JPH0776682B2

JPH0776682B2 - パワーアクチュエータ

Info

Publication number: JPH0776682B2
Application number: JP2500029A
Authority: JP
Inventors: ヒューベル，エリック
Original assignee: シャルトバウゲゼルシャフトエムベーハー
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-10-19
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: WO1990009563A1; US5231352A; JPH04504614A; EP0457762B1; EP0457762A1; DE58904028D1; DE8901770U1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、収容部壁の内側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。

上述の型のパワーアクチュエータとしては、所謂空圧シ
リンダ・液圧シリンダが実用されている（実願昭62−11
8348号等）。この空圧シリンダ・液圧シリンダは、シリ
ンダの１端面から伸びるピストンロッドに接続された、
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・液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
磁石により発生する磁力線はシリンダ壁をほとんど抵抗
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、シ
リンダ内のピストンの位置を検出できるため、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ピスト
ンを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、エレベータプラット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
リンダのピストン位置を検出する手段を取り付けること
もしばしば要求される。ところが、上述の空圧シリンダ
等とは対照的に、高液圧シリンダのシリンダ壁は通常鋼
製である。鋼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等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、信頼に足る制御操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複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、高価
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確保できないことが多い。

また従来、磁石の両極を磁束ガイドによって連結して磁
気回路を構成することによって、磁石の両極により生ず
る磁力線を有効に感磁性素子に集めて磁界を検出し、回
転体の回転等を検出することが知られているが（実願昭
55−173674号等）、磁界が遮蔽されてしまう場合には、
磁力線を単に集める手段のみでは十分な強さの磁界を検
出することができない。

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、収
容部壁の外側から、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。

この目的を達成するために、本発明では、収容部壁を磁
気伝導性材によって形成し、したがって外側に対して磁
気的に遮蔽された収容部壁の内部で、その磁界の磁束線
が主磁束を形成し、かつ二次磁束発生のための、２つの
端を有する磁気伝導体を少なくとも１個収容部壁の外側
に設け、その第１端を収容部壁に近接させ、第２端に空
隙を形成させ、その空隙に磁界センサを設置した。

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、収容部壁外側か
ら、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。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遮蔽性材によって曲げ
られるので、当然、主磁束はせべて収容部壁の内部に形
成され、収容部壁外側に生じることはない。これに対し
磁気伝導体の第１端が収容部壁に近接している場合は、
収容部壁内部に形成される主磁速が枝分かれし、磁気伝
導体内部に二次磁束が形成され、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
変化を検出する。本発明によるパワーアクチュエータの
特徴的の長所は、電磁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
利用分野を実施上制限することはない点である。

本発明の推奨される実施例では、２個の磁気伝導体を、
それぞれの第２端が対向してその間に空隙を形成するよ
うに配置している。

本発明の利点は、ピストンロッドに接続されたピストン
という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
という利点がある。

２個の磁気伝導体は、収容部壁に取り付けたときのでっ
ぱ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、ブリッジは保
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け手段に適合
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る。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僅かな間隙をおい
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速が得られる。

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。したがって、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て、保護収容部とシリ
ンダ壁を取り巻く少なくとも１個の締め付けストラップ
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。締め付け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。

締め付け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、ネジ回りで簡単
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。

この場合永久磁石を、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
体の第１端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極軸を収納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、ピスト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、複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ことが
可能である。

以下、本発明の実施例を、添付した図を参照し例を掲げ
て詳細に述べる。

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高液圧シリンダの一部
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に接続されたピストン３が高液圧シリンダ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に示す本実施例では、２個の永久磁石５・
６は、収容部壁４に近接した位置に、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、主磁束は磁束線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
れる二次磁束ブリッヂ８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15には、ホール検出器16が配置
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、締め付けストラップ21取り付
け用の凹部20が形成さている。締め付けストラップ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、図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１参照）。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。ダイナモシート或いは粒子配向指向性を有する
磁気的にやわらかに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を収納部壁４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
けストラップ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。この場合、ブリッジ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では簡略のためブリッジは省いてあ
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。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
うに磁束線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。

図４には、さらに別の実施例が示されている。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。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の収容部壁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、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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】収容部壁（４）の内側に設けた可動アクチ
ュエータ（３）と、前記可動アクチュエータ部材に取り
付けられた磁界を発生する手段（５・6,22,24）と、前
記収容部壁（４）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（16）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）が磁気伝導性材によってなり、した
がって外側に対して磁気的に遮蔽された前記収容部壁
（４）の内部で、前記磁界の磁束線（７）が主磁束を形
成することと、二次磁束発生のための２つの端を有する
磁気伝導体（９・10）の少なくとも１個が、前記収容部
壁（４）の外側に設置され、その第１端（11・12）が前
記収容部壁（４）に近接し、第２端（13・14）が空隙（15）を形成し、その空隙（1
5）に磁界センサ（16）が取り付けられていることとを
特徴とするパワーアクチュエータ。
【請求項２】２個の磁気伝導体が（９・10）、その第２
端（13・14）を対向させ、その間に前記空隙（15）を形
成するように配置されることを特徴とする請求の範囲第
１項に記載のパワーアクチュエータ。
【請求項３】前記パワーアクチュエータが、ピストンロ
ッド（２）に接続されたピストン（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項または第２項
に記載のパワーアクチュエータ。
【請求項４】前記磁界発生手段が、磁石（５・6,22,2
4）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。
【請求項５】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４項に記載の
パワーアクチュエータ。
【請求項６】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２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。
【請求項７】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６項に記載のパワーアクチュエー
タ。
【請求項８】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中に埋め込まれていることを
特徴とする請求の範囲第６項または第７項に記載のパワ
ーアクチュエータ。
【請求項９】少なくとも１個の前記磁気伝導体（９・1
0）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８項のいずれかに記載のパ
ワーアクチュエータ。
【請求項１０】少なくとも１個の前記磁気伝導体（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９項のいず
れかに記載のパワーアクチュエータ。
【請求項１１】前記磁気伝導体（９・10）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10項のいずれかに記載
のパワーアクチュエータ。
【請求項１２】前記磁気伝導体（９・10）の前記第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２項から第11項のいずれかに記載のパワーアクチュエ
ータ。
【請求項１３】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（21）
を含むことを特徴とする請求の範囲第７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。
【請求項１４】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
13項に記載のパワーアクチュエータ。
【請求項１５】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を特徴とする請求の範囲第３項から
第14項のいずかに記載のパワーアクチュエータ。
【請求項１６】前記永久磁石（５・6,22,24）が、そのN
S極軸を前記収容部壁（４）にほぼ平行に設置されてい
ることを特徴とする請求の範囲第５項から第15項のいず
れかに記載のパワーアクチュエータ。
【請求項１７】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３項から第16
項に記載のパワーアクチュエータ。
【請求項１８】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17項に記載のパワーアクチュエータ。
【請求項１９】前記永久磁石（５・６）のNS極軸が、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17項または第18項に記載のパワーアクチ
ュエータ。
【請求項２０】前記ピストン（３）の１端面に、前記ピ
ストン（３）の外周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３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。
【請求項２１】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３項から第20項のいずれかに記載のパワ
ーアクチュエータ。