(57)【要約】  より安定した信頼できるエネルギ効率の良い駆動装置の必要に対応する、多安定電磁式アクチュエータが設けられる。アクチュエータは永久磁石（８）を有するアーマチャ（１０）を含み、アーマチャは第１および第２の安定位置間で移動可能であり、２つの電気コイル（１４ａ、１４ｂ）は移動方向に沿ってアーマチャの対向側部に配置され、その軸は実質的に前記方向と揃っている。磁束容器（２）は、アーマチャおよびコイルを実質的に取囲み、そこから発生する磁束を保持し、その内部を外部の磁束から守る。各安定位置において、永久磁石（８）によって生成された磁束は、容器を含む磁気回路経路を回って延在し、アーマチャをその安定位置に保持する。コイル（１４ａ、１４ｂ）を付勢することにより、アーマチャ（１０）は一つの安定位置から他の安定位置に動く。たとえば流体流制御を含む、広い応用範囲に適する。
2012511823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁式アクチュエータであって、永久磁石を含むアーマチャを備え、アーマチャは第１の安定位置と第２の安定位置との間で移動可能であり、
移動方向に沿って、アーマチャの対向する側に配置され、その軸は実質的に前記方向と揃っている２つの電気コイルと、
アーマチャおよびコイルを実質的に取囲み、そこから発生した磁束を実質的に保持し、かつその内部を外部の磁束から実質的に保護する磁束容器とを備え、
各安定位置において、永久磁石によって生成された磁束は、容器を含む磁気回路経路を回って延在して、アーマチャをその安定位置に保持し、
コイルを付勢することにより、アーマチャを一方の安定位置から他方の安定位置に移動させる、アクチュエータ。
【請求項２】
各コイルは、アーマチャがそれぞれのコイルに隣接する場合に形成される磁気回路の一部をなすコアの周りに巻回される、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
アーマチャがどちらかの安定位置にある場合、アーマチャから容器への最も短い経路は、アーマチャから２つのコイルコアのうちのより遠くのコイルコアへの最も短い経路よりも短いよう構成される、請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
アーマチャは移動方向に沿って、永久磁石の対向側上に極片を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
コイルが付勢された場合、対応するコイルコアに最も近い極片を通る磁束の経路は、実質的に軸方向の配向から実質的に半径方向の配向に変わり、他方の極片では逆の方向に変わるよう構成されている、請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
各極片はそれぞれのコイルコアと係合するための面を規定し、各コイルコアは相補の係合面を規定する、請求項４または５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記極片係合面の各々は、円錐台部を含む、請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
永久磁石は、その北極および南極がアーマチャの移動方向と揃うよう配向される、請求項１から７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
アーマチャが各安定位置に動くことによって得られたエネルギを蓄積するために、かつアーマチャが各安定位置から離れる際にアーマチャにエネルギを伝えるためのエネルギ蓄積配置を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
エネルギ蓄積配置は１対の弾性装置を含み、一方の装置はアーマチャが各安定位置に動く際に圧縮または伸長される、請求項９に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
各弾性装置は、極片と対応するコイルコアとの間に配置される、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
どちらの弾性装置も、アーマチャが移動工程の最終部分を通ってそれぞれの安定位置に動く際には、圧縮または伸長されるだけである、請求項１０または１１に記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
第１の安定位置と第２の安定位置との間に第３の安定位置を有する、請求項１から１１のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
１つのまたは１対の弾性装置を含み、そのうちの一つは、圧縮（もしくは伸長）されるように、またはアーマチャが第３の安定位置から離れるようならば、もっと圧縮（または伸長）されるように配置されて、アーマチャを第３の安定位置の方に戻るように押す、請求項１３に記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
１対の弾性装置の各弾性装置は、アーマチャが第３の安定位置にある場合に部分的に圧縮または伸長される、請求項１４に記載のアクチュエータ。
【請求項１６】
アーマチャが第３の安定位置にある場合に、１対の弾性装置の各弾性装置の部分的圧縮または伸長の程度は、調節可能である、請求項１５に記載のアクチュエータ。
【請求項１７】
アーマチャが第３の安定位置から第１および第２の安定位置のいずれかに移動し、かつ１対の弾性装置のうちの一方の弾性装置がさらに圧縮または伸長された場合、前記移動の少なくとも最終部分の間、他方の弾性装置の部分的圧縮または伸長の程度は実質的に変わらないよう配置されている、請求項１５または１６に記載のアクチュエータ。
【請求項１８】
磁束容器はアクチュエータのハウジングを形成する、請求項１から１７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１９】
請求項１から１８に記載のアクチュエータを動作する方法であって、コイルを付勢して各コイルの反対方向をそれぞれ通る軸方向の磁束を発生させることにより、アーマチャを一つの安定位置から他の安定位置に移動させるステップを含む、方法。
【請求項２０】
添付の図面を参照してここに実質的に記載される、電磁式アクチュエータ。
【請求項２１】
添付の図面を参照してここに実質的に記載されるアクチュエータを動作する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は多安定電磁式アクチュエータに関し、より特定的には、流量を制御するのに適するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
ばね荷重ソレノイドベースのアクチュエータは、たとえばロックや流体の流れを制御するのにしばしば用いられる。しかし、これらのアクチュエータは典型的には単安定装置であり、作動位置において装置の駆動ロッドを維持するために電流を流し続けなければならない。これは熱という形で、不所望のエネルギ散逸をもたらす。
【０００３】
ＥＰ−Ａ−１１１９７２３（５５４．０２／Ｗの番号で本出願人によって出願）は、双安定特性を有する磁気駆動を記載しており、電源不良の際に２つの状態のうちの一方に戻る（または留まる）ように構成できる。
【０００４】
ＵＳ−３，７７２，５４０は、線形または回転運動をもたらすための電気機械ラッチングアクチュエータに関する。図１Ａから図１Ｄはアクチュエータを示し、放射状に分極した永久磁石および電気コイルの組を１つ以上含み、隣接する分離された極間での磁場の磁束を無効にしたり切換えたりすることにより、適切な負荷に結合することができる力またはトルクを発生する。しかし、その性能は周りにある磁場によって影響され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、広い範囲の応用で用いるのに適する、安定かつ信頼できる電磁式アクチュエータ構成を提供することを求める。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は永久磁石を有するアーマチャを含む電磁式アクチュエータを提供し、アーマチャは第１の安定位置および第２の安定位置間で移動可能であり、２つの電気コイルは移動方向に沿って、アーマチャの対向する側に配置され、その軸は前記方向と実質的に揃っており、アーマチャおよびコイルを実質的に取囲む磁束容器を含み、磁束容器は発生する磁束を実質的に保持し、その内部を外部の磁束から保護し、各安定位置において、永久磁石によって発生する磁束は、容器を含む磁気回路経路を回って延在して、アーマチャをその安定位置に保持し、コイルを付勢することにより、アーマチャは一方の安定位置から他方の安定位置に移動する。
【０００７】
上記の既知のアクチュエータ構成は開いた磁束配置を有し、永久磁石はアクチュエータ自体の外で延在する磁束をもたらす。したがって、その性能は外部の影響を受け得る。たとえば、別のアクチュエータまたは強磁性ハウジングなどのような、周りにある強磁性コンポーネントによって影響され得る。さらに、開いている磁場は、周りからの磁性粒子を引付ける。アクチュエータの近くに流れる流体または気体は、たとえば腐食により、小さな強磁性粒子を含むかもしれない。このような粒子が凝集すると閉塞のおそれがある。これは多くの用途で不適当であり、特にジェットエンジン燃料流制御または宇宙産業において重大である。
【０００８】
本発明に従うアクチュエータにある磁束容器は、アーマチャおよび電気コイルによって発生する磁束を実質的に中に保持するような態様で、アーマチャおよび電気コイルの周りに延在し、それにより磁束の漏れによってもたらされる副作用を最小限にする。装置の動作の際に形成される磁気回路は、容器によって閉じている。
【０００９】
さらに、容器はアクチュエータの内部を外の磁場から守る働きをする。アクチュエータは容器の外からの磁束の侵入に対して実質的に封止されている。
【００１０】
好ましくは、各コイルはアーマチャがそれぞれのコイルに隣接する場合に発生する磁気回路の一部をなすコイルコアに巻回される。より特定的には、アクチュエータは、アーマチャがどちらかの安定位置にある場合、アーマチャから容器への最も短い経路が、アーマチャから２つのコイルコアのうちの離れている方のコアまでの最も短い経路よりも短いように、構成される。これにより、アーマチャが各安定静止位置の場合に、一方のコイルコアに対して確実に固定される。
【００１１】
アーマチャは移動方向に沿って永久磁石の対向する側に極片を含んでもよい。アクチュエータは、コイルが付勢された場合、対応するコイルコアに最も近い極片を通る磁束の経路が、実質的に軸方向の配向から実質的に半径方向の配向に変わり、他方の極片では逆の配向に変わるよう、好ましくは構成される。
【００１２】
好ましい実施例において、各極片はそれぞれのコイルコアと係合する面を規定し、各コイルコアは相補の係合面を規定する。
【００１３】
特に、前記極片係合面の各々は円錐台部を含んでもよい。これにより、平面に対して、対をなす２つの面の間でより均一な引力特性をもたらす働きがある。
【００１４】
好ましい実施において、永久磁石は、その北極および南極がアーマチャの移動方向と揃うよう配向される。極の半径方向の配置に対して、隣接するコイルコアに対向する高磁束密度の面積が広ければ広いほど、より大きい著しい固定力が得られる。
【００１５】
本発明を具体化するアクチュエータは好ましくはエネルギ蓄積配置を含み、アーマチャが各安定位置に移動することにより得られたエネルギを蓄積する。この蓄積配置により、アーマチャがその安定位置から離れるに従いエネルギをアーマチャに伝える。これは内部エネルギ再利用をもたらし、装置をスイッチングするのに必要なパワーを減らす。さらに「軟着陸」効果をもたらし、これはアクチュエータの寿命を延ばす。変形可能な管を挟むことにより、アクチュエータが流体流を制御する用途の場合、アクチュエータが各安定位置に移動する際にエネルギ蓄積配置によって引起された減速は、管に対する損傷の可能性を減らす。
【００１６】
エネルギ蓄積の程度は、異なる用途に適するようアーマチャに与えられる正味の固定力を変えるために、適切に調節することができる。
【００１７】
エネルギ蓄積配置はたとえばコイルばねのような１対の弾性装置を含むことができ、その一方の装置は、アーマチャがそれぞれの安定位置に移動する際に、圧縮または伸長される。これらの装置の弾性は、適切な要件に合うよう選択できる。
【００１８】
各弾性装置はある極片と対応するコイルコアとの間に配置することができ、コンパクトで内蔵型の構成を提供する。代替的に、弾性装置はアーマチャとコイルコアとの間により大きい係合領域をもたらすために、アクチュエータのハウジングの外に配置することができ、それにより固定力を増やすことができる。さらに、より大きい弾性装置は本実施においてアクチュエータハウジングの外に容易に配置できる。
【００１９】
一部の実施例において、どちらの弾性装置も、アーマチャが各安定位置に入る工程の最終部分を移動する際には、ただ圧縮または伸長されるだけである。
【００２０】
本発明のさらなる実施例において、アクチュエータは第１の安定位置と第２の安定位置との間に第３の安定位置を有する。この第３の位置は、好ましくはアーマチャに働くばねおよび受動型磁力によって規定される。
【００２１】
１対の弾性装置は、その一方の弾性装置が圧縮（もしくは伸長）されるように、またはアーマチャが第３の安定位置から離れるようならば、もっと圧縮（または伸長）されるように、配置でき、それによりアーマチャを第３の安定位置に押す。
【００２２】
好ましくは、各弾性装置はアーマチャが第３の安定位置にある場合に、部分的に圧縮（または伸長）される。この各弾性装置の事前負荷により、第３の安定位置がよりはっきりと、かつより明確に定めて、容易に選択可能となる。
【００２３】
アーマチャが第３の安定位置にある場合に、各弾性装置が部分的に圧縮（または伸長）できる程度は、特定の要件を満たすのに必要な程度に第３の位置を強調するよう調節可能である。
【００２４】
さらに好ましい構成に従い、アクチュエータは、アーマチャが第３の安定位置から第１および第２のどちらかの安定位置に移動して一方の弾性装置をさらに圧縮（または伸長）させる場合に、前記移動の少なくとも最終部分（好ましくは、前記移動の実質的に全部）の間、他方の弾性装置の部分的圧縮（または伸長）の程度は実質的に変わらないように配置される。これにより、アーマチャが第３の安定位置から別の安定位置に移動して戻った場合に、エネルギが他方の弾性装置の変形に消費されない効果があり、それによりアクチュエータの動きに影響しない。
【００２５】
好都合に、磁束容器はアクチュエータのハウジングを形成し得る。
別の局面に従い、本発明はここに記載されるアクチュエータを動作させる方法を提供する。この方法は、コイルを付勢して各コイルの反対方向をそれぞれ通る軸方向の磁束を発生させることにより、アーマチャを一方の安定位置から他方の安定位置に移動させるステップを含む。本発明の以下の実施例で説明されるように、このような態様で各コイルに電流パルスを瞬間的に与えることは、永久磁石によって一方側に作成された磁束を実質的に無効にしながら他方側の磁束密度を増大させることにより、アーマチャが位置を切換えることを引起す。
【００２６】
アーマチャはばねおよび／または受動型磁力によってのみ各安定静止位置に保持され、アクチュエータが別の安定静止位置にスイッチングされた場合だけ、短い電流パルスが必要である。したがって、電力消費は非常に小さい。
【００２７】
本発明の実施例は、一例により、さらに添付の概略図を参照して記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を具体化するアクチュエータの斜視図である。
【図２】本発明を具体化するアクチュエータの側部断面図である。
【図３】スイッチング動作を示す、図１のアクチュエータの側部断面図である。
【図４】スイッチング動作を示す、図１のアクチュエータの側部断面図である。
【図５】アーマチャ−容器間スペースに対する力を示す図である。
【図６】チューブクランプ装置と組合せた、本発明を具体化するアクチュエータの側部断面図である。
【図７】本発明の別の実施例に従うアクチュエータの斜視断面図である。
【図８】図１に示される形態の構成を有するアクチュエータについて、アクチュエータのアーマチャに与えられる力の変位に対する概略グラフ図である。
【図９】本発明を具体化するさらなるアクチュエータ構成の側部断面図である。
【図１０Ａ】図９に示されるアクチュエータの３つの異なる安定位置の側部断面図である。
【図１０Ｂ】図９に示されるアクチュエータの３つの異なる安定位置の側部断面図である。
【図１０Ｃ】図９に示されるアクチュエータの３つの異なる安定位置の側部断面図である。
【図１１】図９に示される形態の構成を有するアクチュエータについて、アクチュエータのアーマチャに与えられる力の変位に対する概略グラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図面の詳細な説明
同じ参照符号は説明が繰返されていないとしても、同じまたは類似した部分に用いられている。特に、同じまたは対応する利点および特性が与えられ得る。
【００３０】
図１および図２は、本発明を具体化するアクチュエータの横断面図である。完全に磁気的に密封された双安定プッシュ−プルアクチュエータであり、内部エネルギ再利用機構を含む。直接結合される機械ドライバとして、またはバルブもしくは電気スイッチを動かすために適する。アクチュエータは従来のソレノイドベースアクチュエータを直接置き換えるために用いることができ、消費電力が実質的に減少する。
【００３１】
アクチュエータは磁束容器またはケージ２を含み、これはアクチュエータハウジングを形成する。容器の各端部は、エンドキャップ４ａおよび４ｂによって閉鎖される。プッシュ−プルロッド６の形の駆動エレメントは、アクチュエータの長手方向の軸に沿って延在する。図１の実施例において、このロッドは両側のエンドキャップを通ってかつそこを越えて延在し、図２の配置では、アクチュエータの一方の端部からのみ突出する。
【００３２】
永久磁石８はロッド６の中央部分に装着される。ロッド上に装着される極片１６ａおよび１６ｂは、永久磁石８の両側において接触して設けられる。磁石および極片がアーマチャ１０を形成する。
【００３３】
軸方向において、各極片に対してコイルコア１２ａおよび１２ｂが対向する。コイル１４ａおよび１４ｂは、ロッド６と軸方向が一致して各コイルコアの周りに設けられる。（これらのコイルは、図２の実施例では示されない。）
コイルばね１８ａおよび１８ｂは、アーマチャ１０の両側上に、ロッド６の周りに設けられる。ばねは、対応する極片およびコイルコアと常時接触するような態様で構成でき、アーマチャがある安定位置から離れると、直ちに一方のばねが圧縮され始める。代替的に、一方のばねの圧縮は、アーマチャがその安定位置に移動する工程の途中でのみ開始されて、アーマチャの初期工程をより速くすることができる。これは、圧縮されていない状態において、各極片と対応するコイルコアとの間の最大間隔よりも短いばねを設けることによって達成できる。
【００３４】
ホールセンサのような位置センサ（図示されていない）を、アクチュエータのある安定位置に隣接して位置付けて、アーマチャの位置を示す信号を与えることができる。
【００３５】
図２の実施例において、コイルコア１２ａおよび１２ｂはエンドキャップ４ａおよび４ｂと一体的に形成されていることがわかる。磁束容器またはケージは、互いに結合される複数の別々の要素によって設けられてもよい。図１および図２の実施例では、容器はコイルおよび永久磁石を実質的に外から囲む、連続する磁気経路を形成するのがわかる。好ましくは、容器はたとえば鋼のような、高い透磁率を有する材料からなる。
【００３６】
極片を２つ以上の部分に分割して、過電流の発生を減少させ、それに伴いエネルギ消費および熱的影響を減らすのが有利がある。このため、極片はたとえば積層材から形成され得る。ソフトフェライトを用いて極片を形成することができる。
【００３７】
好ましい実施例において、各安定位置では、極片と対応するコイルコアとは直接接触して、その間の吸引磁力を最大にする。
【００３８】
アクチュエータ内のボイドは、油のような不活性液体で充填してもよい。代わりに気体を用いることも好ましい。なぜなら、相対的に高い粘度の流体では、アクチュエータをスイッチングするのに必要なエネルギ量が多くなる傾向があるからである。
【００３９】
アクチュエータはさまざまなサイズで構成できる。一例として、小規模の用途に適する実施例では、アクチュエータは長さが２８ｍｍおよび直径が１９ｍｍである。
【００４０】
本発明を具体化するアクチュエータの動作は、図３および図４を参照して記載する。図３は、２つの安定位置のうちの一方に留められたアーマチャを有するアクチュエータを示す。永久磁石から発する磁束線は黒い矢印によって示される。磁束線は、永久磁石８の北極から右側の極片１６ｂに移る。磁束線は次に極片と容器６との間の小さいギャップ２０を渡って半径方向外側に延在する。磁束線は容器の外周壁に沿って軸方向に延在する経路を辿り、エンドキャップ４ａを介して半径方向内側に移動する。この経路はさらにコイルコア１２ａを通って軸方向内側に続き、コアと隣接する極片１６ａとの間の界面を渡り、永久磁石８に戻る。
【００４１】
左側のコイルコア１２ａは隣接する極片１６ａの相補的対応面と係合し、その間の磁束線はプッシュ−プルロッド６と平行である。右側極片１６ｂは隣接する磁気容器に引付けられ、その間の磁束線はプッシュ−プルロッドの軸に対して垂直である。これは、極片１６ｂと容器２との間のスペース２０が、極片と対向するコイルコア１２ｂの対応する面との間の距離２２よりも著しく小さいからである。したがって、アーマチャ１０に与えられる正味の磁気固定力は、左側のコイルコア１２ａに向かって軸方向に方向付けられる。
【００４２】
アクチュエータのスイッチングは、図４を参照して説明される。アーマチャが一つの安定位置から他方の安定位置に移動することは、各コイル１４ａおよび１４ｂに対して電流パルスを与えることによって開始され、図４の白抜き矢印によって示されるそれぞれ反対方向において、各コイルの中央を通る磁束が生成される。この付加的磁束は、コイルコア１２ａを通る、永久磁石によって生成された磁束を実質的に無効にする働きをする。さらに、磁石によって生成された磁束は、コイルコア１２ａと極片１６ａとの間の平行な流れから、容器２から極片１６ａに延在する経路に沿った半径方向の配向へと、方向を変えさせる。その結果、磁気固定力は実質的に減少する。
【００４３】
同時に、他方のコイル１６ｂは、永久磁石からの磁束と同じ方向に磁束を発生する。極片１６ｂから磁気容器２に向かって半径方向外側に走る磁束線は、今度はコイルコア１２ｂの方向に引付けられ、極片１６ｂとコイルコア１２ｂとの間で延在する軸方向に再配向される。
【００４４】
その結果、アーマチャ１０に与えられる正味の磁気固定力は、コイルコア１２ｂに方向付けられる。圧縮されたばね１８ａはアクチュエータの固定力によっては保持されず、勢いによりアーマチャ１０をコイルコア１２ａから離れさせて、他方の安定位置に向ける。
【００４５】
コイル１４ａおよび１４ｂは鏡的配置にあり、各コイルに沿って内側の端部から外方向に流れる電流パルスは、各コイルの中央に沿った反対方向の外向け磁束を生成し、これは図４の白抜き矢印によって示される。したがって、アクチュエータはその安定モードにおいておよびスイッチングの際に、磁気的に平衡である。
【００４６】
これは、ＵＳ３，７７２，５４０の図１Ａから図１Ｄに示される先行技術のアクチュエータと対照的である。この場合、コイルは同じ方向に磁束を生成し、それにより作成される磁場は累積的影響を有し、より大きい磁束漏れをもたらす。
【００４７】
上記のように、図面に示される形態のアクチュエータのスイッチングの際、永久磁石によって生成される磁束は、コイルが付勢された場合は、対向するか逆を向くのではなく、偏向する。したがってスイッチングするのに必要な電気エネルギは減少し、アクチュエータの動作効率を上げる。永久磁石は強く磁化される傾向があるので、その磁束を偏向するのに必要なエネルギ量は、その反対の磁場に働くのに必要なエネルギより著しく小さい。
【００４８】
ギャップ２０の大きさは、より大きいギャップ２２の大きさを基準として注意深く選択される。このギャップ（ｘ）のサイズと、本発明を具体化するアクチュエータによって生成された固定力（Ｆ）との関係は、図５のグラフによって表わされる。ギャップがなければ、永久磁石８によって生成される磁束の経路は、容器２の壁によって局所的に閉鎖される。この場合、アーマチャをコイルコア１２に押すのは弱い固定力しかない。ギャップ２２がギャップ２０よりも小さければ、永久磁石によって生成される磁束は、コイルコア１２ｂ、磁気容器２、およびコイルコア１２ａを通る経路を辿ることになり、より低い固定力となる。
【００４９】
一部の用途において、たとえば高圧環境において、アクチュエータ内のボイドは非圧縮性流体または加圧ガスによって充填するのが望ましい。このような状況下では、ギャップ２０のサイズも重要な要因である。なぜなら、アーマチャが一方の安定位置から別の安定位置に移動する際に、流体が流れることができる容易性を定めるからである。
【００５０】
ギャップ２０の実際的な利点は、アーマチャおよび磁気容器の対向する面の表面仕上げが、これら２つのコンポーネント間に摺動嵌合があった場合ほど重大ではないということである。
【００５１】
示されるように、図５でのアクチュエータは３ｍｍのアーマチャ移動距離を有し、０．５ｍｍのギャップが好ましいことがわかった。
【００５２】
図６は、流体が中を通る管を挟むための装置と組合せられた、本発明を具体化するアクチュエータを示す。ヘッド３０が、プッシュ−プルロッド６の端部に取付けられる。流体管は、バルブによって規定される溝３２を通る。バルブは図６においては開位置で示される。アクチュエータが動作することにより、アーマチャ１０は右側の安定位置に移動し、ヘッド３０が右側に動き、それによりバルブに取付けられる管を挟んで、その管を通る流体流を止める。アクチュエータの永久磁石によって生成された固定力は、どのようなパワー入力も必要とせずに、バルブを閉位置に保持する働きをする。アクチュエータのコイルに電流パルスをさらに与えることにより、バルブは開位置に戻る。
【００５３】
図７は本発明のさらなる実施例を示し、ばね３８ａおよび３８ｂはアクチュエータハウジングの外に設けられる。フランジ４０は、ハウジング２から突出するプッシュ−プルロッド６の一部に取付けられる。ばね３８ａおよび３８ｂはフランジの両側において軸方向に位置付けられる。ばねおよびフランジは、囲み４２内に設けられる。一方のばねは、アクチュエータのエンドキャップ４ｂとフランジ４０との間に設けられ、他方のばねはフランジ４０と囲い４２の端部壁４４との間に設けられる。
【００５４】
この構成は前の図面で示されているものよりも小さくはないが、アクチュエータのコイルコアと極片との間の対をなす面の面積を増加させることができる。さらに、より大きい付勢力が必要な場合には、より大きいばねを用いることができる。
【００５５】
図８のグラフにおいて、アーマチャに働く力は、水平軸上で０と記される中央位置からの軸方向の変位の関数として示される。プロット４７は受動型磁力を表わし、プロット４９はばね力を表わし、プロット４８はこれら２つの組合せを示す。コイル１４ａおよび１４ｂを付勢することによって生成される「能動型」磁力は示されていない。図８においてＡおよびＢで記されるアーマチャの移動範囲の部分は、アーマチャに対して他の力が与えられていなければ、アーマチャがその移動工程のそれぞれの終端での安定静止位置に押される領域を示す。
【００５６】
本発明に従うさらなるアクチュエータの構成は、図９から図１１を参照して説明する。
ばね１８ａおよび１８ｂはアーマチャ１０内に位置付けられる。各ばねの内側端部は、ロッドによって規定される溝５２によってロッド６上に軸方向に位置付けられるカラー５０に対して支えられる。各ばねの外側端部はそれぞれの座金５４ａおよび５４ｂに対して支えられ、座金はロッド６の周りに摺動可能に位置付けられる。
【００５７】
アーマチャが図１０Ａで示されるように中央位置にある場合、各座金の軸方向にある外面は、それぞれのスリーブ５６ａおよび５６ｂの内側端部に対して、または容器に相対的に定位置に固定された他の適する当接配置に対して、係合する。さらに、各座金の外面は、アーマチャによって規定される内側方向に面する環状ショルダ５８ａおよび５８ｂと好ましくは接触する。各ばねは好ましくは部分的に圧縮した状態にある。これにより、以下で説明するように、この中央位置が第３の安定位置として規定されやすくなる。
【００５８】
図１０Ａから図１０Ｃは、このアクチュエータの構成によって示される３つの安定位置、すなわち中央位置ならびに移動工程の終端での左側位置および右側位置を示す。アーマチャがその移動工程範囲のどちらかの終端での安定位置（図１０Ｂまたは図１０Ｃ）に入ると、それぞれのスリーブ５６ａおよび５６ｂが対応する座金（図１０Ｂでは５４ａ、図１０Ｃでは５４ｂ）をアクチュエータハウジングに対して同じ位置で保持することにより、一方のばねが圧縮されているのがわかる。これに対して、他方の座金は対応するショルダ（図１０Ｂでは５８ｂ、図１０Ｃでは５８ａ）によってそれぞれのスリーブから持上げられ、他方のばねの圧縮程度は変わらず同じままである。その結果、アーマチャがその中央の静止位置に戻される場合、その移動工程は他方のばねを圧縮しなければならないことによっては損なわれない。さらに圧縮されたばねは、エネルギ蓄積装置として働き、アクチュエータがその移動工程終端位置から離れる動きを助ける。
【００５９】
アーマチャがその第３の中央静止位置から動くことに対する抵抗は容易に調整できる。たとえば、これはばねのばね定数を変えることにより、またはばねが第３の安定位置で圧縮される程度を変えることによって達成できる。
【００６０】
図１１は、図９および図１０に示される形態の構成を有する実施例において、アーマチャに与えられる軸方向の力を示すグラフである。３つの安定位置を有する構成では、アーマチャの移動工程範囲は、アーマチャにばねの力および受動型磁力以外の力が働かない場合に、３つのゾーンＡ、ＢおよびＮに分けられる。アーマチャが移動工程終端ゾーンＡおよびＢのどちらかにある場合、合力によってそれぞれの終端位置に押される。中央ゾーンＮでは、中央安定静止位置に押される。プロット６０は磁力を表わし、プロット６２はばね力を表わし、プロット６１は磁力およびばね力の結合された効果を示す。
【００６１】
ばねが第３の中央安定位置において部分的に圧縮された状態にある場合、アーマチャはこの位置に対してより強く付勢される。これは、図１１において中央点を通る合力の曲線６１のより急峻な部分からわかる。
【００６２】
一例として示される実施例は、アクチュエータの動作の際に圧縮される弾性装置を含む。アクチュエータの概念は、弾性装置の伸長によってもたらされる力を用いても実施できることは理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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