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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.
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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.
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Weitere
ebenfalls bekannte elektromagnetische Stellvorrichtungen sind im
folgenden anhand von 8 und 9 der Zeichnungen näher beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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Im
Prinzip ähnliche
Stellvorrichtungen sind aus JP 8-270 725 A und aus JP 7-015 937
A bekannt.
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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.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einer elektromagnetischen Stellvorrichtung nach dem Patentanspruch
1 oder 8 gelöst.
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Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den diesen Ansprüchen jeweils nachgeordneten Unteransprüchen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Querschnitt eines elektromagnetischen Stellglieds der ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Schaltbild einer Erregungsschaltung des elektromagnetischen
Stellglieds in der ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein Schaltbild einer Erregungsschaltung des elektromagnetischen
Stellglieds in der zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
ein Schaltbild einer Erregungsschaltung des elektromagnetischen
Stellglieds in der dritten Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
ein Schaltbild einer Erregungsschaltung des elektromagnetischen
Stellglieds in der vierten Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
eine vergrößerte Konfiguration
eines Positionssensors des elektromagnetischen Stellglieds in der
sechsten Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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7 ist
eine vergrößerte Konfiguration
eines anderen Positionssensors des elektromagnetischen Stellglieds
in der sechsten Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
ein Querschnitt eines elektromagnetischen Stellglieds des Standes
der Technik.
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9 ist
ein Querschnitt eines weiteren elektromagnetischen Stellglieds des
Standes der Technik.
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Erste Ausführung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zweite Ausführung
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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.
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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.
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Dritte Ausführung
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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.
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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.
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Vierte Ausführung
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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.
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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.
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Fünfte Ausführung
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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.
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Sechste Ausführung
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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.