特許 6782764 電磁作動遮断バルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6782764

(24)【登録日】2020年10月22日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】電磁作動遮断バルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/06 20060101AFI20201102BHJP

   F16K 3/02 20060101ALI20201102BHJP

   H01F 7/16 20060101ALI20201102BHJP

   H01F 7/18 20060101ALI20201102BHJP

【ＦＩ】

   F16K31/06 305L

   F16K31/06 305D

   F16K3/02 A

   H01F7/16 E

   H01F7/16 R

   H01F7/18 B

【請求項の数】19

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-505699(P2018-505699)

(86)(22)【出願日】2016年8月4日

(65)【公表番号】特表2018-530712(P2018-530712A)

(43)【公表日】2018年10月18日

(86)【国際出願番号】US2016045565

(87)【国際公開番号】WO2017024139

(87)【国際公開日】20170209

【審査請求日】2019年7月16日

(31)【優先権主張番号】14/818,851

(32)【優先日】2015年8月5日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】512309299

【氏名又は名称】デイコ アイピー ホールディングス，エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】ＤＡＹＣＯ ＩＰ ＨＯＬＤＩＮＧＳ，ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】デイヴィッド・イー・フレッチャー

(72)【発明者】

【氏名】ブライアン・エム・グレイチェン

(72)【発明者】

【氏名】ジェームズ・エイチ・ミラー

(72)【発明者】

【氏名】キース・ハンプトン

【審査官】 冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５７−１２１４７２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００９−１４４７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０８９１３６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ３１／０６

Ｆ１６Ｋ ３／０２

Ｈ０１Ｆ ７／１６

Ｈ０１Ｆ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ラッチ式ソレノイドゲートバルブであって、該ラッチ式ソレノイドゲートバルブは、
中に流路を有する導管と、前記導管を第１セクションおよび第２セクションに分離するキャビティとを画定するハウジングと、
前記ハウジングの前記キャビティ内に封入されたゲートアセンブリであって、
着磁性材料を備えるとともに、中を通る開口部を画定する第１ゲート部材であって、前記開口部が前記導管と整列する開位置および前記開口部が前記導管と整列しない閉位置の間で、前記キャビティ内で直線的に移動可能である前記第１ゲート部材を備える、ゲートアセンブリと、
前記キャビティ内に着座する第１ソレノイドアセンブリおよび第２ソレノイドアセンブリであって、前記ゲートアセンブリがこれらの間で直線的に並進可能である、第１ソレノイドアセンブリおよび第２ソレノイドアセンブリと、
を備え、
前記第１および第２ソレノイドアセンブリの一方が作動して前記第１ゲート部材を磁気吸着すると同時に、前記第１および第２ソレノイドアセンブリの他方が前記第１ゲート部材と磁気的に反発することによって、前記第１ゲート部材が、前記開位置または前記閉位置のいずれかから直線的に移動し、
各前記第１ソレノイドアセンブリおよび前記第２ソレノイドアセンブリが、回路基板と、前記回路基板に電気的に接続された巻線とを備え、
前記回路基板がマイクロコントローラを備え、該マイクロコントローラは、第１Ｈブリッジの負荷として前記第１ソレノイドアセンブリの前記巻線を有する、前記第１ソレノイドアセンブリのための第１Ｈブリッジに電気的に接続され、および前記マイクロコントローラは、第２Ｈブリッジの負荷として前記第２ソレノイドアセンブリの前記巻線を有する、前記第２ソレノイドアセンブリのための第２Ｈブリッジに電気的に接続され、前記第１および第２Ｈブリッジは、いずれかの方向の電流によって前記第１ソレノイドアセンブリおよび前記第２ソレノイドアセンブリの前記巻線をそれぞれ励磁するために、前記マイクロコントローラに電気的に接続されている、ラッチ式ソレノイドゲートバルブ。

【請求項2】

コアは、略Ｅ字形コアである、請求項１に記載のラッチ式ソレノイドゲートバルブ。

【請求項3】

前記第１Ｈブリッジは、第１直列回路に電気的に接続された第１抵抗および第１コンデンサを備え、前記第１直列回路の一端部が前記第１ソレノイドアセンブリの前記巻線の第１端部に接続されるとともに、前記第１直列回路の他端部が前記第１ソレノイドアセンブリの前記巻線の第２端部に接続され、および前記第１抵抗および前記第１コンデンサの間の第１接合部に電気的に接続された第１センス線は、前記マイクロコントローラに電気的に結合されている、請求項１に記載のラッチ式ソレノイドゲートバルブ。

【請求項4】

前記第２Ｈブリッジは、第２直列回路に電気的に接続された第２抵抗および第２コンデンサを備え、前記第２直列回路の一端部が前記第２ソレノイドアセンブリの前記巻線の第１端部に接続されるとともに、前記第２直列回路の他端部が前記第２ソレノイドアセンブリの前記巻線の第２端部に接続され、および前記第２抵抗および前記第２コンデンサの間の第２接合部に電気的に接続された第２センス線は、前記マイクロコントローラに電気的に結合されている、請求項３に記載のラッチ式ソレノイドゲートバルブ。

【請求項5】

前記ゲートアセンブリが第２ゲート部材と、前記第１ゲート部材および前記第２ゲート部材の間に挟まれたエンドレス弾性バンドとをさらに備え、前記エンドレス弾性バンドによって画定される第２開口部は、前記第１ゲート部材の前記開口部に位置合わせされ、前記エンドレス弾性バンドは、前記第１および第２ゲート部材と共に前記キャビティ内で直線的に並進可能である、請求項１に記載のラッチ式ソレノイドゲートバルブ。

【請求項6】

前記ハウジングが前記キャビティ内に突出する複数のガイドを含み、前記ガイドの間に前記ゲートアセンブリが着座する、請求項３に記載のラッチ式ソレノイドゲートバルブ。

【請求項7】

前記ハウジングが該ハウジングから突出する電気コネクタをさらに備え、前記電気コネクタは、前記回路基板を外部コントローラに電気的に接続する、請求項１に記載のラッチ式ソレノイドゲートバルブ。

【請求項8】

前記ゲートアセンブリは、中を通る第２開口部を有する第２ゲート部材をさらに備え、前記第１ゲート部材および前記第２ゲート部材の両方は、前記キャビティ内で共に直線的に並進可能である、請求項１に記載のラッチ式ソレノイドゲートバルブ。

【請求項9】

前記第１ゲート部材および前記第２ゲート部材が着磁性材料で構成されている、請求項８に記載のラッチ式ソレノイドゲートバルブ。

【請求項10】

前記ゲートアセンブリが、前記ゲートアセンブリの上面に沿って配置された第１永久磁石と、前記ゲートアセンブリの下面に沿って配置された第２永久磁石とを含む、請求項８に記載のラッチ式ソレノイドゲートバルブ。

【請求項11】

ラッチ式ソレノイドゲートバルブ内でゲートアセンブリを直線的に並進させる方法であって、前記方法は、
請求項１に記載のラッチ式ソレノイドゲートバルブを設けるステップと、
前記ゲートアセンブリの位置を要求する信号を前記マイクロコントローラが受信するステップと、
第１ソレノイドアセンブリの第１巻線および第２ソレノイドアセンブリの第２巻線を励磁および非励磁するために各前記第１および第２Ｈブリッジの１つおきの脚部を通る流れを変えながら、前記第１および第２Ｈブリッジの両方を介して、前記第１ソレノイドアセンブリの前記第１巻線を通り、および前記第２ソレノイドアセンブリの前記第２巻線を通る、所定の期間にわたって時間変化する電圧を前記マイクロコントローラから送るステップと、
前記第１ソレノイドアセンブリの前記巻線および前記第２ソレノイドアセンブリの前記巻線のインダクタンスの振動の振幅を決定するために、前記マイクロコントローラに電気的に結合された第１センス線、および第２センス線それぞれを監視するステップと、
を備え、
振動の前記振幅は、各前記巻線からの前記第１ゲート部材の距離に相関し、かつ前記第１または前記第２センス線のいずれかの振動の最大振幅は、前記ゲートアセンブリの位置を示す、方法。

【請求項12】

振動の前記振幅に基づく前記ゲートアセンブリの位置を示す信号を前記マイクロコントローラから送るステップをさらに備える、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記マイクロコントローラに電気的に接続された外部コントローラを設けるステップと、
前記外部コントローラで前記マイクロコントローラからの信号を受信するステップと、
さらに備える、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記第１および第２Ｈブリッジ両方の適合する脚部を作動させて、前記第１および第２ソレノイドアセンブリの一方が前記第１ゲート部材を磁気吸着するとともに、前記第１および第２ソレノイドアセンブリの他方が前記第１ゲート部材を磁気的に反発し、それにより前記ゲートアセンブリを異なる位置に直線的に並進させるように、前記ゲートアセンブリの位置を示す前記信号に基づいて、前記外部コントローラから前記マイクロコントローラに信号を送るステップを備える、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

ラッチ式ソレノイドゲートバルブ内でゲートアセンブリを直線的に並進させる方法であって、前記方法は、
請求項１に記載のラッチ式ソレノイドゲートバルブを設けるステップと、
前記ゲートアセンブリの位置を要求する信号を前記マイクロコントローラが受信するステップと、
第１ソレノイドアセンブリの巻線および第２ソレノイドアセンブリの巻線を励磁および非励磁するために、各前記第１および第２Ｈブリッジの１つおきの脚部を通る流れを変えながら、前記第１および第２Ｈブリッジの両方を介して、前記第１ソレノイドアセンブリの前記巻線および前記第２ソレノイドアセンブリの前記巻線にわたる掃引周波数を前記マイクロコントローラから送るステップと、
前記巻線のピーク電圧振幅を決定するために、前記マイクロコントローラに電気的に結合された第１センス線、および第２センス線それぞれを監視するステップと、
を備え、
前記ピーク電圧振幅は、各前記巻線からの前記第１ゲート部材の距離に相関し、それによって前記ゲートアセンブリの位置を示している、方法。

【請求項16】

前記掃引周波数は、周波数の増加または減少範囲にわたり、前記第１センス線および前記第２センス線を監視するステップは、それぞれの前記ピーク電圧振幅を決定するためである、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

最大のピーク振幅に基づく前記ゲートアセンブリの位置を示す信号を前記マイクロコントローラから送るステップをさらに備える、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記マイクロコントローラに電気的に接続された外部コントローラを設けるステップと、
前記外部コントローラで前記マイクロコントローラからの信号を受信するステップと、
さらに備える、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記第１および第２Ｈブリッジ両方の適合する脚部を作動させて、前記第１および第２ソレノイドアセンブリの一方が前記第１ゲート部材を磁気吸着するとともに、前記第１および第２ソレノイドアセンブリの他方が前記第１ゲート部材を磁気的に反発し、それにより前記ゲートアセンブリを異なる位置に直線的に並進させるように、前記ゲートアセンブリの位置を示す前記信号に基づいて、前記外部コントローラから前記マイクロコントローラに信号を送るステップを備える、請求項１８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、オンオフ位置を有する遮断バルブに関し、特に、内燃機関に使用される電磁作動ソレノイドバルブに関する。

【背景技術】

【0002】

現在のアクチュエータでは、空気圧装置におけるオン／オフ動作は、電気ソレノイドバルブによって達成される。ソレノイドが「ＯＮ」のときのみ、かつ真空の力がアクチュエータの全長を移動させるのに十分大きい場合に、真空の力がアクチュエータに加えられる。また、アクチュエータが真空にさらされることをソレノイドが制御することなく、すべての条件下で真空の力にさらされたアクチュエータがオン位置とオフ位置の間で「浮動」する。この浮動は望ましいものではなく、非効率的であり、アクチュエータに取り付けられたデバイスの制御が不十分となる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しばしば、ソレノイド作動バルブは、初期状態にバネで付勢されおり、バルブを活性位置に移動させるために電流をコイルに印加する必要がある。しかし、バルブがオン状態である限り、電力が消費されることは理解されるべきである。したがって、消費電力の量を低減しながら、電気ソレノイドのオン状態を制御するのに有効なエネルギー効率の高いアクチュエータが当該技術分野で必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本明細書では、より少ない電力を消費するオンオフ機能を有するバルブの制御のためのアクチュエータが記載されている。本明細書に開示されたアクチュエータは、ソレノイドを通る電流の印加を利用してバルブを所望の位置に移動させ、これに一旦移動されると残留磁力がバルブを所望の位置に維持するため、アクチュエータは、電力の連続的な消費を必要とせずに開状態または閉状態のいずれかに保持される。さらに、バルブの状態（開位置または閉位置）は、ゲートの位置により作動コイル（ゲートアセンブリの一端の第１コイルおよび反対の端の第２コイル）のインダクタンスの変化に基づいて制御回路によって電気的に決定される。

【0005】

一態様では、ラッチ式ソレノイドゲートバルブが開示されており、中に流路を有する導管と、導管を第１セクションと第２セクションに分離するキャビティとを画定するハウジングを含む。ラッチ式ソレノイドアセンブリはまた、ハウジングのキャビティ内に封入されたゲートアセンブリと、キャビティ内に着座した第１ソレノイドアセンブリおよび第２ソレノイドアセンブリとを含み、ゲートアセンブリはそれらの間で直線的に並進可能である。ゲートアセンブリは、着磁性材料を含み、そこを通る開口部を画定する第１ゲート部材を含む。第１ゲート部材は、開口部が導管と整列する開位置と、開口部が導管と整列しない閉位置との間で、キャビティ内で直線的に移動可能である。第１ゲート部材は、第１および第２ソレノイドアセンブリの一方を作動させることによって、第１ゲート部材を磁気吸着すると同時に、第１および第２セレノイドアセンブリの他方を作動させて第１ゲート部材を磁気的に反発させて、開位置または閉位置のいずれかから直線的に移動する。

【0006】

別の態様では、ラッチ式ソレノイドゲートバルブ内でゲートアセンブリを直線的に並進させる方法が開示される。この方法は、中に流路を有する導管と、導管を第１セクションと第２セクションとに分離するキャビティとを画定するハウジングを含むラッチ式ソレノイドゲートバルブを設けるステップを含む。この方法はまた、着磁材料を含み、そこを通る開口部を画定する第１ゲート部材を含むゲートアセンブリを設けるステップを含む。第１ゲート部材は、開口部が導管と整列する開位置と、開口部が導管と整列しない閉位置との間で、キャビティ内で直線的に移動可能である。この方法はまた、キャビティ内に着座した第１ソレノイドアセンブリと第２ソレノイドアセンブリを設けるステップを含み、ゲートアセンブリはそれらの間で直線的に並進可能である。この方法はさらに、マイクロコントローラを設けるステップを含み、マイクロコントローラは、第１Ｈブリッジの負荷としての第１巻線を有する第１ソレノイドアセンブリのための第１Ｈブリッジに電気的に接続され、かつ第２Ｈブリッジの負荷としての第２巻線を有する第２ソレノイドアセンブリのための第２Ｈブリッジに電気的に接続されている。この方法はまた、マイクロコントローラにがゲートアセンブリの位置を要求する信号を受信するステップを含む。この方法はまた、第１および第２巻線の両方を励磁および非励磁するために第１および第２Ｈブリッジのそれぞれの１つおきの脚部を通る流れを変えながら、マイクロコントローラから、第１および第２Ｈブリッジの両方を介して、第１ソレノイドアセンブリの第１巻線を通り、第２ソレノイドアセンブリの第２巻線を通る所定の期間にわたって時間変化する電圧を送信するステップを含む。最後に、この方法は、それぞれの振動の振幅を決定するために、第１および第２のセンス線を監視するステップを含む。振動の振幅は、第１および第２巻線それぞれからの第１ゲート部材の距離に相関し、第１または第２センス線のいずれかの振動の最大振幅は、ゲートアセンブリの位置を示す。

【0007】

さらに別の実施形態では、ラッチ式ソレノイドゲートバルブ内でゲートアセンブリを直線的に並進させる方法が開示される。この方法は、中を通る流路を有する導管と、導管を第１セクションおよび第２セクションに分離するキャビティとを画定するハウジングを含むゲートアセンブリを含むラッチ式ソレノイドゲートバルブを設けるステップを含む。この方法はまた、着磁材料を含み、そこを通る開口部を画定する第１ゲート部材を設けるステップを含む。第１ゲート部材は、開口部が導管と整列する開位置と、開口部が導管と整列しない閉位置との間で、キャビティ内で直線的に移動可能である。この方法はまた、キャビティ内に着座した第１ソレノイドアセンブリと第２ソレノイドアセンブリとを設けるステップを含み、ゲートアセンブリは、それらの間で直線的に並進可能である。この方法はさらに、マイクロコントローラを設けるステップをふくみ、マイクロコントローラは、第１Ｈブリッジの負荷としての第１巻線を有する第１ソレノイドアセンブリのための第１Ｈブリッジに電気的に接続され、かつ第２Ｈブリッジの負荷としての第２巻線を有する第２ソレノイドアセンブリのための第２Ｈブリッジに電気的に接続されている。この方法はまた、マイクロコントローラがゲートアセンブリの位置を要求する信号を受信するステップを含む。この方法は、マイクロコントローラから、第１ソレノイドアセンブリの第１巻線および第２ソレノイドアセンブリの第２巻線の両方に、周波数範囲が増加するまたは減少する周波数を送信するステップをさらに含む。最後に、この方法は、それぞれのピーク電圧振幅を決定するために第１および第２センス線を監視するステップを含む。ピーク電圧振幅は、第１巻線および第２巻線それぞれからのゲートの距離に相関し、第１または第２センス線のいずれかの最大ピークは、ゲートアセンブリの位置を示す。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】ラッチ式ソレノイドゲートバルブの一実施形態の正面斜視図である。

【図2】図１のラッチ式ソレノイドゲートバルブの正面分解斜視図である。

【図3】組み立てた状態の図２のラッチ式ソレノイドゲートバルブの縦断面図である。

【図4】図１〜図３のラッチ式ソレノイドゲートバルブのばねゲートの側面斜視図である。

【図5】図１〜図３のラッチ式ソレノイドゲートバルブのばねゲートの分解図である。

【図6】図１〜図３のばねゲートおよびラッチ式ソレノイドの分解図である。

【図7】ラッチ式ソレノイドゲートバルブ用のばねゲートの第２実施形態の側面斜視図である。

【図8】図１のラッチ式ソレノイドゲートバルブの断面分解斜視図である。

【図9】ソレノイドアセンブリを駆動し、図１のラッチ式ソレノイドゲートバルブのゲートアセンブリの位置を感知する回路の電気概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下の詳細な説明は、本発明の一般的な原理を説明するものであり、その例は添付の図面にさらに示されている。
図面において、同じ参照符号は、同一または機能的に類似の要素を示す。

【0010】

本明細書で使用される場合、「流体」は、任意の液体、懸濁液、コロイド、気体、プラズマ、またはそれらの組み合わせを意味する。

【0011】

また、図１〜図２は、一実施形態において、内燃機関で使用するためのラッチ式ソレノイドゲートバルブ１００の実施形態を示す。ラッチ式ソレノイドゲートバルブ１００は、ハウジング１０２と、中を通る流体の流れを輸送または許容するための導管１０４とを含む。ハウジング１０２は、中にキャビティ１３８（図２）を画定し、キャビティは、導管１０４を第１導管部分１０６および第２導管部分１０８に分離する。ハウジング１０２は、キャビティ１３８を画定するために共に嵌合可能な第１セクションＡおよび第２セクションＢを含むことができる。一実施形態では、ハウジング１０２の第１セクションＡおよび第２セクションＢは、プラスチック溶接プロセスを使用して主に固定的に嵌合されたプラスチック射出成形部品であってもよい。

【0012】

第１導管部分１０６は、ホースまたはチューブ（図示せず）と密封係合することができ、第１導管部分１０６の封止構造１１８とチューブとの間に略流体密封シールを形成することができる。第１および第２の導管部分１０６，１０８の一方または両方は、その外面に封止構造１１８，１１８’を含むことができる第１セクション１１０，１１０’を含むことができる。第１および第２導管部分１０６，１０８の一方または両方は、第１セクション１１０，１１０’とハウジング１０２の外面１１２，１１２’との間に第２セクション１２０，１２０’をそれぞれ含むことができる。一実施形態では、第１導管部分１０６の第１セクション１１０は、略円形の断面を含むことができ、第１の導管部分１０６の第２セクション１２０は、略矩形の断面を含むことができる。第２導管部分１０８は、同様の構成を含むことができる。円形の断面および矩形の断面が説明されたが、導管１０６，１０８は、図に示すような例示に限定されず、多くの他の断面形状が可能であることが理解されるだろう。

【0013】

図２および図３を参照すると、ハウジングＡの開口部１１４は、第１導管部分１０６と流体連通している。ハウジングＡの開口部１１４は、ハウジング１０２の第１セクションＡの内面１１６に沿って配置されている。ハウジングＢの開口部１２４は、第２導管部分１０８と流体連通し、ハウジング１０２の第２セクションＢの内面１２６に沿って配置されている。ハウジングＡの開口部１１４およびハウジングＢの開口部１２４は、両方の開口部１１４，１２４が導管１０４によって画定される軸Ａ−Ａに沿って配置されるように、互いに整列されている。第１ソレノイドアセンブリ１４２ａおよび第２ソレノイドアセンブリ１４２ｂは、ハウジング１０２の第１セクションＡおよび第２セクションＢによって画定されるキャビティ１３８内に着座している。ゲートアセンブリ１４６は、第１ソレノイドアセンブリ１４２ａおよび第２ソレノイドアセンブリ１４２ｂの間で直線的に並進可能である。

【0014】

ゲートアセンブリ１４６は、開位置および閉位置の間で直線方向に並進することができる。図３に示す開位置では、ゲートアセンブリ１４６の流体流開口部１９１は、導管１０４と位置合わせされ、特に、ゲートアセンブリ１４６は、開口部１１４および１２４と位置合わせされる。したがって、開位置において、流体は、第１導管部分１０６からゲートアセンブリ１４６を通って第２導管部分１０８に流れることができる。閉位置の場合、流体流開口部１９１は、導管１０４と位置合わせされないため、ゲートアセンブリ１４６を通り第２導管部分１０８への流体の流れをブロックする。図３に示されるように、ゲートアセンブリ１４６は、開位置および閉位置の間の移動距離Ｌを直線方向に上下に並進することができる。移動距離Ｌは、ゲートアセンブリ１４６が第１位置にある（すなわち、ゲートアセンブリ１４６が開かれている）場合に、ゲートアセンブリ１４６の下面１７６および第２ソレノイドアセンブリ１４２ｂの間で測定することができる。あるいは、移動距離Ｌは、ゲートアセンブリ１４６が第２位置にある（すなわち、ゲートアセンブリ１４６が閉じている）場合に、ゲートアセンブリ１４６の上面１７４および第１ソレノイドアセンブリ１４２ａの間で測定することができる。

【0015】

図４は、ゲートアセンブリ１４６の側面斜視図であり、図５は、ゲートアセンブリ１４６の分解図であり、図６は、ゲートアセンブリ１４６、並びにソレノイドアセンブリ１４２ａ、１４２ｂの両方の分解図であり、図７は、ゲートアセンブリ１４６ならびに２つの永久磁石２０２，２０４の斜視図である。図４〜図６を参照すると、ゲートアセンブリ１４６は、中を通る開口部１９４を画定する第１ゲート部材１８０と、第１ゲート部材１８０の開口部１９４と整列する少なくとも第１開口部１９５を画定する第２ゲート部材１８２とを含む。開口部１９４および１９５は協働して、流体流開口部１９１を画定する。ゲートアセンブリ１４６はまた、第１および第２ゲート部材１８０，１８２の間に挟まれた、または配置されたエンドレス弾性バンド１８４を含むことができる。

【0016】

第１および第２ゲート部材１８０，１８２はそれぞれ、例えば鋼鉄のような着磁性材料から構成されてもよく、磨耗および腐食を実質的に防止するために熱処理および被覆されたプレス加工部品であってもよい。一実施形態では、第１および第２ゲート部材１８０，１８２は、着磁性材料から構成され、製造中に永久に磁化される。別の実施形態では、第１および第２ゲート部材１８０，１８２は、第１および第２ゲート部材１８０，１８２に接続された着磁性材料を有する。例えば、図７に示すように、ゲートアセンブリ１４６は、ゲートアセンブリ１４６の上面１７４に沿って配置された第１永久磁石２０２と、ゲートアセンブリ１４６の下面１７６に沿って配置された第２永久磁石２０４とを含む。

【0017】

図２および図６に示すように、ゲートアセンブリ１４６は、第１ソレノイドアセンブリ１４２ａ（ページの向きに合わせた図面上では上にある）と第２ソレノイドアセンブリ１４２ｂ（ページの向きに合わせた図面上では下にある）との間に配置される。ゲートアセンブリ１４６の上面１７４および下面１７６は、組み立てられた状態（図３に図示）にある場合に、第１ゲート部材１８０および第２ゲート部材１８２によって共に画定される。図４および図５に示すように、第１ゲート部材１８０および第２ゲート部材１８２は互いに連結されている。この例示的な実施形態では、第１ゲート部材１８０の側面１９０は、凹部１９２を画定することができる。第２ゲート部材１８２は、タブ１９６を画定する側面１９４を含む。第２ゲート部材１８２のタブ１９６は、第１ゲート部材１８０の凹部１９２によって受け入れられてもよい。当業者であれば、図４〜図５は、第１ゲート部材１８０および第２ゲート部材１８２の片側のみを示しているが、同様の構成をゲート部材１８０，１８２の対向する側面に含めてもよいことを理解するだろう。

【0018】

図４および図５に示すように、エンドレス弾性バンド１８４は、第１および第２ゲート部材１８０，１８２の間に配置される。エンドレス弾性バンド１８４は、第１ゲート部材１８０の開口部１９４および第２ゲート部材１８２の開口部１９５と位置合わせされた開口部１８６を画定する。エンドレス弾性バンド１８４が第１および第２ゲート部材１８０，１８２に挟まれた状態で、エンドレス弾性バンドは、直線的に並進可能であり、ゲート部材１４６と共に移動距離Ｌ（図３に示す）を移動する。エンドレス弾性バンド１８４は、例えばゴムのような適合性材料から構成することができる。エンドレス弾性バンド１８４は、第１ゲート部材１８０および第２ゲート部材１８２を互いに離すように付勢するために、付勢部材またはコンプライアントバネとして働くことができる。図４に示すように、ゲートアセンブリ１４６が共に組み立てられると、エンドレス弾性バンド１８４は、第１ゲート部材１８０および第２ゲート部材１８２の両方によって画定されたキャビティまたは凹部１９８によって収容され得る。

【0019】

図５に示すように、エンドレス弾性バンド１８４は、第１リップ２１０および第２リップ２１２を含む。第１リップ２１０は、第１ゲート部材１８０の内面２１４に対して密封することができ、第２リップ２１２は、第２ゲート部材１８２の内面２１６に対して密封することができる。エンドレス弾性バンド１８４と第１ゲート部材１８０および第２ゲート部材１８２との間に形成されたシールは、ハウジング１０２内への流体漏れを低減または防止し得ることが理解されるべきである（図１〜図２）。また、ゲートアセンブリ１４６の図が本質を限定するべきではないことを理解されたい。例えば、別のアプローチでは、その全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１４年１２月１０日に出願された、共同所有の米国特許出願第１４／５６５，８１４号の図７に示すような構成を含むゲートアセンブリを使用することができる。

【0020】

図２および図４〜図５に示すように、第１ゲート部材１８０は、前ゲート面２１８を画定することができる。ゲートアセンブリ１４６が閉位置の場合、第１ゲート部材１８０の前ゲート面２１８は、ゲートアセンブリ１４６の流体流開口部１９１への流体の流れを阻止または遮断し得る。しかし、ゲートアセンブリ１４６が開位置の場合に、図３に示すように、流体は、ハウジングＡの第１導管部分１０６から、ゲートアセンブリ１４６によって画定される流体流開口部１９１を通って、第２ハウジングＢの第２導管部分１０８に流れることができる。

【0021】

図２および図６を参照すると、第１ソレノイドアセンブリ１４２ａおよび第２ソレノイドアセンブリ１４２ｂの両方は、それぞれのコア２３０ａ、２３０ｂを含む。コア２３０ａ、２３０ｂは、着磁性材料で構成することができる。図４に示す実施例では、コア２３０ａ、２３０ｂは、両方とも略Ｅ字形のコアであってもよいが、本開示は、Ｅ字形のコアのみに限定されないことを理解されたい。図に示すコア２３０ａ、２３０ｂは、同じサイズの３本の脚部２３２を含むが、各コア２３０ａ、２３０ｂの脚部は、異なるサイズであってもよいことも理解されたい。

【0022】

図２および図６の両方を引き続き参照すると、ボビン２３６ａ、２３６ｂは、各コア２３０ａ、２３０ｂの中央脚部２３２を取り囲むことができる。一実施形態では、ボビン２３６ａ、２３６ｂは、プラスチックで構成することができ、プラスチック射出成形プロセスによって製造することができる。プラスチックの射出成形プロセスが記載されているが、ボビン２３６ａ、２３６ｂを製造するために他のアプローチおよび材料も同様に使用できることを理解されたい。ボビン２３６ａ、２３６ｂは、それぞれ本体２３８ａ、２３８ｂを含む。図２、図６および図８を参照すると、ボビン２３６ａ、２３６ｂは、中央に位置する開口部２４０ａ、２４０ｂおよびそれぞれのチャネル２４２ａ、２４２ｂ（図８に示す）を画定する略Ｉ字形の断面をそれぞれ含む。

【0023】

巻線２３４ａ、２３４ｂを形成するために、対応する線を各コア２３０ａ、２３０ｂのそれぞれのチャネル２４２ａ、２４２ｂの周りに巻くことができる。巻線２３４ａ、２３４ｂは、例えば銅線などの電流を流すための任意のタイプの線であってもよい。ボビン２３６ａ、２３６ｂのそれぞれの開口部２４０ａ、２４０ｂは、それぞれのコア２３０ａ、２３０ｂの中央脚部２３２を受け入れるような形状にすることができる。巻線２３４ａ、２３４ｂを適所に保持するために、ボビン２３６ａ、２３６ｂを使用することができることを理解されたい。巻線２３４ａ、２３４ｂは、端子（図示せず）に接続されてもよいことを理解されたい。端子は、ボビン２３６ａ、２３６ｂから外側に突出してもよく、そこで各端子は、対応する回路基板２５０ａ、２５０ｂに電気的に接続することができる。以下により詳細に説明するように、回路基板２５０ａ、２５０ｂは、ソレノイドアセンブリ１４２ａ、１４２ｂを作動させるための回路を含むことができる。

【0024】

図２に示すように、ハウジング１０２の第２セクションＢは、第２セクションＢの内壁２５４から外側に突出する１または複数のガイド２５２を含むことができる。ガイド２５２は、案内を提供し、ゲートアセンブリ１４６が移動距離Ｌ（図３に示す）を直線方向に並進することを保証するために使用することができる。ハウジング１０２の第２セクションＢは、第２セクションＢの内壁２５４から外側に突出するガイド２５６の第２セットをそれぞれ含むことができる。ガイド２５６は、回路基板２５０ａ、２５０ｂをハウジング１０２内の定位置に配置するために使用することができる。ソレノイドアセンブリ１４２ａ、１４２ｂを制御することに加えて、機械的支持および剛性を提供するために、回路基板２５０ａ、２５０ｂをハウジング１０２内に配置することもできる。第１ハウジングＡも同様に内壁に沿って類似の構造を有するが、これらの構造は図２では見えないことを理解されたい。

【0025】

図１および図２を参照すると、ハウジング１０２は、回路基板２５０ａ、２５０ｂの対応する１つに電気的に接続された電気コネクタ（図示せず）を含むことができることを理解されたい。電気コネクタは、ハウジング（図示せず）によって画定された開口部から突出することができ、回路基板２５０ａ、２５０ｂを外部コントローラ（図示せず）に電気的に接続することができる。例えば、一実施形態では、外部コントローラは、エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）であってもよい。

【0026】

ゲートアセンブリ１４６は、通常、開始位置に着座することができる。開始位置は、閉位置でも開位置でもよい（図３参照）。ゲートアセンブリ１４６は、閾値力がゲートアセンブリ１４６に加えられるまで、開始位置に着座したままである。閾値力は、以下により詳細に説明され、コア２３０ａ、２３０ｂ内に誘起される対向する磁場によって生成される。閾値力は、ゲートアセンブリ１４６を開始位置から離すのに十分な大きさであり、ゲートアセンブリ１４６を第２の位置に移動させる。第２の位置は、通常の着座位置の反対側である。例えば、通常の着座位置が開位置（図３に示す）である場合、第２の位置は、閉位置となる。反対の磁場が除去された後に、第１ゲート部材１８０および第２ゲート部材１８２内の残留磁気によって、ゲートアセンブリ１４６が開位置または閉位置のいずれかに付勢されることは理解されるべきである。

【0027】

図２〜図３を参照すると、電流が巻線２３４ａに加えられると、第１磁場がソレノイド１４２ａのコア２３０ａ内に誘起される。第１磁場は、巻線２３４ａに供給される電流の量に基づく。具体的には、第１の量の電流が巻線２３４ａに加えられ、それが第１磁場を形成する。第１磁場は、残留磁化された第１ゲート部材１８０および第２ゲート部材１８２を引き付けることができる。換言すれば、第１磁場は、ゲート部材１８０および第２ゲート部材１８２を、コア２３０ａに向かう方向、および図３に示す開放位置に向かわせる。

【0028】

第１の量の電流が巻線２３４ａに加えられると同時に、ソレノイド１４２ｂのコア２３０ｂ内に第２磁場を誘起するために、反対の第２の量の電流が巻線２３４ｂに加えられる。反対の第２磁場は、残留磁化された第１ゲート部材１８０および第２ゲート部材１８２を反発させるために生成されることを理解されたい。換言すれば、第２磁場は、第１ゲート部材１８０および第２ゲート部材１８２をコア２３０ｂから離れる方向に、コア２３０ａの方に向かわせる。コア２３０ａによって誘起された第１磁場と、コア２３０ｂによって誘起された反対の第２磁場とが協働して、閾値力を生成する。閾値力は、ゲートアセンブリ１４６を、移動距離Ｌを通って第２の位置（すなわち、図３に示す開位置）に直線方向に並進させるように促すのに十分な大きさである。ゲートアセンブリ１４６を開位置に作動させることが記載されているが、巻線２３４ａ、２３４ｂに供給される電流は、第１磁場および第２磁場の方向を切り替え、ゲートアセンブリ１４６を閉位置に作動させるために、方向転換され得ることが理解されるべきである。

【0029】

図９は、巻線２３４ａ、２３４ｂに電流を供給するために使用される電気回路３００の概略図である。以下に説明するように、電気回路３００は、外部コントローラ（図示せず）と組み合わせて使用して、第１ゲート部材１８０および第２ゲート部材１８２の両方の位置を決定することもできる。電気回路３００は、２つのＨブリッジ３０２ａ、３０２ｂと、Ｈブリッジ３０２ａ、３０２ｂの両方と通信するマイクロコントローラ３０４とを含む。図２および図９を参照すると、一実施形態では、電気回路３００は、回路基板２５０ａ、２５０ｂのうちの１つの上に完全に配置され、回路基板２５０ａ、２５０ｂの残りの１つは、ハウジング１０２の機械的支持のためだけに使用されることを理解されたい。別の実施形態では、電気回路３００の一部を回路基板２５０ａ、２５０ｂの両方に配置することができ、コネクタ（図示せず）を使用して両回路基板２５０ａ、２５０ｂを電気的に接続することができる。

【0030】

図９を参照すると、各Ｈブリッジ３０２ａ、３０２ｂは、４つのスイッチを含むことができる。具体的には、Ｈブリッジ３０２ａは、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含み、Ｈブリッジ３０２ｂは、４つのスイッチＳ１’、Ｓ２’、Ｓ３’、Ｓ４’を含む。図９に示す実施形態では、スイッチは、それぞれ金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であるが、他のタイプのスイッチまたは機械的スイッチも同様に使用できることを理解されたい。各スイッチは、マイクロコントローラ３０４の出力またはピン３１０に電気的に接続することができる。各Ｈブリッジ３０２ａ、３０２ｂはまた、対応する直列回路３１２ａ、３１２ｂを形成するために、コンデンサＣ_ａ、Ｃ_ｂに直列に電気的に接続された抵抗Ｒ_ａ、Ｒ_ｂを含むことができる。図９に示すように、直列回路３１２ａ、３１２ｂの第１端３２０ａ、３２０ｂは、巻線２３４ａ、２３４ｂの第１端３２２ａ、３２２ｂに接続され、直列回路３１２ａ、３１２ｂの第２端３２４ａ、３２４ｂは、巻線２３４ａ、２３４ｂの第２端３２６ａ、３２６ｂに接続される。Ｈブリッジ３０２ａ、３０２ｂは、それぞれの負荷（すなわち、それぞれの巻線２３４ａ、２３４ｂ）を通りいずれかの方向で電圧を印加することができることを理解されたい。センス線３３０ａ、３３０ｂは、抵抗Ｒ_ａ、Ｒ_ｂおよびコンデンサＣ_ａ、Ｃ_ｂとの間に位置する接合部３３２ａ、３３２ｂを、マイクロコントローラ３０４の対応するセンスピン３３４ａ、３３４ｂに電気的に接続することができる

【0031】

マイクロコントローラ３０４は、電子回路、組合せ論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コードを実行するプロセッサ（共有、専用、またはグループ）、説明された機能を提供する他の適切な構成要素、またはシステムオンチップのような上記の一部または全部の組み合わせを含むことができる。モジュールという用語は、プロセッサによって実行されるコードを格納するメモリ（共有、専用、またはグループ）を含むことができる。上記で使用されたコードという用語は、ソフトウェア、ファームウェア、マイクロコード、またはアセンブリコードを含むことができ、プログラム、ルーチン、ファンクション、クラス、またはオブジェクトを参照することができる。図９では、Ｈブリッジ３０２ａ、３０２ｂおよびマイクロコントローラ３０４を別々の構成要素として示しているが、別の実施形態では、Ｈブリッジ３０２ａ、３０２ｂおよびマイクロコントローラ３０４は、一体化された構成要素となり得ることを理解されたい。

【0032】

図２〜図３および図９を参照すると、マイクロコントローラ３０４は、ソレノイドアセンブリ１４２ａの巻線２３４ａに電流を誘起して、それによってソレノイド１４２ａのコア２３０ａ内に第１磁場を誘起するために、スイッチＳ１およびＳ４（Ｈブリッジ３０２ａの１つおきの脚部３３８ａに位置する）を作動させて、それぞれのピン３１０を励磁する。第１磁場は、ゲートアセンブリ１４６のゲート部材１８０，１８２を磁気的に引き付ける。マイクロコントローラ３０４は、ソレノイドアセンブリ１４２ａの巻線２３４ａに電流を誘起して、ソレノイド１４２ｂのコア２３０ｂ内に第２磁場を誘起するために、スイッチＳ２’およびＳ３’（Ｈブリッジ３０２ｂの１つおきの脚部３３８ｂに位置する）を作動させて、それぞれのピン３１０を同時に励磁する。第１磁場は、ゲートアセンブリ１４６のゲート部材１８０，１８２を磁気的に反発させる。このようにして、ゲートアセンブリ１４６は、開位置に作動される。

【0033】

スイッチＳ１、Ｓ４、Ｓ２’Ｓ３’が作動されているように記載されているが、マイクロコントローラ３０４はまた、スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ１’、Ｓ４’を作動して、ゲートアセンブリ１４６を閉位置に作動させるために、それぞれのピン３１０を励磁することができることを理解されたい。したがって、回路板２５０ａ、２５０ｂは、第１および第２のソレノイドアセンブリ１４２ａ、１４２ｂの一方を作動させてゲート部材１８０，１８２を磁気的に引き付けるのと同時に、他方のソレノイドアセンブリ１４２ａ、１４２ｂを作動させて、ゲート部材１８０，１８２を磁気的に反発させることによって、ソレノイドアセンブリ１４２ａ、１４２ｂを開位置または閉位置のいずれかから作動させるための回路を含むことができることを理解されたい。

【0034】

図９を参照すると、マイクロコントローラ３０４はまた、バッテリ電圧などの電力を受け取るための入力部３４０を含むことができる。マイクロコントローラ３０４はまた、ピン３４２を介してグランドに接続することができる。さらに、マイクロコントローラ３０４は、ピン３４４，３４６を介して外部コントローラ（図示せず）と情報を送受信することもできる。上記で説明したように、外部コントロールは、例えば、ＥＣＭであってもよい。
以下でより詳細に説明するように、外部コントローラは、コア２３０ａに対するゲートアセンブリ１４６の現在位置を要求する信号をマイクロコントローラ３０４に送信することができる。図２、図３および図９を参照すると、ゲートアセンブリ１４６の現在位置を要求する外部コントローラからの信号をピン３４４から受信することに応答して、マイクロコントローラ３０４は、Ｈブリッジ３０２ａ、３０２ｂの両方を介して巻線２３４ａ、２３４ｂ両方を通る所定の期間にわたって時間変化する電圧を生成する。具体的には、マイクロコントローラ３０４は、Ｈブリッジ３０２ａ、３０２ｂの１つおきの脚部３３８ａ、３３８ｂへ時間変化する電圧を交互に変えて、巻線２３４ａ、２３４ｂの両方を励磁したり、非励磁したりすることができる。

【0035】

一実施形態では、時間変化する電圧は、固定周波数（例えば、２０ｋＨｚ）を有する方形波電圧であってもよい。具体的には、巻線２３４ａ、抵抗Ｒ_ａ、およびコンデンサＣ_ａ（又は巻線２３４ｂ、抵抗Ｒ_ｂ、およびコンデンサＣ_ｂ）のインダクタンスは、協働して、方形波電圧によって生成される励起に応答して発振する回路を形成する。巻線２３４ａ、２３４ｂのインダクタンスの値は固定されておらず、ゲート部材１８０，１８２の位置に基づいて変化する。具体的には、巻線２３４ａ、２３４ｂのインダクタンスは、ゲート部材１８０，１８２が近い場合には増加し、ゲート部材１８０，１８２が遠い場合には減少する。時間変化する電圧は様々な値を含むことができるが、ピーク間の電圧は、少なくとも２ボルトが必要とされることが理解されるべきである。

【0036】

マイクロコントローラ３０４が、時間変化する電圧を生成する際に、マイクロコントローラ３０４はまた、センス線３３０ａ、３３０ｂを監視することができる。具体的には、マイクロコントローラ３０４は、センス線３３０ａ、３３０ｂを監視して、巻線２３４ａ、２３４ｂのインダクタンスの振動の振幅を決定することができる。上で説明したように、巻線２３４ａ、２３４ｂのインダクタンスは固定されておらず、ゲート部材１８０，１８２の位置に基づいて変化する。具体的には、振動の最大振幅は、巻線２３４ａ、２３４ｂに対するゲート部材１８０，１８２の位置を示す。

【0037】

時間変化する電圧の代わりに、別の実施形態では、掃引周波数を巻線２３４ａ、２３４ｂの両方に印加することができる。掃引周波数は、巻線２３４ａ、抵抗Ｒ_ａ、およびコンデンサＣ_ａ（または巻線２３４ｂ、抵抗Ｒ_ｂおよびコンデンサＣ_ｂ）のインダクタンスの共振周波数よりも低い値から、共振周波数よりも上の値までの範囲とすることができ、周波数の増加する範囲または周波数の減少する範囲とすることができる。マイクロコントローラ３０４が掃引周波数を生成する際に、マイクロコントローラ３０４はまた、センス線３３０ａ、３３０ｂを監視することができる。具体的には、マイクロコントローラ３０４は、センス線３３０ａ、３３０ｂを監視して、巻線２３４ａ、２３４ｂのピーク電圧振幅を決定することができる。ピーク電圧振幅は、巻線２３４ａ、２３４ｂに対するゲート１８０，１８２の距離に相関する。

【0038】

図２、図３および図９を参照すると、マイクロコントローラ３０４は、ピン３４６を介して、巻線２３４ａ、２３４ｂに対するゲート１８０，１８２の距離を示す信号を外部コントローラに送ることができる。外部コントローラは、ゲート１８０，１８２の位置を示す信号を受信し、ゲート１８０，１８２の現在位置に基づいてゲートアセンブリ１４６の異なる位置を決定することができる。例えば、ゲートアセンブリ１４６が開位置にある場合、外部コントローラは、異なる位置が閉位置であると判断することができる。

【0039】

上述の図１〜図９に示す装置１００は、自動車用途などの様々な用途に使用することができ、空気、冷却液、燃料または油などの流体の流れを制御することができるソレノイド作動制御バルブである。現在利用可能なバルブは、デフォルト位置にバネ付勢され、バルブを「オン」位置に動かすためにソレノイドコイルに電流を印加する必要があることを理解されたい。バルブがオンの間は、電力が消費されている。開示されたバルブアセンブリは、開示されたゲートアセンブリを開位置または閉位置のいずれかに保持するために、電力の連続的な印加を必要としない。さらに、開示された装置は、バルブの現在位置を電子的に決定する手法も提供するものである。

【0040】

本発明を詳細に、およびその好ましい実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく変更および変形が可能であることは明らかであろう。

【符号の説明】

【0041】

１００ ラッチ式ソレノイドゲートバルブ
１０２ ハウジング
１０４ 導管
１０６ 第１導管部分
１０８ 第２導管部分
１１０ 第１セクション
１１４ 開口部
１１８ 封止構造
１２０ 第２セクション
１２４ 開口部
１３８ キャビティ
１４２ａ 第１ソレノイドアセンブリ
１４２ｂ 第２ソレノイドアセンブリ
１４６ ゲートアセンブリ
１８０ 第１ゲート部材
１８２ 第２ゲート部材
１８４ エンドレス弾性バンド
１８６ 開口部
１９１ 流体流開口部
１９４ 開口部
１９５ 開口部
２０２ 第１永久磁石
２０４ 第２永久磁石
２３０ コア
２３４ 巻線
２３６ ボビン
２４０ 開口部
２４２ チャネル
２５０ 回路基板
３００ 電気回路
３０２ Ｈブリッジ
３０４ マイクロコントローラ
３１０ ピン
３１２ 直列回路
３３０ センス線
３３２ 接合部
３３４ センスピン
３３８ 脚部
３４０ 入力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】