DE10154580B4 - Elektromagnetisches Stellglied - Google Patents

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Abstract

Elektromagnetische Stellvorrichtung mit mindestens einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung (20A, 20B) zum Antreiben einer antreibbaren Einrichtung (10), wobei die elektromagnetische Antriebseinrichtung (20A, 20B) eine mit der antreibbaren Einrichtung (10) verbundene bewegliche Komponente (30) und eine ihr gegenüberstehende feste Komponente (40) aufweist, wobei:
die bewegliche Komponente (30) einen beweglichen Magneten (32) umfasst mit einem ersten Magnetpol (32a) einer ersten magnetischen Polarität und einem zweiten Magnetpol (32b) einer zweiten magnetischen Polarität,
die feste Komponente (40) einen festen Magneten (42) umfasst mit einem ersten Magnetpol (42a) der ersten magnetischen Polarität und einem zweiten Magnetpol (42b) der zweiten magnetischen Polarität, wobei der erste Magnetpol (42a) des festen Magneten (42) gegenüber dem ersten Magnetpol (32a) des beweglichen Magneten (32) angeordnet ist, um eine elektromagnetische Abstoßungskraft auf den beweglichen Magneten (32) auszuüben,
die elektromagnetische Antriebseinrichtung (20A, 20B) ferner umfasst:
eine Steuerspule (48), um entsprechend einem Erregungsstrom eine elektromagnetische Steuerkraft zu erzeugen, wobei die Steuerspule...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit mindestens einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung zum Antreiben einer antreibbaren Einrichtung, zum Beispiel zum Stellen eines reflektierenden Spiegels eines Radars in einem Kraftfahrzeug.
  • Die US 6 002 184 offenbart eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einem elektromagnetischen Triebelement zum Antreiben einer angetriebenen Glieds, wobei das Triebelement eine bewegliche Komponente umfasst, die an dem angetriebenen Glied befestigt ist und eine der beweglichen Komponente gegenüberstehende feste Komponente aufweist. Dabei umfasst die bewegliche Komponente einen beweglichen Magneten, mit einem ersten Magnetpol einer ersten Polarität und einen zweiten Magnetpol der zweiten Polarität, wobei der erste Magnetpol des ersten Magneten dem ersten Magnetpol des beweglichen des beweglichen Magneten gegenübersteht, um eine elektromagnetische Abstoßungskraft auf den beweglichen Magneten auszuüben, und die feste Komponente auch eine Steuerspule umfasst, um entsprechend dem Erregerstrom eine elektromagnetische Steuerkraft zu erzeugen. Die Steuerspule ist zwischen dem ersten Magnetpol des festen Magneten und dem ersten Magnetpol des beweglichen Magneten angeordnet. Der bewegliche Magnet wird durch die elektromagnetische Gesamtkraft aus der elektromagnetischen Abstoßungskraft und der elektromagnetischen Steuerkraft gesteuert.
  • Weitere ebenfalls bekannte elektromagnetische Stellvorrichtungen sind im folgenden anhand von 8 und 9 der Zeichnungen näher beschrieben.
  • 8 zeigt eine Stellvorrichtung mit einer Schwingspule, welches ein Paar von elektromagnetischen Triebelementen verwendet. Jedes der elektromagnetischen Triebelemente besteht aus einem Magneten 2, der an einer Bodenfläche eines festen zylindrischen Kerns 1 eingerichtet ist, einem stabförmigen Kern 3, der auf dem Magneten 2 sitzt, einer beweglichen Spule 4, die in einer ringförmigen Lücke eingerichtet ist, welche zwischen dem stabförmigen Kern 3 und dem zylindrischen Kern 1 gebildet ist, und einem angetriebenen Glied 5, das mit der beweglichen Spule 4 verbunden ist. Das angetriebene Glied 5 ist rotations- bzw. drehfrei um eine Drehachse 7 eingerichtet, getragen von einem Lager 6, und wird von der beweglichen Spule 4 angetrieben.
  • In der schwingspulenartigen Stellvorrichtung kann das angetriebene Glied 5 in Aufwärts- und Abwärtsrichtung angetrieben werden durch eine Antriebskraft, welche senkrecht zur beweglichen Spule gemäß der Stromrichtung und der Stromstärke in der beweglichen Spule 4 erzeugt wird. Wie im folgenden dargestellt, ist eine Verdrahtung 4a zur beweglichen Spule 4 notwendig, und darüber hinaus muss die bewegliche Spule 4 leichgewichtig sein, um einen schnellen Betrieb zu ermöglichen. Dementsprechend kommt es zu Einschränkungen, zum Beispiel bei der Erhöhung der Wicklungszahl oder bei der Vergrößerung des Drahtdurchmessers der beweglichen Spule 4, so dass es schwierig ist durch die bewegliche Spule 4 einen ausreichenden Magnetfluss zu erzeugen. Im Hinblick auf diese Probleme ist es unausweichlich, dass die Stärke des Magneten 2 vergrößert wird, der magnetische Widerstand des zylindrischen Kerns 1 verringert wird und die ringförmige Lücke zwischen der beweglichen Spule 4 und dem zylindrischen Kern 1 kleiner gemacht wird, um die elektromagnetische Triebkraft des elektromagnetischen Antriebselements zu vergrößern. Dabei ist eine hohe Genauigkeit bei der Herstellung des elektromagnetischen Triebelements absolut notwendig.
  • 9 zeigt ein solenoidartiges Stellglied, das ein Paar von elektromagnetischen Triebelementen verwendet. Jedes der elektromagnetischen Triebelemente besteht aus einer festen zylindrischen Spule 8, welche innerhalb des zylindrischen Kerns 1 eingerichtet ist, und einem beweglichen Kern 9, der an dem angetriebenen Glied 5 befestigt ist, wobei der bewegliche Kern 9 eingerichtet ist, um in das Innere der festen Spule 8 hineingezogen zu werden. Obwohl das solenoidartige Stellglied gemäss der obigen Beschreibung strukturell einfach ist, hat es einige Schwachpunkte bei einer schnellen Steuerung des angetriebenen Glieds 5, bei welcher eine Triebrichtung des beweglichen Kerns 9 auf die Anziehungsrichtung durch die feste Spule 8 beschränkt ist, und das Gewicht des beweglichen Teils ist aufgrund des beweglichen Kerns 9 groß.
  • Im Prinzip ähnliche Stellvorrichtungen sind aus JP 8-270 725 A und aus JP 7-015 937 A bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Stellvorrichtung zu schaffen, bei welcher eine Triebkraft für eine an einem angetriebenen Glied befestigten beweglichen Komponente durch eine an einer festen Komponente befestigten Steuerspule kontinuierlich gesteuert wird, das Gewicht der beweglichen Komponente vergleichsweise gering ist und eine hinreichend hohen Präzision mit vergleichsweise geringem Fertigungsaufwand erzielt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer elektromagnetischen Stellvorrichtung nach dem Patentanspruch 1 oder 8 gelöst.
  • Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den diesen Ansprüchen jeweils nachgeordneten Unteransprüchen.
  • Eine elektromagnetische Stellvorrichtung (im folgenden auch "elektromagnetisches Stellglied" genannt) nach der vorliegenden Erfindung ist mindestens ausgerüstet mit einem elektromagnetischen Triebelement zum Antreiben eines angetriebenen Gliedes,
    wobei das elektromagnetische Triebelement eine bewegliche Komponente umfasst, welche an dem angetriebenen Glied befestigt ist, und eine feste Komponente, welche der beweglichen Komponente gegenübersteht,
    wobei die bewegliche Komponente einen beweglichen Magneten enthält, mit einem ersten Magnetpol erster magnetischer Polarität und einem zweiten Magnetpol zweiter magnetischer Polarität,
    wobei die feste Komponente einen festen Magneten mit einem ersten Magnetpol der ersten magnetischen Polarität und einen zweiten Magnetpol der zweiten magnetischen Polarität enthält, und der erste Magnetpol des festen Magneten dem ersten Magnetpol des beweglichen Magneten gegenübersteht, um mit einer elektromagnetisch abstoßenden Kraft auf den beweglichen Magneten zu wirken,
    wobei die feste Komponente auch eine Steuerspule enthält, um eine elektromagnetische Steuerungskraft gemäss einem Erregungsstrom zu erzeugen, wobei die Steuerspule zwischen dem ersten Magnetpol des festen Magneten und dem ersten Magnetpol des beweglichen Magneten eingerichtet ist, und
    wobei der bewegliche Magnet durch die elektromagnetische Gesamtkraft aus der elektromagnetisch abstoßenden Kraft und der elektromagnetisch steuernden Kraft gesteuert wird.
  • Während bei dem elektromagnetischen Stellglied gemäß der Erfindung der bewegliche Magnet der beweglichen Komponente durch die elektromagnetische Gesamtkraft der elektromagnetischen Abstoßungskraft durch den festen Magneten der festen Komponente und der elektromagnetischen Steuerungskraft durch die Steuerspule der festen Komponente angetrieben wird, kann die elektromagnetische Gesamtkraft für den beweglichen Magneten durch die Steuerspule kontinuierlich gesteuert werden. Darüber hinaus ist, da eine gewünschte Antriebskraft ohne weiteres erhalten werden kann durch Erhöhung der Zahl der Wicklungen und der Vergrößerung des Drahtdurchmessers der Steuerspule, welche an der festen Komponente eingerichtet ist, eine Gewichtsbeschränkung des beweglichen Magneten möglich. Der Fertigungsaufwand kann in vergleichsweise engen Grenzen gehalten werden.
  • Das elektromagnetische Stellglied nach der vorliegenden Erfindung kann eine Konfiguration haben, bei welcher die Steuerspule zwischen dem ersten Magnetpol des festen Magneten und dem ersten Magnetpol des beweglichen Magneten eingerichtet ist, in einem Abstand sowohl vom ersten Magnetpol des ersten Magneten als auch des beweglichen Magneten.
  • Aufgrund dieser Konfiguration, während die Steuerspule zwischen dem ersten Magnetpol des ersten Magneten und dem ersten Magnetpol des beweglichen Magneten in einem Abstand von den ersten Magnetpolen beider Magneten angeordnet ist, wird die Abnahme der magnetischen Haltefähigkeit des festen Magneten aufgrund des Magnetflusses der Steuerspule gemildert, und die elektromagnetische Abstoßungskraft kann vom festen Magneten in ausreichendem Maße auf den beweglichen Magneten ausgeübt werden.
  • Ferner kann das elektromagnetische Stellglied der vorliegenden Erfindung eine Konfiguration haben, bei welcher eine Platte aus einem magnetischen Material auf dem zweiten Magnetpol des festen Magneten angeordnet ist.
  • Da gemäß dieser Konfiguration der zweite Magnetpol des festen Magneten an einer Platte aus magnetischem Material eingerichtet ist, wird die magnetische Kopplung sowohl zwischen dem festen Magneten und dem beweglichen Magneten als auch zwischen der Steuerspule und dem beweglichen Magneten verstärkt, was zu einer Verstärkung der elektromagnetischen Abstoßungskraft und der elektromagnetischen Steuerkraft auf den beweglichen Magneten führt.
  • Ferner kann das elektromagnetische Stellglied der vorliegenden Erfindung eine Konfiguration haben, bei welcher die Steuerspule um eine Zentrallinie zwischen dem ersten Magnetpol des festen Magneten und dem ersten Magnetpol des beweglichen Magneten gewunden ist.
  • Ferner kann das elektromagnetische Stellglied der vorliegenden Erfindung eine Konfiguration haben, bei welcher ein Steuerkern zwischen den ersten Magnetpolen des festen Magneten und des beweglichen Magneten eingerichtet ist, und die Steuerspule um den Steuerkern gewunden ist.
  • Da gemäß dieser Konfiguration die Steuerspule um eine Zentrallinie zwischen den ersten Polen des festen Magneten und des beweglichen Magneten gewunden ist, oder die Steuerspule um den Steuerkern gewunden ist, der zwischen den ersten Magnetpolen des beweglichen Magneten und des festen Magneten eingerichtet ist, wirkt der magnetische Fluss der Steuerspule effektiver auf den beweglichen Magneten, was zu einer Verstärkung der elektromagnetischen Steuerkraft führt.
  • Ferner kann das elektromagnetische Stellglied der Erfindung eine Konfiguration haben, bei welcher ein Ende des Steuerkerns gegenüber dem ersten Magnetpol des beweglichen Magneten über eine Lücke eingerichtet ist, und die andere Lücke zwischen dem entgegengesetzten Ende des Steuerkerns und dem ersten Magnetpol des festen Magneten gebildet wird.
  • Da gemäß dieser Konfiguration ein Ende des Steuerkerns dem ersten Magnetpol des beweglichen Magneten über eine Lücke gegenübersteht, und die andere Lücke zwischen dem entgegengesetzten Ende des Steuerkerns und dem ersten Magnetpol des festen Magneten gebildet ist, kann eine Verbesserung der Steuerbarkeit der elektromagnetischen Steuerkraft durch die Steuerspule erreicht werden, indem die Wirkung des elektromagnetischen Flusses durch die Steuerspule sowohl aus dem beweglichen Magneten als auch dem festen Magneten verringert wird.
  • Ferner kann das elektromagnetische Stellglied der Erfindung eine Konfiguration haben, bei welcher die elektromagnetische Steuerkraft verändert wird, um die elektromagnetische Gesamtkraft zu ändern, entsprechend einer Änderung des Betrags zumindest des Erregungsstroms durch die Steuerspule.
  • Da gemäß dieser Konfiguration die elektromagnetische Gesamtkraft dadurch gesteuert wird, dass zumindest der Betrag des Erregungsstroms der Steuerspule geändert wird, kann die elektromagnetische Gesamtkraft kontinuierlich gesteuert werden, indem die Änderung des Betrags des Erregungsstroms kontinuierlich gemacht wird.
  • Ferner kann das elektromagnetische Stellglied der Erfindung eine Konfiguration haben, bei welcher der Erregungsstrom der Steuerspule in Betrag und Richtung geändert wird, um den Betrag und die Richtung der elektromagnetischen Steuerkraft zu ändern, was zu einer Änderung der elektromagnetischen Gesamtkraft führt.
  • Ferner kann das elektromagnetische Stellglied der vorliegenden Erfindung eine Konfiguration haben, bei welcher die elektromagnetische Gesamtkraft entsprechend der Änderung des Betrags und der Richtung des Erregungsstroms der Steuerspule innerhalb eines Bereichs für die elektromagnetische Abstoßungskraft eingestellt wird, welche durch die feste Komponente auf den beweglichen Magneten wirkt.
  • Ferner kann das elektromagnetische Stellglied der vorliegenden Erfindung eine Konfiguration haben, bei welcher die elektromagnetische Gesamtkraft entsprechend der Änderung des Betrags und der Richtung des Erregungsstroms der Steuerspule geändert wird, aus dem Zustand, in dem die feste Komponente eine elektromagnetisch abstoßende Kraft wirken lässt, in den Zustand, in welchem die feste Komponente eine elektromagnetisch anziehende Kraft auf den beweglichen Magneten wirken lässt.
  • Da gemäß dieser Konfiguration die elektromagnetische Gesamtkraft durch Änderung der Richtung und des Betrags des Erregungsstroms gesteuert wird, kann die elektromagnetische Gesamtkraft in einem breiteren Bereich kontinuierlich gesteuert werden, durch kontinuierliche Änderung der Richtung und des Betrags des Erregungsstroms. In diesem Fall, wenn die elektromagnetische Gesamtkraft in einem Bereich eingestellt wird, in dem die elektromagnetische Abstoßungskraft von der festen Komponente auf die bewegliche Komponente ausgeübt wird, kann die elektromagnetische Gesamtkraft in einem weiten Bereich eingestellt werden, und darüber hinaus kann die elektromagnetische Gesamtkraft in einem breiteren Bereich eingestellt werden, von dem Zustand der elektromagnetisch abstoßenden Kraft bis zum Zustand der elektromagnetisch anziehenden Kraft, welche von der festen Komponente auf die bewegliche Komponente ausgeübt wird.
  • Ferner umfasst ein elektromagnetisches Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung:
    ein angetriebenes Glied, das frei schwenkbar um einen tragenden Punkt zentriert eingerichtet ist,
    ein erstes elektromagnetisches Triebelement, das an einem Ende des angetriebenen Gliedes bezüglich des tragenden Punkts eingerichtet ist, um das angetriebene Glied anzutreiben, und
    ein zweites elektromagnetisches Triebelement, das am anderen Ende des angetriebenen Gliedes bezüglich des tragenden Punkts eingerichtet ist, um das angetriebene Glied anzutreiben,
    wobei das erste elektromagnetische Triebelement und das zweite elektromagnetische Triebelement jeweils eine bewegliche Komponente enthalten, die an dem angetriebenen Glied befestigt ist, und eine ihrer entsprechenden beweglichen Komponente gegenüberstehende feste Komponente,
    jede bewegliche Komponente einen beweglichen Magneten mit einem ersten Magnetpol erster magnetische Polarität und einem zweiten Magnetpol zweiter magnetischer Polarität hat,
    jede feste Komponente einen festen Magneten hat, mit eingerichtetem ersten Magnetpol erster magnetischer Polarität, und zweitem Magnetpol zweiter magnetischer Polarität, wobei der erste Magnetpol des festen Magneten dem ersten Pol seines entsprechenden beweglichen Magneten gegenübersteht, um auf seinen entsprechenden beweglichen Magneten eine elektromagnetisch abstoßende Kraft auszuüben, und
    jede feste Komponente auch eine Steuerspule hat, um entsprechend einem Erregungsstrom eine elektromagnetische Steuerkraft zu erzeugen, wobei die jeweilige Steuerspule zwischen dem ersten Magnetpol des festen Magneten und dem ersten Magnetpol des beweglichen Magneten eingerichtet ist,
    wobei jeder bewegliche Magnet der ersten und zweiten elektromagnetischen Elemente durch die elektromagnetische Gesamtkraft aus der elektromagnetischen Abstoßungskraft und der elektromagnetischen Steuerkraft gesteuert wird.
  • Gemäß dieses elektromagnetischen Stellglieds kann die Triebkraft für das angetriebene Glied durch die Spulen der festen Komponenten des ersten elektromagnetischen Elements und des zweiten elektromagnetischen Elements kontinuierlich gesteuert werden. Darüber hinaus kann eine ausreichende Antriebskraft für das angetriebene Glied erhalten werden, indem die Zahl der Wicklungen erhöht und der Drahtdurchmesser der Steuerspulen, welche in den festen Komponenten eingerichtet sind, vergrößert wird, wodurch eine Gewichtsbegrenzung jeder beweglichen Komponente möglich ist und eine hohe Fertigungsgenauigkeit jeder festen Komponente unnötig wird. Da jede Steuerspule zwischen dem ersten Magnetpol des festen Magneten und dem ersten Magnetpol des beweglichen Magneten eingerichtet ist, getrennt vom ersten Magnetpol beider Magneten, wird eine Verringerung der magnetischen Haltefähigkeit des festen Magneten aufgrund des magnetischen Flusses der Steuerspule gemildert, und eine ausreichende elektromagnetische Abstoßungskraft kann vom festen Magneten auf den beweglichen Magneten ausgeübt werden.
  • Das elektromagnetische Stellglied der vorliegenden Erfindung kann auch so konfiguriert sein, dass die Steuerspulen des ersten elektromagnetischen Triebelements und des zweiten elektromagnetischen Triebelements verknüpft bzw. aufeinander abgestimmt gesteuert werden.
  • Das elektromagnetische Stellglied der vorliegenden Erfindung kann auch so konfiguriert sein, dass wenn das erste elektromagnetische Triebelement von seiner Steuerspule gesteuert wird, um seine elektromagnetische Abstoßungskraft auf seinen entsprechenden beweglichen Magneten zu vergrößern, das zweite elektromagnetische Triebelement von seiner Steuerspule gesteuert wird, die elektromagnetische Abstoßungskraft auf seinen entsprechenden beweglichen Magneten zu verringern.
  • Das elektromagnetische Stellglied der vorliegenden Erfindung kann auch so konfiguriert sein, dass wenn das erste elektromagnetische Triebelement von seiner Steuerspule gesteuert wird, seine elektromagnetische Abstoßungskraft auf seinen entsprechenden beweglichen Magneten zu erhöhen, das zweite elektromagnetische Triebelement von seiner Steuerspule gesteuert wird, die elektromagnetische Abstoßungskraft zu verringern, und für seinen entsprechenden beweglichen Magneten eine elektromagnetische anziehende Kraft zu erzeugen.
  • Gemäß dieser Konfigurationen kann in einem elektromagnetischen Stellglied, in welchem die Steuerspulen der ersten und zweiten elektromagnetischen Elemente verknüpft gesteuert werden, eine Richtung oder ein Winkel des angetriebenen Glieds auf der Grundlage eines Abgleichs bzw. Ausgleichs (Balance) zwischen den Triebkräften, welche von den ersten und zweiten elektromagnetischen Elementen ausgeübt werden, in dem elektromagnetischen Stellglied gesteuert werden, wobei wenn das erste elektromagnetische Triebelement von seiner Steuerspule gesteuert wird, seine elektromagnetische Abstoßungskraft auf seinen entsprechenden beweglichen Magneten zu erhöhen, das zweite elektromagnetische Triebelement von seiner Steuerspule gesteuert wird, die elektromagnetische Abstoßungskraft auf seinen entsprechenden beweglichen Magneten zu verringern, die Richtung oder der Winkel des angetriebenen Glieds kann auf der Grundlage eines Abgleichs beziehungsweise Ausgleichs zwischen den elektromagnetischen Abstoßungskräften, welche von dem ersten und zweiten elektromagnetischen Element ausgeübt werden, gesteuert werden, und in dem elektromagnetischen Stellglied, bei welchem wenn das erste elektromagnetische Triebelement von seiner Steuerspule gesteuert wird, seine elektromagnetische Abstoßungskraft auf seinen entsprechenden beweglichen Magneten zu erhöhen, das zweite elektromagnetische Triebelement von seiner Steuerspule gesteuert wird, die elektromagnetische Abstoßungskraft zu verringern, und eine elektromagnetisch anziehende Kraft für seinen entsprechenden beweglichen Magneten zu erzeugen, kann die Richtung oder der Winkel des angetriebenen Glieds in einem breiteren Bereich gesteuert werden, auf der Grundlage eines Ausgleichs bzw. Abgleichs zwischen den elektromagnetischen Abstoßungskräften, welche durch das erste und das zweite elektromagnetische Element ausgeübt werden.
  • Das elektromagnetische Stellglied der vorliegenden Erfindung kann auch so konfiguriert sein, dass die Steuerspulen des ersten elektromagnetischen Triebelements und des zweiten elektromagnetischen Triebelements unabhängig voneinander gesteuert werden.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann der erforderliche Antrieb für das angetriebene Glied durch die unabhängige Steuerung jeder Steuerspule erhalten werden, und man kann eine Einstellung der Resonanzfrequenz in einem mechanischen Antriebssystem für das angetriebene Glied erzielen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Querschnitt eines elektromagnetischen Stellglieds der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Schaltbild einer Erregungsschaltung des elektromagnetischen Stellglieds in der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist ein Schaltbild einer Erregungsschaltung des elektromagnetischen Stellglieds in der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein Schaltbild einer Erregungsschaltung des elektromagnetischen Stellglieds in der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist ein Schaltbild einer Erregungsschaltung des elektromagnetischen Stellglieds in der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist eine vergrößerte Konfiguration eines Positionssensors des elektromagnetischen Stellglieds in der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine vergrößerte Konfiguration eines anderen Positionssensors des elektromagnetischen Stellglieds in der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist ein Querschnitt eines elektromagnetischen Stellglieds des Standes der Technik.
  • 9 ist ein Querschnitt eines weiteren elektromagnetischen Stellglieds des Standes der Technik.
  • Erste Ausführung
  • 1 zeigt einen Querschnitt eines elektromagnetischen Stellglieds der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Das elektromagnetische Stellglied dient dazu, ein angetriebenes Glied anzutreiben, und das angetriebene Glied ist zum Beispiel ein reflektierender Spiegel 10 eines in ein Kraftfahrzeug eingebauten Radars. Das Radar dient zur Überwachung der Umgebung des Kraftfahrzeugs, in dem Hindernisse aus einer reflektierten Welle erfasst werden, wobei die reflektierte Welle die Reflexion einer aus dem Radar abgestrahlten Funkwelle ist. Ein Lichtstrahl kann anstelle der Funkwelle auf genau die gleiche Weise verwendet werden, wie oben betreffend der Funkwelle beschrieben. In jedem Fall sorgt der reflektierende Spiegel 10 dafür, dass die Funkwelle oder der Lichtstrahl in die Umgebung des Kraftfahrzeugs gestrahlt wird, und erfasst Hindernisse um das Kraftfahrzeug selbst durch Empfang der reflektierten Funkwelle oder des reflektierten Lichtstrahls, wobei der reflektierende Spiegel als angetriebene Komponente gesteuert wird, um seine Richtung oder seinen Winkel zu ändern, um die Richtung zur Abstrahlung der Funkwelle oder des Lichtstrahls zu verändern. Der reflektierende Spiegel 10 wird frei schwenkbar getragen an einem tragenden Punkt 11, der sich um einen Schwerpunkt in einem Zentralteil des reflektierenden Spiegels 10 befindet, um Auswirkungen durch die Schwerkraft oder schwere Vibration zu vermeiden. Der tragende Punkt 11 ist eine Drehachse 13, welche durch ein Lager 12 drehfrei getragen wird, und der reflektierende Spiegel 10 wird zentriert um die Drehachse 13 frei schwenkbar getragen. Das Lager 12 ist an einer auf einer Platte 14 eingerichteten Basis 15 befestigt. Ein Positionssensor 16 dient dazu, die Position des reflektierenden Spiegels 10 zu erfassen, und ist an der Basis 15 befestigt, wobei der Positionssensor 16 zum Beispiel ein Magnetsensor ist, welcher Magnetismus verwendet, oder ein Fotosensor, welcher einen Lichtstrahl verwendet.
  • Das elektromagnetische Stellglied in der in 1 gezeigten Ausführung ist auf der rechten und linken Seite des reflektierenden Spiegels 10 mit einem Paar von elektromagnetischen Triebelementen 20A bzw. 20B ausgerüstet. Das erste elektromagnetische Triebelement 20A ist nämlich auf der rechten Seite des tragenden Punkts 11 des reflektierenden Spiegels 10 eingerichtet, um das rechte Ende des Spiegels zu bewegen, und das zweite elektromagnetische Triebelement 20B ist auf der linken Seite des tragenden Punkts 11 eingerichtet, um das linke Ende des Spiegels zu bewegen. Die elektromagnetischen Triebelemente 20A und 20B haben die gleiche Konfiguration, und sind einzeln mit einer beweglichen Komponente 30 und einer festen Komponente 40 ausgestattet. Die bewegliche Komponente 30 des elektromagnetischen Triebelements 20A und 20B ist mit einem beweglichen Magneten 32 ausgerüstet, der am reflektierenden Spiegel 10 befestigt ist. Der bewegliche Magnet 32 ist ein zylindrisch geformter Magnet, dessen erster Magnetpol 32a als N-Pol magnetisiert ist und dessen zweiter Magnetpol 32b als S-Pol magnetisiert ist, wobei der zweite Magnetpol 32b (S-Pol) und der reflektierende Spiegel 10 fest vereinigt sind. Es ist hierbei in der obigen Konfiguration selbstverständlich möglich zur Erzielung eines äquivalenten Effekts den zweiten Magnetpol 32b (S-Pol) durch den ersten Magnetpol 32a (N-Pol) zu ersetzen, bzw. diese zu vertauschen.
  • Die feste Komponente 40 des elektromagnetischen Triebelements 20A und 20B ist gegenüber von der beweglichen Komponente 30 eingerichtet, wobei diese sich gegenüber stehen. Die feste Komponente 40 ist auf der rechten bzw. linken Seite der Platte 14 befestigt, auf welcher die Basis 15 eingerichtet ist. Die Platte 14 besteht aus einem magnetischen Material, wie zum Beispiel einer Eisenplatte. Als erstes enthält die feste Komponente 40 den festen Magneten 42, wobei der feste Magnet 42 ähnlich dem beweglichen Magneten 32 zylindrisch hergestellt ist, und dessen erster Magnetpol 42a als N-Pol magnetisiert ist, und dessen zweiter Magnetpol 42b als S-Pol magnetisiert ist. Der feste Magnet 42 des elektromagnetischen Triebelements 20A und 20B ist gegenüber von dem beweglichen Magneten 32 des elektromagnetischen Triebelements 20A und 20B eingerichtet. Der zweite Magnetpol 42b (S-Pol) und die Platte 14 sind fest vereinigt, und folglich steht der erste Magnetpol 42a (N-Pol) des festen Magneten 42 dem ersten Magnetpol 32a (N-Pol) des beweglichen Magneten 32 gegenüber. Hierbei kann die Konfiguration auch so modifiziert werden, dass der erste Magnetpol 32a des beweglichen Magneten 32 und der reflektierende Spiegel 10 fest vereinigt sind, und der erste Magnetpol 42a des festen Magneten und die Platte 14 fest vereinigt sind, um die gleiche Wirkung wie oben zu erzielen.
  • Die feste Komponente 40 des elektromagnetischen Triebelements 20A und 20B besteht aus einem aus Harz hergestellten Spulenträger 44, einem Steuerkern 46 und einer Steuerspule 48. Der Spulenträger 44 ist eingerichtet den festen Magneten 42 abzudecken, und der Steuerkern 46 wird auf dem Seitenmagneten 42 gehalten. Der Steuerkern 46 ist ein stabförmiger Eisenkern mit einem kreisförmigen Querschnitt, und ist zwischen dem ersten Magnetpol 32a (N-Pol) des beweglichen Magneten 32 und dem ersten Magnetpol 42a (N-Pol) des festen Magneten 42 eingerichtet. Das obere Ende des Steuerkerns 46 steht dem ersten Magnetpol 32a (N-Pol) des beweglichen Magneten 32 über eine Lücke 50 gegenüber, und auch zwischen dem unteren Ende des Steuerkerns 46 und dem ersten Magnetpol 42a (N-Pol) des festen Magneten 42 ist eine Lücke 52 gebildet. Der Spulenträger 44 hat einen Wicklungsrahmen 44a an seiner äußeren Peripherie, wobei jede Steuerspule 48 um den Wicklungsrahmen 44a gewickelt ist. Als Ergebnis ist die Steuerspule 48 um eine Zentrallinie gewickelt, welche den ersten Magnetpol 32a des beweglichen Magneten 32 mit dem ersten Magnetpol 42a des festen Magneten 42 verbindet, und entlang der Zentrallinie wird ein magnetischer Fluss erzeugt. Ferner ist ein Draht 48a als Verbindungsdraht für die Steuerspule 48 vorgesehen, wobei die Steuerspule 48 mit einer Erregerschaltung verbunden ist.
  • Die feste Komponente 40 des elektromagnetischen Triebelements 20A und 20B erzeugt aus der ersten und zweiten elektromagnetischen Kraft F1 und F2 eine elektromagnetische Gesamtkraft F0 für die bewegliche Komponente 30. Die erste elektromagnetische Kraft F1 wird vom festen Magneten 42 auf den beweglichen Magneten 32 ausgeübt. Da der erste Magnetpol 42a (N-Pol) des festen Magneten 42 dem ersten Magnetpol 32a (N-Pol) des beweglichen Magneten 32 gegenübersteht, ist die erste elektromagnetische Kraft F1, welche von dem festen Magneten 42 auf den beweglichen Magneten 32 ausgeübt wird, eine elektromagnetisch abstoßende Kraft, welche bewirkt, dass die bewegliche Komponente 30 von der festen Komponente 40 beabstandet bleibt. Und die elektromagnetische Abstoßungskraft ist ungefähr immer konstant, da diese Magneten 32 und 42 Permanentmagneten sind.
  • Die zweite elektromagnetische Kraft F2 wird von der festen Komponente 40 auf die bewegliche Komponente 30 ausgeübt, und wird durch die Steuerspule 48 erzeugt. Die Steuerspule 48 erzeugt einen magnetischen Fluss entlang einer Linie, welche den ersten Magnetpol 32a des beweglichen Magneten 32 mit dem ersten Magnetpol 42a des festen Magneten 42 verbindet. Und die elektromagnetische Kraft F2, welche in Betrag und Richtung auf die bewegliche Komponente ausgeübt wird, wird auf der Grundlage des magnetischen Flusses gesteuert, der proportional zur Richtung und zum Betrag des Erregungsstroms der Steuerspule 48 erzeugt wird. Wenn der Erregungsstrom in jeder der Steuerspulen 48 in einer bestimmten Richtung fließt, wird die elektromagnetische Kraft F2 von der Steuerspule 48 in die gleiche Richtung auf die bewegliche Komponente 30 ausgeübt, wie jene des festen Magneten 42, nämlich in eine Richtung um die bewegliche Komponente 30 von der festen Komponente 40 abzustoßen, und der Betrag der Kraft ist proportional zum Betrag des Erregungsstroms. Wenn die Richtung des Erregungsstroms umgekehrt wird, wirkt die elektromagnetische Kraft F2 der Steuerspule 48 entgegen der Abstoßungskraft und in eine Richtung, in welcher die bewegliche Komponente 30 zur festen Komponente 40 gezogen wird, wobei der Betrag der Kraft proportional zum Erregungsstrom ist.
  • Wenn die Abstoßungsrichtung der ersten elektromagnetischen Kraft F1 durch den festen Magneten 42 als positive Polarität angenommen wird, wird die elektromagnetische Gesamtkraft F0 zu F0 = F1 ± F2, und daher kann die elektromagnetische Gesamtkraft F0 in einem breiten Bereich gesteuert werden, indem die Richtung und der Betrag des Erregungsstroms verändert wird. Die Richtung und der Winkel des reflektierenden Spiegels 10 werden aufgrund eines Gleichgewichts bzw. Ausgleichs (Balance) zwischen den elektromagnetischen Gesamtkräften F0 der elektromagnetischen Elemente 20A und 20B gesteuert.
  • In der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung gibt es keine speziellen Begrenzungen bei der Vergrößerung des magnetischen Flusses der Steuerspule 48 durch Erhöhung der Zahl der Wicklungen der Spule, aufgrund der Konfiguration, bei welcher die Steuerspule 48 in der festen Komponente 40 eingerichtet ist. Das Gleiche gilt bei der Vergrößerung des magnetischen Flusses durch Vergrößerung des Drahtdurchmessers der Steuerspule 48, um einen ausreichenden Erregungsstrom zu erzielen. Daher ist eine zweite elektromagnetische Kraft F2 mit ausreichender Stärke erhältlich, indem die Zahl der Wicklungen und der Drahtdurchmesser der Steuerspule 48 vergrößert wird. Darüber hinaus, da der Steuerkern 46, welcher eine Verstärkung der elektromagnetischen Kraft der Steuerspule 48 bewirkt in der festen Komponente 40 eingerichtet ist, führt der Kern zu keiner Gewichtsvergrößerung der beweglichen Komponente 30, und die bewegliche Komponente 30 kann so leicht wie möglich sein, um einen Betrieb hoher Geschwindigkeit zu verwirklichen.
  • Es ist auch wichtig zu beachten, dass die Steuerspule 48 zwischen dem ersten Magnetpol 32a des beweglichen Magneten 32 und dem ersten Magnetpol 42a des festen Magneten 42 eingerichtet ist. Da nämlich die Steuerspule 48 zwischen dem Magneten 32a und 42a eingerichtet ist, können die erforderlichen Lücken zwischen den Steuerspulen 48 und dem ersten Magnetpol 32a und zwischen der Steuerspule 48 und dem ersten Magnetpol 42a sicher gestellt werden. Beruhend auf diesen Lücken kann der magnetische Fluss der Steuerspule 48 zumindest teilweise sowohl den beweglichen Magneten 32 als auch den beweglichen Magneten 42 umgehen. Folglich, selbst wenn der Magnetfluss der Steuerspule 48 jenem des beweglichen Magneten 32 und des festen Magneten 42 entgegengesetzt ist, wird eine Abnahme der Magnetismushaltefähigkeit des Magneten 32 und 42 gemildert. Daher wird die erforderliche elektromagnetische Kraft von der festen Komponente 40 auf die bewegliche Komponente 30 genauer ausgeübt und die angetriebene Komponente wird präziser angetrieben.
  • Ferner bewirken sowohl die Lücke 50, welche zwischen dem Steuerkern 46 und dem beweglichen Magneten 32 gebildet ist, als auch die Lücke 52, welche zwischen dem Steuerkern 46 und dem festen Magneten 42 gebildet ist, eine verbesserte Steuerbarkeit durch die Steuerspule 48. Die Lücken 50 und 52 sind nützlich für die Steuerspule 48, indem der Magnetfluss der Steuerspule 48 sowohl durch den Magnetfluss des beweglichen Magneten 32 als auch des festen Magneten 42 weniger beeinflusst wird. Auch wird die Änderung des Magnetflusses durch die Steuerspule 48 vergrößert, und die Steuerbarkeit durch den Erregungsstrom der Steuerspule 48 wird verbessert. Die aus einem magnetischen Material hergestellte Platte 14 bildet mit dem zweiten Magnetpol 42b des festen Magneten 42 eine Einheit, und dient als Magnetpolplatte. Ferner verlängert die Platte 14 den magnetischen Fluss des zweiten Magnetpols 42b und der Steuerspule 48 in die Umgebung des zweiten Magnetpols 42b, und verstärkt die magnetische Kopplung zwischen dem festen Magneten 42 und dem beweglichen Magneten 32 und zwischen der Steuerspule 48 und dem beweglichen Magneten 32, was zu einer Vergrößerung der auf die bewegliche Komponente 30 ausgeübten elektromagnetischen Kraft führt.
  • 2 zeigt eine Erregungsstromschaltung für jede Steuerspule 48 der elektromagnetischen Elemente 20A und 20B. Die Erregungsstromschaltung hat ein Paar von Umschalt-Schaltungen 60 und 70, und die Umschalt-Schaltungen 60 und 70 sind jeweils zwischen einem positiven Anschluss E1 und einem negativen Anschluss E2 angeschlossen, wobei der negative Anschluss E2 ein Erdpotential hat. Die Umschalt-Schaltung 60 enthält ein Paar von Schaltelementen 61 und 62, wobei zum Beispiel NPN-Leistungstransistoren als Schaltelemente 61 und 62 verwendet werden können. Der Kollektor des Schaltelements 61 ist mit dem positiven Anschluss E1 verbunden, und sein Emitter ist mit einem Ausgangsanschluss 63 der Umschalt-Schaltung 60 verbunden. Der Kollektor und der Emitter des Schaltelements 62 sind mit dem Ausgangsanschluss 63 bzw. dem negativen Anschluss E2 verbunden. Die Umschalt-Schaltung 70 enthält ein Paar von Schaltelementen 71 und 72, welche jeweils aus einem NPN-Leistungstransistor bestehen. Der Kollektor und der Emitter des Schaltelements 71 sind mit dem positiven Anschluss E1 bzw. einem Ausgangsanschluss 73 der Umschalt-Schaltung 70 verbunden. Der Kollektor und der Emitter des Schaltelements 72 sind mit dem Ausgangsanschluss 73 bzw. dem negativen Anschluss E2 der Umschalt-Schaltung 70 verbunden. Als Schaltelement 61, 62, 71 und 72 kann auch ein Leistungs-FET (Feldeffekttransistor) verwendet werden.
  • Die Steuerspule 48 der elektromagnetischen Triebelemente 20A und 20B ist für eine verknüpfte bzw. koordinierte Steuerung in Reihe geschaltet zwischen dem Ausgangsanschluss 62 der Umschalt-Schaltung 60 und dem Ausgangsanschluss 73 der Umschalt-Schaltung 70. Im ersten Zustand, in welchem die Schaltelemente 62 und 71 ausgeschaltet sind, und die Schaltelemente 61 und 72 eingeschaltet sind, fließt der Erregungsstrom vom Ausgangsanschluss 63 zum Ausgangsanschluss 73 in Reihe durch jede der Steuerspulen 48. Im Gegensatz dazu, im zweiten Zustand, in dem die Schaltelemente 61 und 72 ausgeschaltet sind und die Schaltelemente 62 und 71 eingeschaltet sind, fließt der Erregungsstrom vom Ausgangsanschluss 73 zum Ausgangsanschluss 63 in Reihe durch jede der Steuerspulen 48. Die Charakteristik der Erregungspolarität der Steuerspule 48, wobei der positive Pol mit einem Punkt markiert ist, ist gegenseitig entgegengesetzt bzw. gegensinnig. Daher, wenn eine der Steuerspulen 48, zum Beispiel des elektromagnetischen Triebelements 20A, eine Abstoßungskraft (+F2) der gleichen Polarität wie jener des festen Magneten 42 auf die bewegliche Komponente 30 auf der Grundlage des durch die in Reihe geschalteten Steuerspulen 48 fließenden Erregungsstroms ausübt, übt die andere Steuerspule 48 des elektromagnetischen Triebelements 20B eine anziehende Kraft (–F2) der entgegengesetzten Polarität zu jener des festen Magneten 42 auf die bewegliche Komponente 30 aus. In diesem Fall wird die elektromagnetische Gesamtkraft F0 = F1 + F2 für das elektromagnetische Triebelement 20A, und F0 = F1 – F2 für das elektromagnetische Triebelement 20B.
  • In einem Einstellungsmodus der Steuerspule 48, bei welchem die elektromagnetische Kraft F2 aufgrund der Steuerspule 48 in einem kleineren Bereich eingestellt ist als die elektromagnetische Kraft F1, sind die elektromagnetischen Triebelemente 20A und 20B so eingestellt, dass die Abstoßungskraft jedes Triebelements in der Richtung gegenseitig entgegengesetzt ist, in einem Bereich, in welchem auf die bewegliche Komponente 30 des Triebelements eine Abstoßungskraft ausgeübt wird. Zum Beispiel wenn die elektromagnetische Gesamtkraft F0 = F1 + F2 des elektromagnetischen Triebelements 20A die abstoßende Kraft F1 durch den festen Magneten 42 in dem ersten Zustand vergrößert, in dem die Schaltelemente 61 und 72 eingeschaltet sind, wird die elektromagnetische Gesamtkraft F0 = F1 – F2 des elektromagnetischen Triebelements 20B so eingestellt, dass die Abstoßungskraft F1 aus dem festen Magneten 42, welche auf die bewegliche Komponente 30 ausgeübt wird, verringert wird. Bei dem in 1 gezeigten elektromagnetischen Stellglied wird der Reflektionsspiegel 10 im Gegenuhrzeigersinn um die Drehachse 13 bewegt, wenn die Abstoßungskraft durch das elektromagnetische Triebelement 20A vergrößert und die Abstoßungskraft aus dem elektromagnetischen Triebelement 20B verringert wird. Im zweiten Zustand, in dem die Schaltelemente 62 und 71 eingeschaltet sind, wird der reflektierende Spiegel 10 durch eine umgekehrte Einstellung im Uhrzeigersinn bewegt. In jedem Fall wird die Richtung bzw. der Winkel des reflektierenden Spiegels 10 auf der Grundlage eines Ausgleichs bzw. Abgleichs (Balance) zwischen den elektromagnetischen Gesamtkräften der elektromagnetischen Triebelemente 20A und 20B gesteuert.
  • Es ist auch möglich, einen Einstellungsmodus zu wählen, bei dem die elektromagnetische Kraft F1 durch die Steuerspule 48 in einem Bereich eingestellt ist, der größer als die elektromagnetische Kraft F1 ist. Im ersten Zustand des Einstellungsmodus, zum Beispiel bei dem die Schaltelemente 61 und 72 eingeschaltet sind, wenn die elektromagnetische Gesamtkraft F0 des elektromagnetischen Triebelements 20A größer als das Doppelte der Abstoßungskraft F1 des festen Magneten 42 eingestellt ist, wird die elektromagnetische Gesamtkraft des elektromagnetischen Triebelements 20B eine anziehende Kraft, welche der Anstoßungskraft F1 des festen Magneten 42 entgegengesetzt ist, und der reflektierende Spiegel 10 wird stark entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt. Ähnlich wird in dem zweiten Zustand, in dem die Schaltelemente 62 und 71 eingeschaltet sind, die umgekehrte Einstellung vorgenommen, und der Reflektionsspiegel 10 wird im Uhrzeigersinn bewegt.
  • Der Betrag des Erregungsstroms durch die Steuerspule 48 des elektromagnetischen Triebelements 20A und 20B wird zum Beispiel eingestellt, durch die Veränderung des Einschaltverhältnisses des Schaltelements. Zum Beispiel in dem ersten Zustand, in dem die Schaltelemente 61 und 62 eingeschaltet werden, wenn das Zeitverhältnis, für das das Schaltelement 61 und 72 pro Zeiteinheit eingeschaltet ist, verändert wird, wird ein Erregungsstrom mit einem dem Zeitverhältnis entsprechenden Betrag jeder Steuerspule 48 zugeführt. Der Betrag des Erregungsstroms der Steuerspule 48 wird im zweiten Zustand, in dem die Schaltelemente 62 und 71 eingeschaltet werden, ähnlich eingestellt wie in dem oben erwähnten Zustand. Die Einstellung des Einschaltverhältnisses wird durchgeführt, indem die Betätigungspulsbreite, welche an die Basis jedes Schaltelements angelegt wird, verändert wird.
  • Das elektromagnetische Stellglied der vorangehend beschriebenen Ausführung 1 steuert den Winkel des reflektierenden Spiegels 10, indem der Erregungsstrom der Steuerspule 48 der elektromagnetischen Triebelemente 20A und 20B abgeglichen bzw. ausgeglichen wird. Ferner ist die Steuerung des reflektierenden Spiegels 10 im Grunde eine Steuerung mit offenem Regelkreis. Wenn jedoch ein schneller Antrieb des Stellglieds erforderlich ist, wird die Steuerung als Rückkoppelungsregelung zur Regelung der Steuerspule 48 auf der Grundlage eines Signals aus dem Positionssensors 16 durchgeführt. Die Rückkoppelungsregelung wird durch die Steuerung des Basisstroms der Schaltelemente 61, 62, 71 und 72 durchgeführt.
  • Zweite Ausführung
  • 3 ist ein Schaltbild einer Erregungsschaltung des elektromagnetischen Stellglieds in der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung, und es wird eine ähnliche Konfiguration des elektromagnetischen Stellglieds wie jene der in 1 gezeigten ersten Ausführung gewählt. In dem Schaltbild der Erregungsstrom-Schaltung des elektromagnetischen Stellglieds der zweiten Ausführung sind die jeweils den elektromagnetischen Triebelementen 20A und 20B entsprechenden Steuerspulen 48 parallel geschaltet zwischen dem Ausgangsanschluss 63 der Umschalt-Schaltung 60 und dem Ausgangsanschluss 73 der Umschalt-Schaltung 70. Und die Steuerspulen 48 werden verknüpft bzw. koordiniert gesteuert, ähnlich wie bei der in 2 gezeigten ersten Ausführung, wobei die elektromagnetische Kraft F2 mit entgegengesetzter Polarität auf die elektromagnetischen Triebelemente 20A und 20B wirkt.
  • Da die Steuerspulen 48 des elektromagnetischen Triebelements 20A und 20B des Schaltbilds der Erregungsschaltung in 3 parallel zueinander geschaltet sind, kann eine größerer Erregungsstrom als in 2 durch die Steuerspule 48 fließen, was zu einer Erhöhung des Betrags der elektromagnetischen Triebkraft führt, wenn die gleiche Spannung an den positiven Anschluss E1 und den negativen Anschluss E2 angelegt wird. Darüber hinaus, selbst zum Beispiel wenn eine Steuerspule 48 ausfällt, kann die andere Steuerspule 48 allein den reflektierenden Spiegel 10 durch ihren Erregungsstrom antreiben.
  • Dritte Ausführung
  • 4 ist ein Schaltbild einer Erregungsschaltung des elektromagnetischen Stellglieds in der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung. In der dritten Ausführung werden die Steuerspule 48 des elektromagnetischen Triebelements 20A bzw. 20B von einer Erregungsschaltung 80A bzw. 80B unabhängig erregt. Die Steuerspule 48, welche dem elektromagnetischen Triebelement 20A entspricht, und die Steuerspule 48, die dem elektromagnetischen Triebelement 20B entspricht, werden jeweils durch die Erregungsschaltung 80A bzw. 80B erregt, wobei die Erregungsschaltungen 80A und 80B zueinander parallel geschaltet sind zwischen dem positiven Anschluss E1 und dem negativen Anschluss E2, und die Erregungsschaltungen 80A und 80B jeweils aus einem Paar von Umschalt-Schaltungen 60 und 70 bestehen, genauso wie in 2 und 3 gezeigt. Zusätzlich wird bei der dritten Ausführung eine ähnliche Konfiguration des elektromagnetischen Stellglieds gewählt, wie in 1.
  • Die Steuerspule 48 des elektromagnetischen Triebelements 20A ist zwischen dem Ausgangsanschluss 63 der Umschalt-Schaltung 60 und dem Ausgangsanschluss 73 der Umschalt-Schaltung 70 einer Erregungsschaltung 80A geschaltet, und die Steuerspule 48 des elektromagnetischen Triebelements 20B ist zwischen dem Ausgangsanschluss 61 der Umschalt-Schaltung 60 und dem Ausgangsanschluss 73 der Umschalt-Schaltung 70 einer Erregungsschaltung 80B geschaltet. In der in 4 gezeigten Erregungsschaltung sind die Steuerspulen 48 der elektromagnetischen Triebelemente 20A und 20B durch den Erregungsstrom mit unabhängiger Richtung und unabhängigem Betrag erregbar, um auf den reflektierenden Spiegel zu wirken, und daher können elektromagnetische Kräfte unabhängig auf den reflektierenden Spiegel 10 wirken. Wenn in der in 4 gezeigten Erregungsschaltung zum Beispiel beide aus den elektromagnetischen Triebelementen 20A und 20B auf den reflektierenden Spiegel 10 ausgeübten Abstoßungskräfte sowohl klein als auch ungefähr in der Stärke gleichgemacht werden, kann die Resonanzfrequenz des mechanischen Antriebsystems für den reflektierenden Spiegel minimiert werden, und der reflektierende Spiegel wird durch eine geringe Differenz der elektromagnetischen Kräfte einfach angetrieben. In diesem Fall kann die Resonanzfrequenz vergrößert werden, wenn die Abstoßungskräfte, die auf den reflektierenden Spiegel 10 ausgeübt werden, vergrößert werden, während die oben erwähnte ungefähre Gleichheit der Kräfte beibehalten wird.
  • Vierte Ausführung
  • 5 ist ein Schaltbild einer Erregungsschaltung des elektromagnetischen Stellglieds der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Konfiguration des in 1 gezeigten elektromagnetischen Stellglieds wird auch für die vierte Ausführung gewählt. Bei dieser Erregungsschaltung wird jede der Steuerspulen 48 der elektromagnetischen Triebelemente 20A und 20B durch einen Leistungstransistor 91A bzw. 91B unabhängig erregt. Die Erregungsschaltung der 5 hat die einfachste Konfiguration, wobei der Betrag des Erregungsstroms durch jede der Steuerspulen 48 durch Veränderung des Einschaltverhältnisses gesteuert wird, aber die Richtung des Erregungsstroms nicht geändert werden kann.
  • Eine elektromagnetische Gesamtkraft mit der gleichen Polarität wird jedoch erhalten, wenn die Polarität durch den Erregungsstrom der elektromagnetischen Triebelemente 20A und 20B identisch gemacht wird. Zum Beispiel können beide elektromagnetischen Kräfte der elektromagnetischen Triebelemente 20A und 20B abstoßend oder anziehend gemacht werden. Ferner wenn die Polarität durch den Erregungsstrom zwischen diesen beiden Triebelementen 20A und 20B gegenseitig entgegengesetzt gemacht wird, ist eine Konfiguration möglich, bei welcher ein Triebelement die Abstoßungskraft und das andere Triebelement die Anziehungskraft liefert.
  • Fünfte Ausführung
  • Im folgenden wird die fünfte Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Obwohl das angetriebene Glied (der reflektierende Spiegel 10 gewöhnlich von einem Paar von elektromagnetischen Stellgliedern angetrieben wird, wie in der in 1 gezeigten ersten Ausführung abgebildet, kann die Zahl der elektromagnetischen Triebelemente modifiziert werden, wobei mindestens ein elektromagnetisches Triebelement zum Antreiben eines angetriebenen Glieds vorgesehen wird. Zum Beispie kann das angetriebene Glied durch jedes der in 1 gezeigten elektromagnetischen Triebelemente 20A oder 20B angetrieben werden. Ferner ist es auch möglich vier elektromagnetische Triebelemente einzurichten, um ein angetriebenes Glied anzutreiben. Zum Beispiel, obwohl die elektromagnetischen Triebelemente 20A und 20B zu beiden Seiten links und rechts des angetriebenen Glieds eingerichtet sind, wobei das angetriebene Glied rotationsfrei zentriert um die Rotationsachse 13 in 1 getragen wird, ist es auch möglich vier elektromagnetische Triebelemente anstelle von zwei zu verwenden. Das angetriebene Glied wird nämlich durch ein Kugellager am tragenden Punkt 11 frei schwenkbar in jede Richtung gehalten, und insgesamt vier elektromagnetische Triebelemente können zu beiden Seiten der zwei rechtwinkligen Achsen eingerichtet werden, welche durch den tragenden Punkt 11 laufen, damit das angetriebene Glied in einem breiteren Bereich bewegt werden kann. In diesem Fall ist selbstverständlich jedes der vier elektromagnetischen Triebelemente ähnlich konfiguriert wie die in 1 gezeigten elektromagnetischen Triebelemente 20A und 20B.
  • Sechste Ausführung
  • Die 6 und 7 zeigen eine Konfiguration des elektromagnetischen Stellglieds der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung, und die Konfiguration eines Positionssensors 16 wird ausführlicher dargestellt. Der Positionssensor 16 umfasst einen Erfassungsmagneten 17, der an dem reflektierenden Spiegel 10 befestigt ist, und einen magnetischen Sensor 18, der an der Basis 15 neben dem Erfassungsmagneten 17 befestigt ist. Der Erfassungsmagnet hat einen N-Pol und einen S-Pol an beiden Enden, und der magnetische Sensor 18 ist zum Beispiel ein Sensor-Chip, wie ein Hall-Effekt-Element. 6 zeigt eine materielle Konfiguration des Positionssensors 16 als Beispiel, und 7 zeigt ein anderes Beispiel. Wie in 6 gezeigt, wird die Linearität des Ausgangssignals aus dem magnetischen Sensor 18 entlang einer Bewegungsrichtung des reflektierenden Spiegels 10 verbessert, wenn der magnetische Sensor 18 in der Nähe des Erfassungsmagneten 17 eingerichtet ist, und hier kann der magnetische Sensor 18 auch in der Nähe einer der Magnetpole des Erfassungsmagneten 17 befestigt werden. Außerdem könnte der Positionssensor 16 ein Fotopositionssensor sein, der einen Lichtstrahl verwendet. Die markierte Komponente 19a ist eine Zuleitung für das Hall-Effekt-Element 19.

Claims (12)

  1. Elektromagnetische Stellvorrichtung mit mindestens einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung (20A, 20B) zum Antreiben einer antreibbaren Einrichtung (10), wobei die elektromagnetische Antriebseinrichtung (20A, 20B) eine mit der antreibbaren Einrichtung (10) verbundene bewegliche Komponente (30) und eine ihr gegenüberstehende feste Komponente (40) aufweist, wobei: die bewegliche Komponente (30) einen beweglichen Magneten (32) umfasst mit einem ersten Magnetpol (32a) einer ersten magnetischen Polarität und einem zweiten Magnetpol (32b) einer zweiten magnetischen Polarität, die feste Komponente (40) einen festen Magneten (42) umfasst mit einem ersten Magnetpol (42a) der ersten magnetischen Polarität und einem zweiten Magnetpol (42b) der zweiten magnetischen Polarität, wobei der erste Magnetpol (42a) des festen Magneten (42) gegenüber dem ersten Magnetpol (32a) des beweglichen Magneten (32) angeordnet ist, um eine elektromagnetische Abstoßungskraft auf den beweglichen Magneten (32) auszuüben, die elektromagnetische Antriebseinrichtung (20A, 20B) ferner umfasst: eine Steuerspule (48), um entsprechend einem Erregungsstrom eine elektromagnetische Steuerkraft zu erzeugen, wobei die Steuerspule (48) zwischen dem ersten Magnetpol (42a) des festen Magneten (42) und dem ersten Magnetpol (32a) des beweglichen Magneten (32) derart angeordnet ist, dass sie von den ersten Magnetpolen (42a, 32a) des festen Magneten (42) und des beweglichen Magneten (32) jeweils getrennt ist, und einen Steuerkern (46), der zwischen den ersten Magnetpolen (42a, 32a) des festen Magneten (42) und des beweglichen Magneten (32) angeordnet und von der Steuerspule (48) umgeben ist, wobei eines der Enden des Steuerkerns (46) dem ersten Magnetpol (32a) des beweglichen Magneten (32) unter Bildung eines ersten Zwischenraumes (50) gegenüberliegt, und das andere Ende des Steuerkerns (46) dem ersten Magnetpol (42a) des festen Magneten unter Bildung eines zweiten Zwischenraumes (52) gegenüberliegt, und der bewegliche Magnet (32) gesteuert wird durch die elektromagnetische Gesamtkraft aus der Summe der elektromagnetischen Abstoßungskraft und der elektromagnetischen Steuerkraft.
  2. Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der feste Magnet (42) auf einer Platte (14) aus einem magnetischen Material derart angeordnet ist, dass der zweite Magnetpol (42b) des festen Magneten (42) mit der Platte (14) in Kontakt ist.
  3. Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Steuerspule (48) eine zentrale Linie umgibt zwischen dem ersten Magnetpol (42a) des festen Magneten (42) und dem ersten Magnetpol (32a) des beweglichen Magneten (32).
  4. Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher zur Änderung der elektromagnetischen Gesamtkraft zumindest die elektromagnetische Steuerkraft veränderbar ist durch Änderung der Stromstärke des des durch die Steuerspule (48) fließenden Erregerstroms.
  5. Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher zur Änderung der elektromagnetischen Gesamtkraft der Erregungsstrom der Steuerspule (48) in Stärke und Richtung änderbar ist zur Änderung der elektromagnetischen Steuerkraft in Stärke und Richtung.
  6. Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die elektromagnetische Gesamtkraft entsprechend einer Änderung der Stärke und Richtung des Erregungsstroms der Steuerspule (48) in einem Bereich für die elektromagnetische Abstoßungskraft einstellbar ist, welche von der festen Komponente (40) auf die bewegliche Komponente (30) ausgeübt wird.
  7. Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher die elektromagnetische Gesamtkraft entsprechend einer Änderung der Stärke und Richtung des Erregungsstroms der Steuerspule (48) änderbar ist zwischen einem Zustand, in dem die feste Komponente (40) eine elektromagnetische Abstoßungskraft auf den beweglichen Magneten (32) ausübt, und einem Zustand, in dem die feste Komponente (40) eine elektromagnetische Anziehungskraft auf den beweglichen Magneten (32) ausübt.
  8. Elektromagnetische Stellvorrichtung, umfassend eine antreibbare Einrichtung (10), das um einen Lagerpunkt (11) frei schwenkbar ist; eine erste elektromagnetische Antriebseinrichtung (20A), die auf die antreibbare Einrichtung (10) an einem Ende derselben in Bezug auf deren Lagerpunkt (11) wirksam ist; und eine zweite elektromagnetische Antriebseinrichtung (20B), die auf die antreibbare Einrichtung (10) an dem anderen Ende derselben in Bezug auf deren Lagerpunkt (11) wirksam ist; wobei die erste elektromagnetische Antriebseinrichtung (20A) und die zweite elektromagnetische Antriebseinrichtung (20B) jeweils eine mit der antreibbaren Einrichtung (10) verbundene bewegliche Komponente (30) und eine ihr gegenüber angeordnete feste Komponente (40) aufweisen, die bewegliche Komponente (30) jeweils einen beweglichen Magneten (32) umfasst mit einem ersten Magnetpol (32a) einer ersten magnetischen Polarität und einem zweiten Magnetpol (32b) einer zweiten magnetischen Polarität, die feste Komponente (40) jeweils einen festen Magneten (42) umfasst mit einem ersten Magnetpol (42a) der ersten magnetischen Polarität und einem zweiten Magnetpol (42b) der zweiten magnetischen Polarität, wobei der erste Magnetpol (42a) des festen Magneten (42) dem ersten Magnetpol (32a) des beweglichen Magneten (32) gegenübersteht, um eine elektromagnetische Abstoßungskraft auf den beweglichen Magneten (32) auszuüben, die feste Komponente (40) jeweils ferner umfasst: eine Steuerspule (48), um entsprechend einem Erregungsstrom eine elektromagnetische Steuerkraft zu erzeugen, wobei die Steuerspule (48) zwischen dem ersten Magnetpol (42a) des festen Magneten (42) und dem ersten Magnetpol (32a) des beweglichen Magneten (32) derart angeordnet ist, dass sie von den ersten Magnetpolen (42a, 32a) des festen Magneten (42) und des beweglichen Magneten (32) jeweils getrennt ist, und einen Steuerkern (46), der zwischen den ersten Magnetpolen (42a, 32a) des festen Magneten (42) und des beweglichen Magneten (32) angeordnet und von der Steuerspule (48) umgeben ist, wobei eines der Enden des Steuerkerns (46) dem ersten Magnetpol (32a) des beweglichen Magneten (32) unter Bildung eines ersten Zwischenraumes (50) gegenüberliegt, und das andere Ende des Steuerkerns (46) dem ersten Magnetpol (42a) des festen Magneten unter Bildung eines zweiten Zwischenraumes (52) gegenüberliegt, und der bewegliche Magnet (32) gesteuert wird durch die elektromagnetische Gesamtkraft aus der Summe der elektromagnetischen Abstoßungskraft und der elektromagnetischen Steuerkraft.
  9. Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Steuerspulen (48) der ersten elektromagnetischen Antriebseinrichtung (20A) und der zweiten elektromagnetischen Antriebseinrichtung (20B) koordiniert steuerbar sind.
  10. Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei welcher im Falle einer Steuerung der ersten elektromagnetischen Antriebseinrichtung (20A) durch deren Steuerspule (48) im Sinne einer Erhöhung der elektromagnetischen Abstoßungskraft auf den entsprechend zugeordneten beweglichen Magneten (32) die zweite elektromagnetische Antriebseinrichtung (20B) durch deren Steuerspule (48) im Sinne einer Verminderung der elektromagnetischen Abstoßungskraft auf den entsprechend zugeordneten Magneten (32) gesteuert wird.
  11. Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welcher im Falle einer Steuerung der ersten elektromagnetischen Antriebseinrichtung (20A) durch deren Steuerspule (48) im Sinne einer Erhöhung der elektromagnetischen Abstoßungskraft auf den entsprechend zugeordneten beweglichen Magneten (32) die zweite elektromagnetische Antriebseinrichtung (20B) durch deren Steuerspule (48) im Sinne einer Verminderung der elektromagnetischen Abstoßungskraft und der Erzeugung einer Anziehungskraft auf den entsprechend zugeordneten Magneten (32) gesteuert wird.
  12. Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welcher die Steuerspulen (48) des ersten elektromagnetischen Antriebseinrichtung (20A) und der zweiten elektromagnetischen Antriebseinrichtung (20B) unabhängig voneinander steuerbar sind.
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