JP2021531642A - 単一コイル装置および方法 - Google Patents

Abstract

提示されるのは、単一コイル装置および形成方法である。例示的装置は、ソレノイドアセンブリを含む。ソレノイドアセンブリは、長手方向軸に沿って延在するコア管を含む。ソレノイドアセンブリは、コア管の外側に位置する第１の磁石および第２の磁石であって、第１の磁石は第２の磁石から長手方向軸に沿って離間されている、第１の磁石および第２の磁石と、第１の磁石および第２の磁石の半径方向外側に配置された励磁コイルと、をさらに含む。

Description

本開示は、単一コイル装置および方法に関する。本開示は、より具体的には、単一コイルソレノイドアセンブリ装置および方法に関する。

電気機械的ソレノイドは、可動性の鋼または鉄アーマチュアの周囲に巻かれた電磁誘導コイルを含む。コイルは、アーマチュアが中心の内外へ動いてコイルのインダクタンスを変化させ、それによって電磁体になり得るような形状である。アーマチュアは、アクチュエータなどの何らかの機構に機械的な力を提供するために使用される。ソレノイドは、コントローラ回路によって直接制御され得、したがって、応答時間が非常に速い。

前述を鑑み、単一コイル装置および方法を提供することが、本開示の目的である。

本開示の第１の例示的実施形態は、装置を提供する。装置は、長手方向軸に沿って延在するコア管であって、第２の対向端部を有する第２の強磁性端部セクションから長手方向に離間された第１の対向端部を有する第１の強磁性端部セクションと、第１の対向端部に隣接する第１の非強磁性セクションおよび第２の対向端部に隣接する第２の非磁性セクションと、第１の非強磁性セクションと第２の非強磁性セクションとの長手方向中間にある第１の強磁性スペーサと、を有するコア管を含む。装置は、コア管の外側に位置する第１の磁石および第２の磁石であって、第１の磁石は第２の磁石から長手方向軸に沿って離間され、第２の強磁性スペーサは、第１の磁石と第２の磁石との長手方向中間にあり、第１の非強磁性セクションは、第１の磁石の半径方向内側にあり、第２の非強磁性セクションは、第２の磁石の半径方向内側にあり、第１の強磁性スペーサは、第２の強磁性スペーサの半径方向内側にあり、励磁コイルが、第１の磁石および第２の磁石の半径方向外側に配置されている、第１の磁石および第２の磁石をさらに含む。

本開示の第２の例示的実施形態は、形成方法を提供する。方法は、長手方向軸に沿って延在するコア管を提供することであって、コア管は、第２の対向端部を有する第２の強磁性端部セクションから長手方向に離間された第１の対向端部を有する第１の強磁性端部セクションと、第１の対向端部に隣接する第１の非強磁性セクションおよび第２の対向端部に隣接する第２の非強磁性セクションと、第１の非強磁性セクションと第２の非強磁性セクションとの長手方向中間にある第１の強磁性スペーサとを有する、提供することを含む。方法は、コア管の外側に位置する第１の磁石および第２の磁石を提供することであって、第１の磁石は第２の磁石から長手方向軸に沿って離間され、第２の強磁性スペーサは、第１の磁石と第２の磁石との長手方向中間にあり、第１の非強磁性セクションは、第１の磁石の半径方向内側にあり、第２の非強磁性セクションは、第２の磁石の半径方向内側にあり、第１の強磁性スペーサは、第２の強磁性スペーサの半径方向内側にある、提供することをさらに含む。方法は、第１の磁石および第２の磁石の半径方向外側に配置された励磁コイルを提供することをさらに含む。

以下は、本開示の実施形態を説明するが、本開示は、記載される実施形態に限定されず、本発明のさまざまな変更が、基本原理から逸脱することなく可能であることを理解されたい。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。

本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイスの断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイスの一部分の拡大断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイスのストローク曲線を示すグラフを表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイスの別のストローク曲線を示すグラフを表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイスの代替実施形態の断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適な、プッシュ方向におけるデバイスの代替実施形態の断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適な、ギャップを有するデバイスの別のストローク曲線を示すグラフを表す。 本開示の例示的実施形態を実行するための方法および装置に従う論理フロー図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適な、プッシュ方向における逆極性を有するデバイスのストローク曲線を示すグラフを表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適な、プル方向における逆極性を有するデバイスの別のストローク曲線を示すグラフを表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適な例示的可撓性ベアリングを表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイスの別の代替実施形態の例示的断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイスのさらに別の代替実施形態の例示的断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイスのさらなる代替実施形態の例示的断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイスのさらに別の代替実施形態の例示的断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイスの別の代替実施形態の例示的断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適な逆向き内腔を有する例示的デバイスの例示的断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適な例示的デバイスの例示的断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適な例示的デバイスの例示的拡大断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適な、スペーサを有する例示的デバイスの例示的断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適な、磁束線を伴う例示的デバイスの例示的断面図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適な例示的円筒形磁石の斜視図を表す。 本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適な例示的磁石の斜視図を表す。

現在のソレノイド設計品は、限られたストローク範囲能力を有する。加えて、現在のソレノイド設計品は、多くの異なる構成要素から構成される。これにより、ソレノイド製品を製造することが困難になり、または単純に、よりコストがかかる可能性がある。さらに、現在のソレノイド設計品は、その短いストローク能力のために、ソレノイドが相互作用または嵌合するすべてのバルブを調整する必要があるので、それらの用途が限定される。また、ソレノイドを駆動するアクチュエータは、短い動作ストローク範囲のために、ストロークを調整する必要があり、製品の大量生産を面倒にしている。最後に、現在のソレノイド設計品の構成には、大きなコア直径が必要であり、コア空洞内で非常に低い圧力を有する設計品に制限される。本開示の実施形態は、現在のソレノイド設計品を用いて、これらの問題を是正することを目的とする。

本開示の実施形態は、中心から＋／−２．５ｍｍのストローク長を有するプッシュプル単一コイルソレノイドを提供する。実施形態は、以下に記載されるように構築されるとして、中心から＋／−２．５ｍｍよりも大きいまたは小さいストローク長を有する単一コイルソレノイドを含むことを理解されたい。プッシュプルという用語は、ソレノイドのコア管の長手方向軸を通る２つの反対方向におけるアーマチュアの動きを指すことを理解されたい。実施形態は、コア管の半径方向外側に位置する磁石を有する単一コイルを有するソレノイドを提供し、それにより、より高い内部コア流体圧力を可能にする。実施形態は、磁石が、コア管の半径方向外側に取り付け、結合、または固定されるので、より高い内部コア流体圧力を可能にする。したがって、この構成は、コア管の直径をより小さくすることを可能にし、より高い内部流体圧力を可能にする。実施形態は、コア管を囲む非磁性セクション、中断部またはスペーサを有するコア管をさらに提供する。この構成の実施形態は、コイルを流れる電流によって生成される磁束が、アーマチュアを通してコア管壁内に進んで、ソレノイドのストローク範囲全体にわたって比例的同種力を提供することを可能にする。

本開示の実施形態は、固定磁石と、単一の固定励磁コイルと、固定磁石および固定励磁コイルに対してソレノイドの長手方向軸を通して可動である鉄アーマチュアとを有するソレノイドを提供する。実施形態は、アーマチュアの動きの方向が、単一励磁コイルに印加された電気信号の極性と、単一励磁コイルの巻線の方向（例えば、時計回りまたは反時計回り）と、組み立てられたときの磁石の極性の配向（例えば、Ｎ−Ｓ〜Ｓ−Ｎ、またはＳ−Ｎ〜Ｎ−Ｓ）とによって決定されることを提供する。

ソレノイドのコア管の実施形態は、加圧流体に耐えることができるコア管空洞を形成するように動作可能であるように、ろう付け、溶接などによって一緒に接着される鉄材料および非鉄材料のマルチピース設計を利用する。実施形態は、内部流体圧力を内包するために磁気シャントとともに利用することができる磁石の半径方向内側にギャップを有する単一の鉄材料で作製されたコア構造を含む。

実施形態は、アーマチュアが、コア内壁とアーマチュアとの間の低摩擦ベアリング材料上をそれに沿って可動であることを提供する。実施形態は、アーマチュアが、停止端部上に位置するベアリングまたは可撓性ベアリングを有するコア管の半径方向中心に維持されたロッド上に懸吊されていることを含む。（蛇行ばねとも称される）可撓性ベアリングは、コイルが給電されていないときに、ばねがアーマチュアをゼロ位置にセンタリングまたは促すことを助ける。代替実施形態では、ソレノイドは、いかなるベアリングも含まなくてもよいが、摩擦コアライナはアーマチュアとコア管の内壁との間に位置することを含む。さらに別の実施形態では、ベアリングまたは低摩擦コーティングを、コア管の内壁に接触するアーマチュアの部分に適用することができる。

ソレノイドの実施形態は、コア管の半径方向外側に配置された２つの円筒形磁石を含む。長手方向軸に沿った２つの円筒形磁石の間には、ギャップによって分離された２つの鉄金属スペーサがある。実施形態は、磁石およびスペーサ（単数または複数）が、コア管から半径方向外側で、かつ励磁コイルから半径方向内側に固定されることを含む。磁石の実施形態は、均一な円筒形磁石、または組み合わせると円筒を形成するセグメント化磁石を含む。一実施形態では、組み合わされたときのセグメント化磁石は、完全な円筒を形成する。別の実施形態では、組み合わされたときのセグメント化磁石は、完全な円筒を形成しない。むしろ、この実施形態では、実際のセグメント化磁石は、コア管の周りに均等に離間される。セグメント磁石の数は、ソレノイドによって生成される所望の力に依存する。したがって、磁石セグメント間の離間は、コア管の外周に対する、利用されるセグメントの数およびそれらのサイズに依存する。

本開示の実施形態は、励磁コイルをソレノイドの一端に向かって中心からずらすことによって、ソレノイドによって生成される力を、一方の方向において、他方の方向とは対照的に増大させることを可能にする。実施形態は、励磁コイルおよび強磁束経路コイルアセンブリが、コア管アセンブリを取り囲んで、保持ナットまたは同様のデバイスによって所定の位置に保持されることを可能にする。したがって、実施形態は、コア管から流体を漏出させる可能性のあるコア管の分解を必要とせずに、コイルが故障した場合にコイルを取り外すことを可能する。

図１を参照すると、示されているのは、本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイス１００の断面図である。概して、ソレノイドアセンブリの構成においてなど、デバイス１００は、コア管１０５、固定磁石アセンブリ、単一の固定励磁コイルアセンブリ、および強磁性アーマチュアアセンブリを含む。強磁性アーマチュアアセンブリは、コア管内に摺動可能に受容され、コア管は、固定磁石アセンブリ内に受容され、次いで、磁石アセンブリが、コイルアセンブリ内に摺動可能に受容される。強磁性という用語は、鉄材料を含み、磁化に高感受性を有する材料を含み、その強度は、印加された磁界の強度に依存し、印加された磁界の除去後も持続し得る。実施形態は、本明細書に記載の任意の強磁性材料は、鉄ベースの鋼材、鉄、および鋳鉄からなる任意の材料で置き換えられることを含むことを理解されたい。これは、鉄によって表される種類の磁性であり、隣接する原子の平行磁気整列と関連付けられる。

図１に示されているのは、長手方向軸に沿って延在する中空コア１１２を画定するコア管１０５を有するデバイス１００である。コア管１０５は、対向端部１３１を有する第１の強磁性端部セクションまたはピース１３０と、対向端部１３３を有する第２の強磁性端部セクションまたはピース１３２とを含み、対向端部は、長手方向軸に沿って長手方向に離間されている。コア管１０５はまた、対向端部１３３に隣接する第１のスペーサ１２４などの第１の非強磁性セクションと、対向端部１３１に隣接して接触するスペーサ１２６などの第２の非強磁性セクションとを含む。コア管１０５は、非強磁性スペーサ１２４と非強磁性スペーサ１２６との長手方向中間にある中央強磁性スペーサ１２２を含む。コア管１０５は、ろう付け、溶接、接着などによって一緒に固定、結合、または接続される強磁性および非強磁性材料のマルチピース設計品で構成することができる。

一構成では、第１および第２の強磁性端部ピース１３０、１３２の各々は、それぞれ第１および第２の非強磁性セクション１２６、１２４の対応する軸方向肩部１３９、１４１と嵌合するそれぞれの軸方向延在突起または肩部１３８、１４０を含み、肩部１３８、１４０は、肩部１３９、１４１の半径方向内側にあり、コア管１０５の内側表面の一部分を形成する。これに関して、強磁性端部ピース１３０は、非強磁性セクション１２６の一部分の半径方向下側にあり、強磁性端部ピース１３２は、非強磁性セクション１２４の一部分の半径方向下側にある。

したがって、第１および第２の非強磁性セクション、スペーサ１２６、１２４は、内側長手方向寸法および外側長手方向寸法を有し、外側長手方向寸法は、内側長手方向寸法よりも大きい。

アーマチュアアセンブリは、巻線コイル１０６によって生成される磁束に応答して、中空コア１１２内でデバイス１００の長手方向軸に沿って動くように動作可能である。アーマチュアアセンブリは、プッシュ−プルロッド１１８およびアーマチュア１０８を含む。アーマチュア１０８を担持するプッシュ−プルロッド１１８は、中空コア１１２の少なくとも一部分内に配置される。プッシュ−プルロッド１１８は、中空コア１１２内で長手方向軸に沿って可動である。

アーマチュア１０８は、プッシュ−プルロッド１１８上に配置され、プッシュ−プルロッド１１８の隣接部分よりも大きい外径を規定する。

第１のベアリング１１４は、プッシュ−プルロッド１１８と第１の強磁性端部ピース１３０との間に位置することができ、第２のベアリング１１６は、プッシュ−プルロッド１１８と第２の強磁性端部ピース１３２との間に位置することができ、（空洞とも称される）中空コア１１２が、それによって部分的に画定される。一構成では、第１および第２のベアリング１１４、１１６は、プッシュ−プルロッド１１８を支持する。ソレノイドアセンブリは、第１および第２のベアリング１１４、１１６を伴って示されているが、プッシュ−プルロッド１１８（およびアーマチュア）とコア管１０５との間の相対運動を可能にするために、代替機構を採用することができることが理解される。ベアリング１１６、１１４は、強磁性材料または非磁性材料で作製することができることが理解される。

代替構造では、低摩擦コアライナ１２０はコア管１０５の内側表面上に配置することができることが企図される。したがって、コアライナとアーマチュアの外径（表面）とは、アーマチュアとコア管１０５との間に滑り界面を提供することができる。低摩擦コアライナ１２０は、セラミックなどのさまざまな材料、ならびにフェノール、アセタール、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、およびナイロンなどの高分子材料とすることができる。

さらなる構成では、低摩擦コーティングが、アーマチュア１０８の外側表面、またはコア管１０５の内側表面、またはその両方に適用されて、２つの構成要素の間にベアリング面を提供することができる。

図１に描かれたように、コイルアセンブリが給電されていないとき、プッシュ−プルロッド１１８は、永久磁石１０２、１０４から半径方向内側で、かつ永久磁石１０２、１０４から等しく離間された、ゼロまたはニュートラルまたは中心位置にある。プッシュ−プルロッド１１８は、（例えば、スプリングセンタスプールバルブを有する）ハードストップまたは第１および第２の強磁性端部セクション１３０、１３２に対して圧縮される圧縮ばね（例えば、蛇行ばね１０３）からの機械的位置決めまたは力によって、ゼロ、ニュートラル、または中心位置にセンタリングされる。アーマチュア１０８を有するプッシュ−プルロッド１１８は、励磁コイルへの電気入力極性に応じて、長手方向軸に沿って左または右に動くように動作可能である。

第１のベアリング１１４および第２のベアリング１１６の代わりに、またはそれと併せて、ブッシュまたは蛇行ばねを使用することができ、その場合、ばねは、プッシュ−プルロッドに、ロッドをゼロまたはニュートラル位置にセンタリングしやすい付勢を与えることが企図される。

中空コア１１２は、油圧流体を含むがこれに限定されない液体または気体など、ある体積の流体を保持するように動作可能である。

磁石アセンブリは、コア管１０５の半径方向外側に位置する。磁石アセンブリは、概して円筒状の形状とされ、コア管１０５を摺動可能に受容し、かつ励磁コイルアセンブリ内に摺動可能に受容されるようにサイズ決定される。

磁石アセンブリは、円筒形とされた第１の永久磁石１０２と、第２の永久磁石１０４と、少なくとも１つの強磁性スペーサ１２８とを含み、強磁性スペーサは、第１の永久磁石と第２の永久磁石との軸方向中間にある。図２２を参照すると、示されているのは、例示的な円筒形永久磁石２２００（例えば、第１または第２の永久磁石１０２、１０４）である。図２２に描かれた実施形態では、永久磁石２２００は、永久磁石２２００がコア管１０５を囲むように動作可能であるような１つの単位ピースである。代替実施形態では、永久磁石２２００は、単一の単位ピースでなくてもよく、（図２３に示すような）組み合わせたときにコア管１０５の外側表面全体を囲む複数のピース２３０２を備えることができることを理解されたい。図２３は、各ピース２３０２間に空間を描いているが、実際には、各ピース２３０２は、隣接するピースと接触して、ピース２３０２間に空間がないようにコア管１０５の外側表面を囲むことを理解されたい。参照文字２３０４で示されたさらに別の実施形態では、永久磁石２２００は、組み合わせたときにコア管１０５の外側表面を完全には囲まない複数のピース２３０６を備える。この実施形態では、各ピース２３０６は、コア管１０５の外側表面の周りで互いに離間される。図２３は、４個のピース２３０６のみを示しているが、実施形態は、４個よりも多いまたは少ないピース２３０６を含むことを理解されたい。一実施形態では、ピース２３０６は、コア管１０５の外側表面の周りに均等に離間される。別の実施形態では、ピース２３０６は、コア管１０５の外側表面の周りに均等に離間されない。磁石アセンブリは、磁石１０２、１０４および強磁性スペーサをコア管１０５の外径の外側に位置するようにサイズ決定される。磁石アセンブリの構成要素は、コア管１０５の周りの動作可能位置に一緒に接続もしくは接着させるか、または組み立ておよび保持させることができる。少なくとも１つの強磁性スペーサ１２８は、図１に示すように、磁石１０２、１０４に接触し、強磁性スペーサ１２２の上にほぼセンタリングされて位置する。強磁性スペーサ１２２の実施形態は、強磁性スペーサ１２２の長手方向軸に沿って中間にある非鉄セクションを含む。この実施形態では、（図１２に示された）強磁性スペーサ１２２は、強磁性スペーサ１２０８および強磁性スペーサ１２１０を含む。強磁性スペーサ１２０８と強磁性スペーサ１２１０との長手方向中間にあるのは、非鉄スペーサ１２１２である。非鉄スペーサ１２１２は、非鉄金属などの任意の非鉄材料から作製することができる。非鉄スペーサ１２１２は、強磁性スペーサ１２０８および強磁性スペーサ１２１０に接着または固着されて、強磁性スペーサ１２０８と、非鉄スペーサ１２１２と、強磁性スペーサ１２１０との間に封止された界面を作り出して、流体が封止された界面を通過するのを防止するように動作可能である。

図１に示したように、磁石１０２、１０４は、磁石の同種の極が互いに最も近い、または対向するように、長手方向軸に沿って配向される。図１を参照すると、各磁石１０２、１０４のＳ極が、互いに対向している。代替実施形態は、各磁石１０２、１０４のＮ極が互いに対向することを含む。磁石１０２、１０４は、少なくとも１つの強磁性スペーサ１２８によって、長手方向軸に沿って互いに長手方向離間されている。これに関して、磁石１０２、１０４は、同種の磁極が互いに対向し、少なくとも１つの強磁性スペーサ１２８によって分離されるように配置される。換言すると、少なくとも１つの強磁性スペーサ１２８は、磁石１０２と磁石１０４との長手方向中間にある。図１に示したように、少なくとも１つの強磁性スペーサ１２８は、強磁性スペーサ１２２と同じまたは共通の長手方向位置に位置し、かつ同じ概算長手方向寸法を有する。実施形態は、長手方向で磁石１０２、１０４の間に位置する２つ以上の強磁性スペーサ１２８を含む。実施形態は、強磁性スペーサ１２８が、強磁性スペーサ１２８間にギャップを含むことをさらに含む。例えば、図１２に示すように、強磁性スペーサ１２８は、各々が長手方向軸に沿ってギャップ１２０６だけ互いに離間された強磁性スペーサ１２０２および１２０４を含む。実施形態は、ギャップ１２０６が、真空を有すること、空気、非磁性気体材料、または非磁性材料で作製されることを含む。これに関して、互いに対向する強磁性スペーサ１２８の内側対向側面は、真空、空気、または他の非磁性気体材料と接触しているであろう。この実施形態では、強磁性スペーサ１２０２および１２０４の互いに対する位置は、ギャップ１２０６のサイズまたは容積が一定のままであるように、ばね１２１４によって維持される。ばね１２１４は、互いに対向する強磁性スペーサ１２０２、１２０４の面に接触しており、強磁性スペーサ１２０２、１２０４を互いに遠ざけて、ギャップ１２０６を維持する。ばね１２１４の実施形態は、波形ばね、Ｏリング、または任意の他の非磁性ばねを含む。別の実施形態では、ギャップ１２０６は、金属などの非鉄材料で置き換えることができる。この実施形態では、互いに対向する強磁性スペーサ１２８の内側対向側面は、非鉄金属などの非鉄材料と接触しているであろう。

磁石１０２、１０４およびスペーサ１２８は、接着または機械的保持によって動作可能に保持することができることが企図される。例えば、一構成では、磁石１０２、１０４は、接合剤の使用によって所定の位置に維持することができる。一実施形態では、結合剤は、エポキシである。接着剤の実施形態は、動作中、コア管１０５に対する磁石１０２、１０４の位置を維持するように動作可能な任意のタイプの接着剤を含む。あるいは、以下に説明するように、磁石１０２、１０４は、図２に示したようなばねによるなど、付勢機構によって動作可能に保持することができる。

強磁性スペーサ１２８の実施形態は、強磁性材料で作製される。強磁性材料のいくつかの非限定的な実施形態としては、合金低炭素鋼およびフェライト系ステンレス鋼が挙げられる。

コア管１０５に関して、磁石１０２、１０４は、図１に示すように中空コア１１２の内側表面から半径方向外側に、２つの非強磁性スペーサ１２４、１２６によってそれぞれ離間される。強磁性スペーサ１２２は、磁石１０２、１０４の半径方向内側で、かつ磁石１０２、１０４の長手方向中間に、中空コア１１２の内側表面に沿って位置する。非強磁性スペーサ１２４は、磁石１０２の半径方向内側にそれに隣接して、コア管１０５の内側表面に沿って位置する。換言すると、非強磁性スペーサ１２４および磁石１０２の一部分は、デバイス１００の長手方向軸に沿って共通位置を占める。非強磁性スペーサ１２６は、磁石１０４の半径方向内側にそれに隣接して、コア管１０５の内側表面に沿って位置する。換言すると、非強磁性スペーサ１２６および磁石１０４の一部分は、デバイス１００の長手方向軸に沿って共通位置を占める。

それぞれの強磁性端部ピース１３０、１３２の肩部１３８、１４０は、中空コア１１２の内側表面に沿ってそれぞれの非強磁性セクション１２４、１２６内まで軸方向に延在し、したがって、強磁性端部ピース１３０、１３２の半径方向外側部分は、ほぼ磁石１０２、１０４の長手方向端部で長手方向に終端し、一方、肩部（突起部）１３８、１４０は、磁石１０２、１０４の側縁を超えて延在して、それぞれの磁石の長手方向寸法内で終端する。突起１３８、１４０は、長手方向に沿って、それぞれ磁石１０２、１０４の全長よりも遠くに延在しない。デバイス１００の実施形態は、アーマチュア１０８に作用する磁力を変化させるように意図される、アーマチュア１０８のストローク長の端部に位置する磁石を必要としない。

励磁コイルアセンブリは、ハウジングと、ハウジング内のフレームと、フレームの周りに配置された巻線コイル１０６とを含み、アセンブリは、磁石１０２、１０４から半径方向外側に配置され、したがって、磁石およびコア管１０５の周りに配置され、それらを包囲する。巻線コイル１０６は、コイルに電流を流して磁束を生成するように動作可能である。巻線コイル１０６のいくつかの非限定的な実施形態は、銅またはアルミニウム絶縁磁石ワイヤで作製することができる。実施形態はまた、巻線コイル１０６が、パルス幅変調信号によって電流を伝導するように動作可能であることを含む。アーマチュア１０８の動きの方向は、巻線コイル１０６に印加される電流の極性、巻線コイルの巻回の方向、および磁石１０２、１０４の極性の配向によって決定される。

アーマチュア１０８は、図１に描かれた、磁石１０２、１０４に対するほぼゼロ、中心、またはニュートラル位置を有する。アーマチュア１０８のゼロ、中心、またはニュートラル位置は、アーマチュアが磁石および少なくとも１つの強磁性スペーサ１２２に対して長手方向で対称的にセンタリングされて位置するときである。実施形態は、強磁性スペーサ１２２が２つ以上の強磁性スペーサを含むことを含む。アーマチュア１０８は、図１に示すような、ゼロ、中心、またはニュートラル位置から、デバイス１００の長手方向軸に沿って左または右から、コア管１０５の中空コア１１２を通して長手方向に動くように動作可能である。アーマチュア１０８が動く方向は、巻線コイル１０６を流れる電流の極性および磁石１０２、１０４の配向に依存する。

一実施形態では、ベアリング１１４、１１６は、（図１１に示された）蛇行ばね１０３で置き換えられる。蛇行ばね１０３の実施形態は、電流が巻線コイル１０６を流れていないときに、アーマチュア１０８を、磁石１０２、１０４および強磁性スペーサ１２２に対するゼロ、中心、またはニュートラル位置へセンタリングする助けとなるよう動作可能である。したがって、蛇行ばね１０３は、アーマチュア１０８を有するロッド１１８をそのゼロ、中心、またはニュートラル位置に物理的に促し、動かすことによって、アーマチュア１０８をセンタリングする助けとなるように動作可能である。

図２を参照すると、示されているのは、本開示の例示的実施形態を実行するのに好適なデバイス１００の代替実施形態である。図２に示されているのは、巻線コイル２０６を有する固定励磁コイルアセンブリと、磁石２０２、２０４、強磁性スペーサ２２８を有する固定磁石アセンブリと、コア管２０５と、強磁性アーマチュアアセンブリとを有するソレノイドの構成のデバイス２００である。

コア管２０５は、非強磁性スペーサ２２４、２２６の長手方向中間にある強磁性スペース２２２を含み、そして、非強磁性スペーサ２２４、２２６は、それぞれ第１および第２の強磁性端部ピース２２３、２２５によって境界が定められている。

この実施形態の固定磁石アセンブリでは、強磁性スペーサ２２８が、磁石２０２、２０４の長手方向中間にあり、そして、磁石２０２、２０４は、強磁性端部ピース２３６、２３８によって長手方向の境界がそれぞれ定められている。

この構成では、第１および第２の強磁性端部ピース２２３、２２５の各々は、それぞれの第１および第２の非強磁性セクション２２４、２２６の対応する軸方向肩部３３９、３４１と嵌合する、それぞれの軸方向延在突起または肩部３３８、３４０を含み、肩部３３８、３４０は、肩部３３９、３４１の半径方向内側にあり、コア管２０５の内側表面の一部分を形成する。これに関して、強磁性端部ピース２２３は、非強磁性セクション２２４の一部分の半径方向下側にあり、強磁性端部ピース２２５は、非強磁性セクション２２６の一部分の半径方向下側にある。半径方向外側の磁石に対する肩部の長手方向寸法は、磁石の軸方向寸法の約２０％〜８０％である。

したがって、第１および第２の非強磁性セクション、スペーサ２２４、２２６は、内側長手方向寸法および外側長手方向寸法を有し、外側長手方向寸法は、内側長手方向寸法よりも大きい。

強磁性スペーサ２２８と、ひいては強磁性端部ピース２３６、２３８によって長手方向の境界が定められている境界画定磁石２０２、２０４との軸方向保持は、ばね２３４などの付勢機構によって達成することができる。ばね２３４は、コイルアセンブリの一部分と強磁性端部ピース２３６および／または２３８の１つとの間に位置し、ばねが磁石２０２、２０４、強磁性スペーサ２２８、および強磁性端部２３６に力を促し、維持するように動作可能である。一実施形態では、ばね２３４は、ベルビルばねである。

この実施形態では、巻線コイルアセンブリ、磁石２０２、２０４、強磁性スペーサ２２８、および強磁性端部２３０、２３６は、強磁性スペーサ２２２、および非強磁性スペーサ２２４、２２６を含むコア管２０５にわたって長手方向軸に沿って摺動可能に動くよう動作可能であり、（例えば、巻線コイル２０６の故障の場合に）コイルアセンブリは、コア管２０５を分解する必要なく取り外すことができる。したがって、この実施形態は、中空コア２１２から流体が漏れるリスクなしに、巻線コイル２０６および／または磁石２０２、２０４の交換を可能にする。

これに関して、コア管２０５は、封止された表面である内側表面を画定する。実施形態は、コア管２０５が、そこを通る流体の通過を実質的に防止する流体密封表面である内側表面を画定することをさらに含む。加えて、磁石２０２、２０４は、それらがコア管２０５の一体性を損なうことなく交換することができるように取り外し可能である。磁石２０２、２０４は、コア管２０５のＯ．Ｄ．に対してぴったり合った磁石の滑り嵌めＩ．Ｄ．で取り付けられる。実施形態は、（非強磁性セクションまたはスペーサ、および中間強磁性スペーサを含む）コア管２０５が、エンドナットまたは同様の機械的保持デバイスによって所定の位置に保持されることを含む。したがって、（非鉄スペーサ２２４、２２６、および鉄スペーサ２２２を含む）コア管２０５は手つかずのままであるので、流体が中空コア２１２から漏出することなく、巻線コイル２０６を取り外すことができる。この実施形態では、磁石２０２、２０４鉄スペーサ２２８、２３６およびばね２３４は、コア管２０５を摺動可能に受容するように動作可能であり、巻線コイル２０６を含む巻線コイルアセンブリは、磁石２０２、２０４鉄スペーサ２２８、２３６およびばね２３４を摺動可能に受容するように動作可能である。

デバイス２００およびデバイス１００の実施形態は、コア管１０５、２０５が０〜３０，０００ＰＳＩＡの高い内部流体圧力を維持するように動作可能であることを提供する。しかしながら、実施形態は、３０，０００ＰＳＩＡよりも大きいコア管１０５内部流体圧力を含むことを理解されたい。実施形態は、コア管１０５が０．２５〜１．２５０インチの範囲の直径を有することを提供する。しかしながら、実施形態は、０．２５インチよりも小さい、または１．２５０インチよりも大きい直径を有するコア管１０５を含むことを理解されたい。実施形態は、コア管１０５が、磁石１０２、１０４（または２０２、２０４）の配置の故に本コアよりも概して小さい内径を有し、それにより、中空コア１１２内により高い作動圧力を維持するように動作可能である、より薄いコア管１０５の壁を可能にすることを提供する。磁石１０２、１０４（および２０２、２０４）の実施形態は、各々が単一の磁石で構成されることを含み、互いに積み重ねられる複数の磁石から形成され得る。

したがって、磁石は、非強磁性セクションと長手方向で整列され、非強磁性セクションの外側表面の長手方向寸法と一致する。コア管の非強磁性セクションの長手方向中間にあるコア管の強磁性スペーサは、そのスペーサが第１および第２の磁石の長手方向中間にある磁石アセンブリの強磁性スペーサと長手方向で整列される。したがって、コア管は、それらの間の強磁性スペーサの境界を定め、次いで、強磁性端部ピースによって長手方向の境界が定められる、２つの非強磁性セクションを含み、構成要素は一緒に融合されて、圧力容器を形成する。図１〜図２に記載の実施形態は、別個の非強磁性セクションおよび強磁性スペーサを有するコア管を含むが、実施形態は、コア管が、均質な強磁性部分によって分離される非強磁性部分を有する単一の均質管であることを含むことを理解されたい。これに関して、実施形態は、コア管が、単一の均質コアであることと、各非強磁性セクションおよび強磁性スペーサが非均質な別個の要素であるコア管であることとの両方を含む。

デバイス１００およびデバイス２００の実施形態は、電流が巻線コイル１０６を流れるときに磁界または磁束が生成されるように動作可能である。磁束は、アーマチュア１０８が（ロッド１１８とともに）中空コア１１２の長手方向軸を通して動くように促すか、またはそれを引き起こす。アーマチュア１０８が動く距離は、ストローク長と称される。本開示の実施形態は、０．０１〜０．２５インチの増大されたストローク長を提供する。本開示の実施形態は、０．２５インチよりも大きい増大ストローク長を提供する。実施形態は、デバイス１００が、第１の極性を有する巻線コイル１０６を流れる電流に応答して、アーマチュア１０８がデバイス１００の長手方向軸に沿ってコア管１０５を通して１つの方向に動くようにするか、またはそれを促すように動作可能であることを提供する。実施形態は、デバイス１００が、第２の極性を有する巻線コイル１０６を流れる電流に応答して、アーマチュア１０８がデバイス１００の長手方向軸に沿ってコア管１０５を通して反対方向に動くようにするか、またはそれを促すように動作可能であることを提供する。この実施形態では、第１の極性は、第２の極性とは異なる。これに関して、デバイス１００の実施形態は、アーマチュア１０８を、コア管１０５の長手方向軸を通して両方（プッシュおよびプル）の方向に動かすように動作可能である。すなわち、ソレノイドアセンブリは、単一巻線コイルへの極性を逆転させることによって、双方向の動きを提供することができる。

図３を参照すると、示されているのは、本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイスのプル方向におけるストローク曲線を示すグラフである。図３に示されたグラフは、ｘ軸に沿ってストローク長をインチで、ｙ軸に沿って力をポンドで示す。グラフ上の各曲線は、特定の電流（すなわち、アンペア）が巻線コイル１０６を流れる間に、デバイス１００からの力が、プル方向の所与のストローク長にわたってどのように変化するかを示す。描かれたように、１００ミリアンペア、２００ミリアンペア、３００ミリアンペア、４００ミリアンペア、５００ミリアンペア、６００ミリアンペア、７００ミリアンペア、８００ミリアンペア、９００ミリアンペア、１０００ミリアンペア、および１１００ミリアンペアに対する力ストローク曲線が示されている。実施形態は、コア管１０５に対するアーマチュア１０８の特定の位置を、少なくとも２．５ｍｍのストローク長まで、巻線コイル１０６を通る電流の流れによって制御することができることを提供する。ストローク長とは、単一方向におけるコア管１０５に対するアーマチュア１０８の、デバイス１００の長手方向軸に沿って動く総距離を指す。図３に示された力ストローク曲線は、磁石のＳ極が互いに対向する磁石１０２、１０４を有するデバイス１００に関することを理解されたい。ばね２３４に関連付けられたばね定数は、ばね２３４のばね定数により、ばね２３４が、巻線コイルに印加されたミリアンペアに基づくアーマチュア１０８の運動力に対抗することを可能にする程度まで、ストローク長に影響を与える。

図４を参照すると、示されているのは、本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイスのプッシュ方向における別のストローク曲線を示すグラフである。図４に示されたグラフは、ｘ軸に沿ってストローク長をインチで、ｙ軸に沿って力をポンドで示す。グラフ上の各曲線は、特定の電流（すなわち、アンペア）が巻線コイル１０６を流れる間に、デバイス１００からの力が、プッシュ方向の所与のストローク長にわたってどのように変化するかを示す。描かれたように、１００ミリアンペア、２００ミリアンペア、３００ミリアンペア、４００ミリアンペア、５００ミリアンペア、６００ミリアンペア、７００ミリアンペア、８００ミリアンペア、９００ミリアンペア、１０００ミリアンペア、および１１００ミリアンペアに対する力ストローク曲線が示されている。実施形態は、コア管１０５に対するアーマチュア１０８の特定の位置を、少なくとも２．５ｍｍのストローク長まで、巻線コイル１０６を通る電流の流れによって制御することができることを提供する。図３に示された力ストローク曲線は、磁石のＳ極が互いに対向する磁石１０２、１０４を有するデバイス１００に関することを理解されたい。

図９を参照すると、示されているのは、本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適な逆極性を有するデバイスのプッシュ方向におけるストローク曲線を示すグラフである。図１０は、逆極性を有するデバイスのプル方向におけるストローク曲線を示すグラフである。逆極性とは、磁石のＮ極が互いに対向する磁石１０２、１０４を有するデバイス１００を指す。図９および図１０に示されたグラフは、ｘ軸に沿ってストローク長をインチで、ｙ軸に沿って力をポンドで示す。グラフ上の各曲線は、特定の電流（すなわち、アンペア）が巻線コイル１０６を流れる間に、デバイス１００からの力が、所与のストローク長にわたってどのように変化するかを示す。描かれたように、１００ミリアンペア、２００ミリアンペア、３００ミリアンペア、４００ミリアンペア、５００ミリアンペア、６００ミリアンペア、７００ミリアンペア、８００ミリアンペア、９００ミリアンペア、１０００ミリアンペア、および１１００ミリアンペアに対する力ストローク曲線が示されている。

図５を参照すると、本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なデバイスの代替実施形態の断面図が示されている。図５に示されているのは、磁石５０２、５０４、巻線コイル５０６、強磁性スペーサ５０８、５１０、非強磁性スペーサ５１２、５１４、強磁性端部５１６、５１８、およびアーマチュア５２０を有するデバイス５００である。この実施形態では、（線５２２によって示された）プル方向に沿ったアーマチュア５２０の動きに対する物理的停止部は存在しない。この実施形態は、鉄端部５１８が、プッシュ方向におけるアーマチュア５２０に対する物理的停止部を提供するので、アーマチュア５２０がプッシュ方向よりもプル方向においてより大きな移動範囲を有することを可能にするギャップ５２４を含む。実施形態は、ギャップ５２４により、プル方向に沿ったアーマチュア５２０の動きを、アーマチュア５２０のゼロ位置から０．１２５インチよりも大きくすることを可能にすることを提供する。実施形態は、ギャップ５２４により、プル方向に沿ったアーマチュア５２０の動きをより大きくすることを可能にすることを提供する。デバイス５００の実施形態は、巻線コイル５０６が、コア管５０５の長手方向軸を通してアーマチュア５２０を促す、または動かすように動作可能である磁束を生成する電流を流すように動作可能であることを提供する。巻線コイル５０６を流れる電流によって生成される磁束は、同心線５２６によって示される。ギャップ５２４のために、同心線５２６は、デバイス５００の中空コア５２８内まで延在しない。実施形態は、コア管５０５が、中空コア５２８を通るアーマチュア５２０の動きを可能にする流体（例えば、液体および／または気体）を維持するように動作可能であることを提供する。実施形態は、コア管５０５が、中空コア５２８を通るアーマチュア５２０の動きを可能にする気体媒体を維持するように動作可能であることを提供する。

図６を参照すると、示されているのは、本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に好適なプッシュ方向におけるデバイスの代替実施形態の断面図である。図６に示されているのは、磁石６０２、６０４、巻線コイル６０６、鉄スペーサ６０８、６１０、非鉄スペーサ６１２、６１４、鉄端部６１６、６１８、およびアーマチュア６２０を有するデバイス６００である。この実施形態はまた、鉄端部６１８がアーマチュア６２０に対する物理的停止部を提供するので、アーマチュア６２０が（線６２２によって示された）プッシュ方向よりも（図５に示された）プル方向においてより大きな移動範囲を有することを可能にするギャップ６２４を含む。デバイス６００の実施形態は、巻線コイル６０６が、コア管６０５の長手方向軸を通してアーマチュア６２０を促す、または動かすように動作可能である磁束を生成する電流を流すように動作可能であることを提供する。巻線コイル６０６を流れる電流によって生成される磁束は、同心線６２６によって示される。

力ストローク性能有限要素解析（ＦＥＡ）曲線の例示的グラフを示す図７をここで参照する。このグラフは、プル方向における磁気回路経路内に位置するベアリングのないデバイス５００の実施形態の性能を示す。換言すると、アーマチュア５２０のプル方向でのより大きな移動範囲を可能とするギャップ５２４が存在する。明らかなように、図７に示された力曲線性能は、アーマチュアのプル方向に位置するギャップのないデバイスについて図３に示されたものと比較的同じである。デバイス５００の実施形態は、プル方向に位置するベアリング（例えば、線形圧縮ばねまたは蛇行ばねなどの可撓性機械的センタリングデバイス）が、ベアリングが磁束経路内に入らないように、巻線コイル５０６からある距離に配置されることを提供する。

図８を参照すると、表されているのは、本開示の例示的実施形態を実行するための方法および装置に従う例示的論理フロー図である。ブロック８００は、長手方向軸に沿って延在するコア管を提供することであって、コア管は、第２の対向端部を有する第２の強磁性端部セクションから長手方向に離間された第１の対向端部を有する第１の強磁性端部セクションと、第１の対向端部に隣接する第１の非磁性セクションおよび第２の対向端部に隣接する第２の非磁性セクションと、第１の非磁性セクションと第２の非磁性セクションとの長手方向中間にある第１の鉄スペーサとを有する、提供することと、コア管の外側に位置する第１の磁石および第２の磁石を提供することであって、第１の磁石は、第２の磁石から長手方向軸に沿って離間され、第２の鉄スペーサは、第１の磁石と第２の磁石との長手方向中間にあり、第１の非磁性セクションは、第１の磁石の半径方向内側にあり、第２の非磁性セクションは、第２の磁石の半径方向内側にあり、第１の鉄スペーサは、第２の鉄スペーサの半径方向内側にある、提供することと、第１の磁石および第２の磁石の半径方向外側に配置された励磁コイルを提供することと、を表す。ブロック８０２は、第１の鉄スペーサが、第２の鉄スペーサとほぼ同じ長手方向位置に位置することに関する。

上記で詳述された非限定的な実施態様のいくつかもまた、図８にブロック８０２に続いて要約される。ブロック８０４は、第１の磁石および第２の磁石の近位極が同種であることを特定する。ブロック８０６は、第１の非磁性セクションが、コア管の第１の強磁性端部セクションの第１の対向端部に接触することを述べる。次いで、ブロック８０８は、第２の非磁性セクションが、コア管の第２の強磁性端部セクションの第２の対向端部に接触することに関する。次に、ブロック８１０は、第１の非磁性セクションが、コア管の第１の強磁性端部セクションの一部分が第１の非磁性セクションの一部分の半径方向下側にあるように、コア管の強磁性端部セクションの第１の対向端部に接触することに関する。次いで、ブロック８１２は、第２の非磁性セクションが、コア管の第２の強磁性端部セクションの一部分が第２の非磁性セクションの一部分の半径方向下側にあるように、コア管の第２の強磁性端部セクションの第２の対向端部に接触することを述べる。

図８の論理図は、コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラム命令の実行の結果である方法の動作を示すとみなされ得る。図８の論理図はまた、そのようなデバイスがソレノイド、または他のデバイス、またはその１つ以上の構成要素であるかどうかにかかわらず、デバイスが形成される具体的な様式とみなされ得る。

本開示の実施形態は、ソレノイドを通る磁束を生成してアーマチュアを動かす電流を伝導するように動作可能である単一の巻線コイル（または励磁コイル）を有するソレノイドを提供する。実施形態は、半径方向で、半径方向外側の巻線コイルと半径方向内側のコア管との間にある２つの磁石を有する、単一コイルソレノイドをさらに含む。実施形態は、２つの磁石が強磁性材料によって長手方向で互いに離間された、単一コイルソレノイドを含む。実施形態は、２つの磁石が２つの非強磁性材料から半径方向外側にある、単一コイルソレノイドを含む。本開示の実施形態は、ソレノイドコア管の一部分を形成する２つのベアリング間で、ソレノイドの長手方向軸に沿ってプッシュ方向およびプル方向の両方に動くように動作可能な強磁性アーマチュアを有する単一コイルソレノイドを含む。本開示の実施形態は、アーマチュアの１つの方向の動きは遮られ、アーマチュアの反対の方向の動きは遮られない、単一コイルソレノイドを提供する。実施形態は、ばねによってコア管に対して所定の位置に維持される２つの磁石を有し、２つの磁石はコア管から取り外し可能である、単一コイルソレノイドを含む。

本開示の実施形態は、プッシュ方向およびプル方向の動きを可能にする管状ソレノイドアセンブリを提示する。実施形態は、アーマチュアの中心位置に対して＋／−２．５ｍｍのアーマチュアの動きを提供する。本開示の実施形態は、その中心位置に対するアーマチュアの動きを＋／−２．５ｍｍよりも小さくまたは大きくすることができることを理解されたい。本開示の実施形態は、アーマチュアが存在するソレノイドのコア管内の高い内部流体圧力を提供する。実施形態は、０〜３０，０００ＰＳＩＡのコア管内部流体圧力を提供する。しかしながら、実施形態は、３０，０００ＰＳＩＡよりも大きいコア管内部流体圧力を提供する。実施形態は、磁束がアーマチュアを通過してコア壁内に入ることを可能にする非磁性中断部を備えて構成された磁性コア管を有し、アーマチュアの動きを遮ることなく、そのストローク範囲にわたって印加された電流変化により、比例的同種力出力性能を提供するデバイスを提供する。実施形態は、プッシュ−プルロッドによるアーマチュアの動きから生成された力の量が、ストローク長にわたって、巻線コイルに印加されたミリアンペアに基づいて比例的に変化する管状ソレノイドアセンブリを提供する。すなわち、コア管は、大部分は強磁性であるが、長手方向軸に沿って２つの非強磁性中断部を含み、非強磁性中断部は、磁束がアーマチュアを通過してコア管の壁内に入り、従来技術で用いられる固定停止ギャップを必要とすることなく、設計されたストローク範囲にわたって比例的同種力出力性能を提供することを可能にする。本管状ソレノイド設計品は、可動磁石アクチュエータの欠点なしに、可動磁石アクチュエータと同様の動きを提供する。

別の例示的デバイス１３００の断面図を示す図１３をここで参照する。図１３に示されているのは、強磁性スペーサ１３２２および非強磁性スペーサ１３２４、１３２６を含むコア管１３０５を有するデバイス１３００である。コア管１３０５の半径方向外側にあるのは、強磁性スペーサ１３２８によって分離された磁石１３０２、１３０４である。図１３に示された実施形態では、強磁性スペーサ１３２８は、ギャップ１３３０を含むが、実施形態は、強磁性スペーサ１３２８がギャップのない単一の固体材料で作製されることを含むことを理解されたい。磁石１３０２、１３０４の半径方向外側にあるのは、巻線コイル１３０６である。

図１３には、アーマチュア１３０８も示されている。アーマチュア１３０８は、その長手方向軸に沿ったアーマチュア１３０８の各半径方向端部が円錐形となるように成形された、半径方向内側に傾斜した側面１３５０、１３５２を含む。コア管１３０５は、傾斜側面１３５０、１３５２に対応するように半径方向内側傾斜肩部１３３８、１３４０を含む。傾斜肩部１３３８、１３４０は、中空コア１３１２内の非強磁性スペーサ１３２４、１３２６の半径方向下側に延在する。しかしながら、傾斜肩部１３３８、１３４０は、非強磁性スペーサ１３２４、１３２６の全長の下側に延在しない。これに関して、傾斜肩部１３３８、１３４０は、非強磁性スペーサ１３２４、１３２６の一部分の下側にのみ存在する。

別の例示的デバイス１４００の断面図を示す図１４を参照する。図１４に示されているのは、強磁性スペーサ１４２２および非強磁性スペーサ１４２４、１４２６を含むコア管１４０５を有するデバイス１４００である。コア管１４０５の半径方向外側にあるのは、強磁性スペーサ１４２８によって分離された磁石１４０２、１４０４である。図１４に示された実施形態では、強磁性スペーサ１４２８は、ギャップ１４３０を含むが、実施形態は、強磁性スペーサ１４２８がギャップ１４３０のない単一ピースであることを含むことを理解されたい。磁石１４０２、１４０４の半径方向外側にあるのは、巻線コイル１４０６である。中空コア１４１２を通して動くように動作可能なアーマチュア１４０８も示されている。アーマチュア１４０８は、アーマチュア１４０８の長端部に位置するくぼみ１４５０、１４５２を含む。コア管１４０５は、アーマチュア１４０８の両側に突出面１４３８、１４４０を含む。突出面１４３８、１４４０は、アーマチュア１４０８の長手方向軸端部上に位置するくぼみ１４５０、１４５２に対応して、突出面１４３８、１４４０はくぼみ１４５０、１４５２に嵌め込まれる。実施形態は、突出面１４３８、１４４０が円錐形であり、くぼみ１４５０、１４５２が、突出面１４３８、１４４０の形状に対応するような形状とされた内向き円錐形であることを含む。

図１５をここで参照すると、示されているのは、別の例示的デバイス１５００の断面図である。図１５に示されているのは、強磁性スペーサ１５２２および非強磁性スペーサ１５２４、１５２６を含むコア管１５０５を有するデバイス１５００である。コア管１５０５の半径方向外側にあるのは、強磁性スペーサ１５２８によって分離された磁石１５０２、１５０４である。図１５に示された実施形態では、強磁性スペーサ１５２８は、ギャップ１５３０を含む。実施形態は、強磁性スペーサ１５２８が、ギャップ１５３０のない単一ピースで作製されることを含むことを理解されたい。磁石１５０２、１５０４の半径方向外側にあるのは、巻線コイル１５０６である。

デバイス１５００はまた、中空コア１５１２を通して動くように動作可能なアーマチュア１５０８を含む。アーマチュア１５０８は、アーマチュア１５０８の長端部に位置する平坦縁部１５５０、１５５２を含む。コア管１５０５は、アーマチュア１５０８の両側に平坦端部１５３８、１５４０を含む。平坦端部１５３８、１５４０は、平坦縁部１５５０、１５５２に対応する表面形状を有する。実施形態は、平坦縁部１５５０、１５５２が、アーマチュア１５０８の半径方向表面から実質的に９０度であることを含む。この実施形態では、平坦端部１５３８、１５４０は、平坦端部１５３８、１５４０が平坦縁部１５５０、１５５２に実質的に平行であるように、平坦縁部１５５０、１５５２に対応するように配置される。この実施形態では、コア管１５０５は、一緒に溶接される多数の強磁性および非強磁性材料ピースを有するのではなく、むしろステンレス鋼の単一の単位ピース（例えば、クロム−ニッケル−アルミニウム、オーステナイト系ステンレス鋼１７−７ＰＨ）で作製される。この実施形態では、コア管１５０５は、コア管１５０５の部分のうちの一部分（例えば、スペーサ１５２４、１５２６）が非磁性になるようにアニーリングされる。換言すると、コア管１５０５の実施形態は、均一な一体ピース設計品を有し、次いで、磁石１５０２、１５０４から半径方向内側のコア管１５０５の部分をアニーリングして、それらのアニーリングされた領域が非強磁性または非磁性を示すようにすることを含む。

示されているのは、別の例示的デバイス１６００の断面図である図１６をここで参照する。図１６に示されているのは、非強磁性スペーサ１６２４を含むコア管１６０５を有するデバイス１６００である。コア管１６０５の半径方向外側にあるのは、強磁性スペーサ１６２８によって分離された磁石１６０２、１６０４である。図１６に示された実施形態では、強磁性スペーサ１６２８は、ギャップ１６３０を含む。実施形態は、強磁性スペーサ１６２８がギャップ１６３０のない単一ピースであることを含む。磁石１６０２、１６０４の半径方向外側にあるのは、巻線コイル１６０６である。図１６に示されたように、コア管１６０５は、コア管１６０５内にいかなる強磁性スペーサも含まないので、単一の非強磁性材料で作製される。したがって、磁石１６０２、１６０４は、非強磁性コア管１６０５から半径方向外側に位置する。同様に、ギャップ１６３０を有する強磁性スペーサ１６２８が、非強磁性コア管１６０５の半径方向外側に位置する。この実施形態では、コイル１６０６を流れる電流によって生成された磁束は、上述の実施形態ほど容易にコア管１６０５を通過せず、それにより、アーマチュア１６０８の動きによって生成される力が他の実施形態で見られるものよりも小さくなり得ることを理解されたい。

デバイス１６００はまた、中空コア１６１２を通して動くように動作可能なアーマチュア１６０８を含む。アーマチュア１６０８は、アーマチュア１５０８の半径方向縁部上に位置するステップ１６５０、１６５２を含み、ステップ１６５０、１６５２は、アーマチュア１６０８の半径方向縁部を囲む。コア管１６０５は、アーマチュア１５０８の両側に***部１６３８、１６４０を含む。***部１６３８、１６４０は、ステップ１６５０、１６５２に対応する形状を有し、したがって、***部１６３８、１６４０は、それぞれステップ１６５０、１６５２内に嵌め込まれるようにサイズ決定される。実施形態は、ステップ１６５０、１６５２がアーマチュア１６０８の長軸の一部分のみを通して延在するように、ステップ１６５０、１６５２が長軸に沿って延在することを含む（長軸は、アーマチュア１６０８が動くように動作可能であるのと同じ軸である）。これに関して、ステップ１６５０、１６５２は、アーマチュア１６０８の全長に延在しない。実施形態は、コア管１６０５の端部ピースがステップ１６５０、１６５２に対して実質的に９０度であるように、ステップ１６５０、１６５２がコア管１６０５の端部ピースに対して配置されることを含む。同様に、実施形態は、***部１６３８、１６４０が、アーマチュア１６０８の長軸縁部に対して実質的に９０度に配置されることを含む。

図１７を参照すると、示されているのは、別の例示的デバイス１７００の断面図である。図１７に示されているのは、単一の単位非強磁性材料で作製されたコア管１７０５を有するデバイス１７００である。コア管１７０５の半径方向外側にあるのは、強磁性スペーサ１７２８によって分離された磁石１７０２、１７０４である。強磁性スペーサ１７２８は、ギャップ１７３０を含む。ギャップ１７３０を有するとして示されるが、実施形態は、強磁性スペーサ１７２８が、ギャップ１７３０のない単一ピースであることを含む。磁石１７０２、１７０４の半径方向外側にあるのは、巻線コイル１７０６である。図１７にやはり示されているのは、デバイス１７００の長手方向軸を通して動くように動作可能なアーマチュア１７０８である。アーマチュア１７０８は、アーマチュア１７０８の長手方向端部に位置する内腔１７５０、１７５２を含む。内腔１７５０、１７５２は、半径方向縁部１７５４が長手方向軸に沿って内腔１７５０、１７５２よりもさらに延在するように、アーマチュア１７０８の半径方向縁部１７５４によって画定される。コア管１７０５は、アーマチュア１７０８に向かって長手方向内側に延在する延長部１７３８、１７４０を含む。延長部１７３８、１７４０は、コア管１７０５の半径方向内側表面から離間される。したがって、延長部１７３８、１７４０の半径方向縁部とコア管１７０５の半径方向内側表面とは、それぞれ空間１７６０、１７６２を画定する。空間１７６０、１７６２は、半径方向縁部１７５４を維持または収容するようにサイズ決定されている。同様に、内腔１７５０、１７５２は、延長部１７３８、１７４０を維持または収容するようにサイズ決定されている。

別の例示的デバイス１８００の断面図を示す図１８をここで参照する。図１８に示されているのは、励磁コイル１８０６と、アーマチュア１８０８と、強磁性スペーサ１８２２および非強磁性スペーサ１８２４、１８２６を含むコア管１８０５とを有するデバイス１８００である。コア管１８０５の半径方向外側にあるのは、強磁性スペーサ１８２８によって分離された磁石１８０２、１８０４である。アーマチュア１８０８は、励磁コイル１８０６を流れる電流に応答してプッシュ方向またはプル方向のいずれかに、コア管１８０５によって画定された空洞１８０３を通して動くように動作可能である。強磁性スペーサ１８２８は、ギャップ１８３０を含む。ギャップ１８３０を有するとして示されているが、実施形態は、強磁性スペーサ１８２８が、ギャップ１８３０のない単一ピースであることを含む。図１８に示された実施形態では、ギャップ１８３０は、スペーサ１８２８のほぼ中央部または真ん中に位置する。しかしながら、ギャップ１８３０は、スペーサ１８２８の中央部に隣接して位置することができることを理解されたい。磁石１８０２、１８０４の半径方向外側にあるのは、巻線コイル１８０６である。デバイス１８００はまた、デバイス１８００の（線１８０９によって示されたような）長手方向軸を通して動くように動作可能なアーマチュア１８０８を含む。

デバイス１８００の拡大断面図を示す図１９をここで参照する。図１８と同様に、図１９は、磁石１８０２、１８０４、強磁性コア管１８０５、強磁性スペーサ１８２２、ギャップ１８３０を有する強磁性スペーサ１８２８、および非強磁性スペーサ１８２４、１８２６を示す。コア管１８０５は、コア管１８０５の半径方向外側表面を囲む２つのチャネル１８１１、１８１３を含む。チャネル１８１１、１８１３は各々、少なくとも、スペーサ１８２２に向かって半径方向内側に（例えば、コア管１８０５の表面から５度〜６０度で）傾斜された第１の表面１８１５、１８１７と、スペーサ１８２８に向かって半径方向外側に傾斜された第２の表面１８１９、１８２１とを含む。各チャネル１８１１、１８１３は、それぞれスペーサ１８２４、１８２６を形成する非強磁性材料で構成される。換言すると、スペーサ１８２４、１８２６は、長手方向に沿って均一に同じ半径方向の厚さではない。むしろ、スペーサ１８２４、１８２６の半径方向の厚さは、長手方向に沿って変化する。図１９に示されているように、非強磁性スペーサ１８２４、１８２６は、長手方向軸に沿って磁石１８０２、１８０４と同じ長さを有さない。むしろ、実施形態は、スペーサ１８２４、１８２６が、スペーサ１８２２と接触している磁石１８０２、１８０４の部分と同延であるが、長手方向において磁石１８０２、１８０４の全長に延在しないことを含む。換言すると、スペーサ１８２４、１８２６は、終端する（すなわち、コア管１８０５の直径は同じ均一な直径に戻る）か、または長手方向において磁石１８０２、１８０４よりも短い長さを有する。これはまた、コア管１８０５が、磁石１８０２、１８０４の一部分の半径方向下側に延在することを意味する。実施形態は、コア管１８０５が、長手方向において磁石１８０２、１８０４の長さの２５％〜５０％、半径方向下側に延在することを含む。

図２０を参照すると、示されているのは、本開示の実施形態を実施するのに好適なデバイス２０００の別の実施形態の断面図である。図２０に示されているのは、磁石２００２、２００４、強磁性コア管２００５、強磁性スペーサ２０２２、アーマチュア２００８、ギャップ２０３０を有する強磁性スペーサ２０２８、およびチャネルギャップ２０２４、２０２６を有するデバイス２０００の断面図である。図２０に示されているように、スペーサ２０２２は、スペーサ２０２２の一部分が磁石２００２、２００４から半径方向内側にあるように、長手方向においてスペーサ２０２８とほぼ同じ長さである。図２０に示された実施形態において、チャネルギャップ２０２４、２０２６は、コア管２００５の半径方向外側表面（すなわち、シャントまたはチャネルによって作られる）と、磁石２００２、２００４の半径方向内側表面との間の空間によってそれぞれ画定されることを理解されたい。チャネルギャップ２０２４、２０２６は、傾斜表面２０３２、２０３４に沿って（例えば、コア管２００５の半径方向外側表面に対して５度〜６０度で）減少し、次いで傾斜表面２０３６、２０３８に沿って増大する、コア管２００５の外径によって作られる。チャネルギャップ２０２４、２０２６の実施形態は、コア管２００５の半径方向外側表面を囲むチャネルが形成されるように、磁石２００２、２００４から半径方向内側にあるコア管２００５の一部分を除去することによって形成することができる。厚さ（すなわち、コア管２００５の半径方向外側表面とチャネルギャップ２０２４、２０２６の半径方向外側表面との間の距離）は、コア管２００５の壁厚よりも小さいことを理解されたい。換言すると、チャネルギャップ２０２４、２０２６は、コア管２００５の内側と外側との間の通路を作らない。むしろ、コア管２００５の一部分は、磁石２００２、２００４から半径方向内側に留まる。図２０に示されているように、チャネルギャップ２０２４、２０２６は、長手方向において磁石２００２、２００４と同じ長さを有さない。したがって、コア管２００５の一部分は、磁石２００２、２００４から半径方向内側に延在する。実施形態は、チャネルギャップ２０２４、２０２６が、長手方向において磁石２００２、２００４に等しい長さを有し、したがって、チャネルギャップ２０２４は磁石２００２と同延であり、チャネルギャップ２０２６は磁石２００４と同延であることを含むことを理解されたい。図２０に示されているように、チャネルギャップ２０２４、２０２６は、スペーサ２０２８の半径方向内側に、それに隣接して位置するが、実施形態は、チャネルギャップ２０２４、２０２６が、長手方向においてスペーサ２０２８から離間して位置することを含む。この実施形態では、コア管２００５は、コア管２００５の構造的一体性と、コア管２００５がより高い内部コア圧力を維持する能力とを維持する助けとなる、強磁性材料または鋼材の単一ピースで作製される。

図２０に示したようなアーマチュア２００８は、コイル２００６に対して中心位置にある。アーマチュアは、鉄材料で作製され、コア管２００５の長手方向軸２００９を通して両方向に動くように動作可能である。アーマチュア２００８の動きは、端部２０４０、２０４２によって制限される。

図２１をここで参照すると、示されているのは、本開示の例示的実施形態を実施する際の使用に適したデバイスの代替実施形態の断面図である。図２１に示されているのは、磁石２１０２、２１０４、巻線コイル２１０６、強磁性スペーサ２１２２、強磁性スペーサ２１２８、ギャップ２１２４、２１２６、強磁性端部２１１６、２１１８、およびアーマチュア２１０８を有するデバイス２１００である。この実施形態では、強磁性スペーサ２１２８は、強磁性スペーサ２１２８の半径方向外側表面から強磁性スペーサ２１２８の半径方向内側表面まで延在するギャップ２１３０を含む。この実施形態では、ギャップ２１２４、２１２６は、長手方向２１０９において磁石２１０２、２１０４と同じ長さであることを理解されたい。しかしながら、実施形態は、ギャップ２１２４、２１２６が、長手方向において磁石２１０２、２１０４と同延ではないこと、または同じ長さを有さないことを含むことも理解されたい。デバイス２１００の実施形態は、巻線コイル２１０６が、コア管２１０５の長手方向軸２１０９を通してアーマチュア２１０８を促す、または動かすように動作可能である磁束を生成する電流を流すように動作可能であることを提供する。巻線コイル２１０６を流れる電流によって生成される磁束は、同心線２１２５によって示されている。図２１に示されているように、電流がコイル２１０６を流れると、磁束が生成され、磁石２１０２、２１０４、強磁性スペーサ２１２８、２１２２、コア管２１０５、アーマチュア２１０８、およびギャップ２１２４、２１２６の一部分を通過する。ギャップ２１２４、２１２６の一部分は、それを通過する磁束を有さないことに留意されたい。換言すると、同心線２１２５は、部分的にのみ、ギャップ２１２４、２１２６内まで延在する。

コイル２１０６は、磁石２１２４、２１２６、およびスペーサ２１２８の長手方向の中心に位置しないことを理解されたい。むしろ、コイル２１０６は、コイル２１０６が主に、磁石２１０６の半径方向外側で、かつスペーサ２１２８の右側に位置するように配置される。この実施形態では、電流がコイル２１０６を流れるとき、アーマチュア２１０８の動きによって生成される力は、コイル２１０６が配置されている方向においてより大きい。換言すると、図２１に描かれた実施形態は、右方向においてより大きな力を提供する。同様に、実施形態は、コイル２１０６が、主に磁石２１０４の半径方向外側に配置され、したがって、反対の左側において、より大きな力をアーマチュア２１０８の動きによって生成することができることを含む。

任意の１つの実施形態に関連して記載された任意の特徴は、任意の他の実施形態の１つ以上の特徴と一緒にまたは併せて使用され得ることを理解されたい。したがって、本開示の実施形態は、あらゆる点において、例示的であって、限定的ではないと見なされる。さらに、上述されなかった等価物および変更も、添付の特許請求の範囲に定義される本開示の範囲から逸脱することなく、採用され得る。

Claims (26)

1. ソレノイドアセンブリであって、
   （ａ）長手方向軸に沿って延在するコア管であって、第２の対向端部を有する第２の強磁性端部セクションから長手方向に離間された第１の対向端部を有する第１の強磁性端部セクションと、前記第１の対向端部に隣接する第１の非強磁性セクションおよび前記第２の対向端部に隣接する第２の非強磁性セクションと、前記第１の非強磁性セクションと前記第２の非強磁性セクションとの長手方向中間にある第１の強磁性スペーサと、を有する、コア管と、
   （ｂ）前記コア管の外側に位置する第１の磁石および第２の磁石であって、前記第１の磁石は、前記第２の磁石から長手方向軸に沿って離間され、第２の強磁性スペーサは、前記第１の磁石と前記第２の磁石との長手方向中間にあり、前記第１の非強磁性セクションは、前記第１の磁石の半径方向内側にあり、前記第２の非強磁性セクションは、前記第２の磁石の半径方向内側にあり、前記第１の強磁性スペーサは、前記第２の強磁性スペーサの半径方向内側にある、第１の磁石および第２の磁石と、
   （ｃ）前記第１の磁石および前記第２の磁石の半径方向外側に配置された励磁コイルと、を備える、ソレノイドアセンブリ。
2. 前記第１の強磁性スペーサは、前記第２の強磁性スペーサと同じ長手方向位置に位置する、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
3. 前記第１の磁石および前記第２の磁石の近位極は、同種である、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
4. 前記第１の非強磁性セクションは、前記コア管の前記第１の強磁性端部セクションの前記第１の対向端部に接触する、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
5. 前記第２の非強磁性セクションは、前記コア管の前記第２の強磁性端部セクションの前記第２の対向端部に接触する、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
6. 前記第１の非強磁性セクションは、前記コア管の前記第１の強磁性端部セクションの一部分が前記第１の非強磁性セクションの一部分の半径方向下側にあるように、前記コア管の前記強磁性端部セクションの前記第１の対向端部に接触する、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
7. 前記第２の非強磁性セクションは、前記コア管の前記第２の強磁性端部セクションの一部分が前記第２の非強磁性セクションの一部分の半径方向下側にあるように、前記コア管の前記第２の強磁性端部セクションの前記第２の対向端部に接触する、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
8. 前記コア管は、封止された内側表面を画定する、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
9. 前記コア管は、流体密封封止された内側表面を画定する、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
10. 前記第１の磁石および前記第２の磁石は、前記コア管を摺動可能に受容する、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
11. 前記励磁コイルは、前記第１および第２の磁石を摺動可能に受容する、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
12. 前記コア管内に摺動可能に配置された強磁性アーマチュアをさらに備える、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
13. 前記コア管内に摺動可能に配置された強磁性アーマチュアをさらに備え、前記アーマチュアは、プッシュ−プルロッドによって担持され、第１のベアリングは、前記プッシュ−プルロッドと前記第１の強磁性端部セクションとの間に位置し、かつ第２のベアリングは、前記プッシュ−プルロッドと前記第２の強磁性端部セクションとの間に位置して、動作空洞を画定し、前記動作空洞は、ある体積の流体を保持する、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
14. 前記ある体積の流体は、液体および気体のうちの一方である、請求項１３に記載のソレノイドアセンブリ。
15. 前記励磁コイルは、単一の励磁コイルからなり、前記単一の励磁コイルは、第１の極性を有する第１の磁界と、第２の極性を有する第２の磁界とを生成するように動作可能である、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
16. 前記第１の非強磁性セクションと、前記第１の磁石の一部分は、前記長手方向軸に沿った共通位置を占める、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
17. 前記第２の非強磁性セクションと、前記第２の磁石の一部分は、前記長手方向軸に沿った共通位置を占める、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
18. 前記コア管内に摺動可能に配置された強磁性アーマチュアをさらに備え、前記アーマチュアは、プッシュ／プルロッドによって担持され、第１のベアリングは、前記プッシュ／プルロッドと前記第１の強磁性端部セクションとの間に位置し、かつ第２のベアリングは、前記プッシュ／プルロッドと前記第２の強磁性端部セクションとの間に位置して、動作空洞を画定し、前記動作空洞は、ある体積の気体媒体を保持する、請求項１記載のソレノイドアセンブリ。
19. 前記励磁コイルは、パルス幅変調信号によって動作可能である、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
20. 前記ソレノイドによって生成される力は、前記励磁コイルへの入力電流信号に比例する、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
21. 前記第１の強磁性スペーサは、前記第１の強磁性スペーサの半径方向外側表面から前記第１の強磁性スペーサの半径方向内側表面まで延在するギャップを備え、前記ギャップは、前記第１の磁石および前記第２の磁石から長手方向で離間されている、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
22. 前記第１の非強磁性セクションは、前記コア管の半径方向外側表面と前記第１の磁石の半径方向内側表面との間にギャップを形成するチャネルによって画定され、前記第２の非強磁性セクションは、前記コア管の前記半径方向外側表面と前記第２の磁石の半径方向内側表面との間にギャップを形成するチャネルよって画定される、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
23. 前記第１の強磁性端部セクション、前記第２の強磁性端部セクション、前記第１の非強磁性セクションおよび前記第２の非強磁性セクションを有する前記コア管は、単一の一体ピースを備える、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
24. 前記第１の非強磁性セクションは、前記コア管と、前記第１の磁石と、前記第１の強磁性スペーサとの間の第１の空間によって画定された第１のギャップであり、前記第２の非強磁性セクションは、前記コア管と、前記第２の磁石と、前記第１の強磁性スペーサとの間の第２の空間によって画定された第２のギャップである、請求項１に記載のソレノイドアセンブリ。
25. ソレノイドアセンブリであって、
    （ａ）長手方向軸に沿って延在する非強磁性セクションを備えるコア管と、
    （ｂ）前記コア管の外側に位置する第１の磁石および第２の磁石であって、前記第１の磁石は前記第２の磁石から前記長手方向軸に沿って離間され、第２の強磁性スペーサは、前記第１の磁石と前記第２の磁石との長手方向中間にあり、前記非強磁性セクションは、前記第１の磁石および前記第２の磁石の半径方向内側にあり、前記非強磁性セクションは、前記第２の強磁性スペーサの半径方向内側にある、第１の磁石および第２の磁石と、
    （ｃ）前記第１の磁石および前記第２の磁石の半径方向外側に配置された励磁コイルと、を備えるソレノイドアセンブリ。
26. 前記第１の強磁性スペーサは、前記第１の強磁性スペーサの半径方向外側表面から前記第１の強磁性スペーサの半径方向内側表面まで延在するギャップを備え、前記ギャップは、前記第１の磁石および前記第２の磁石から長手方向で離間されている、請求項２５に記載のソレノイドアセンブリ。

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