JPH04504614A - パワーアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 パワーアクチュエータ 本発明は、収容部内に設置された可動アクチュエータ部材と、その部材に取り付 けられた磁界発生手段と、収容部壁の外面に設置されるべく適合された磁界セン サとを含むパワーアクチュエータに関する。

上述の型の空圧パワーアクチ】エータとしては、所謂空圧シリンダが実用されて いる。

この空圧シリンダは、シリンダの１端面から伸びるピストンロッドに接緒された 、シリンダ内にて往復運動するよう設置されたピストンを含む。公知の空圧シリ ンダのシリンダ壁は、青銅・アルミニウム等の非鉄金属からなる。このような空 圧シリンダのピストンには、ＮＳ極軸をシリンダ壁にほぼ垂直に配置した永久磁 石が設けられている。永久磁石の発生する磁束線はシリンダ壁を；まとんど抵抗 なく貫通する。シリンダ壁の外周面には、ピストンが所定の位置にあるときに永 久磁石の磁界の作用を受けるホール検出器が設置されている。以上のような構成 で、空圧シリンダ内のピストンの位置を検出するため、空圧シリンダの制御操作 すなわち所定のピストン位置で停止させること等が可能となる。

また、高液圧シリンダも実用されている。その利用分野は、エレベータブラッＩ ・ホームや無限軌道式自動車など多岐にわたる。こうした高液圧シリンダの設置 空間は非常に制限され狭いことが多い。しかしながら、高液圧シリンダ内のビス Ｉ・ン位置を検出する手段を取り付ける二ともしば１−ば要求される。どころが 、空圧シリンダとは対照的に、高液圧シリンダのシリンダ壁は通常鋼製である。

！＃は磁気伝導性であるため、ピストンに取り付けられた永久磁石の磁界を遮蔽 し外に漏らすことはない。さらに、操作圧が非常に大きいために、高液圧シリン ダの壁もかなり厚くなる。その結果、シリンダ壁の外側で、信頼に足る制ｍｅ作 のために十分な強さの磁界を検出することは不可能である。高液圧シリンダのピ ストン位置を他のもっと褒雑な方法で検出する努力がなされてきた。しかしなが ら、こうした方法はどれも、？Ｓ価なうえに、シリンダ壁の外側への設置に要す る空間が大きく実際それだけの空間を上確保できないことが多い。

従って、本発明の目的は、冒頭で述べた形式のパワーアクチュエータを改良して 、収容部壁が磁気遮蔽性の場合でも、磁気遮蔽性のアクチュエータ部材の位置を 、高価な構造を用いずに簡単な方法で検出できるようにすることである。

二の目的を達成するために、本発明では、収容部壁を磁気遮蔽性材によって形成 し、その内部で主磁束を発生させ、二次磁束発生のために、両端を有する２個の 磁気伝導体を設け、それぞれの第１端を収容部壁に近接させ、＠２端を対向させ その間に空隙を形成させ、前記第２端の間の空隙に前述の磁気センサを設置した 。

この発明の解決方法によれば、磁気遮蔽性の収容部壁を持つパワーアクチュエー タにおいても、アクチュエータ部材の位置を簡単な方法で検出できる。収容部壁 の内側で発生された磁界は、磁気伝導性材である磁気Ｉ！！蔽性材によって曲げ られるので、当然、主磁束は全て収容部壁の内部に生じ、収容部壁外側に生じる ことはない。各磁気伝導体の第１端は収容部壁に近接しているため、収容部壁内 部に生じる主磁束が枝分かれし、各磁気伝導体内部に二次磁束が生じ、磁気伝導 体の第２端の間の空隙に磁界が発生する。空隙に設置された磁界センサが、アク チュエータ部材の位置に対応する空隙の磁界賢化を検出する０本発明によるパワ ーアクチュエータの特徴的な長所は、２個の磁気伝導体の収容に要する空間が問 題にならない程度に小さく、このパワーアクチュエータの利用分野を実際上制限 することはない点である。

本発明の利点は、ピストンロッドに接続されたピストンといつ形態のアクチュエ ータ部材を持ちシリンダ壁が収容部壁として機能する高液圧シリンダの場合に、 顕著である。というのは、特に高液圧シリンダの場合、本発明の解決方法によっ て、従来かなり複雑な機能であったピストン位置の検出を極簡単な方法で行なえ るからである。この件において本発明では、高液圧シリンダの場合にシリンダ壁 が磁気遮蔽性材によってなることを利用している。

また、磁界の発生にはソレノイドを用いることも可能であるが、磁界発生手段は 、磁石、具体的には永久磁石で形成されることが推奨される。永久磁石を用いる と、パワーアクチュエータに導入する電気接続を必要としないといつ利点がある 。

２個の磁気伝導体は、収容部壁に取り付けたときのでっばりを非常に低く抑える ことができる。すなわち、それぞれの第２端が重なり合った箇所で空隙を形成し 、磁気伝導体と磁気センサとがブリッジを形成するが、このブリッジは、磁気伝 導体の端部を重なり合わせたために、その高さを非常に小さくできる。ブリッジ の高さは、磁気伝導体や磁界センサの厚さで決まる。磁界センサは通常ホールプ ローブまたは検出器である。

ピストン即ちアクチュエータ部材の位置変化によって反応するスイッチ動作を可 能にするために、ブリ・ノジは保護収容部に収容し、保護収容部は、高液圧シリ ンダの所定の位置への取り付けを可能にする取り付は手段に適合せしめられてい る。この場合の保護収容部は、外部環境の影響からブリッジを保護する役割を持 つ。

特に好適な実施例では、保護収容部として機能する注型絶縁材にブリッジを埋め 込んでいろ、この場合、磁気伝導体は絶縁材中に封入されているので、特別に保 護収容部に収容する必要はない。

磁気伝導体によって分岐する二次磁束は、ダイナモシートで成形した磁気伝導体 を用いることで簡単に強めることができる。ダイナモシートは、通常のものに比 べて高い透磁性を示すことが確かめられている。

この意味では、粒子配向指向性を有するシート材で磁気伝導体を成形することが 特に推奨される。このシート材は、ダイナモシートよりもさらに高い透磁性を持 っている。

磁気伝導体は、収容部壁の外側面に極値かな間隙をおいて設置しても二次磁束を 生じるが、その第１端を収容部壁に接触させるとかなり強力な二次磁束が得られ る。

さらに、磁気伝導体内に発生する二次磁束は、２個の磁気伝導体の第１端の間隔 を磁気遮蔽性の収容部壁内に発生する主磁束の長さ以下にすることによっても、 強めることができる。磁気遮蔽性の収容部壁内の主磁束の長さは、アクチュエー タ部材に設けられる磁石の配置によってほぼ決まる。したがりて、ここで考慮し ているアクチュエータシリンダ全てにおいて、この主磁束の長さは不変であり、 アクチュエータ部材の位置に無関係である。アクチュエータ部材を移動しても、 収容部壁内に発生する主磁束の位置が変わるだけで、主磁束の長さは変わらない 。

保護収容部を取り付ける手段としζ、保護収容部とシリンダ壁を取り巻く少なく とも１個の締め付はストラップが備えられているので、磁界センサを含むブリッ ジは、パワーアクチュエータ即ちアクチュエータシリンダの外側面に固定できる 。締め付はストラップを緩めると、ブリッジを封入する保護収容部をパワーアク チュエータの別の位置に移動できる、このようにして、別のピストン位置を検出 できる。

締め付はストラップをホースクリップにすれば、保護収容部をシリンダ壁に極簡 単に固定できる。ホースクリップは、様々なタイプが市販されており、ネジ回し で簡単に緩めたり締め付けたりできるようになっている。

収容部壁内で主磁束を発生させるために、ピストンを磁気伝導性材で形成し、そ のピストンの両端面のどちらかに少なくとも１個の永久磁石を設けると有利であ る。このようにすることで、ピストンの長さによっても磁束線の長さを概ね決定 できるという利点が生まれる。

二の場合永久磁石を、推奨されるように、ＮＳ極軸が収容部壁にほぼ平行になる よう取り付けると、収容部壁内の主磁束の長さを永久磁石およびピストンの長さ で決めることができる。したがって、ブリッジの２個の磁気伝導体のＩＪｌｌｆ Ｉｍの間隔よりも十分長い主磁束を収容部壁に発生させることが簡単にできる。

さらに、ピストンの各端面に少なくとも１個の永久磁石を設け、各対応する２個 の永久磁石をＮＳ極軸を同方向に向けて両端面の対称的な位置に設置すると有利 である。

このようにすることで、収容部壁内に生じる主磁束はさらに長くなる。

また、永久磁石のＮＳ極軸を収容部壁に近接させれば、永久磁石の構造的な配置 が非常に簡単になる。この場合、十分な強さの磁束をシリンダ壁の全周にわたっ て得ることはできないかもしれないが、比較的弱い永久磁石１個を設置するだけ で事足りる。

別の実施例によれば、ビスＩ・ンと同じ外輪郭を持つ磁気伝導性部材を、ピスト ンの一方の端面に隙間を設けて取り付け、その隙間に少なくとも１個の永久磁石 を設置しても良い。このように構成すると、収容部壁内に、シリンダ軸方向に伸 びる主磁束をシリンダ軸に関して対称的に発生させることができる。その結果、 磁界センサを含むブリッジは、シリンダ壁外周のどこにでも設置可能となる。

磁石は１個に限らず、復数個をピストンの一端面に円周状に配置しても良い、こ の方法でも、シリンダ軸に関してほぼ対称的な主磁束を収容部壁内に発生させる 二とが可能である。

以下、本発明の実施例を、盛付した図を参照し例を掲げて詳細に述べる９図１は 、二次磁束ブリッヂを外周面に固定した高液圧シリンダの側面を概略的に示す部 分断面図である。

図２は、二次磁束ブリッヂを別の位置に移動した、図１に示す高液圧シリンダを 示す。

図３は、別の実施例による高液圧シリンダの一部分の縦断面図である。

図４は、さらに別の実施例による６Ｍ圧シリンダの一部分の縦断面図である。

図１は、高液圧シリンダー１の型式のパワーアクチュエータを示し、アクチュエ ータ構成部材として、ピストンロッド２に接続さノまたピストン３が５液圧シリ ンダ１内で往復運動できるように取り付けられている。高液圧シリンダ１の液経 路は、簡略化のため図示されていない、高液圧シリンダ１の収容部壁４は磁気遮 蔽性鋼材でなり、その壁厚は約１０ｍｍである。

ピストン３は相背向する２つの端面を有し、その端面には、永久磁石５・６が対 称的な位置に取り付けられている。図１・２に示す本″ｉ！施例では、２例の永 久磁石５・６は、収容部壁４に接近した位置に、軸を同方向に向けて取り付けら れている、図１で明らかなように、主磁束は磁束＠７で示される通り、収容部壁 ４の上側の内部で発生される。

収容部壁４の外面には、磁気伝導体９・１０で主要構成される二次伝来ブリッヂ εが取り付けられている。２個の磁気伝導体９・１０はシリンダ軸に平行に配置 され、両者の第１端１１・１２は収容部壁４の外面に接触している。磁気伝導体 ９・１０の第２端１４・１５は対向して重なり、空隙１５を形成している。空隙 　ユ５には、ホール検出器１６が設置され、導線１７を介して計測部１８に接続 されている。磁気伝導体９・１０とホール検出器１６は、絶縁樹脂で成形された 保護収容部１９に封入されている。図１に示すように、磁気伝導体９・１０の第 １端１１と１２との間隔は、収容部壁４内に発生する主磁束の長さよりも短い。

保護収容部１９の上面には、締め付はストラップ２１取り付は用の凹部２０が形 成さている。締め付はストラップ２１は、保護収容部１９と高液圧シリンダ１の 収容部壁４を取り巻くもので、図２に明示されるように、市販のホースクリップ である。

次に、因１・２に示されたパワーアクチュエータの動作を詳しく説明する。

ピストン３は、ブリッジ８に相対的な、所定の位置にあるとする（図１＠照）、 ブリッジ８では、磁気伝導体９・１０が収容部壁４内に発生している主磁束に平 行に伸びている。ダ１ナモシ一ト或いは粒子配向指向性を有する磁気的にやわら かいシートでなることを推奨される磁気伝導体９・１０は、磁束の一部の流れを 変えるように作用し、ブリッジ８内に二次磁束が発生する。その結果、磁気伝導 体９・１０の重なった第２端１３と１４の空隙１５に磁界が発生する。空隙１５ に設置されたホール検出器１６が、この磁界を検出し、導線１７を介して計測部 １８に対応する信号を送る。

ピストン３をシリンダ軸方向に移動すると、空隙１５の磁界の強さは変化し、こ の変化は上記の場合と同様にホール検出器１６によって検出される。保護収容部 １９に封入されているブリッジ８を収容部Ｍ４に沿って移動しても、同じことが 起きる。ブリッジ８を移動するには、締め付はストラップ２１を緩め、保護収容 部１９をシリンダ軸方向に、例えば図２に示す位置に動かせばよい。この場合、 それに伴ってピストン３を移動しないかぎり、ブリッジ８は有意の二次磁束を分 岐し得る位置から外れている。ピストン３を右方向に点線で示す位置まで移動す ることで、図１と同等の状況が得られる。

計測部１８の替わりに、高液圧シリンダ１への液流入を制御するバルブに作用す るスイッチリレーを設けても良い、二の場合、ブリッジ８は高液圧シリンダを解 除する目的で使用できる。

図３は、図１・２に示す高液圧シリンダに変更を加えた実施例である。図３では 藺略のためブリッジは省いである。図１・２の高液圧シリンダと異なっているの は、高液圧シリンダ１の収容部壁４内に主磁束を発生させる手段の構成だけであ る０図３に示す実施例では、ピストンロッド２とは反対側のピストン３の端面に １個の永久磁石２２が設けられている。ピストン３とは反対側の永久磁石２２の 端面に、磁気伝導性部材２３が接合されている。磁気伝導性部材２３は、Ｔ字型 の断面を持つ回転立体で、その外周形状はピストン３のそれと同じである。磁気 伝導性部材２３とピストン３が協働することで、図３に示すような磁束線７が発 生し、その結果、収容部壁４内に比較的長い主磁束が得られる。

国４には、さらに別の実施例が示されている０図３の実施例と異なる点は、ピス トンロッド２とは反対側のピストン３の端面に複数個の永久磁石２４を円状に等 しく距離をおいて設置したことである０図３と図４の両実施例ではどちらも、収 容部壁４内に発生する主磁束はシリンダ軸に関して対称である。従って、ブリッ ジ８は、高液圧シリンダ１の収容部璧４上に、円周方向の位置に関係なく設置で き、これによって、二次磁束を発生し、解除または制御の信号が得られる０図３ ・４に示した実施例のその他の動作は、図１・２の実施例と同様である。

ホール検出器をシリンダ外周面に直接取り付け、磁気伝導体を１個のみとして、 その第２端がホール検出器を覆うように設置することも考えられる。この場合、 空隙の一方側がシリンダ壁であるために磁気抵抗が増加するので、二次磁束の強 さは減少することが予想される。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成３年７月２６８ｂ

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．収容部壁の内側に設けた可動アクチュエータ部材と、前記可動アクチュエー タ部材に取り付けられた磁界発生手段と、前記収容部壁の外側に取り付けられる よう適合せしめられた磁界センサとを含むパワーアクチュエータにおいて、前記 収容部壁（４）が磁気遮蔽性材によってなり、その内部で主磁束が発生すること と、二次磁束発生にために、２個の磁気伝導体（９・１０）が、其々２個の端（ １１１３、１２、１４）を有し、両者の第１端（１１・１２）を前記収容部壁（ ４）に近接させ、かつ第２端（１３・１４）を互いに対向させその間に空隙（１ ５）を形成させた状態で、前記収容部壁（４）の外側に設置されていることと、 前記磁界センサ（１６）が前記２個の第２端（１３・１４）の間の空隙（１５） に設置されていることとを特徴とするパワーアクチュエータ。
2. ２．前記パワーアクチュエータが、ピストンロッド（２）に授続されたピストン
3. （３）で形成されるアクチュエータ部材を含む高液圧シリンダ（１）であること と、そのシリンダ壁が前記収容部壁（４）として機能することとを特徴とする請 求の範囲第１項的記載のパワーアクチュエータ。 ３．前記磁界発生手段が、磁石（５・６、２２、２４）によってなることを特徴 とする請求の範囲第１項または第２項に記載のパワーアクチュエータ。
4. ４．前記磁石（５・６、２２、２４）が、永久磁石によってなることを特徴とす る請求の範囲第１項・第２項・第３項のいずれかに記載のパワーアクチュエータ 。
5. ５．前記磁気伝導体（９・１０）の前記第２端（１３・１４）が、その間に空隙 を形成するように重なり合い、その結果前記磁気伝導体（９・１０）と前記磁気 センサ（１６）がブリッジ（８）として機能することを特徴とする請求の範囲第 １項から第４項のいずれかに記載めパワーアクチュエータ。
6. ６．前記ブリッジ（８）が、保護収容部（１９）に収容され、その収容部が、取 り付け手段によって前記高液圧シリンダ（１）の前記収容部壁（４）の所定の位 置に取り付けられるよう適合せしめられていることを特徴とする請求の範囲第１ 項から第５項のいずれかに記載のパワーアクチュエータ。
7. ７．前記ブリッジ（８）が、保護収容部（１９）として機能する注型絶縁材内に 埋め込まれていることを特徴とする請求の範囲第１項から第６項のいずれかに記 載のパワーアクチュエータ。
8. ８．前記磁気伝導体（９・１０）が、ダイナモシートで形成されていることを特 徴とする請求の範囲第１項から第７項のいずれかに記載のパワーアクチュエータ 。
9. ９．前記磁気伝導体（９・１０）が、粒子配向指向性を持つシート材で形成され ていることを特徴とする請求の範囲第１項から第８項のいずれかに記載のパワー アクチュエータ。
10. １０．前記磁気伝導体（９・１０）の２個の第１端（１１・１２）が、前記収容 部壁（４）に接触していることを特徴とする請求の範囲第１項から第９項のいず れかに記載のパワーアクチュエータ。
11. １１．前記磁気伝導体（９・１０）の前記２個の第１端（１１・１２）の間隔が 、前記磁気遮蔽性収容部壁（４）内の主磁束の長さ以下であることを特徴とする 請求の範囲第１項から第１０項のいずれかに記載のパワーアクチュエータ。
12. １２．前記保護収容部（１９）への前記取り付け手段が、前記保護収容部（１９ ）と前記収容部壁（４）とを取り巻く少なくとも１個の締め付けストラップ（２ １）を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第１１項のいずれかに記載的 パワーアクチュエータ。
13. １３．前記締め付けストラップ（２１）が、ホースクリップで構成されることを 特徴とする請求の範囲第１項から第１２項のいずれかに記載のパワーアクチュエ ータ。
14. １４．前記ピストン（３）が磁気伝導性材で形成されることと、前記ピストン（ ３）の両端面のどちらかに少なくとも１個の永久磁石（５・６、２２、２４）が 取り付けられていることとを特徴とする請求の範囲第１項から第１３項のいずれ かに記載のパワーアクチュエータ。
15. １５．前記永久磁石（５・６、２２、２４）が、そのＮＳ極軸を前記収容部壁（ ４）的ほぼ平行的設置されていることを特徴とする請求の範囲第１項から第１４ 項のいずれかに記載のパワーアクチュエータ。
16. １６．前記ピストン（３）の両端面それぞれに少なくとも１個の永久磁石（５・ ６）が設置され、それぞれ対応する２個の永久磁石（５・６）が互いに反対の位 置にあることを特徴とする請求の範囲第１項から第１５項に記載のパワーアクチ ュエータ。
17. １７．互いに反対の位置にある２個の永久磁石のＮＳ極軸が同方向を向いている ことを特徴とする請求の範囲第１項から第１６項のいずれかに記載のパワーアク チュエータ。
18. １８．前記永久磁石（５・６）のＮＳ縦軸が、前記収容部壁（４）に近接して伸 びていることを特徴とする請求の範囲第１項から第１７項のいずれかに記載のパ ワーアクチュエータ。
19. １９．前記ピストン（３）の１端面に、前記ピストン（３）の外周面と対応する 形の外周面を持つ磁気伝導性部材が、その間に隙間を形成して固定され、前記隙 間に少なくとも１個の永久磁石（２２、２４）が設置されていることを特徴とす る請求の範囲第１項から第１８項のいずれかに記載のパワーアクチュエータ。
20. ２０．前記ピストン（３）の１端面に、複数個の磁石（２４）が円周状に配置さ れていることを特徴とする請求の範囲第１項から第１９項のいずれかに記載のパ ワーアクチュエータ。