JP2003507680A - 弁の位置を検知するセンサーユニットを備えた制御弁駆動機構 - Google Patents
弁の位置を検知するセンサーユニットを備えた制御弁駆動機構Info
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Abstract
Description
する駆動スピンドル、及び弁の位置を把握するセンサーユニットを備えた、制御
弁の駆動機構に関するものである。
。動力ユニットは、電気、熱、また機械エネルギーを駆動スピンドルの動作に変
換して、推進力または回転力を発生させる。弁の位置を測定するセンサーユニッ
ト4は、通常駆動スピンドルに機械的に接続される。弁の実際の位置は、センサ
ーユニットを用いて監視することができ、そして周期的にセンサーユニットを収
容する位置制御装置により制御することができる。
たは、例えば導電プラスチックがそれ自体センサーユニットに利用されたような
、接触システムに関して、駆動スピンドルの動作は通常、機械タップにより、セ
ンサーユニットのセンサーにおける動作に変換される。駆動時における直線動作
に関して、位置制御装置の構造と機械タップのタイプは、標準ドイツ工業規格、
国際電気標準会議534 第6部に記載されている。それにより、駆動時の逆転に関
する接続部材が、作動スピンドルに備えられ、それは四個のM6ネジ穴を備え、接
続部材が回転可能で、一つの側部に二つの穴で充分であり、各ネジ穴用に少なく
とも直径10mmのベアリング領域を有する。位置制御装置をセンサーに結合させる
装着部材は、位置制御装置を製造する際に、付加的にもたらされる。通常はセン
サーに回転可能に接続されたレバーと、駆動スピンドルに堅く接続され、且つ回
転可能レバーに組合わさる爪とを備える。装着部材を具備したセンサーの付属品
は、ヒステリシスをなくし、作業領域を正確に選択するため、慎重な組立と調整
が必要とされる。
たは流体圧シリンダーを開示しており、少なくとも一つの永久磁石がピストンに
配置され、これはその磁界を利用して、円筒管の外側にある少なくとも一つの信
号発生装置を作動されている。それによって信号発生装置は、制限信号発生装置
として作用するように固定される。従来の固定方法は、切り替えポイントを確実
に設定するため、信号発生装置を容易に移動及び調整することができる。しかし
永久磁石の形状、特徴及び配置は、開示されていない。
サー を開示しており、一方のセンサーは不変磁束を捕らえ、他方のセンサーは
測定の範囲にわたって磁気抵抗(“磁気抵抗率”)の変化を測定する。可変磁気
抵抗は部分的にその動作を捕らえると、特別な形をしているか、またはその様な
特別な形状の物品に関連しており、磁束が例えばエアギャップの長さ、またはエ
アギャップの幅の連続変化によって生じる(原文のまま)。磁気リターン(magn
etic return)は、それに関して特徴的な形をしている。
S.5,359,288に開示されている。それによってホールセンサーは、位置を基準と
して磁界の強度を測定し、ホールセンサーに関して移送する磁気領域は、異なっ
た磁性を有するサブ領域から成り、従ってホールセンサーにおいて生じる磁界強
度が、位置によって連続的に変化する。
いる。従ってドイツ国特許出願公開明細書DE 197 01 137 A1が、長いセンサーチ
ップを開示しており、その平面はスケール平面と反対側に配置する。それによっ
て理髪店の柱看板の構造をした磁気抵抗層ストリップが、特別な方法及び形式で
センサーチップ上に配置されて、高い抵抗が生じても、高感度で適切に高解像度
の長さの測定を行う。
ットに結合させることである。そのため装着と初期設定に関して、高支出及び高
コストになり、高度な技術トレーニングを受けた専門家が、それらの作業に必要
になる。
点を克服し、特にセンサーユニットの動力ユニットへの結合を簡略化して、エラ
ーを防止し、組立中のコストを減らすことである。
トが、周期構造をした磁気トラック(magnetic track)と、磁気トラックの近く
で駆動機構のヨークに接続されるセンサーとを備え、前記センサーが磁力線の変
化を捕捉するのに適しており、さらに少なくとも一つの永久磁石を、磁気トラッ
ク及びセンサーの両方に備え、その磁力線が、磁気トラックとセンサーの両方を
貫通することによって達成する。
な表面を、磁気構造を含むサブ領域を越えて、好ましくはその全体にわたって備
える。
ックと逆の側部に具備し、永久磁石と接続されるか、またはそれを組み込むよう
に収容される。
動方向に沿って延びる。
離の間隔で配置された磁極によって形成される。
の金属部分は、サブ領域においてテーパー状になっており、ロッドがそのサブ領
域でプラスチックにより押し出し−コーティングされており、駆動スピンドルの
外径は、少なくとも磁気トラックにわたって、好ましくはその全体にかけて、本
質的に一定である。
ックが入れられて、駆動スピンドルの外径が、少なくとも磁気トラックにわたっ
て、好ましくはその全体にかけて、本質的に一定である。
の後に磁化することができる、フェライト充填材を具備して、プラスチック接合
磁極の形で、磁気トラックを形成するか、またはプラスチックが非磁性物質で、
周期構造のソフト磁性体(soft-magnetic material)の間の中空空間を埋めて、
磁気トラックを形成する。
中空領域を備え、その中にプラスチック接合磁性物質が、磁気トラックを形成す
るため入れられるか、または駆動スピンドルがその表面にノッチを有し、その中
に表面と境をなすようにプラスチック接合磁石を入れて、磁気トラックを形成す
る。
とができ、磁気トラックはネジまたは個々の歯の構造によって定められる。
域における非磁性管よって囲まれる。
センサーが、本質的に閉じたハウジング内に配置される。
を備えた一方のスピンドルが、膜に接続され、他方の駆動スピンドルが弁に接続
される。ヨークが二つの部分で形成され、一方のヨークは本質的に一方の駆動ス
ピンドルを収容し、センサーを支持し、カバーを利用して、磁気トラック及び磁
気センサー用の本質的に閉じたハウジングを提供する。
るユニットに接続され、好ましくはそこには、センサーに電気エネルギーを供給
するエネルギー蓄積装置があり、それは少なくとも補助電気エネルギーが低下す
ると、センサーに接続させることを特徴とする。
る磁力線を捕捉して分析する。
ロプロセッサに組み込まれて、電気的補助エネルギーが減ると、動力ユニットに
関して信号を発生させ、前記信号が駆動スピンドルを安全位置にすることが提案
される。
ギーが低下すると、論理回路は特性時間が過ぎた後に、動力ユニットに関して信
号を発生させ、前記信号が駆動スピンドルを安全位置にさせる。
を全作業範囲にわたって移動させる動力ユニットに関して信号を発生させ、初期
設定データを受容する。
ックと異なるトリガーを具備することを特徴とする。
えられた位置であることを条件とする。
制御装置の一部であることも提案される。
できる。
センサーが駆動スピンドルの移動方向に互いにオフセットし、そして/または好
ましくは種々のブリッジ岐路で別々の方向を向いて、ホイートストンブリッジ回
路の形で接続された、複数の磁気抵抗領域を備える(原文のまま)。
トラックを組み込んだ、駆動スピンドルの構造的変形例が、従来技術による前記
欠点克服するため、弁の位置を決定する非接触距離測定システムを提供する。従
って駆動スピンドルの外径が、本質的にその全体にわたって一定であり、磁気ト
ラックを具備した駆動スピンドルが、シールの領域に配置することもできる。
例とし、添付図面を参照して詳細に説明する。
て、直線推進動作を生じさせる動力ユニット12が、駆動スピンドル18を介し
て弁16に作用し、ヨーク14が動力ユニット12を弁16に固定接続させる。
に収容され、駆動機構10のヨークは、磁気トラック20の近くにセンサー22
を備え、前記センサー22は磁力線の変化を捕捉するのに適している。駆動スピ
ンドル18の外径は、その全体にわたって本質的に一定である。永久磁石(図示
せず)は、その磁力線が磁気トラック20とセンサー22を貫通するように、磁
気トラック及びセンサー22の領域に配置されている。永久磁石は、駆動スピン
ドル18と、センサー22の近くの両方に、例えば磁気トラック20からそれた
側に配置させることができる。
。さらに駆動スピンドルは、本質的に非磁性金属ロッドから成り、その金属部分
はサブ領域においてテーパー状になっている。ロッドはサブ領域において、プラ
スチックで押し出しコーティングされて、外径が駆動スピンドル18の全体にわ
たって一定である。磁気トラック20を製造するため、フェライト充填材を含む
プラスチックが、押し出しコーティング後に強力な磁界で磁化される。それによ
って、プラスチックを全周囲にわたって磁化する代わりに、センサー22と逆側
に位置する細いストリップに沿って、磁気トラック20を製造することで充分で
あり、磁気トラック20はそれ自体、永続的な磁性物質で、等間隔で配置された
磁極26を有した周期構造をしている。センサー22は、駆動スピンドル18の
移動方向に互いにオフセットした、二つの磁気抵抗センサー22a、22bを備
えている。少なくとも二つのセンサー22a、22bの配置によって、移動方向
が決定することもできる。さらに二つのセンサー22a、22bは、ノイズ量を
抑制することが可能である。それは外因の磁界のようなノイズの影響または、磁
気トラック20に関連する距離が、同じようにセンサー22a、22bに影響す
るからである。
ーイトストンブリッジ回路の形で接続された、複数の磁気抵抗領域を備えている
。ホーイトストンブリッジの種々のブリッジ岐路における磁気抵抗領域が、それ
によって理髪店の柱看板の構造により知られているように、別々の方向に回って
、電流の方向が駆動スピンドル18の動作方向と比べて傾斜する。このタイプの
センサーの設計は、特に優れた解像力を実現することができる。従って異方性磁
気抵抗効果(AMR効果)が利用され、磁気抵抗層の抵抗は、電流密度と磁性との
間の角度に依存する。このタイプの位置確認が、増分距離測定システムの問題と
なり、すなわち、磁気トラックが位置について絶対的な情報を含まないスケール
として作用して、弁の位置がカウンターまたはメモリーによって各々決定される
。また精度は補間法によっても高めることができ、解像力が磁気トラックのサイ
クル長の下にあることは明らかである。
ンサー22が、図2の実施形態に対応しているが、さらに薄壁、非磁性管30か
ら成るエンベロープを備えている。その管30は、錆びない鉄から構成すること
ができ、ロッドにわたって滑動するか、またはシートとして駆動スピンドルの周
りに配置され、接合縁部に沿って継ぎ目に溶接される。その様な管30の利点は
、磁気トラック20のエンベロープが、管30の滑らかな表面で構成されること
である。特に磁性トラック20から駆動スピンドル18への変形部分は、管で覆
うことができ、極めて滑らかにする。滑らかさは、シールにおける駆動スピンド
ル18の摩損とシールの摩耗を少なく保つため、重要である。
施形態は、磁気トラック20が、駆動スピンドル18の移動方向に、同間隔で配
置されたソフト磁性体32から成る。材料32によって形成されたこの周期的な
ソフト磁性構成体の間の中空空間は、非磁性プラスチック28で充填されて、駆
動スピンドル18の滑らかな表面を達成する。この変形例における磁界は、永久
磁石24によって発生させられ、その磁力線は磁気トラック20並びにセンサー
22の両方を貫通する。永久磁石24は、センサー22に接続され且つ、磁気ト
ラック20からそれてセンサーに組み込まれている。
または歯付ロッドによって形成されて、磁気トラックがネジまたは別の歯の構造
によって、定められる。
ト12は、圧力で変化する膜38を有した空気圧駆動機構である。膜38は、膜
皿52及びネジ54を介して、二部分の駆動スピンドル18a、18bに堅く接
続されており、上部装置スピンドル18aは膜皿52にねじ固定され、下部装置
18bは弁(図示せず)に接続されている。出力駆動スピンドル18a及び下部
駆動スピンドル18bが、カップリング44及びネジ46、48を介して互いに
結合されている。制御圧力が、駆動ハウジング50と膜38との間で膜38に作
用する。駆動機構12は、膜38と共に膜皿52を押し、二部駆動スピンドル1
8a、18bを図5において上方へ押す、バネ要素40を具備している。空気圧
制御圧力が低下すると、図5における駆動スピンドル18a、18bが、駆動機
構12の中で上方へ移動して、弁が画定された安全位置になる。ヨークは同様に
、上部ヨーク14aと下部ヨーク14bの二つに分けられ、それらはユニオンナ
ット42と接続される。
部ヨーク14aに取り付けられ、駆動スピンドル18a、18bの動作によりも
たらされる磁界強度の変化を検知する。上部ヨーク14aは、前方カバー及び後
方カバー(図5では示せず)を装着することによって、閉じたハウジングを形成
するように、変形することができ、前記閉じたハウジングが磁気トラック及びセ
ンサー22を全ての側で取り囲んでいる。シール34、36が上部ヨーク14a
の頂部と底部に配置され、上部駆動スピンドル18aの周囲に配置されて、閉じ
た空間を駆動機構12と外気の両方から密閉する。その結果、記事トラック20
及びセンサー22が、特に磁気的な小片または塵による汚れに対し保護される。
磁気トラック20は上部ヨーク14aの領域にわたって延び、その範囲で上部駆
動スピンドル18aの移動によりシール34、36をこする。上部駆動スピンド
ル18aの外径が、その全体にわたって一定で、滑らかな表面に作られており、
磁気トラック20が存在するので、シール34、36では何ら摩耗を増やすこと
はない。その結果、上部ヨーク14aを上部駆動スピンドル18aの移動方向に
、最小寸法で設計することが可能である。もし磁気トラック/スピンドルの変形
部分の表面が滑らかでなければ、上部ヨーク14aは、弁ストロークの範囲内で
、シールが磁気トラック20によって接触しないような大きさで、設計しなけれ
ばならない。センサー22は、磁力線における変化を捕捉し分析する、マイクロ
プロセッサ及びメモリーユニット(図示せず)を備えている。それによってセン
サー22が組み込み回路(図示せず)を具備していれば、信号処理装置ができる
だけセンサー22に近づくことは確実であり、わずかな寸法だけですむ。センサ
ー22の出力信号は弁の位置を表し、位置制御装置(図示せず)に送信される。
アの形をした中空領域を備え、その中にプラスチック接合磁性物質を入れる。ゆ
えに有利には、駆動機構から分離したフェルト充填プラスチックを磁化し、そし
てプラスチック接合磁性物質として、駆動スピンドルに入れることによって、磁
気トラックを作ることができる。これによって駆動スピンドルの表面上での変形
を減らして、シールが磁気トラックによって再び危うくされない。
に表面と境をなすようにプラスチック接合磁石が入れられる。
ニットが、センサーに接続される。更に本発明による変形例が、センサーに電気
エネルギーを供給するエネルギー蓄積装置を備え、それは少なくとも電気的補助
エネルギーが低下すると、センサーに電気的接続される。そのエネルギー蓄積装
置は、コンデンサーまたは蓄電池或いは個別にバッテリーとして、実用すること
ができる。エネルギー蓄積装置は、少なくとも遷移時間に関して、電気的補助エ
ネルギーの低下が生じても、弁位置の位置測定を続けることを可能にする。これ
は増分測定原理によると、センサーが瞬間的な物理的信号からだけでは、弁位置
について判定を引き出すことはできない。エネルギー蓄積装置がもうセンサーに
供給しなくなる前に、補助エネルギーが回復すると、駆動機構が弁と共に、中断
することなく作動したままにできる。ゆえにエネルギー蓄積装置は、電気的補助
エネルギーの低下の時間的スパンを完全に乗り越えること、または特性時間後ま
たはエネルギー蓄積装置のエネルギー供給に依存して、弁を安全位置に移動させ
ることを可能にする。
るか、またはそれをマイクロプロセッサに組み込む。その論理回路は、電気的補
助エネルギーが低下すると、駆動スピンドルを安全位置にし回路が動力ユニット
に信号を発生させる。安全位置は、弁の制限位置、例えば“弁閉鎖”の位置であ
る。また論理回路がタイマーに接続され、特性時間が経過した後に、補助電圧が
低下すると、動力ユニットに信号を発生させる。同様に一変形例において、電気
的補助エネルギーが低下すると、論理回路は動力ユニットに信号を発生させて、
動力ユニットが駆動スピンドルを安全位置にさせ、次に電気的補助エネルギーが
回復すると、動力ユニットに信号を発生させて、動力ユニットが駆動スピンドル
を作業範囲全体にかけて移動させ、初期設定データを受容することができる。本
発明によると、論理回路は電気的補助エネルギーが低下すると、空気圧駆動力を
適所で保つ空気圧遮断リレーを運転させる。
なるトリガーが、本発明の追加変形例(図示せず)において、駆動スピンドルに
組み込まれ、前記トリガーは特性信号を駆動スピンドルの一つの位置で起こす。
これは制限案定位置が機械的に画定された停止を行う時に、特に意味を持ってい
る。トリガーは、例えば磁気トラックとは逆側に配置され得る。またそれを目的
に、ヨークがトリガーの位置を捕捉する別のセンサーを備える。上記論理回路を
利用して、電気的補助エネルギーが低下すると、駆動スピンドルを安全位置にす
る動力ユニットに信号を発生させ、電気的補助エネルギーが回復すると、動力ユ
ニットに関する信号を続いて発生させ、動力ユニットに駆動スピンドルを作業範
囲全体にわたって移動させ、初期設定データをピックアップし、両方とも機械制
限位置により、または上記のように追加のトリガーにより更なるセンサーで、基
準ポイントを画定することができる。全作業範囲にわたる駆動スピンドルの動作
が確実に行われると、距離センサー(path sensor)が補助エネルギーの低下後
に、正確な基準ポイントを表す。更に基の初期設定データと比較することによっ
て、判定が起こし得るエラーについて引き出すことができ、エラーメッセージを
確実に出力することができる。
に、特別簡単に結合させることができる。それは機械的な接続ではないので、調
整は必要ない。それは距離センサーが非接触形式で作業するからである。また増
分基本原理は、制限位置での機械的な平衡を必要としないので有利である。磁気
トラックは、作業領域内の解像力を低下させることなく、組立中の公差を補償す
るため作業領域よりも長く設計され得る。本発明による駆動機構を具備した位置
制御装置は、かなり自動化された形式で作動するように配置でき、エラーを防止
し、同時に時間及びコストの利点がある。
で開示された本発明による特徴は、本発明の種々の実施形態を実現するため不可
欠なものであり得る。
。動力ユニットは、電気、熱、また機械エネルギーを駆動スピンドルの動作に変
換して、推進力または回転力を発生させる。弁の位置を測定するセンサーユニッ
ト4は、通常駆動スピンドルに機械的に接続される。弁の実際の位置は、センサ
ーユニットを用いて監視することができ、そして周期的にセンサーユニットを収
容する位置制御装置により制御することができる。
たは、例えば導電プラスチックがそれ自体センサーユニットに利用されたような
、接触システムに関して、駆動スピンドルの動作は通常、機械タップにより、セ
ンサーユニットのセンサーにおける動作に変換される。駆動時における直線動作
に関して、位置制御装置の構造と機械タップのタイプは、標準ドイツ工業規格、
国際電気標準会議534 第6部に記載されている。それにより、駆動時の逆転に関
する接続部材が、作動スピンドルに備えられ、それは四個のM6ネジ穴を備え、接
続部材が回転可能で、一つの側部に二つの穴で充分であり、各ネジ穴用に少なく
とも直径10mmのベアリング領域を有する。位置制御装置をセンサーに結合させる
装着部材は、位置制御装置を製造する際に、付加的にもたらされる。通常はセン
サーに回転可能に接続されたレバーと、駆動スピンドルに堅く接続され、且つ回
転可能レバーに組合わさる爪とを備える。装着部材を具備したセンサーの付属品
は、ヒステリシスをなくし、作業領域を正確に選択するため、慎重な組立と調整
が必要とされる。
たは流体圧シリンダーを開示しており、少なくとも一つの永久磁石がピストンに
配置され、これはその磁界を利用して、円筒管の外側にある少なくとも一つの信
号発生装置を作動されている。それによって信号発生装置は、制限信号発生装置
として作用するように固定される。従来の固定方法は、切り替えポイントを確実
に設定するため、信号発生装置を容易に移動及び調整することができる。しかし
永久磁石の形状、特徴及び配置は、開示されていない。
サー を開示しており、一方のセンサーは不変磁束を捕らえ、他方のセンサーは
測定の範囲にわたって磁気抵抗(“磁気抵抗率”)の変化を測定する。可変磁気
抵抗は部分的にその動作を捕らえると、特別な形をしているか、またはその様な
特別な形状の物品に関連しており、磁束が例えばエアギャップの長さ、またはエ
アギャップの幅の連続変化によって生じる(原文のまま)。磁気リターン(magn
etic return)は、それに関して特徴的な形をしている。
S.5,359,288に開示されている。それによってホールセンサーは、位置を基準と
して磁界の強度を測定し、ホールセンサーに関して移送する磁気領域は、異なっ
た磁性を有するサブ領域から成り、従ってホールセンサーにおいて生じる磁界強
度が、位置によって連続的に変化する。
いる。従ってドイツ国特許出願公開明細書DE 197 01 137 A1が、長いセンサーチ
ップを開示しており、その平面はスケール平面と反対側に配置する。それによっ
て理髪店の柱看板の構造をした磁気抵抗層ストリップが、特別な方法及び形式で
センサーチップ上に配置されて、高い抵抗が生じても、高感度で適切に高解像度
の長さの測定を行う。
ンダーにおける磁化可能なピストンロッドの位置を検知する装置を、具備した種
の駆動機構を開示している。装置は磁界を発生させる磁石、並びに磁石によって
発生させられる磁界の調整に効果的な、ピストンロッド上に周期的配置した溝を
備える。その周期的調整は、ブリッジ回路に雲込まれた二つの磁石抵抗器によっ
て簡略化され、電気的に処理されて、アナログ位置ディスプレイが更にディジタ
ルに利用可能になり、ストローク速度を読み取ることができる。
、速度、及び移動方向を捕捉する磁気測定センサーを開示しており、それは周期
的な外形をした磁化可能なピストンまたはシリンダーロッドによって、磁界の磁
束密度の変化を検知する。それによって磁束密度は、永久磁石により発生させら
れる。
の連続的に確定され、エラーのない動作を可能にするか、または別に例えばピス
トンまたはシリンダーロッドの形をしたアクチュエータを、確定した位置に移動
できるようにするため、電力低下が生じた際に測定を行う装置を備えてなく、そ
の結果そのような装置が、高い安全を必要とする制御弁を制御するに不適切であ
る。
ーしにしたアクチュエータ用のアナログ安全回路を開示しており、それは二つの
特性時間によって本質的に特徴付けられる。それによる第一の問題は、アクチュ
エータが、電力低下の際、確実でないアイドル位置に移動される間、いわゆる保
持時間が短くなり、第二の問題はアクチュエータが安全中間位置に運転される間
の保持時間が長くなることであり、その中間位置では従事者または自動ユニット
に、アクチュエータにより作動するシステムを保護するため測定を行うため、特
にシステムの更なる電力減少を測定するため、充分長く休止する。
で、アクチュエータを確実な連続動作できない。
し、特に増分距離センサーシステムを利用した無電気作動装置を、制御弁に提供
して、補助エネルギーが低下した後でも、例えば主電力供給装置の形で、制御弁
の確実で安全に連続動作を可能にすることである。
と組み合わせることによって、電力低下の際、すなわち補助電気エネルギーが低
下した際の制御弁の連続動作を、ブリッジングによって可能にするという、驚く
べき知識を基にしており、それは長く続く低下が生じた後、制御弁を安全した確
実な位置に移動させるだけで実行される。継続時間の短い低下の後は、装置が中
断することなく、動作を継続することができ、再始動させる必要はない、すなわ
ち本来の位置を、例えばまた負うべき時間の損失によるコストの集中及び制御弁
の用途に対して正確なプロセスの際に、複雑であろう、初期設定データの登録を
することによって、再セットする必要がない。制御弁と組み合わされた増分距離
センサーの使用して、全ての信頼性のある条件は、ゆえに本発明によって達成さ
れる。
例とし、添付図面を参照して詳細に説明する。
て、直線推進動作を生じさせる動力ユニット12が、駆動スピンドル18を介し
て弁16に作用し、ヨーク14が動力ユニット12を弁16に固定接続させる。
に収容され、駆動機構10のヨークは、磁気トラック20の近くにセンサー22
を備え、前記センサー22は磁力線の変化を捕捉するのに適している。駆動スピ
ンドル18の外径は、その全体にわたって本質的に一定である。永久磁石(図示
せず)は、その磁力線が磁気トラック20とセンサー22を貫通するように、磁
気トラック及びセンサー22の領域に配置されている。永久磁石は、駆動スピン
ドル18と、センサー22の近くの両方に、例えば磁気トラック20からそれた
側に配置させることができる。
。さらに駆動スピンドルは、本質的に非磁性金属ロッドから成り、その金属部分
はサブ領域においてテーパー状になっている。ロッドはサブ領域において、プラ
スチックで押し出しコーティングされて、外径が駆動スピンドル18の全体にわ
たって一定である。磁気トラック20を製造するため、フェライト充填材を含む
プラスチックが、押し出しコーティング後に強力な磁界で磁化される。それによ
って、プラスチックを全周囲にわたって磁化する代わりに、センサー22と逆側
に位置する細いストリップに沿って、磁気トラック20を製造することで充分で
あり、磁気トラック20はそれ自体、永続的な磁性物質で、等間隔で配置された
磁極26を有した周期構造をしている。センサー22は、駆動スピンドル18の
移動方向に互いにオフセットした、二つの磁気抵抗センサー22a、22bを備
えている。少なくとも二つのセンサー22a、22bの配置によって、移動方向
が決定することもできる。さらに二つのセンサー22a、22bは、ノイズ量を
抑制することが可能である。それは外因の磁界のようなノイズの影響または、磁
気トラック20に関連する距離が、同じようにセンサー22a、22bに影響す
るからである。
ーイトストンブリッジ回路の形で接続された、複数の磁気抵抗領域を備えている
。ホーイトストンブリッジの種々のブリッジ岐路における磁気抵抗領域が、それ
によって理髪店の柱看板の構造により知られているように、別々の方向に回って
、電流の方向が駆動スピンドル18の動作方向と比べて傾斜する。このタイプの
センサーの設計は、特に優れた解像力を実現することができる。従って異方性磁
気抵抗効果(AMR効果)が利用され、磁気抵抗層の抵抗は、電流密度と磁性との
間の角度に依存する。このタイプの位置確認が、増分距離測定システムの問題と
なり、すなわち、磁気トラックが位置について絶対的な情報を含まないスケール
として作用して、弁の位置がカウンターまたはメモリーによって各々決定される
。また精度は補間法によっても高めることができ、解像力が磁気トラックのサイ
クル長の下にあることは明らかである。
ンサー22が、図2の実施形態に対応しているが、さらに薄壁、非磁性管30か
ら成るエンベロープを備えている。その管30は、錆びない鉄から構成すること
ができ、ロッドにわたって滑動するか、またはシートとして駆動スピンドルの周
りに配置され、接合縁部に沿って継ぎ目に溶接される。その様な管30の利点は
、磁気トラック20のエンベロープが、管30の滑らかな表面で構成されること
である。特に磁性トラック20から駆動スピンドル18への変形部分は、管で覆
うことができ、極めて滑らかにする。滑らかさは、シールにおける駆動スピンド
ル18の摩損とシールの摩耗を少なく保つため、重要である。
施形態は、磁気トラック20が、駆動スピンドル18の移動方向に、同間隔で配
置されたソフト磁性体32から成る。材料32によって形成されたこの周期的な
ソフト磁性構成体の間の中空空間は、非磁性プラスチック28で充填されて、駆
動スピンドル18の滑らかな表面を達成する。この変形例における磁界は、永久
磁石24によって発生させられ、その磁力線は磁気トラック20並びにセンサー
22の両方を貫通する。永久磁石24は、センサー22に接続され且つ、磁気ト
ラック20からそれてセンサーに組み込まれている。
または歯付ロッドによって形成されて、磁気トラックがネジまたは別の歯の構造
によって、定められる。
ト12は、圧力で変化する膜38を有した空気圧駆動機構である。膜38は、膜
皿52及びネジ54を介して、二部分の駆動スピンドル18a、18bに堅く接
続されており、上部装置スピンドル18aは膜皿52にねじ固定され、下部装置
18bは弁(図示せず)に接続されている。出力駆動スピンドル18a及び下部
駆動スピンドル18bが、カップリング44及びネジ46、48を介して互いに
結合されている。制御圧力が、駆動ハウジング50と膜38との間で膜38に作
用する。駆動機構12は、膜38と共に膜皿52を押し、二部駆動スピンドル1
8a、18bを図5において上方へ押す、バネ要素40を具備している。空気圧
制御圧力が低下すると、図5における駆動スピンドル18a、18bが、駆動機
構12の中で上方へ移動して、弁が画定された安全位置になる。ヨークは同様に
、上部ヨーク14aと下部ヨーク14bの二つに分けられ、それらはユニオンナ
ット42と接続される。
部ヨーク14aに取り付けられ、駆動スピンドル18a、18bの動作によりも
たらされる磁界強度の変化を検知する。上部ヨーク14aは、前方カバー及び後
方カバー(図5では示せず)を装着することによって、閉じたハウジングを形成
するように、変形することができ、前記閉じたハウジングが磁気トラック及びセ
ンサー22を全ての側で取り囲んでいる。シール34、36が上部ヨーク14a
の頂部と底部に配置され、上部駆動スピンドル18aの周囲に配置されて、閉じ
た空間を駆動機構12と外気の両方から密閉する。その結果、記事トラック20
及びセンサー22が、特に磁気的な小片または塵による汚れに対し保護される。
磁気トラック20は上部ヨーク14aの領域にわたって延び、その範囲で上部駆
動スピンドル18aの移動によりシール34、36をこする。上部駆動スピンド
ル18aの外径が、その全体にわたって一定で、滑らかな表面に作られており、
磁気トラック20が存在するので、シール34、36では何ら摩耗を増やすこと
はない。その結果、上部ヨーク14aを上部駆動スピンドル18aの移動方向に
、最小寸法で設計することが可能である。もし磁気トラック/スピンドルの変形
部分の表面が滑らかでなければ、上部ヨーク14aは、弁ストロークの範囲内で
、シールが磁気トラック20によって接触しないような大きさで、設計しなけれ
ばならない。センサー22は、磁力線における変化を捕捉し分析する、マイクロ
プロセッサ及びメモリーユニット(図示せず)を備えている。それによってセン
サー22が組み込み回路(図示せず)を具備していれば、信号処理装置ができる
だけセンサー22に近づくことは確実であり、わずかな寸法だけですむ。センサ
ー22の出力信号は弁の位置を表し、位置制御装置(図示せず)に送信される。
アの形をした中空領域を備え、その中にプラスチック接合磁性物質を入れる。ゆ
えに有利には、駆動機構から分離したフェルト充填プラスチックを磁化し、そし
てプラスチック接合磁性物質として、駆動スピンドルに入れることによって、磁
気トラックを作ることができる。これによって駆動スピンドルの表面上での変形
を減らして、シールが磁気トラックによって再び危うくされない。
に表面と境をなすようにプラスチック接合磁石が入れられる。
続される。更に本発明による変形例が、センサーに電気エネルギーを供給するエ
ネルギー蓄積装置を備え、それは少なくとも電気的補助エネルギーが低下すると
、センサーに電気的接続される。そのエネルギー蓄積装置は、コンデンサーまた
は蓄電池或いは個別にバッテリーとして、実用することができる。エネルギー蓄
積装置は、少なくとも遷移時間に関して、電気的補助エネルギーの低下が生じて
も、弁位置の位置測定を続けることを可能にする。これは増分測定原理によると
、センサーが瞬間的な物理的信号からだけでは、弁位置について判定を引き出す
ことはできない。エネルギー蓄積装置がもうセンサーに供給しなくなる前に、補
助エネルギーが回復すると、駆動機構が弁と共に、中断することなく作動したま
まにできる。ゆえにエネルギー蓄積装置は、電気的補助エネルギーの低下の時間
的スパンを完全に乗り越えること、または特性時間後またはエネルギー蓄積装置
のエネルギー供給に依存して、弁を安全位置に移動させることを可能にする。
るか、またはそれをマイクロプロセッサに組み込む。その論理回路は、電気的補
助エネルギーが低下すると、駆動スピンドルを安全位置にし回路が動力ユニット
に信号を発生させる。安全位置は、弁の制限位置、例えば“弁閉鎖”の位置であ
る。また論理回路がタイマーに接続され、特性時間が経過した後に、補助電圧が
低下すると、動力ユニットに信号を発生させる。同様に一変形例において、電気
的補助エネルギーが低下すると、論理回路は動力ユニットに信号を発生させて、
動力ユニットが駆動スピンドルを安全位置にさせ、次に電気的補助エネルギーが
回復すると、動力ユニットに信号を発生させて、動力ユニットが駆動スピンドル
を作業範囲全体にかけて移動させ、初期設定データを受容することができる。本
発明によると、論理回路は電気的補助エネルギーが低下すると、空気圧駆動力を
適所で保つ空気圧遮断リレーを運転させる。
なるトリガーが、本発明の追加変形例(図示せず)において、駆動スピンドルに
組み込まれ、前記トリガーは特性信号を駆動スピンドルの一つの位置で起こす。
これは制限案定位置が機械的に画定された停止を行う時に、特に意味を持ってい
る。トリガーは、例えば磁気トラックとは逆側に配置され得る。またそれを目的
に、ヨークがトリガーの位置を捕捉する別のセンサーを備える。上記論理回路を
利用して、電気的補助エネルギーが低下すると、駆動スピンドルを安全位置にす
る動力ユニットに信号を発生させ、電気的補助エネルギーが回復すると、動力ユ
ニットに関する信号を続いて発生させ、動力ユニットに駆動スピンドルを作業範
囲全体にわたって移動させ、初期設定データをピックアップし、両方とも機械制
限位置により、または上記のように追加のトリガーにより更なるセンサーで、基
準ポイントを画定することができる。全作業範囲にわたる駆動スピンドルの動作
が確実に行われると、距離センサー(path sensor)が補助エネルギーの低下後
に、正確な基準ポイントを表す。更に基の初期設定データと比較することによっ
て、判定が起こし得るエラーについて引き出すことができ、エラーメッセージを
確実に出力することができる。
に、特別簡単に結合させることができる。それは機械的な接続ではないので、調
整は必要ない。それは距離センサーが非接触形式で作業するからである。また増
分基本原理は、制限位置での機械的な平衡を必要としないので有利である。磁気
トラックは、作業領域内の解像力を低下させることはなく、組立中の公差を補償
するため作業領域よりも長く設計され得る。本発明による駆動機構を具備した位
置制御装置は、かなり自動化された形式で作動するように配置でき、エラーを防
止し、同時に時間及びコストの利点がある。
で開示された本発明による特徴は、本発明の種々の実施形態を実現するため不可
欠なものであり得る。
Claims (27)
- 【請求項1】 動力ユニット(12)と、弁(16)に固定接続するヨーク
(14、14a、14b)と、動力ユニット(12)の動作を弁(16)に伝達
する駆動スピンドル(18、18a、18b)と、弁の位置を捕捉するセンサー
ユニット(20、22、24)を備えた制御弁の駆動機構(10)において、 駆動スピンドル(18、18a)に組み込まれたセンサーユニットが、周期構造
をした磁気トラック(20)と、磁気トラック(20)の近くで駆動機構のヨー
ク(14、14a)に接続されたセンサー(22、22a、22b)とを備え、
更に少なくとも一つの永久磁石(24)を、磁気トラック(20)の領域及びセ
ンサー(22、22a、22b)の領域に備え、その磁力線が磁気トラック(2
0)及びセンサー(22、22a、22b)の両方を貫通し、また前記センサー
が磁力線の変化を捕捉するのに適していることを特徴とする駆動機構。 - 【請求項2】 駆動スピンドル(18、18a)は、磁気トラック(20)
を含むサブ領域にわたって、好ましくはその全体にわたって本質的に滑らかな表
面を備え、且つ/または本質的に外径が一定であることを特徴とする請求項1に
記載の駆動機構。 - 【請求項3】 駆動スピンドルが、永久磁石(24)を具備することを特徴
とする請求項1または2に記載の駆動機構。 - 【請求項4】 センサー22が、特に磁気トラック(20)からそれて、永
久磁石(24)に接続されるか、または永久磁石に組み込まれて具備されること
を特徴とする請求項1または2に記載の駆動機構。 - 【請求項5】 周期構造の磁気トラック(20)が、駆動スピンドル(18
、18a、18b)の移動方向に沿って延びることを特徴とする請求項1〜4の
いずれか一項に記載の駆動機構。 - 【請求項6】 磁気トラック(20)が、それ自体永続的な磁性物質であり
、周期構造が本質的に等間隔で配置された磁極(26)によって形成されること
を特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の駆動機構。 - 【請求項7】 駆動スピンドル(18)が、非磁性金属ロッドを備え、その
金属部分がサブ領域でテーパー状になっており、ロッドがサブ領域においてプラ
スチックにより押し出しコーティングされており、駆動スピンドル(18)の外
径が、少なくとも磁気トラック(20)にわたって、好ましくはその全体にわた
って、本質的に一定であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載
の駆動機構。 - 【請求項8】 駆動スピンドル(18)が、中空領域を備え、その中にプラ
スチックが入れられ、駆動スピンドル(18)の外径が、少なくとも磁気トラッ
ク(20)にわたって、好ましくはその全体にわたって、本質的に一定であるこ
とを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の駆動機構。 - 【請求項9】 プラスチックが、好ましくは押し出しコーティングの後、磁
化することができるフェライト充填材を含み、プラスチック接合磁極(26)の
形で、磁気トラック(20)を形成することを特徴とする請求項7に記載の駆動
機構。 - 【請求項10】 プラスチック(28)が非磁性物質であり、周期構造のソ
フト磁性体(32)の間の中空空間を充填して、磁気トラックを形成することを
特徴とする請求項7または8に記載の駆動機構。 - 【請求項11】 駆動スピンドルが好ましくは軸線方向のボアの形をした中
空領域を備え、その中にプラスチック接合磁石が磁気トラックを形成するため入
れられ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駆動機構。 - 【請求項12】 駆動スピンドルがその表面にノッチを有し、その中に表面
と境をなすようにプラスチック接合磁石を入れて、磁気トラックを形成すること
を特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の駆動機構。 - 【請求項13】 駆動スピンドルが、ソフト磁気ネジ付ロッドまたは歯付ロ
ッドの形をしており、磁気トラックがネジまたは個々の歯の構造によって、定め
られることを特徴とする請求項1〜6にいずれか一項に記載の駆動機構。 - 【請求項14】 駆動スピンドル(18)が、磁気トラック(20)を含む
少なくともサブ領域において、薄壁、非磁性管(30)によって囲まれることを
特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載の駆動機構。 - 【請求項15】 センサー(22)及び、磁気トラック(20)を支持する
駆動スピンドル(18a)の一部分が、本質的に閉鎖ハウジング内に配置される
ことを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載の駆動機構。 - 【請求項16】 駆動スピンドルは二つの部分から形成され、磁気トラック
(20)を備えた一方の駆動スピンドル(18a)が、膜(38)に接続され、
他方の駆動スピンドル(18b)が弁に接続されており、ヨークは二つの部分か
ら形成され、一方のヨーク(14a)が本質的に一方の駆動スピンドル(18a
)を収容し、センサー(20)を支持し、カーバーを利用して、磁気トラック(
20)及び磁気センサー(22)用の本質的な閉鎖ハウジングを提供することを
特徴とする請求項1〜15のいずれか一項に記載の駆動機構。 - 【請求項17】 センサーが電気的補助エネルギーを監視するユニットに接
続され、補助電気エネルギーが低下すると、センサーに接続されて、センサーに
電気エネルギーを供給するエネルギー蓄積装置を配置することを特徴とする請求
項1〜16のいずれか一項に記載の駆動機構。 - 【請求項18】 磁力線の変化を捕捉、分析するため、センサーがメモリー
及びマイクロプロセッサに接続されることを特徴とする請求項1〜17のいずれ
か一項に記載の駆動機構。 - 【請求項19】 センサーが論理回路に接続されるか、またはマイクロプロ
セッサに組み込まれ、電気的補助エネルギーが低下すると、動力ユニットに信号
を発生させ、前記信号により駆動スピンドルが安全位置に強制されることを特徴
とする請求項1〜18のいずれ一項に記載の駆動機構。 - 【請求項20】 論理回路がタイミングユニットに接続され、電気的補助エ
ネルギーが低下すると、特性時間が経過した後に、論理回路が動力ユニットに信
号を発生させ、前記信号が駆動スピンドルを安全位置にすることを特徴とする請
求項19に記載の駆動機構。 - 【請求項21】 論理回路は、電気的補助エネルギーが回復すると、全作業
範囲にわたって駆動スピンドルを移動させる動力ユニットに、信号を発生させる
ことを特徴とする請求項19または20に記載の駆動機構。 - 【請求項22】 駆動スピンドルが、駆動スピンドルの位置に関して、特性
信号を生じさせる磁気トラックとは異なるトリガーを具備することを特徴とする
請求項1〜21のいずれか一項に記載の駆動機構。 - 【請求項23】 ヨークが、トリガーの位置を捕捉する更なるセンサーを支
持することを特徴とする請求項22に記載の駆動機構。 - 【請求項24】 安全位置が機械的な制限位置または、トリガーによって特
徴づけられた位置であることを特徴とする請求項19〜23のいずれか一項に記
載の駆動機構。 - 【請求項25】 センサーが、組み込み回路に接続されそして/または、位
置制御装置の一部であることを特徴とする請求項1〜24のいずれか一項に記載
の駆動機構。 - 【請求項26】 センサー(22)が、少なくとも一つの磁気抵抗センサー
を備えることを特徴とする請求項1〜25のいずれか一項に記載の駆動機構。 - 【請求項27】 センサー(22)が、駆動スピンドル(18)の移動方向
に互いにオフセットする二つの磁気抵抗センサー(22a、22b)を備え、且
つ/またはホイートストンブリッジ回路の形で接続され、好ましくは様々なブリ
ッジ岐路で異なる方向を向いた複数の磁気抵抗領域(原文のまま)を備えること
を特徴とする請求項26に記載の駆動機構。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999139497 DE19939497C2 (de) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | Antrieb eines Stellventils mit Sensiereinheit zur Ventilpositionserfassung |
DE19939497.0 | 1999-08-20 | ||
PCT/DE2000/002446 WO2001014750A2 (de) | 1999-08-20 | 2000-07-25 | Antrieb eines stellventils mit sensiereinheit zur ventilpositionserfassung |
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---|---|
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JP2001518596A Pending JP2003507680A (ja) | 1999-08-20 | 2000-07-25 | 弁の位置を検知するセンサーユニットを備えた制御弁駆動機構 |
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EP (1) | EP1250534B1 (ja) |
JP (1) | JP2003507680A (ja) |
DE (2) | DE19939497C2 (ja) |
WO (1) | WO2001014750A2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017096756A (ja) * | 2015-11-24 | 2017-06-01 | Kyb株式会社 | ストローク検出装置 |
Families Citing this family (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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