０は弁集成体ハウジング３２に対して固定された位置にあり、ローター集成体４２はステーター４０のコイルを通過する特定の電流に応答して回転して（図１の矢印４４参照）、ステーター４０に対して特定の角度の位置をとるように構成される。ローター集成体４２は、ローター集成体４２がステーター４０に対して回転するにつれてローター集成体４２が流路３４内で弁部材３６を動かして（例えば、ローター集成体４２の回転運動が弁部材３６の直線運動に変わる。図１の矢印４６も参照）、流路３４を流過する流体３８の量を変えるように、弁部材３６に（例えば、リンク仕掛を介して）連結する。いくつかの構成において、ローター集成体４２は、ローターシャフトを囲んで取り付けられた磁石（１つまたはそれより多くの２極磁石、１つまたはそれより多くの４極磁石、等）を有する。別の構成において、ローター集成体４２はローターシャフトを囲んで取り付けられた磁石に加えてホールセンサ磁石を有する。一構成において、ローター集成体４２は完全閉位置と完全開位置の間で弁部材３６を駆動するために制限円弧範囲（例えば、±２０°）内で回転するように構成される。
【００１６】
図１にさらに示されるように、センサ集成体３０は、支持体４８，一組のプログラマブルホールセンサ５０及びインターフェース５２を有する。支持体４８は弁集成体ハウジング３２及びステーター４０に対して固定された装着場所５４に収まるように構成される。支持体４８が装着場所５４に装着されると、堅固で信頼できる磁束検出のために一組のホールセンサ５０のそれぞれの検出部がローター集成体４２に近接するように、支持体４８がホールセンサ５０を支持する。それぞれのプログラマブルホールセンサ５０は、それぞれのセンサ５０による、冗長位置フィードバックのための、多重チャネル態様でのインターフェース５２を介する送電、情報取得及び情報提供が可能になるように、インターフェース５２に接続される。
【００１７】
いくつかの構成において、支持体４８は共通検出領域５６を定める環形カラーまたはスリーブ及び一組のプログラマブルホールセンサ５０を所定の位置に堅固に支持する接着剤５８を有する。いくつかの構成において、プログラマブルホールセンサ５０の検出部は接着剤５８によって共通検出領域５６に取り付けられる。いくつかの実施形態において、インターフェース５２及びプログラマブルホールセンサ５０はともに、支持体４８への取付けに先だって集成されるプリント回路基板６０上に載る。回路基板６０内の配線がプログラマブルホールセンサ５０をインターフェース５２（例えば、回路基板コネクタ）に電気的に接続する。
【００１８】
図１にさらに示されるように、電子コントローラ２２は一組の結線６２を介してインターフェース２２に接続される。同様に、電子コントローラ２２は別の一組の結線６４を介してステーター４０に接続される。電子コントローラ２２は、サーボ弁装置２４に比較的近接して（例えばコントローラ２２が基本的にサーボ弁装置２４自体と一体化されるようにサーボ弁装置２４に隣接して）配置することができ、あるいは、サーボ弁装置２４から離して（例えばコントローラ２２による利得調整が非実用的または不適切であるような遠隔態様で）配置することができる。
【００１９】
動作中、コントローラ２２は入力６８を通してコマンド信号６６を受取り、結線６２を介して一組のプログラマブルホールセンサ５０から一組の位置信号７０を受け取る。（例えば、ユーザ入力装置、コンピュータ化自動装置等からの）コマンド信号６６はコントローラ２２に命令して、特定の量の流体３８が流路３４を流過するようにサーボ弁装置２４を作動させる。一組の位置信号７０によって、コントローラ２２はローター集成体４２の現在の回転方位を識別する。したがって、コントローラ２２は、ローター集成体４２の位置を制御し、よって弁集成体ハウジング３２内の弁部材３６の位置を制御するために、コマンド信号６６及び一組の位置信号７０に基づいて一組の制御信号７２を発生し、結線６４を介して一組の制御信号７２をステーター４０に（例えば、一組の電流をステーター４０内のコイルに）送る。一構成においては、ステーター４０が冗長性のために複数の（例えば、４つの）コイルを有し、制御信号７２のいずれか１つがローター集成体４２を駆動することができる。
【００２０】
サーボ弁装置２４を製造するときにセンサ集成体３０をモーター２８（またはハウジング３２）上に容易に装着できることは理解されるはずである。特に、支持体４８はローター集成体４２に嵌合し、ローター集成体４２の周囲を容易に回転する。この結果、製造業者は比較的粗放な態様で接着剤５８を用いて支持体４８の領域５６にプログラマブルホールセンサ５０を止め付けることができる。特に、製造業者はセンサ５０を支持体に（例えば、回路基板６０に取り付けられている場合には）まとめて、あるいは一度に１つずつ、接着することができる。製造業者は次いで、単に支持体４８を回す（図１の矢印７４を見よ）ことによってローター集成体４２及びステーター４０の両者に対するプログラマブルホールセンサ５０の位置に微調整を施すことができる。支持体４８の適切に配置されてしまえば、製造業者は、例えば、止めねじ、接着剤等を用いて、支持体４８を所定の位置に固定することができる。次に図２を参照して本発明のいくつかの実施形態のさらなる詳細を提供する。
【００２１】
図２はセンサ集成体３０の特定の詳細を示す。図２に示されるように、一組のプログラマブルホールセンサ５０はコントローラ２２への３重冗長フィードバックのための３つのプログラマブルホールセンサ５０（１），５０（２）及び５０（３）を含む。プログラマブルホールセンサ５０（１），５０（２），５０（３）はそれぞれ、変換部８２（１），８２（２），８２（３）（一括して、変換部８２）及びプログラマブル回路部８４（１），８４（２），８４（３）を有する。プログラマブル回路部８４（１），８４（２），８４（３）（一括して、プログラマブル回路部８４）はそれぞれ、処理回路８６（１），８６（２），８６（３）（一括して処理回路８６）及び、ヌル位置オフセット値９０（１），９０（２），９０（３）（一括して、ヌル位置オフセット値９０）及び利得調整値９２（１），９２（２），９２（３）（一括して、利得調整値９２）を格納するように構成されたメモリ８８（１），８８（２），８８（３）（一括して、メモリ８８）を有する。
【００２２】
変換部８２（例えば、アナログホール素子またはプレート）は、ローター集成体４２の磁石からの磁束９４を検出し、したがってローター集成体４２の回転位置を確実に検出するためにローター集成体４２に近接して配置される（図１の領域５６も参照）。プログラマブル回路部８４は変換部８２の出力のデジタル化及びプログラマブルホールセンサ５０のヌル位置及び利得の調整のいずれをも行うように構成される。特に、ヌル位置オフセット値９０は、変換部８２の物理的位置が粗く合せられただけであったとしても、プログラマブルホールセンサ５０の動作時ヌルがモーター２８の最大トルク位置に同時に合せられるように、プログラマブルホールセンサ５０の実ヌル位置をシフトさせるように構成される。
【００２３】
さらに、利得調整値９５は、磁石強度の差及び特定のセンサの位置の差によってそれぞれのプログラマブルホールセンサ５０についての検出態様が異なり得るとしても、利得がプログラマブルホールセンサ５０間で同じであるように、センサ５０の利得を規格化するように構成される。したがって、サーボ弁装置５４の交換時にコントローラ２２での利得補償作業は全く必要ではない。
【００２４】
図２にさらに示されるように、プログラマブルホールセンサ５０はインターフェース５２（例えば、コネクタ）を介して外部装置と信号を交換する。特に、プログラマブルホールセンサ５０はそれぞれ、プログラミング装置９８からインターフェース５２を介して入力信号９６（１），９６（２），９６（３）（一括して、入力信号９６）を受け取るように構成される。これらの入力信号９６は、それぞれのヌル位置設定値９０及びそれぞれの利得調整設定値９２をメモリ８８内に格納するように構成されたコマンドを含む。センサ５０のそのようなプログラミングは出荷前のサーボ弁装置製造プロセス中に達成することができる。さらに、図１に関連して先に述べたように、プログラマブルホールセンサ５０はインターフェース５２を介してそれぞれの位置信号７０（１），７０（２），７０（３）を与えるように構成される。プログラミング装置９８はプログラミング中にこれらの信号７０を用いることができ、電子コントローラ２２は図１のサーボ弁制御システム２０内でサーボ弁装置２４の動作時にこれらの信号７０を用いることができる。
【００２５】
いくつかの構成において、プログラマブルホールセンサ５０は回路基板６０に搭載された個別部品で形成される。別の構成において、プログラマブルホールセンサ５０は、そのまま利用でき、比較的安価な、標準の既製パッケージ封入デバイスである。いくつかの構成においては、センサ５０の容易な近接配置のために複数のセンサ５０が同じデバイスパッケージ内に収められる。別の構成においては、故障許容向上のためにセンサ５０が個別のデバイスパッケージ内に収められる。プログラマブルホールセンサ５０の１つとして使用に適する既製パッケージ封入デバイスの例は米国ニューハンプシャー州コンコードのMelexisによって供給される、高精度プログラマブルリニアホール効果センサ，パーツ番号ＭＬＸ９０２１５である。次に図３を参照して本発明のいくつかの実施形態のさらなる詳細を提供する。
【００２６】
図３はサーボ弁装置２４を製造する際に製造業者によって実施される手順１００を示す。工程１０２において、製造業者は弁集成体２６にモーター２８を配置する。詳しくは、製造業者は弁集成体ハウジング３２及び可動弁部材３６とモーター２８の中心を合せ、ステーター４０に対してローター集成体４２を最大トルク位置に一時的にロックする。この時点で、ローター集成体４２の北極（Ｎ）及び南極（Ｓ）はステーター４０内の巻線及び弁集成体ハウジング３２に対して固定されている（図１も参照）。
【００２７】
工程１０４において、製造業者はセンサ集成体３０をサーボ弁装置２４に装着する。詳しくは、製造業者はローター集成体４２の周囲に支持体４８を配置して（例えば、支持体はローター集成体４２のシャフトの周囲に嵌合する、Ｃ字形リングまたはクリップである）、一組のプログラマブルホールセンサ５０を支持体４８に（例えば、接着剤５８を用いて）取り付ける。したがって、この時点で、センサ５０の少なくとも検出／変換部８２が、堅固かつ確実な磁束検出のために、磁性モーターシャフト４２に直近の場所５６に互いに近接して配置される。一構成において、プログラマブルホールセンサ５０及びインターフェース５２は、サーボ弁装置２４への装着に先立ってあらかじめ組み立てられた、回路基板６０上に載っている。別の構成において、プログラマブルホールセンサ５０及びインターフェース５２は、製造業者が個別に装着して相互に接続する、個別部品のままである。
【００２８】
工程１０６において、製造業者は、動作に対するプログラマブルホールセンサ５０のヌルオフセット値をプログラムする。詳しくは、製造業者は、センサ５０のヌル位置検出がモーターのピークトルク位置と一致するように、それぞれのセンサ５０のヌルオフセット値９０を設定する。すなわち、製造業者は。それぞれのプログラマブルホールセンサ５０のホールセンサヌルがモーター２８の最大トルク位置と合うように、それぞれのセンサ５０に対するヌルオフセット値を設定する。
【００２９】
工程１０８において、製造業者はローター集成体４２のステーター４０に対するロックを外す。この結果、ローター集成体４２は今ではステーター４０内のコイルを通る電流に応答してステーター４０に対して自由に回転できる（図１の制御信号７２も参照）。さらに、工程１０８において、製造業者は、センサ５０の利得が全て同じであるように、利得調整値を設定する。
【００３０】
この時点でプログラマブルホールセンサ５０のホールセンサヌルは堅固かつ確実にモーター２８のピークトルク位置に一致している。さらに、プログラマブルホールセンサ５０の利得は全て同じであり、したがって、コントローラ２２に対して、サーボ弁装置２４間のローター集成体４２についての磁石強度及びセンサ位置の差を補償する必要が軽減される。さらに、製造業者による従来のホール効果変換器のヌル及び利得の機械的設定という困難な作業とは対照的に、手順１００は比較的単純であり、整合性及び費用効果の高い態様で簡単に実行される。
【００３１】
この時点でコントローラ２２はサーボ弁装置２４から３重冗長フィードバックを受け取ることができる。そのような動作により、３つの位置信号７０（１），７０（２），７０（３）が所定の相互範囲（例えば、±５％，±１０％，±１５％，±２０％等）内に入れば３つの位置信号７０（１），７０（２），７０（３）の全てを考慮し、位置信号７０（１），７０（２），７０（３）の内の１つが所定の範囲から外れればその位置信号を無視するような、様々な故障許容態様でのコントローラ２２の動作が可能になる。さらに、コントローラ２２は、位置信号７０（１），７０（２），７０（３）の内の特定の１つに依存するのではなく、位置信号７０（１），７０（２），７０（３）の内の１つのいかなる無作為分散も最小限に抑える等のために平均値にしたがって動作することができる。その他の有効性及び故障許容が高い動作スタイル（例えば、加重寄与、クォーラム、標本交互、等）もコントローラ２２による使用に適する。
【００３２】
さらに、センサ利得は同じであるように設定されているからコントローラ２２に調整が施される必要が全くないことは当然である。すなわち、利得調整値９２（１），９２（２），９２（３）がセンサ５０の利得をセンサ５０間及びサーボ弁装置２４間で規格化する。したがって、サーボ弁装置２４の新しいサーボ弁装置２４への交換が必要となっても、新しいサーボ弁装置２４は前のサーボ弁装置２４と同じ利得をもつから、利得差を補償するためにコントローラ２２にいかなる修正も施す必要はない。次に図４を参照して本発明の実施形態のさらなる詳細を提供する。
【００３３】
図４は、手順１００のプログラミング工程（図３の工程１０６及び１０８参照）としての使用に適する、製造業者によって実施される手順１２０を示す。工程１２２において、製造業者はプログラミング装置９８（図２）をインターフェース５２に一時的に接続する。この時点でプログラミング装置９８はインターフェース５２を介してそれぞれのプログラマブルホールセンサ５０と情報を交換することができる。
【００３４】
工程１２４において、製造業者はモーター２８及び弁集成体２６に対するセンサ集成体３０の回転方位を調整する。いくつかの構成において、プログラミング装置９８は、プログラマブルホールセンサ５０の全てがローター集成体４２に対して要求動作範囲における回転位置につけられたときの作業者による決定を可能にする、メーターを備える。一構成において、作業者は、プログラマブルコールセンサ５０の１つのヌル位置をモーター２８のピークトルク位置と合せる、すなわち、ヌル位置オフセット値９０が（図２）基本的にゼロであるように合せることにより、そのセンサ５０の位置を精確に定める。この構成において、残りのプログラマブルホールセンサ５０の検出／変換部８２は粗く調整される。すなわち、残りのセンサ５０は、位置合せされたセンサに近接して配置されているからそれぞれのヌル位置のごく近くにあり、もしあれば、非ゼロのヌル位置オフセット値９０が必要なだけである。
【００３５】
工程１２６において、製造業者はプログラマブルホールセンサ５０のメモリにヌル位置値９０及び利得設定値９２を格納する。詳しくは、作業者はプログラミング装置９８を使って全てのプログラマブルホールセンサ５０のヌル位置を同期させるに適切なヌル位置値９０を決定し、それぞれのヌル位置値９０をそれぞれのメモリ８８に格納することによってセンサ５０をプログラムする。さらに作業者は所定の出力を達成するためにサーボ弁を作動させる。プログラマブルホールセンサ５０の利得設定値９２をプログラムして、同じ（規格化された）利得を与え、よってそれぞれのセンサ５０またはそれぞれのサーボ弁装置２４の利得の違いを解消させるためにコントローラ２２を調整するためのいかなる必要も軽減するために、プログラミング装置９８が用いられる。この時点で、センサ較正が完了する。
【００３６】
工程１２８において、製造業者はプログラミング装置９８をセンサ集成体３０のインターフェース５２から外す。よって、この時点でセンサ集成体３０は、冗長性が３重で、利得が規格化された、堅固かつ確実な位置検出のために適切に構成されている。
【００３７】
上述したように、本発明の実施形態は一組のプログラマブルホールセンサ５０を用いてサーボ弁モーター動作に対する多重チャネルフィードバックを与えるための技法に向けられる。それぞれのプログラマブルホールセンサ５０は、それぞれのヌル位置及びそれぞれの利得を設定するためのプログラムされた調整を施すことができ、よって全てのヌル位置の簡便な同期化及び全ての利得の規格化のいずれをも可能にすることができる。そのようなプログラマブルホールセンサ５０の使用により、それぞれのセンサ５０のヌル位置の物理的同期化の必要が軽減され（例えば、それぞれのセンサについてプログラムされたオフセットがヌル位置を容易に同期させるであろう）、異なる利得を解消させようとして電子サーボ弁コントローラ２２に調整を施す必要も軽減される（例えば、それぞれのセンサは同じ規格利得を有するようにプログラムすることができる）。さらに、プログラマブルホールセンサは従来型ＬＶＤＴ装置に比べて比較的安価であり、極めて小さく、よって、サーボ弁モーター２８のローター集成体４２の直近にプログラマブルホールセンサ５０の少なくとも検出部８２を互いに近接させて配置することが可能になる。
【００３８】
特に本発明の好ましい実施形態を参照して本発明を示し、説明したが、当業者には、添付される特許請求の範囲に定められる本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明に形態及び詳細の様々な変更がなされ得ることが理解されるであろう。
【００３９】
例えば、センサ集成体３０は３重冗長フィードバックのためにちょうど３つのプログラマブルホールセンサ５０を有するとして上で説明した。（例えば簡単な冗長性で十分である場合の）２つまたは４つ等のような、異なる数のセンサ５０も使用に適する。
【００４０】
さらに、上では全てのセンサ５０が支持体４８の共通領域５６に互いに近接して配置されているとして説明したことは理解されているはずである。センサ５０をローター集成体４２の周縁に沿って分散態様で配置する、それぞれのセンサ５０を個別の支持体５０上に配置する、等のようなその他の構成も適している。
【００４１】
さらに、上では支持体４８が、ローター集成体４２の周囲に嵌合することによって、一組のプログラマブルホールセンサ５０への確実な支持手段を提供するとして説明したことは理解されているはずである。センサ集成体３０を異なる形状の部材に搭載するかあるいはセンサ集成体３０を弁集成体ハウジング３２またはステーター４０上の、選択可能な、様々な装着場所の１つに直接止め付けるような、別の構成も使用に適している。そのような改変及び強化は本発明の特定の実施形態に属すると目される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による使用に適する直結駆動サーボ弁制御システムの図である
【図２】図１の直結駆動サーボ弁制御システムのセンサ集成体のブロック図である
【図３】図１のサーボ弁制御システムの直結駆動サーボ弁装置を製造するための手順のフローチャートである
【図４】図３の手順の工程の１つとしての使用に適する、複数のプログラマブルホールセンサのヌル位置をモーターのピークトルク位置と同期させるための手順のフローチャートである
【符号の説明】
【００４３】
２０    直結駆動サーボ弁制御システム
２２    電子コントローラ
２４    サーボ弁装置
２６    弁集成体
２８    直結駆動サーボ弁モーター
３０    センサ集成体
３２    ハウジング
３４    流路
３６    弁部材
３８    流体
４０    ステーター
４２    ローター集成体
４８    支持体
５０    プログラマブルホールセンサ
５２    インターフェース
５４    装着場所
５６    共通検出領域
５８    接着剤
６０    プリント回路基板
６２，６４    結線
６６    コマンド信号
６８    入力
７０    位置信号
７２    制御信号
【図１】
2007536511.tif 000003
【図２】
2007536511.tif 000004
【図３】
2007536511.tif 000005
【図４】
2007536511.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月16日(2007.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステーター及び前記ステーターに対して回転するように構成されたローター集成体を有するサーボ弁モーターの動作に対して位置フィードバックを与えるためのセンサ集成体において、
前記サーボ弁モーターを制御するコントローラに接続するように構成されたインターフェース、
前記インターフェースに接続された一組のプログラマブルホールセンサ、及び
（ｉ）前記ローター集成体に近接し、（ii）前記ステーターに対して固定された、装着場所において前記一組のプログラマブルホールセンサを支持するように構成された支持体、
を有してなり、
前記一組のプログラマブルホールセンサが前記インターフェースを介して前記コントローラに一組の位置信号を与えるように構成されており、前記一組の位置信号によって前記ステーターに対する前記ローター集成体の回転位置が識別され、
前記支持体が前記ローター集成体の周囲に嵌合するように構成されたカラーを有し、前記カラーが、前記プログラマブルホールセンサのそれぞれの少なくとも一部が近接して配置される共通得検出領域を定めることを特徴とするセンサ集成体。
【請求項２】
前記カラーが初期に、前記サーボ弁モーターの前記ステーターに対する所定の位置にロックされて固定されるまでは、前記サーボ弁モーターの前記ローター集成体の周囲を前記サーボ弁モーターの前記ステーターに対して回転するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ集成体。
【請求項３】
前記プログラマブルホールセンサのそれぞれが、変換器及び（ｉ）前記変換器による磁気検出及び（ii）前記一組のプログラマブルホールセンサのヌル位置を一致させるためのそれぞれのヌルオフセット値に基づく出力電圧を、前記位置信号の１つとして出力するように構成されたプログラマブル回路を有することを特徴とする請求項２に記載のセンサ集成体。
【請求項４】
前記プログラマブルホールセンサのそれぞれが、変換器及び（ｉ）前記変換器による磁気検出及び（ii）前記一組のプログラマブルホールセンサの利得を規格化するためのそれぞれの利得調整値に基づく出力電圧を、前記位置信号の１つとして出力するように構成されたプログラマブル回路を有することを特徴とする請求項２に記載のセンサ集成体。
【請求項５】
前記一組のプログラマブルホールセンサが、３重冗長フィードバックのためのインターフェースを介する３つの出力電圧を、前記一組の位置信号として、それぞれが提供するように構成されたちょうど３つのプログラマブルホールセンサを有することを特徴とする請求項２に記載のセンサ集成体。
【請求項６】
前記カラーに取り付けられた回路基板、
をさらに有し、
前記回路基板が前記一組のプログラマブルホールセンサを前記インターフェースに電気的に接続することを特徴とする請求項２に記載のセンサ集成体。
【請求項７】
サーボ弁装置において、
ステーター及び前記ステーターに対して回転するように構成されたローター集成体を有するサーボ弁モーターと、
前記ローター集成体に結合された弁部材と、
センサ集成体であって、
前記サーボ弁モーターを制御するコントローラに接続するように構成されたインターフェース、
前記インターフェースに接続された一組のプログラマブルホールセンサ、及び
（ｉ）前記ローター集成体に近接し、（ii）前記ステーターに対して固定された、装着場所において前記一組のプログラマブルホールセンサを支持する支持体、
を有し、
前記一組のプログラマブルホールセンサが前記インターフェースを介して前記コントローラに一組の位置信号を与えるように構成されており、前記一組の位置信号によって前記ステーターに対する前記ローター集成体の回転位置が識別されるセンサ集成体と、
を備え、
前記センサ集成体の前記支持体が前記ローター集成体の周囲に嵌合するように構成されたカラーを有し、前記カラーが、前記プログラマブルホールセンサのそれぞれの少なくとも一部が近接して配置される共通検出領域を定めることを特徴とするサーボ弁装置。
【請求項８】
前記カラーが初期に、前記サーボ弁モーターの前記ステーターに対する所定の位置にロックされて固定されるまでは、前記サーボ弁モーターの前記ローター集成体の周囲を前記サーボ弁モーターの前記ステーターに対して回転するように構成されることを特徴とする請求項７に記載のサーボ弁装置。
【請求項９】
前記プログラマブルホールセンサのそれぞれが、変換器及び（ｉ）前記変換器による磁気検出及び（ii）前記一組のプログラマブルホールセンサのヌル位置を一致させるためのそれぞれのヌルオフセット値に基づく出力電圧を、前記位置信号の１つとして出力するように構成されたプログラマブル回路を有することを特徴とする請求項８に記載のサーボ弁装置。
【請求項１０】
前記プログラマブルホールセンサのそれぞれが、変換器及び（ｉ）前記変換器による磁気検出及び（ii）前記一組のプログラマブルホールセンサの利得を規格化するためのそれぞれの利得調整値に基づく出力電圧を、前記位置信号の１つとして出力するように構成されたプログラマブル回路を有することを特徴とする請求項８に記載のサーボ弁装置。
【請求項１１】
前記一組のプログラマブルホールセンサが、３重冗長フィードバックのためのインターフェースを介する３つの出力電圧を、前記一組の位置信号として、それぞれが提供するように構成されたちょうど３つのプログラマブルホールセンサを有することを特徴とする請求項８に記載のサーボ弁装置。
【請求項１２】
前記センサ集成体が、前記カラーに取り付けられた回路基板をさらに有し、
前記回路基板が前記一組のプログラマブルホールセンサを前記インターフェースに電気的に接続することを特徴とする請求項８に記載のサーボ弁装置。
【請求項１３】
サーボ弁装置を作成する方法であって、
一組のプログラマブルホールセンサを支持体に取り付ける工程、
ステーター及び前記ステーターに対して回転するように構成されたローター集成体を有するサーボ弁モーターに対して前記支持体を配置する工程、及び
前記プログラマブルホールセンサの全てが前記サーボ弁モーターの前記ローター集成体に対して動作範囲に収まるまで前記ローター集成体に対して前記支持体を回転させる工程、
を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記回転させる工程が、
前記プログラマブルホールセンサの１つのヌル点が前記サーボ弁モーターの前記ローター集成体と整合するまで前記支持体を回す工程、
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記一組のプログラマブルホールセンサのヌル点を一致させるために前記プログラマブルホールセンサのそれぞれにそれぞれのヌルオフセット値をプログラムする工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記一組のプログラマブルホールセンサの利得を規格化するために前記プログラマブルホールセンサのそれぞれにそれぞれの利得調整値をプログラムする工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記支持体がカラーを有し、前記一組のプログラマブルホールセンサを前記支持体に取り付ける前記工程が、
前記カラーによって定められる共通領域において前記プログラマブルホールセンサのそれぞれの変換器を近接させて配置する工程、
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【国際調査報告】
2007536511.tif 000007
2007536511.tif 000008