(57)【要約】  本発明は、シャッター（１３）の移動を生成する電気アクチュエータによって配置される流体注入バルブに関する。電気アクチュエータは、複数のシートを積層して形成される複数の巻き磁極を有する固定子（２）、および回転運動を出力部材の直線運動へ変換する手段を有する回転子（１）から構成される多相モータを備える。非磁性スリーブ（３）は、回転子（１）を固定子（２）から隔離する。磁気感応素子（７）は、回転子（１）の位置を検出する。これらの磁気感応素子（７）はスリーブ（３）の外側に配置されて、隔離スリーブ（３）を介して回転子（１）の位置を検出する。【選択図】図１Ａ
2015533208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャッター（１３）の移動を生成する電気アクチュエータによって動作する流体注入バルブであって、
複数のシートを積層して形成される複数の巻き磁極を有する固定子（２）、および回転運動を出力部材の直線運動へ変換する手段を有する回転子（１）から構成される多相モータを備える前記電気アクチュエータと、
前記回転子（１）を前記固定子（２）から隔離する非磁性スリーブ（３）と、
前記回転子（１）の位置を検出する磁気感応素子（７）と、
を備え、
前記磁気感応素子（７）は前記スリーブ（３）の外側に配置されて、前記隔離スリーブ（３）を介して前記回転子（１）の位置を検出し、
前記非磁性スリーブ（３）は、
−  前記回転子（１）を含み、バルブ・ヘッド（１０）、特にネジ（１４）および前記シャッター（１３）と連携する、前記スリーブ（３）およびプラグ（５）によって形成される集合体内に定義される空間と、
−  前記固定子（２）、電気回路および接続を備え、前記スリーブ（３）および前記プラグ（５）によって形成される集合体の外側の空間によって定義される空間と、
を完全に隔離するように構成されていることを特徴とする、流体注入バルブ。
【請求項２】
前記シャッターの前記直線運動は前記回転子および前記ネジの間で動作するらせん状タイプの接続を加えることによって得られ、前記ネジは前記電気アクチュエータ内部に配置され、前記電気アクチュエータは前記シャッターと前記バルブ本体との間で動作するスライドタイプの第２の接続を有し、前記第２の接続は前記電気アクチュエータの外側に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の流体注入バルブ。
【請求項３】
前記バルブ本体内の前記隔離スリーブの実装は高圧力下で動作可能である静的シール上に圧迫を加えることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の流体注入バルブ。
【請求項４】
前記隔離スリーブ（３）は、前記回転子の磁石の直径に密接する直径上に前記磁気感応素子用のハウジングを形成する階段状底部を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体注入バルブ。
【請求項５】
前記隔離スリーブは回転子誘導要素を受けるために適した形状を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体注入バルブ。
【請求項６】
前記隔離スリーブは、前記バルブ本体への圧力によって引き起こされる軸ストレスを伝達する締め付けフランジを有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の流体注入バルブ。
【請求項７】
前記隔離スリーブは、前記スリーブおよび前記バルブ本体の間に配置された静的シールと協働することが可能な高品質表面を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の流体注入バルブ。
【請求項８】
前記回転子誘導は弾性軸負荷要素と協働する少なくとも一つの軸ボール・スラスト・ベアリングを備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の流体注入バルブ。
【請求項９】
前記隔離スリーブは、あらゆるクリアランスを打ち消すように軸圧迫を前記回転子回転誘導要素に加える圧着を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の流体注入バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子および回転子によって形成された多相電気モータによって構成される線形アクチュエータを備えるバルブに関する。線形アクチュエータは回転子の回転運動を制御部材の直線運動に変換可能であるように設計された駆動手段を介する制御部材として動作する。
【０００２】
本発明は、注入機能が必要とされ、完全なシーリングを必要とするバルブ内の高圧流動体の流れを調整するシャッターの直線配置によって提供される場合に、個別の適用を見出す。
【０００３】
高圧注入バルブ上で提供される電気アクチュエータ用に、多数の解決策が現在利用可能である。
【背景技術】
【０００４】
既知の２種類の技術水準を以下に説明する。
【０００５】
第１の種類は動的シーリングを有するシステムによって構成される。この場合、電気アクチュエータはシャッターと一体化した制御部材の移動を引き起こす。シャッターはシステムの気密性を保証する必要のある弾性部材と協働する。このタイプの解決策は伝統的構造の電気アクチュエータの使用継続を可能とするが、以下のように、２つの主要な課題を有する。
【０００６】
動的シーリングを保証するための可動部上に著しい圧力を引き出すに違いない弾性要素によって高摩擦が引き起こされる。そのような摩擦はシャッターを制御するために利用可能な力を減衰させ、モータの大型サイズ、およびこのため相対的に高部品コストの原因となる。
【０００７】
摩擦は結果としてガスケットの疲労となって現れるために、時間経過とともに信頼性欠如として現れる。特にバルブ内の圧力が高圧力、すなわち３０〜１００バールの範囲である場合に、ガスケットはもはや長期の使用期間に亘っての制御部材の完全なシーリングを保証できない。
【０００８】
高圧線形注入機能用バルブの第２種類の技術水準は、静的シーリング・システムで構成される。すなわち、シーリングはエラストマー・シールのような可動部品によって提供されるのではなく、２つの静止部品間で圧縮される。これらの解決策は、電気モータの固定子部および回転子部の間に配置される薄い厚みを有するスリーブの使用に基づき、回転子の可動部を閉じたシーリング空間内に閉じ込めることを可能とし、そのような非磁性材料によって成形されるスリーブは前記電気モータの磁気回路を妨害しない。
【０００９】
これらの解決策は、回転子部を圧力環境に完全に晒す構成であり、動的シーリングの提供を避け、これによって前述の課題を克服する上で非常に有利である。圧力空間を密封することが可能なスリーブはポリマー・シールまたは堅固な溶接手段によってバルブ本体に密封的に接続され、そのような２つの要素は静止している。従来技術の電気モータは薄い厚みを有するシートで形成される固定子部で構成され、薄い厚みはこのように回転子をその内部に密封するシーリング・スリーブとして適する。
【００１０】
従来技術の解決策は、電気モータは所謂「ティンカン（Tin Can）」技術を用いる。そのようなモータは回転子の回転軸に平行な同軸コイルに巻いた２つの薄層金属シートで構成される固定子を有する。そのようなモータ構成は磁気ギャップ、すなわち回転子磁石と固定子ティースとの間の小距離である磁気ギャップを有する。仮にこのギャップが増加すると、そのような「ティンカン」モータの性能は影響を受ける。そのようなモータに基づく注入機能を有する線形アクチュエータ解決策は、このためシーリング・スリーブの厚みが薄く磁気ギャップを固定子ティースの厚みと同程度に維持可能である場合においてのみ興味深い。スリーブの厚み、これによるエア・ギャップが増加する場合には、モータ性能を低下させる磁気ショート回路が生成され、注入システムの効率を下げる。
【００１１】
「ティンカン（Tin Can）」タイプのステップ・バイ・ステップ・モータと回転子室との組合せによる従来技術内で現在記載されている注入システム用のこの第２種類のアクチュエータは、低または中圧力下で作動する制御バルブ用として興味深い。しかし、スリーブの厚みが材質強度に依存して大きい必要があり、そのようなモータの磁気回路と両立不可能な増加である場合に、それ（第２種類のアクチュエータ）は高圧用としては使用できない。
【００１２】
加えて、回転運動を直線運動に変換し、高磁気ギャップでの動作を可能とする手段を含む、多相電気モータの他の技術が存在する。そのようなモータは、結果として鉄の大きな断面となる多数のシートの積層によって形成されたティースを有する固定子上の径方向に配置されたコイルを有する。
【００１３】
例えば、仏国特許公報第２８３７０３２号および仏国特許公報第２７５４９５３号に記載されている解決策は、モータ回転子内部における運動を伝達し、しかしまた大きな断面の固定子ティースを有するモータ構造の数個の解決策を記載する。そのようなモータの磁気構造は磁気ギャップの増加をより容易に容認することを可能とし、このように、磁石の外径および固定子の内径間の空間が増加する場合に興味深い特性が保持される。このため、５０〜１００バールの範囲の圧力に耐えることが可能な厚みのスリーブをこのより適切なギャップ内に挿入することができる。
【００１４】
英国特許公報第９０７５２１号もまた既知であり、バルブ・ヘッドの位置の測定、より正確にはバルブ・ヘッドの直線伸張位置の測定を提供し、回転子の角度位置の測定は提供しないソレノイド・バルブを開示する。この特許は参照番号３５のグラデュエーションの反対側に配置された参照番号３６の磁気リングを有する解決策を記載する。
【００１５】
この解決策は、どのような方法によっても、回転子の角度位置上の情報を受信する電気回路からの多相モータの正確な制御に関する本発明の課題を解決できない。この解決策は提供されるべきバルブ・ヘッドの直線伸張のレベル上の粗い情報を可能とするだけである。
【００１６】
欧州特許公報第１１２６５８２号はバルブに関するものではないが、線形アクチュエータに関するものである。このためシーリングは問題ではなく、さらに、この従来技術の特許では取り上げられていない。
【００１７】
この文献は、回転子の角度位置上の情報をモータ制御電気回路へ提供するホール・プローブ１４の使用を記載する。
【００１８】
可動部から他の部分への破片の通過を防ぐ静止部および可動部間のカップ形状壁３１の存在が記載されている。
【００１９】
本発明が目的とする課題、時として高圧力下において、流体を注入するよう意図されたバルブに必要となるシーリングを提供するという試みは何ら取り上げられていない。特に、参照番号９のボール・ベアリングは参照番号３１の壁によって囲まれている回転子に何らのシーリングを提供しない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、前述の従来技術の解決策での制限事項を克服することを目的とし、多相電気モータを備える線形アクチュエータを提供する。多相電気モータは、複数のシートを積層して形成される複数の巻き磁極を有する固定子、回転運動を直線運動に変換する手段を有する回転子、回転子を固定子から隔離する非磁性スリーブ、および最後に、回転子の位置を検出する磁気感応素子を備え、磁気感応素子はスリーブの外側に配置され、隔離スリーブを介して回転子の磁束密度を検出するよう適合されていることを特徴とする。
【００２１】
第１の実施形態によれば、線形アクチュエータは巻き固定子の周囲にハウジングを有する固定子部を含む。ハウジングはコイル・ピンと接続する電子カード用の凹部を含む。そのような電子システムは製造コストを最適化するように他のボード部品と一体で自動溶接が可能である薄い厚みの磁気感応素子を備える。所謂「ＳＭＤ：表面実装設計」のフラット部品は回転子軸に平行な方向における磁界を検出可能であり、磁石の磁界に密接した径方向に配置される。スリーブの形状は前部に肩部を有し、スリーブの底部上に加わる流体圧力に起因する軸圧力を吸収するために、モータ・ハウジングおよびバルブ本体ハウジング間でそれ（圧力）を保持することを可能にする。圧力の一様な分散を保証し、重さを最適化し、ひび割れの危険を低減するために、スリーブ底部は累進的厚みを有する丸みを帯びた形状を持つ。
【００２２】
回転子は径方向に磁化された円筒形状磁石を有し、その長さは連結シートで作られる固定子の高さより実質的に大きい。そのような突出はスリーブを通して磁気感応素子を励起するためにモータ磁石の後部を使用することを可能とする。モータ磁石の後部によって生成される磁束はモータ磁石の外径よりも大きな径上に磁気感応素子を配置するように使用される。
【００２３】
スリーブは、一方で固定子、より限定的には固定子の巻線、位置センサーおよび電気接続、他方で回転子およびバルブ・ヘッドを有する機械接続を、全体的に密封的に隔離する囲いを形成する。このことは流体、特に加圧流体が電気回路に接続されたアクチュエータ部分に流れ込むことを防ぐ。アクチュエータおよびバルブ・ヘッド間の接続のあらゆる不完全なシーリングは、電気的に付勢された固定子よりも不活性であり感度が低い回転子を含むスリーブ本体内に流体が流れこむ結果となるだけである。
【００２４】
回転子に固定されたナットはネジと螺合する。ネジは制御素子を構成しバルブ・シャッターと一体化され、注入装置本体内に滑り接続によって誘導される。運動変換用に必要なアンチローテンション機能は、注入システムの全体高さを最適化するために、電気アクチュエータの外側、バルブ内部で提供される。次に電気アクチュエータの構造はネジ／ナット接続における一度だけの移動配置を必要とする。そのようなアクチュエータは通常そのようならせん状移動に加えて、回転子の回転をネジの移動に変換するために必要なアンチローテーションを実現する直線軌跡に続く第２の移動を必要とする。
【００２５】
回転子は固有の軸クリアランスを有する回転要素によって誘導される。そのようなクリアランスを吸収するために、回転子の前部スリーブおよび前部ベアリングの間に弾性システムが挿入される。そのような弾性要素は前部ベアリング、回転子および後部ベアリング上に力を引き出す。その値（力の値）はバルブ・シャッター上のアクチュエータ制御部材から期待される最大ストレス値よりも大きくなるように選択される。ナットはこのようにして一方では弾性部材の力に晒され、他方ではその方向が配置の方向に依存するネジの力に晒される。シャッターの運動方向がどの方向であってもその和はポジティブであるため、回転子はスリーブ内部で移動しないし、システムの軸精度は最適化される。
【００２６】
弾性要素はまた、スリーブの底部に配置されたボール・スラスト・ベアリングに力を印加することを可能とし、回転子の前部に配置されたボール・ベアリングに加えて回転子のセンタリングを提供する。事実、このボール・ベアリングは、ボール・ベアリングによるスリーブの自動センタリングを可能とするように径方向に荷重される時にのみ、円筒状誘導を提供できる。このタイプのベアリングはその高さが低い点で興味深く、磁石の長さに対応する隔離スリーブの長さを減少させることを可能とする。
【００２７】
回転子ナットおよびシャッターの間の駆動連結は縦続した多様な接続に起因する回転および移動クリアランスを有する。シャッター位置の精度が高い場合には、軸クリアランスを補償する解決策を見出す必要があっても良い。そのような補償は機械的または電気的に提供されても良い。
【００２８】
第１の実施形態によれば、補償は電気的であり、モータ制御システムは駆動連結の機械的クリアランス値を加えて位置コマンドを訂正することによってそのようなクリアランスを補償することが可能な機能を組み込んでいる。
【００２９】
第２の実施形態によれば、磁気感応素子は回路基板を通過する長い脚部を持ち、熱溶解溶接を用いる方法によって組み立てられる。そのような磁気感応素子は、依然として隔離スリーブによって定義される高圧力室の外側に配置される一方で、電気回路基板から固定子部のティース内に配置される。この実施形態では、磁気感応素子は回転子誘導の径方向成分を検出する。
【００３０】
隔離スリーブは、最大流体圧力およびスリーブ材質の究極耐久力によって定義される一定壁厚みを有する直線階段状底部から円筒形状に延びる形状である。位置信号の品質を改善するように、しかし、またモータ制御に必要となる部品を実装する電気ボード内の内部凹部を減少させるように、スリーブ底部の肩部には第一に磁石の端部に近接して磁気感応素子を配置可能である。
【００３１】
第２の実施形態は、電気カード用のより大きな有効表面を提供する点で、低圧力下においてより有利である。
【００３２】
本発明の他の特徴および利点は、図面を参照しての以下の例示的実施形態の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】第１の実施形態の装置の断面図である。
【図１ｂ】第１の実施形態の装置の断面図である。
【図２】第２の実施形態の装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１ａおよび１ｂに図示される装置は、特に高圧力バルブの制御に適用される。
【００３５】
非限定的な例示例として記載のバルブは、既知の方法によって、入口ダクト１１および出口ダクト１２を形成するスルー・ボアを有するヘッド１０を備える。ネジ１４によって駆動されるシャッター１３はボア内部においてクローズ位置およびオープン位置の間で移動する。クローズ位置はシャッター１３が入口１１および出口１２の間での流体の流れを完全にブロックする位置であり、オープン位置はシャッター１３が流体の流れから取り除かれる位置である。
【００３６】
ネジ１４は、固定子２および回転子１と、流体が固定子部２および電気制御要素内部に流れ込むことを防ぐシーリング手段とを備える、ステップ・バイ・ステップ・モータによって駆動される。
【００３７】
固定子２および回転子１の集合体は、ネジ１４が通過するプラグ５によって密封される非磁性金属スリーブ３によって分離され、内部機械ストレスを一様化するようにその（スリーブ３の）厚みが変化する。そのような非磁性スリーブ３は回転子１を囲むケースを形成する。そのような非磁性スリーブ３の円筒壁は固定子２および回転子１の周囲表面間のエア・ギャップに適合し、磁束の循環に影響を与えない。
【００３８】
プラグ５と共にスリーブ３はバルブ・ヘッドを制御するネジ１４の通過用の唯一の開口部を有する密封格納部を形成する。プラグ５またはスリーブ３はボール・ベアリング６の手段によって回転子のセンタリングを提供する。
【００３９】
スリーブ３の円筒壁は、実質的に半球状の底部８によって閉じ、その（底部８の）中心領域はネジ１４の終端部を誘導するためのシステムを提供する。
【００４０】
スリーブ３およびプラグ５で構成される集合体は、特にコイル、電気接続およびセンサー７による回転子集合体を含むハウジング内に収納される。この集合体およびハウジング間の接続は全体的に密封される。
【００４１】
非磁性スリーブ３は、このように以下の２つの空間を全体的に隔離する。
−  回転子１を含み、バルブ・ヘッド１０、特にネジ１４およびシャッターと連携する、スリーブ３およびスリーブ３のプラグ５内部に定義される空間、
−  固定子２，電気接続、回路およびセンサー７を備えるハウジングによって定義される空間。
【００４２】
静止シール４は可動部品の周囲の密封ケースを提供し、シールはバルブ本体とスリーブ３およびプラグ５のみから構成される集合体との間で使用される。プラグ５は回転子誘導ベアリング６を支え、スリーブ３内部に挿入される。接続は圧力嵌めによって、またはシーリングがこれらの部品間で必要とされる場所において、溶接によって提供される。ネジ／ナットシステムを操作する際に必要なアンチローテーション機能はアクチュエータ内では提供されないが、ネジが組み込まれているバルブのシャッター１３の誘導を通して提供される。
【００４３】
このように、回転子１は、プラグ５と共に、流体の固定子２への流入を防ぐ密封ケースを形成するスリーブ３内に収容される。しかし、スリーブ３はそのようなスリーブに使用される材料の非磁性特性によって磁界を透過させる。
【００４４】
制御電子回路と協働する多相固定子が、回転子１の実際の位置信号を考慮して駆動する。そのような回路はシャッターの理論的位置および実際の位置の間のあらゆるクリアランスおよび不一致を補償することを可能とする。
【００４５】
回転子１、ネジ１４およびシャッター１３間の駆動連結による累積クリアランスはシャッター１３を不正確に位置づける結果となる。
【００４６】
回転子の実際の位置を検出可能な磁気感応素子７は、モータ制御システムがそのような機械的ヒステリシスを考慮し、回転方向を逆転してそのようなクリアランスを吸収することを可能とする。
【００４７】
図２は第２に実施形態による解決策の断面図を示す。スリーブ３は一定の壁厚み、および、真っ直ぐな肩部９を有し、ホールを通過する電気回路を減少させ、磁気感応素子を回転子磁石に対向する良好な位置に配置できるようにする。スリーブ３はこのように回転子磁石を囲む主要円筒形状部材２０と、低部位で肩部９に共に接続される円筒形状部材２１とを有する。
【００４８】
ボール・ベアリング２３を保持するプラグ２２はスリーブ３の主要部分２０を閉じる。圧着は、回転子をセンタリングするリア・ボール・スラスト・ベアリングを操作するために必要な軸先行荷重を提供する間、そのようなスリーブ３を保持することを可能とする。静的シーリングは、スリーブの外径およびバルブ本体のボアの間に配置される１つ以上の伝統的なＯリングの手段によって提供される。そのようなシールはバルブの開閉制御におけるあらゆる摩擦にさらされないため最大の密封を保証する。
【図１Ａ】
2015533208.tif 000003
【図１Ｂ】
2015533208.tif 000004
【図２】
2015533208.tif 000005
【国際調査報告】
2015533208.tif 000006
2015533208.tif 000007
2015533208.tif 000008
2015533208.tif 000009