(57)【要約】【課題】一方ではバルブの大きさに関係なく直接駆動が可能であり、他方ではリニア駆動部によって直接駆動されるバルブの運動状態が改善されるバルブを提供すること。【解決手段】ステータケーシング内に埋設されたコイル２３においてその外側でそれぞれ外側ウェブ２５が配置されているか、又はステータケーシング内に埋設されたコイル２３において各コイル２３間にそれぞれ内側ウェブ２４が配置され、最も外側のコイル２３の外側にそれぞれ対応する外側ウェブ２５が配置されており、バルブピストン１３のストローク範囲において、コイル２３の通電時に生じる力の増大の形成のために、一方では磁極片２７のコーナ部と、他方では外側ウェブ２５のコーナ部とが、空隙２８におけるこの位置で磁場が永久磁石２６と、電流が通過するコイル２３とによって整列され、密にされるように対向するよう、内側ウェブ２４及び外側ウェブ２５の軸方向延長部、永久磁石２６及び磁極片２７が互いに調整されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブケーシング（１０）内でリニアに可動なバルブピストン（１３）と、前記バルブケーシング（１０）に不動に結合されたステータ（２１）及び該ステータ内で可動な、前記バルブピストン（１３）に負荷を与える電機子（２２）を含むリニア駆動部（２０）とを有するバルブであって、前記ステータ（２１）が導磁性の材料から成るケーシングと、該ケーシング内に配置された少なくとも１つのコイル（２３）とで形成されており、空隙（２８）によって前記ステータ（２１）から分離された前記電機子（２２）が、それぞれその磁極側で隣接し、導磁性材料から成る複数の磁極片（２７）を有する少なくとも１つの永久磁石（２６）から成る、前記バルブにおいて、
ステータケーシング内に埋設された１つの前記コイル（２３）が設けられている場合にその外側でそれぞれ１つの外側ウェブ（２５）が配置されているか、又は前記ステータケーシング内に埋設された複数の前記コイル（２３）が設けられている場合に前記各コイル（２３）間にそれぞれ１つの内側ウェブ（２４）が配置され、最も外側の前記コイル（２３）の外側にそれぞれ１つの対応する外側ウェブ（２５）が配置されており、前記バルブピストン（１３）のストローク範囲において、少なくとも１つの前記コイル（２３）の通電時に生じる力の増大の形成のために、一方では前記磁極片（２７）の少なくとも１つのコーナ部（Ａ，Ｂ）（Ｃ，Ｄ）と、他方では前記外側ウェブ（２５）の少なくとも１つのコーナ部（Ａ’，Ｂ’）（Ｃ’，Ｄ’）とが、前記空隙（２８）におけるこの位置で、前記永久磁石（２６）の磁場と、電流が通過する前記コイル（２３）の磁場とが整列され、密にされるように対向するよう、前記内側ウェブ（２４）及び前記外側ウェブ（２５）並びに前記永久磁石（２６）及び前記磁極片（２７）の軸方向延長部が互いに調整されていることを特徴とするバルブ。
【請求項２】
前記電機子（２２）が、少なくとも２つの前記永久磁石（２６）及び少なくとも３つの前記磁極片（２７）で形成されており、１つの前記コイル（２３）が前記ステータ（２１）において前記電機子（２２）の少なくとも１つの前記磁極片（２７）に割り当てられていることを特徴とする請求項１記載のバルブ。
【請求項３】
前記ステータ（２１）内に配置された前記ウェブ（２４，２５）の間の互いに対する間隔がそれぞれ同一であり、前記電機子（２２）における前記磁極片（２７）の前記軸方向延長部が互いに異なることを特徴とする請求項１又は２記載のバルブ。
【請求項４】
前記ステータ（２１）内に配置された前記ウェブ（２４，２５）の間の互いに対する間隔が相互に異なり、前記電機子（２２）における全ての前記磁極片（２７）の前記軸方向延長部がそれぞれ同一であることを特徴とする請求項１又は２記載のバルブ。
【請求項５】
前記ステータ（２１）内に配置された前記ウェブ（２４，２５）の間の互いに対する間隔も、また前記電機子（２２）における前記磁極片（２７）の前記軸方向延長部も、それぞれ互いに異なることを特徴とする請求項１又は２記載のバルブ。
【請求項６】
前記ステータ（２１）内に配置された前記ウェブ（２４，２５）の間の互いに対する間隔も、また前記電機子（２２）における前記磁極片（２７）の前記軸方向延長部も、それぞれ互いに同一であることを特徴とする請求項１又は２記載のバルブ。
【請求項７】
両ストローク方向において動作するバルブピストン（１３）を有する方向制御弁として形成される場合に、前記電機子（２２）の運動方向に対して垂直に延在する対称軸に関して前記電機子（２２）及び前記ステータ（２１）の対称な構造が設定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項８】
１つのストローク方向にのみ動作するバルブピストン（１３）を有するはめ込みバルブとして形成される場合に、前記電機子（２２）の運動方向に対して垂直に延在する対称軸に関して前記電機子（２２）及び前記ステータ（２１）の非対称な構造が設定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項９】
前記バルブピストン（１３）の運動方向における力の増幅のために、それぞれ前記ステータ（２１）及び前記電機子（２２）から成る複数のリニア駆動部（２０）が互いに平行に配置されており、該リニア駆動部の前記電機子（２２）が前記バルブピストン（１３）に結合されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項１０】
前記リニア駆動部（２０）の無通電状態において前記バルブピストン（１３）に結合された前記電機子（２２）の位置のための初期位置を自動的に調整する複数の手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項１１】
前記電機子（２２）の前記初期位置を自動的に調整する前記手段が、前記バルブピストン（１３）を両側で負荷する複数の心合わせバネ（１８）で構成されていることを特徴とする請求項１０記載のバルブ。
【請求項１２】
前記バルブピストン（１３）の初期位置が前記バルブの閉鎖された位置に対応することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項１３】
前記電機子（２２）の初期位置が、前記バルブのケーシング接続部間の接続部が開放されたままである前記バルブピストン（１３）の動作位置に対応することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブケーシング内でリニアに可動なバルブピストンと、前記バルブケーシングに不動に結合されたステータ及び該ステータ内で可動な、前記バルブピストンに負荷を与える電機子を含むリニア駆動部とを有するバルブであって、前記ステータが導磁性の材料から成るケーシングと、該ケーシング内に配置された少なくとも１つのコイルとで形成されており、空隙によって前記ステータから分離された前記電機子が、それぞれその磁極側で隣接し、導磁性材料から成る複数の磁極片を有する少なくとも１つの永久磁石から成る、前記バルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述の特徴を有する、リニア駆動部によって駆動されるバルブは、特許文献１に記載されており、リニア駆動部の形成のために、この駆動部がバルブケーシングと継続的で強固に機械的に結合されたステータと、バルブピストンに機械的に結合され、リニア駆動部の電機子チャンバ内に配置され、かつステータの手前で空隙によって分離された電機子とから成ることのみが構成されている。公知のバルブが両方向に可動なバルブピストンを有する方向制御弁として形成されている限り、両運動方向をカバーするために、ステータ内には一組の巻線が設けられるべきである。このとき、好ましい構造形態によれば、ステータ及び電機子は、同一の長さを備えている。さらに、リニア駆動部のステータと電機子の構造については、特許文献１には詳細な記載がない。
【０００３】
この点について、リニアモータの通常の構造が特許文献２から知られている。ここでは、ステータは、導磁性の材料で製造され、互いに当接するコイルの順序が配置されているケーシングで構成されている。対応する電機子は、交互に交代する極性を有する、連続して配列された複数の永久磁石で構成されており、その結果、それぞれ同一の磁極が互いに対向しており、これら磁極の間にはそれぞれ導磁性の材料で構成された磁極片が配置されている。このとき、それぞれ外側に位置する１つの磁極片が電機子の端部を形成している。
【０００４】
流体技術、すなわち特に水力学及び圧縮空気技術において用いられるバルブにおいては、一般的に、特にバルブピストンがバルブの開放位置へ移動する際にバルブピストンの各ストロークに依存して、場合によっては例えばバルブピストンを負荷する復帰させるバネ力に加えて克服される必要がある流れ力が生じるという問題が存在する。ここで、バルブの構造形態に依存して、バルブピストンのストローク中に流れ力が対応して上昇することとなる。したがって、バルブピストンのこの運動に対向するこの力を十分な余剰力及びバルブピストン運動の十分に大きな運動状態を克服することが重要である。これに対して、閉鎖位置へのバルブピストンの復帰時には大きな力が必要ない。なぜなら、ここで流れ力が増幅するように作用するためである。これについて、バルブピストンの調整のためのバルブにおいて例えば特許文献１による直接駆動部が知られている限り、バルブピストンのためのこの直接駆動部は、主により小さなバルブに制限される。より大きな構造形態のバルブは、通常、より小さな直接駆動されるバルブを備えたパイロット制御部によって駆動される必要がある。
【０００５】
特許文献１においてリニア駆動部によって直接駆動されるバルブが記載されている範囲において、公知のバルブにおいては、場合によっては存在する磁性を有する異物を電機子穴内における電機子の磁力によって吸着することで電機子チャンバ内に残った流体からも特に磁性を有する異物が除かれることのみが重要である。この点では、上述の文献には、バルブの動作時に生じる力の経過を考慮したリニア駆動部の設計についての言及が全く含まれていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第６９３２５６６９号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１１２００７００１７０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の課題は、一方ではバルブの大きさに関係なく直接駆動が可能であり、他方ではリニア駆動部によって直接駆動されるバルブの運動状態が改善される、冒頭の特徴を有するバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題の解決は、本発明の有利な形態及び発展形成を含み、本明細書に従う各請求項の内容に基づき生じる。
【０００９】
本発明は、テータケーシング内に埋設された１つの前記コイルが設けられている場合にその外側でそれぞれ１つの外側ウェブが配置されているか、又は前記ステータケーシング内に埋設された複数の前記コイルが設けられている場合に前記各コイル間にそれぞれ１つの内側ウェブが配置され、最も外側の前記コイルの外側にそれぞれ１つの対応する外側ウェブが配置されており、前記バルブピストンのストローク範囲において、少なくとも１つの前記コイルの通電時に生じる力の増大の形成のために、一方では前記磁極片の少なくとも１つのコーナ部と、他方では前記外側ウェブの少なくとも１つのコーナ部とが、前記空隙におけるこの位置で、前記永久磁石の磁場と、電流が通過する前記コイルの磁場とが整列され、密にされるように対向するよう、前記内側ウェブ及び前記外側ウェブ並びに前記永久磁石及び前記磁極片の軸方向延長部が互いに調整されていることという基本概念において設定されている。
【００１０】
この本発明の概念は、リニア駆動部において、電機子の運動方向において本質的に鉄／空隙／鉄の形態の空隙における材料移行部において電機子へ力が生じることという考察に基づいている。該当する位置において空隙における磁束密度が大きくなればなるほど、リニア駆動部によってもたらされる力がより大きくなる。磁束密度は、永久磁石の寄与及び電流が通過する１つあるいは複数のコイルの寄与により構成されている。ここで、最大の磁束密度と、したがって所望の力の増大とは、永久磁石及びコイル電流の磁束方向が整列され、同時にステータ及び電機子の鉄部分が空隙において比較的小さな移行面に対向する位置における空隙で当然に生じる。この対向は、該当するコーナ部の形成に関与する、空隙に対向したウェブ及び磁極片のコーナ部が電機子の運動方向に対して横方向にまさに覆われ始めることによっても補足的に記述され得る。ステータに対する電機子のこのような位置においてかなりの力の増大が生じる場合には、対応する力の最大値は必ずしもこの幾何学的な点と一致する必要はない。なぜなら、材料特有の、及び製造特有の事情もここで影響するためである。
【００１１】
ステータ及び電機子の本発明による構造の範囲では、同様に、磁極片のコーナ部及びステータ内に形成されたそれぞれ互いに面一のエッジ部を有するウェブのコーナ部が互いに対向する電機子の中間位置へ至る。しかしながら、このとき上述の両前提、すなわち永久磁石及びコイルにおける磁束方向の整列と、互いに割り当てられた磁極片及び内側ウェブあるいは外側ウェブのコーナ部の対向とが同時に満たされない場合には、ステータに対する電機子のこのような位置は、力の増大に何ら寄与しない。このような配置の範囲では、永久磁石及びコイルにおける磁束方向が対向し得るか、又は電機子及びステータの鉄部分が大きな面で対向する。
【００１２】
最も単純な構成においては、本発明による概念が、例えばそれぞれ外側に位置する磁極片を有する永久磁石を備えた電機子がその初期位置において、バルブの動作ストロークの方向に位置する磁極片の外側のコーナ部が無通電のコイルによって規定された電機子の初期位置において動作ストロークの方向へ向けてステータの外側のコイル側のコーナ部に対向するようにステータ内に配置されたその外側ウェブを有するコイルに割り当てられることで実現され得る。この結果、永久磁石の磁場に対して整列された磁場を有するコイルの通電時に直接生じる永久磁石及び電流が通過するコイルの磁場の密度に基づき、動作ストロークの方向へ作用するリニア駆動部の力が電機子の初期位置からバルブピストンへ導かれる力の増大が生じる。
【００１３】
特に、バルブピストンを必要な運動状態をもって動作ストロークの方向へ移動させるために、短いストロークのバルブにおいては、このような力の増大で十分である。このとき、コイル及びこれに属するウェブと、永久磁石及びこれに属する磁極片と、印加された電流の強さとの設定に応じてより大きなバルブに対しても十分な力の増大が提供され得る。
【００１４】
異なる特性を有する本発明の有利な実施形態においては、２つ又はこれより多くのコイルの配置が設けられており、これらコイルの間にはそれぞれ１つの内側ウェブが配置されているとともに、最も外側のコイルの外側には、それぞれ対応する外側ウェブが配置されている。ここで、コイルが同一の電流で印加される場合にコイルが反対に巻かれているか、又は１つのコイルが正の電流で印加され、他のコイルが負の電流で印加される場合にコイルが一致して巻かれていることがリニア駆動部の機能にとって決定的である。
【００１５】
より大きな数のコイル及び永久磁石を有するステータ及び電機子のこのような基本的な構造の範囲では、一方では永久磁石及び磁極片の軸方向延長部、すなわちバルブピストン運動あるいは電機子運動の方向における延長部と、他方では外側ウェブあるいは内側ウェブ及びこれに伴うステータケーシング内に配置されたコイルの軸方向延長部が互いに上下にも、また対向しても異なるように設定されることが可能である。
【００１６】
したがって、本発明の第１の実施形態においては、ステータ内にはコイル間に配置された内側ウェブとそれぞれコイルの外側に配置された外側ウェブを有する２つのコイルが配置されている。
【００１７】
このとき、例えば、２つのコイル及びステータの内側ウェブの軸方向延長部を永久磁石及び２つの磁極片を有する電機子の軸方向延長部と同一に設定することができ、ステータの内側ウェブの軸方向延長部が電機子の永久磁石の軸方向延長部に対応し、その結果、電機子の初期位置において同時に電機子の運動に作用しこれにより増加する２つの力の増大が形成されるか、又はステータの内側ウェブの軸方向延長部が電機子の永久磁石の軸方向延長部よりも小さく、その結果、電機子の初期位置における第１の力の増大及びあらかじめ設定されたバルブストロークの通過後の第２の力の増大が形成される。
【００１８】
上述の実施例に代えて、ここでも２つのコイル及びステータの内側ウェブの軸方向延長部を永久磁石及び２つの磁極片を有する電機子の延長部よりも大きく設定することができ、電機子の初期位置に対するコイルに隣接するステータの外側のコーナ部の間隔が流れ力の経過に対応するバルブピストンの位置の達成に対応するバルブストロークに対応し、ここでも、ステータの内側ウェブの軸方向延長部が電機子の永久磁石の軸方向延長部と同一であり、その結果、電機子の初期位置において第１の力の増大及びあらかじめ設定されたバルブストロークの通過後の第２の力の増大が形成されるか、又はステータの内側ウェブの軸方向延長部が電機子の永久磁石の軸方向延長部よりも小さく、その結果、初期のバルブストロークの通過後の第１の力の増大及びあらかじめあらかじめ設定されたバルブストロークの通過後の第２の力の増大が形成される。
【００１９】
さらに、電機子が少なくとも２つの永久磁石及び少なくとも３つの磁極片で形成されており、１つの前記コイルがステータにおける電機子の少なくとも１つの磁極片に割り当てられていることを提案することができる。全体として、このような構造は、絶対的により大きな（任意の）数の永久磁石及びこれに属する磁極片を含むことができ、それぞれ電機子構造の外側の端部において１つの磁極片が配置されている。ここで、ステータにおける電機子の少なくとも１つの磁極片には１つのみのコイルを割り当てることができる。バルブピストンの運動の所望の力−ストローク経過に応じて、複数のコイルをそれぞれ電機子の個々の磁極片に割り当てることが可能である。
【００２０】
ここでも、これに当てはまる簡易な本発明の実施例では、例えば複数の永久磁石及び複数の磁極片を有する電機子において中央の磁極片にのみコイルが割り当てられていることが提案され得る。
【００２１】
さらに、発明の概念は、例えば、当該コイルの間に配置された２つの内側ウェブ及び２つの外側ウェブを有する３つのコイルをステータが備えており、電機子が、積層された少なくとも２つの永久磁石と、これらの間で順番に及びその外側に配置された磁極片とで構成されており、コイルの通電時に生じる力の増大の形成のために一方で磁極片の少なくともそれぞれ１つのコーナ部と、他方で内側ウェブ及び／又は外側ウェブのコーナ部とが電機子の初期位置において、又はあらかじめ設定されたバルブストロークの達成時に互いに対向することにまで及んでいる。
【００２２】
このとき、ステータの内側ウェブ及び外側ウェブがそれぞれ１つの同一の軸方向延長部を備えることができ、電機子の磁極片が互いに異なる軸方向延長部を備えることができ、外側に位置する両磁極片が永久磁石間に位置する磁極片よりも小さな軸方向延長部を備えている。これに代えて、ステータの内側ウェブ及び外側ウェブがそれぞれ１つの異なる軸方向延長部を備え、電機子の外側に位置する磁極片が永久磁石間に位置する磁極片の半分の軸方向延長部に相当する同一の軸方向延長部を備えるようにすることが可能である。
【００２３】
上述の両ケースにおいては、ステータ内に配置されたコイルが同一の長さを備えるか、又は異なる長さを備えることが可能である。
【００２４】
一般に、本発明の実現に際して、ステータ内に配置されたウェブの間の互いに対する間隔がそれぞれ同一であり、電機子における磁極片の軸方向延長部が互いに異なるか、又はステータ内に配置されたウェブの間の互いに対する間隔が相互に異なり、電機子における全ての磁極片の軸方向延長部がそれぞれ同一であるようにすることができる。これに対応して、ステータ内に配置されたウェブの間の互いに対する間隔も、また電機子における磁極片の軸方向延長部も、それぞれ互いに異なるか、又はステータ内に配置されたウェブの間の互いに対する間隔も、また電機子における磁極片の軸方向延長部も、それぞれ互いに同一であることが可能である。
【００２５】
本発明がバルブの両ストローク方向において動作するバルブピストンを有する方向制御弁に適用可能である限り、この機能に対する前提は、電機子の運動方向に対して横方向に延びる対称軸に関して電機子及びステータの対称な構造が設けられていることにあり、その結果、電機子あるいはこの電機子によって駆動されるバルブピストンのそれぞれ両運動方向において対応する力の増大が生じる。
【００２６】
しかしながら、本発明は、一方向にのみ動作するバルブピストンを有するはめ込みバルブとして形成されたバルブにも適用可能である。このとき、バルブピストンの１つの運動方向においてのみ対応する力の増大あるいは力の最大値が提供される場合には、電機子の運動方向に対して横方向に延びる対称軸に関して電機子及びステータの非対称な構造が設けられるようになっている。
【００２７】
最後に、バルブピストンの運動に必要な、力の増幅に必要な非常に大きな操作力の場合に、及びバルブピストンの運動方向において、それぞれステータ及び電機子から成る、電機子がバルブピストンに接続された複数のリニア駆動部がそれぞれ平行に配置されるようにすることが可能である。
【００２８】
本発明により構成されたリニア駆動部は、通常の全てのバルブ構造において応用することが可能である。この点では、リニア駆動部の電機子がそれぞれ油圧弁のバルブピストンに結合されている限り、詳細において油圧弁の内側の構造に依存しない。本発明により構成されたリニア駆動部の機能が、バルブピストンの動作ストロークの実行のためにリニア駆動部の少なくとも１つのコイルの通電がなされるそれぞれ電機子及びバルブピストンの初期位置に適合する限り、この初期位置が、本発明の実施例により、リニア駆動部の非通電状態で自動的にもたらされるバルブピストンの位置の調整によりもたらされ得る。これについて、バルブピストンは、冒頭の従来技術において記載されているように、このバルブピストンを両側で負荷する複数のバネを、方向制御弁において通常であるように、中央位置に対応する初期位置に保持することができる。例えばバルブピストンがそれぞれ２つの端位置間でのみ変位する２方向２位置型方向制御弁（例えばカートリッジバルブ）である、バルブピストンのための他の初期位置も考えられる。
【００２９】
本発明の実施例によれば、特にリニア駆動部の無通電状態において調整されたバルブピストンの初期位置が、バルブの閉鎖された位置に対応するか、又はこれに代えてバルブのケーシング接続部の間で開放されたままの接続経路を有するバルブの動作位置に対応することが可能である。
【００３０】
図面には、以下で説明する本発明の実施例が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】リニア駆動部のバルブピストンのためのリニア駆動部を含む方向制御弁として形成された油圧弁の概略的な側部断面図である。
【図２ａ】２つの外側ウェブを有するコイルを備えたステータと、永久磁石及びこれに隣接する２つの磁極片から成る電機子とを有するリニア駆動部の第１の実施例を電機子の初期位置において概略的に示す図である。
【図２ｂ】電機子側のストローク「ａ」の実行後の図２ａの対象を示す図である。
【図２ｃ】永久磁石によって生じる磁場を考慮していない、通電されたコイルから出る磁力線を有する図２ａに示された実施例における磁力線の形成を示す図である。
【図２ｄ】コイル電流によって生じる磁場を考慮していない、永久磁石から出る磁力線を有する図２ａに示された実施例における磁力線の形成を示す図である。
【図２ｅ】重なり合う永久磁石及びコイル電流の磁力線を有する図２ａに示された実施例における磁力線の形成を示す図である。
【図２ｆ】電機子の図２に示された位置での磁力線の形成を示す図である。
【図３ａ】２つのコイル、１つの内側ウェブ及び２つの外側ウェブを含むステータと、永久磁石及びこれに隣接する２つの磁極片で構成された電機子とを有する、ここでは対称に構成されたリニア駆動部の他の実施例を図２ａ及び図２ｂに対応した図示で示す図であって、電機子の位置が初期位置を示すものである。
【図３ｂ】２つのコイル、１つの内側ウェブ及び２つの外側ウェブを含むステータと、永久磁石及びこれに隣接する２つの磁極片で構成された電機子とを有する、ここでは対称に構成されたリニア駆動部の他の実施例を図２ａ及び図２ｂに対応した図示で示す図であって、電機子の一運動方向におけるストローク「＋ａ」の通過後の電機子の位置を示すものである。
【図３ｃ】２つのコイル、１つの内側ウェブ及び２つの外側ウェブを含むステータと、永久磁石及びこれに隣接する２つの磁極片で構成された電機子とを有する、ここでは対称に構成されたリニア駆動部の他の実施例を図２ａ及び図２ｂに対応した図示で示す図であって、復帰ストロークにつづく、初期位置における電機子の新たな位置を示すものである。
【図３ｄ】２つのコイル、１つの内側ウェブ及び２つの外側ウェブを含むステータと、永久磁石及びこれに隣接する２つの磁極片で構成された電機子とを有する、ここでは対称に構成されたリニア駆動部の他の実施例を図２ａ及び図２ｂに対応した図示で示す図であって、電機子の他の運動方向におけるストローク「−ａ」の通過後の電機子の位置を示すものである。
【図３ｅ】２つのコイル、１つの内側ウェブ及び２つの外側ウェブを含むステータと、永久磁石及びこれに隣接する２つの磁極片で構成された電機子とを有する、ここでは対称に構成されたリニア駆動部の他の実施例を図２ａ及び図２ｂに対応した図示で示す図であって、図３ａ〜図３ｄによるリニア駆動部において生じる力の経過のための力−ストロークグラフを示すものである。
【図４ａ】図３ａに一致する図示におけるリニア駆動部の他の実施例を示す図である。
【図４ｂ】図３ｂに一致する図示におけるリニア駆動部の他の実施例を示す図である。
【図４ｃ】図３ｅに一致する図示におけるリニア駆動部の他の実施例を示す図である。
【図５ａ】図３ａに一致する図示におけるリニア駆動部の他の実施例を示す図である。
【図５ｂ】図３ｂに一致する図示におけるリニア駆動部の他の実施例を示す図である。
【図５ｃ】図３ｃに一致する図示におけるリニア駆動部の他の実施例を示す図である。
【図５ｄ】図３ｄに一致する図示におけるリニア駆動部の他の実施例を示す図である。
【図５ｅ】図３ｅに一致する図示におけるリニア駆動部の他の実施例を示す図である。
【図６ａ】図５ａ〜図５ｄによる実施例とは異なるリニア駆動部の実施例を示す図である。
【図６ｂ】図５ａ〜図５ｄによる実施例とは異なるリニア駆動部の実施例を示す図である。
【図６ｃ】図５ａ〜図５ｄによる実施例とは異なるリニア駆動部の実施例を示す図である。
【図７ａ】電機子あるいはステータの非対称の構造を有するリニア駆動部を示す図である。
【図７ｂ】電機子あるいはステータの非対称の構造を有するリニア駆動部を示す図である。
【図８ａ】３つのコイルを備えたステータと、２つの永久磁石を備えた電機子とを有するリニア駆動部の他の実施例を示す図である。
【図８ｂ】３つのコイルを備えたステータと、２つの永久磁石を備えた電機子とを有するリニア駆動部の他の実施例を示す図である。
【図８ｃ】３つのコイルを備えたステータと、２つの永久磁石を備えた電機子とを有するリニア駆動部の他の実施例を示す図である。
【図８ｄ】３つのコイルを備えたステータと、２つの永久磁石を備えた電機子とを有するリニア駆動部の他の実施例を示す図である。
【図９】３つのコイルを備えたステータと、５つの磁極片を有する４つの永久磁石を備えた電機子とを有する別の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１において本発明によるリニア駆動部の応用のための例として、両ストローク方向において動作するバルブピストンを有する方向制御弁として形成された油圧弁が示されている範囲で、その詳細において油圧弁の構造には依存しない。図１から例示的に分かるバルブケーシング１０は４つのケーシング接続部Ｔ−Ａ−Ｐ−Ｂを備えており、接続部Ｂに隣接した第５の接続部Ｔがバルブケーシング１０内に形成されたタンクブリッジ１１によってケーシング接続部Ｔに接続されている。バルブケーシング１０内には、バルブピストン１３が長手方向に変位可能に配置された、ケーシング穴１２が形成されている。バルブピストン１３は、図１に図示された、バルブピストンの閉鎖された位置において負荷接続部Ａ及びＢをそれぞれ遮断する２つのピストンカラー１４を有している。バルブピストン１３は、その両外端部において、外部からケーシング穴１２へ挿入されたシールスリーブ１６内に収容されたそれぞれ１つの段付きの延長部１５を備えている。バルブケーシング１０の対応する端面側は、外側に設けられたケーシングカバー１７で閉鎖されており、その結果、これによりシールスリーブ１６がそれぞれケーシング穴１２内に固定されている。更に説明すべきバルブピストン１３のための駆動部の作用なしにもバルブケーシング１３のための所定の初期位置を調整するために、バルブピストン１３を図示の実施例ではバルブの閉鎖位置に対応するその中央位置において心合わせする心合わせバネ１８が両側でバルブピストン１３へ作用する。
【００３３】
バルブピストン１３の直結駆動のために、バルブケーシング１０の一方側において、ケーシング状に形成されつつ導磁性材料から成るステータ２１が配置されているとともにバルブケーシング１０に固結されている。ステータ２１によってリング状に包囲された空間には、結合ロッド２９を介してバルブピストン１３の対応する端部に結合された電機子２２が配置されており、その結果、電機子２２のリニア運動がバルブケーシング１０のケーシング穴１２におけるバルブピストン１３の変位へ変換される。
【００３４】
図１において例示的にのみ図示されたリニア駆動部２０の詳細においては、ステータ２１内に２つのコイル２３が配置されており、これら２つのコイルの間には内側ウェブ２４が形成されている。このとき、両コイル２３の両外側にはそれぞれ１つの外側ウェブ２５が形成されている。電機子２２は、両外側において導磁性材料から成るそれぞれ１つの磁極片２７が配置された永久磁石２６で構成されている。電機子２２は、空隙２８によってステータ２１から分離されている。図１において例示的にのみ図示されたリニア駆動部の機能を、より詳細な図示の範囲において後続の図面において後述する。
【００３５】
図２ａ〜図２ｆには、２つの外側ウェブ２５を備えたステータ２１を有するコイル２３と、永久磁石２６及びこれに隣接する２つの磁極片２７で構成された電機子２２とを有する本発明によるリニア駆動部の第１の実施例が図示及び説明されており、図示の配置により、動作ストロークとして応答され得る一方向におけるバルブストローク「ａ」のみが説明されている。
【００３６】
詳細において図２ａから分かるように、ステータ２１は、それぞれ外側に位置する外側ウェブ２５を有するコイル２３を備えている。電機子２２は、永久磁石２６と、これに隣接して配置された２つの磁極片２７で構成されている。このとき、コイル２３は、運動方向に位置する磁極片２７と同じ幅を備えており、バルブピストンあるいはリニア駆動部２０の初期位置は、電機子２２が運動方向へ向いたその磁極片２７と共にステータ２１のコイル２３の手前に位置していることによって定義されている。この初期位置においては、一方では「Ａ」によって示される磁極片２７のコーナ部が生じ、他方ではコイル２３に関した「Ａ’」を付された対応されたコーナ部として隣接する外側ウェブ２５のコーナ部が生じる。これらコーナ部Ａ，Ａ’は、これらコーナ部Ａ，Ａ’が最小の移行面をもって対向すること、及びこの位置において空隙内に永久磁石２６と正の電流「Ｉ」が流れるコイル２３による磁場が整列され密にされることという条件を満たし、後者については図２ｃ〜図２ｅを参照しつつ説明される。ここで、図２ｃでは、通電されたコイル２３により生じる磁力線が永久磁石によって生じる磁場を考慮せずに示されている一方、図２ｄでは、永久磁石により生じる磁力線がコイル電流によって生じる磁場を考慮せずに示されている。最後に、図２ｅには、コーナ部Ａ，Ａ’の範囲における永久磁石２６及び電流が流れるコイル２３の重ねられた磁場の、所望の力の増大に導く濃密化が示されている。バルブピストンによって実行されるべきバルブストロークのために、このことは、電機子２２が適当に大きな力によって初期位置から出され、所望の動力で、この実施例では逆に作用する電流力及びバネ力を克服しつつバルブピストンを駆動することを意味する。
【００３７】
補足的に図２ｂから分かるように、ストローク「ａ」の達成後、電機子２２の運動とは反対に向いた磁極片２７の前側のコーナ部「Ｂ’」がステータ２１の下側の外側ウェブ２５の下側のコーナ部「Ｂ」と対向することとなる。なお、磁力線経過が更に図２ｆに表現されている。力の増大を生じさせる磁場の濃密化がコーナ部Ｂ，Ｂ’の範囲において鉄と鉄の対向によってのみ生じることが分かる。なぜなら、コイル電流が関与しないためである。このことは、ストローク「ａ」の通過後、ストロークにわたって再び低減された初期力の増大が再び存在し、その結果、力−ストローク経過がバルブの開放時に生じる特性曲線に対応することを意味している。このとき、ストローク「ａ」は、バルブストロークの終端を示し得る。しかし、バルブストローク全体がストローク「ａ」より大きく、その結果、設定された力の増大がバルブストロークの全体ストローク中に用いられることも可能である。
【００３８】
電機子２２とこれに結合されたバルブピストン１３のバルブストロークの実行後に再び初期位置（図２ａ）へ再び戻るべき場合には、正の電流「Ｉ」の遮断後、電機子の復帰がバルブピストン１３に作用するバネ（図１に図示された実施例において配置された心合わせバネ１８に対応する）によってのみなされることができるか、又は負の電圧によるコイル２３の通電によってなされることができ、これにより、同様に電機子２２のストローク方向が反転され、その初期位置への運動が場合によっては存在するバネによって補助される。
【００３９】
図３ａ〜図３ｄに図示された実施例においては、リニア駆動部２０は、電機子の移動方向に対して垂直に延びる対称軸に関して電機子２２を通るその初期位置において対称な構造を備えており、その結果、図３ａ〜図３ｄに図示されたリニア駆動部２０が、両ストローク方向において動作するバルブピストンを有する方向制御弁のために用いられ得る。特に、ステータ２１は、間に位置する内側ウェブ２４と外側ウェブ２５とを有する２つのコイル２３を備えている。ここでも、電機子は、永久磁石２６と、外側に位置する２つの磁極片２７とで構成されている。さらに、この実施例については、電機子２２全体の軸方向の延長部が内側ウェブ２４を含む両コイル２３の軸方向の延長部に対応することで特徴付けられており、内側ウェブ２４の延長部が永久磁石２６の延長部に一致し、コイル２３の延長部が磁極片２７の各延長部に一致する。
【００４０】
図２ａによる図示に対応する図３ａから明らかであるように、電機子２２の初期位置では、両磁極片２７及び外側ウェブ２５においてそれぞれコーナ部Ａ，Ａ’及びＢ，Ｂ’が互いに同時に対向し、その結果、ステータのコイル２３の通電時に加えられる力の増大が有効である。このために、電機子２２の運動方向に位置する上側のコイル２３が正の電流＋Ｉで印加され、その結果、磁場が永久磁石２６及び上側のコイル２３によって整列されている。これに合わせて、他の下側のコイル２３が負の電流−Ｉで印加される。したがって、これに合わせて、閉鎖位置からのバルブピストンの移動のための大きな力を用いることができ、対応する大きな動力がバルブピストンに作用する。図３ｂからストローク「＋ａ」の範囲において更なる力の増大が生じないことが明らかである限り、対応して構成されたリニア駆動部２０を短いストロークのバルブに対してのみ用いることが可能である。ストローク「＋ａ」の通過後、電機子２２が図３ｃに合わせて初期位置へ復帰する限り、下側のコイル２３が電流＋Ｉで通電され、上側のコイル２３が電流−Ｉで通電されることで、コイル２３の反転した通電がなされる。これに対応して、電機子２２のこの初期位置において互いに対向し、通電時にここでも図３ｄから明らかなストローク「−ａ」がバルブピストンの他の運動方向において二重に作用する力の増大に役立つコーナ部Ｃ，Ｃ’及びＤ，Ｄ’が生じる。このために、図３ｅでは、両バルブ方向におけるバルブの開放時あるいは閉鎖時におけるストローク経過について、対応する力−ストロークグラフが示されている。
【００４１】
図４ａ〜図４ｃに図示されたバルブは、一方では電機子２２及び内側ウェブ２４を有するコイル２３の更に与えられた同一の延長部と、他方ではコイル２３の延長部とが磁極片２７の延長部よりも大きく、その結果、内側ウェブ２４の延長部が永久磁石２６の延長部よりも小さい点で上述のバルブと異なっている。このことは、図４ａに図示された電機子２２の初期位置が上側の磁極片２７あるいは上側の外側ウェブ２５の範囲で互いに対向するコーナ部Ａ，Ａ’が、通電時に、ストロークの開始時に作用する力の増大へ導くものである一方、わずかなストローク「ａ」の通過後にコーナ部Ｂ，Ｂ’が下側の磁極片２７及び内側ウェブ２４から対応する力の増大を生じさせる位置へ互いに対してもたらされ、その結果、電機子２２の全体ストローク中に追加的な力の増大が生じる。さらに、図３ｅとの比較における図４ｃから明らかであるように、このことは、動作ストローク「ａ」の間の所望の力経過の拡張につながるものであり、その結果、このように構成されたリニア駆動部２０は、更にやや大きなストロークを有するバルブに対しても用いることが可能である。
【００４２】
図５ａ〜図５ｄに図示されたリニア駆動部２０の実施例においては、ステータ２１の内側ウェブ２４を有する両コイル２３の延長部は、永久磁石２６及び磁極片２７を有する電機子２２の延長部よりも大きく、その結果、ステータ２１の両外側ウェブ２５が電機子２２の初期位置において更に外方へ動かされる。このとき、図３ａ〜図３ｄについて記載された実施例に一致して、永久磁石２６の延長部に一致する内側ウェブ２４の延長部が維持されている。これは、図５ａによる電機子２２の初期位置において電機子２２の運動方向には反対に向いた磁極片２７の永久磁石側のコーナ部Ｂが下側のコイル２３に対向する内側ウェブ２４のコーナ部Ｂ’の手前に位置することとなり、その結果、コイル２３の通電時に、この初期位置において力の増大が生じる。このとき、上側のコイル２３がここでも電流＋Ｉで印加され、下側のコイルが電流−Ｉで印加される。図５ｂに対応して電機子２２がストローク「＋ａ」で実行されると、運動方向において前側の、前側の磁極片２７のコーナ部が、電機子の運動方向において位置するステータ２１の外側ウェブ２５のコイル側のコーナ部Ａ’の手前に位置することとなり、その結果、ストローク「＋ａ」の達成時に既に行われたストローク「＋ａ」にわたって衰えた力の新たな増大が有効となる。
【００４３】
これに対応することが、他の運動方向におけるストローク「−ａ」にも当てはまり、電機子２２の初期位置では、図５ｃに図示された磁極片２７及び内側ウェブ２４のコーナ部Ｃ，Ｃ’と、ストローク「−ａ」の達成時の磁極片２７及び外側ウェブ２５のコーナ部Ｄ，Ｄ’が力経過の増大の意味において向かい合って位置することとなる。このとき、図５ｅには、動作ストロークにわたる力−ストローク経過が示されており、これに基づき、長いストロークのバブルにおいても十分な力レベルを利用可能であることが明らかである。
【００４４】
図６ａ〜図６ｃに図示された実施例も、特に長いバルブストロークを有するバルブに適している。図５ａ〜図５ｄに示された実施例への変化において、そのほか、同一の設定において内側ウェブ２４がその延長部において電機子２２の永久磁石２６の延長部よりも小さく寸法設定されている状態となっている。このことは、図６ａに対応して電機子２２の初期位置において力の増大を示さないことにつながるものである。なぜなら、ウェブあるいは磁極片の決定的なコーナ部が互いに対向しないためである。しかし、電機子２２がわずかな初期ストローク「＋ａ」を図６ｂに対応して通過すると、下側ウェブ２４の下側のコーナ部Ｂ’を有する下側の磁極片２７のコーナ部Ｂの対向に至り、これにより、この時点で第１の力の増大が生じる。長いストロークで設計されたバルブにおける電機子２２の更なるストロークの経過においては、図６ｃに対応して上側の磁極片２７のコーナ部Ａがステータ２１の上側の外側ウェブ２５のコイル側のコーナ部Ａ’の手前に位置することとなり、その結果、ストローク「＋ｂ」の達成時に更なる力の増大が生じる。したがって、より長いバルブストロークにわたっても十分な力レベルを利用することが可能である。
【００４５】
図３〜図６について記載された前述のリニア駆動部２０の各実施例においてそれぞれ電機子２２及びステータ２１の構造の対称性を示し得る限り、対応するリニア駆動部が上述のように方向制御弁の駆動に適している。しかしながら、電機子及び／又はステータの形成において磁極片及び／又は内側ウェブあるいは外側ウェブの非対称な配置が選択される場合には、このことにより、電機子の運動方向のみにおいて対応する力の増大が生じることとなり、その結果、このようなリニア駆動部２０は、バルブピストンの１つの運動方向のみが重要であるはめ込みバルブとの使用に適している。
【００４６】
これについて、図７ａ及び図７ｂにはそれぞれ１つの例が示されている。図７ａでは、永久磁石２６を通って延びる電機子２２の中心線３５が、内側ウェブ２４を通って延びるステータ２１の中心線３６に対して電機子２２の運動方向へ一定程度ずらされており、その結果、上述の詳細な説明に対応して、電機子２２の初期位置において、ステータ２１のコイル２３の対応した通電時に力の増大が生じる。これに対して、図７ｂに示された実施例では、ステータ２１の中心線３６が電機子２２の中心線３５に対して電機子２２の運動方向へ一定程度ずらされており、その結果、この場合には、対応する力の増大がストローク「＋ａ」の達成後に生じる。
【００４７】
上述の実施例に基づき、本発明による構造は、一方ではより多くの数のコイル２３及びこれにより形成される内側ウェブ２４によっても、並びに／又は他方ではより多くの数の永久磁石２６及び磁極片２７によっても達成される。このとき、磁極片及び／又は永久磁石２６並びにステータ２１内のコイル２３の長さによって設定された内側ウェブ２４及び外側ウェブ２５によって軸方向の延長部を変更することができる。ここで、異なる位置における電機子２２及びステータ２１のそれぞれ２つのコーナ部の同時の対向が電機子あるいはこれに結合されたバルブピストンのそれぞれの位置における力の増幅につながる一方、電機子２２あるいはバルブピストンのストロークにわたって連続してなされる、電機子及びステータのそれぞれ２つコーナ部の対向が十分に大きな力の作用によるストロークの増大につながることが重要である。
【００４８】
このことは、図８ａ〜図８ｄに概略的に図示された実施例に基づいて例示的に明らかにされている。ここで、ステータ２１にはそれぞれ３つのコイル２３が配置されており、これに基づき、２つの内側ウェブ２４及び２つの外側ウェブ２５が生じる。図８ａ〜図８ｄによる各実施例は各ウェブ２４，２５の延長部において異なっており、２つの永久磁石２６、１つの内側の磁極片２７及び２つの磁極片２７を有する電機子２２の構造が変更せずに維持されている。このような構造により、より長いバルブストロークにわたって十分な力レベルも達成されることができる。なぜなら、電機子２２の初期位置においてそれぞれ互いに対向する磁極片２７及びウェブ２４，２５のコーナ部を通って図８ａにおける線Ｂ−Ｂ’あるいは図８ｂ〜図８ｄにおける線Ｃ−Ｃ’に沿って達成される力の増大のほかに、電機子２２のストロークにわたって、すなわち図８ａにおける線Ｃ−Ｃ’及びＡ−Ａ’あるいは図８ｂ〜図８ｄにおける線Ｂ−Ｂ’及び線Ａ−Ａ’に沿って２つの更なる力の増大が有効となるためである。これに補足して、永久磁石２６及び対応する磁極片２７の延長部も変更可能であるという本発明による原理の意味において自明である。この点では、電機子２２及びステータ２１の部材の設計は、とりわけそれぞれ克服されるべき、バルブピストンのストロークとは逆に作用する力に依存する。
【００４９】
最後に、図９には、図８ａ〜図８ｄによる実施例に対して拡張された電機子２２の構造についての更なる１つの実施例が示されている。ステータ２１が変わらず３つのコイル２３を含んでいる一方、電機子２２はいまや４つの永久磁石２６及びこれにより５つの磁極片を備えており、磁極片２７の幅が最も内側で中央の磁極片２７に基づいてそれぞれ外方へ向けて減少する。ここでも、ステータ２１に対する電機子２２の移動時に互いに連続する複数の力の増大が生じる。図９が電機子２２及びステータ２１のそれぞれ対称な構造を示し、その結果、このリニア駆動部２０が方向制御弁に対して適している限り、例えばストローク「＋ａ」の方向における最も下の外側の磁極片２７が省略されることで、このようなリニア駆動部をはめ込みバルブに対しても容易に用いることが可能であり、その結果、電機子の非対称な構造が生じる。
【００５０】
上述の説明、請求項、要約書及び図面に開示された、これら書類の対象の特徴は、個々にそれぞれの互いの間の適宜の組合せとして、異なる実施形態における本発明の達成について本質的であり得る。
【図１】
2016532834.tif 000003
【図２ａ−２ｂ】
2016532834.tif 000004
【図２ｃ】
2016532834.tif 000005
【図２ｄ】
2016532834.tif 000006
【図２ｅ】
2016532834.tif 000007
【図２ｆ】
2016532834.tif 000008
【図３ａ−３ｄ】
2016532834.tif 000009
【図３ｅ】
2016532834.tif 000010
【図４ａ−４ｂ】
2016532834.tif 000011
【図４ｃ】
2016532834.tif 000012
【図５ａ−５ｄ】
2016532834.tif 000013
【図５ｅ】
2016532834.tif 000014
【図６ａ−６ｃ】
2016532834.tif 000015
【図７ａ−７ｂ】
2016532834.tif 000016
【図８ａ−８ｄ】
2016532834.tif 000017
【図９】
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【国際調査報告】
2016532834.tif 000019
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