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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Linearstellglied
mit einem Permanentmagneten und einer Spule, die einander zugewandt
sind, um den Permanentmagneten durch die Schubkraft, die durch einen
durch die Spule fließenden
Strom erzeugt wird, zu verschieben.
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Bei
einem elektromagnetischen Linearstellglied mit beweglichem Magneten
wird der Permanentmagnet durch die Schubkraft verschoben, die auf
der Basis der Fleming'schen
Dreifinger-Regel erzeugt wird, wenn der Strom durch die Spule fließt (vgl.
die japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. JP 5-227729 A und
JP 10-290560 A).
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Bei
den in den japanischen Patentoffenlegungsschriften JP 5-227729 A
und JP 10-290560 A beschriebenen elektromagnetischen Linearstellgliedern
ist der Permanentmagnet an einem ersten Joch befestigt, das von
einem Gleiter getragen wird. Die Spule ist an einem zweiten Joch
befestigt, das durch eine Führungsschiene
getragen wird. Außerdem
ist zwischen dem Gleiter und der Führungsschiene ein Führungselement
vorgesehen.
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Durch
den Permanentmagneten in dem elektromagnetischen Linearstellglied
wird ein Magnetfeld erzeugt, dessen Feldlinien (magnetischer Flussweg) durch
den Permanentmagneten, das erste Joch, den Spalt zwischen dem ersten
Joch und dem zweiten Joch, das zweite Joch, die Spule, den Spalt
zwischen der Spule und dem Permanentmagneten und wieder den Permanentmagneten
verlaufen. Wenn der Strom durch die Spule fließt, wird auch ein Magnetfeld
erzeugt, das durch die Spule, den Spalt zwischen der Spule und dem
Permanentmagneten, den Permanentmagneten, das erste Joch, den Spalt
zwischen dem ersten Joch und dem zweiten Joch, das zweite Joch und
die Spule verläuft.
Dementsprechend wird eine auf den Permanentmagneten wirkende Schubkraft
in Abhängigkeit
von der Richtung des Stromes und den Richtungen der jeweiligen magnetischen Flüsse, die
durch die jeweiligen magnetischen Flusswege treten, erzeugt. Der
Permanentmagnet, das erste Joch und der Gleiter werden verschoben
und durch das Führungselement
geführt.
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Wenn
angestrebt wird, die Dicke des elektromagnetischen Linearstellgliedes
zu reduzieren, wie es in den japanischen Patentoffenlegungsschriften JP
5-227729 A und JP 10-290560 A beschrieben ist, wird die Querschnittsfläche des
magnetischen Flussweges an dem ersten Joch und dem zweiten Joch verringert,
und an dem ersten Joch und dem zweiten Joch tritt eine lokale magnetische
Sättigung
auf. Als Folge wird ein Leckagemagnetfluss von dem ersten Joch und
dem zweiten Joch erzeugt, und die Schubkraft, die auf den Permanentmagneten
wirkt, wird gesenkt. Aufgrund des Leckagemagnetflusses kann eine
Fehlfunktion der elektronischen Vorrichtung und des um das elektromagnetische
Linearstellglied angeordneten elektronischen Schaltkreises auftreten. Außerdem kann
eine Anziehung eines magnetischen Elementes, das um das elektromagnetische
Linearstellglied angeordnet ist, zu dem elektromagnetischen Linearstellglied
auftreten, sowie Fehlfunktionen des elektronischen Schaltkreises
oder des in dem elektromagnetischen Linearstellgliedes angeordneten
Encoders.
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Außerdem kann
Staub, der durch das magnetische Element erzeugt wird, durch den
Magnetfluss, der durch den Flussweg hindurchtritt, an dem Führungselement
anhaften, wodurch der Gleitwiderstand des Führungselementes relativ zu
dem Gleiter erhöht
wird. Als Folge hiervon ist es schwierig, den Gleiter gleichmäßig zu verschieben,
und Staub, der aus dem elektromagnetischen Linearstellglied entweicht,
kann die Umgebung verschmutzen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektromagnetisches
Linearstellglied vorzuschlagen, bei dem das Auftreten einer magnetischen
Sättigung
in einem Joch vermieden wird.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines elektromagnetischen Linearstellgliedes
gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung des elektromagnetischen
Linearstellgliedes gemäß 1,
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3 ist
ein Schnitt entlang der Linie III-III in 1,
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4 ist
ein Schnitt entlang der Linie IV-IV in 1,
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5 ist
ein Schnitt, bei dem erste und vierte magnetische Flusswege an dem
elektromagnetischen Linearstellglied gemäß 3 überlagert
sind,
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6 ist
ein Schnitt, bei dem zweite, dritte, fünfte und sechste magnetische
Flusswege an dem elektromagnetischen Linearstellglied gemäß 4 überlagert
sind,
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7 ist
eine perspektivische Ansicht von Hauptelementen eines Simulationsmodells,
das in einem Vergleichsbeispiel verwendet wird,
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8 ist
eine perspektivische Ansicht von Hauptkomponenten eines Simulationsmodells,
das in einem Arbeitsbeispiel verwendet wird,
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9 ist
eine perspektivische Ansicht von Hauptkomponenten einer Magnetflussverteilung
bei dem Simulationsmodell gemäß 7,
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10 ist
eine perspektivische Ansicht von Hauptkomponenten einer Magnetflussverteilung
bei dem Simulationsmodell gemäß 8,
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11 ist
ein Schnitt, der Nuten darstellt, die an Vorsprüngen und einer Führungsschiene
des elektromagnetischen Linearstellgliedes ausgebildet sind,
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12 ist
ein Schnitt, der die Art und Weise darstellt, mit der eine Spule
an einem Gleittisch und Permanentmagneten an der Führungsschiene
vorgesehen sind,
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13A ist ein Schnitt durch eine Anordnung, bei
der erste und zweite Vorsprünge
weggelassen sind, während 13B ein Schnitt ist, bei dem dritte und vierte
Vorsprünge
weggelassen sind,
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14A ist ein Schnitt durch eine Anordnung, bei
der dritte und vierte Vorsprünge
außerhalb der
ersten und zweiten Vorsprünge
vorgesehen sind, während 14B ein Schnitt durch eine Anordnung ist, bei
der die dritten und vierten Vorsprünge innerhalb der ersten und
zweiten Vorsprünge
vorgesehen sind,
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15A + B sind Schnitte durch Anordnungen, bei denen
der Gleittisch und die ersten und zweiten Vorsprünge separat vorgesehen sind,
und bei denen die Führungsschiene
und die dritten und vierten Vorsprünge separat vorgesehen sind,
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16 ist
ein Schnitt durch eine Linearführung,
die außerhalb
der ersten bis vierten Vorsprünge vorgesehen
ist,
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17 ist
ein Schnitt der Linearführung,
die innerhalb der ersten bis vierten Vorsprünge vorgesehen ist,
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18 ist
ein Schnitt der Linearführung,
die zwischen den ersten und zweiten Vorsprüngen und den dritten und vierten
Vorsprüngen
vorgesehen ist,
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19 ist
ein Schnitt der Linearführung,
die zwischen den ersten und zweiten Vorsprüngen und den dritten und vierten
Vorsprüngen
vorgesehen ist,
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20 ist
ein Schnitt entlang einer Linie XX-XX in 19, und
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21 ist
ein Schnitt entlang einer Linie XXI-XXI in 19.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Wie
in den 1 bis 4 dargestellt ist, umfasst ein
elektromagnetisches Linearstellglied 10 einen festen Abschnitt 14,
in dem eine Spule 12 angeordnet ist, und einen beweglichen
Abschnitt 18, in dem zwei Permanentmagneten 16a, 16b so
angeordnet sind, dass sie der Spule 12 zugewandt sind.
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Der
feste Abschnitt 14 umfasst eine Führungsschiene (zweites Joch) 20 mit
im Wesentlichen U-förmigem
Querschnitt, eine Spule 12, die an einem im Wesentlichen
zentralen Abschnitt der oberen Fläche der Führungsschiene 20 angeordnet
ist, und eine Schaltplatine 26 aus Harz oder Kunststoff,
auf welcher ein Encoder 22 und ein elektronischer Schaltkreis 24 angebracht
sind.
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Vorsprünge (dritte
und vierte Vorsprünge) 28a, 28b,
die von der Basis der Führungsschiene 20 zu
dem beweglichen Abschnitt 18 vorstehen, sind an den beiden
Seiten der Führungsschiene 20 ausgebildet.
Führungsnuten 30a, 30b,
die sich in Richtung des Pfeils A in den 1 und 3 erstrecken,
sind an inneren Abschnitten der Vorsprünge 28a bzw. 28b ausgebildet.
Eine Vielzahl von Kugeln (erste und zweite Führungselemente) 32a, 32b,
die als Rollelemente dienen, sind in den Führungsnuten 30a, 30b angeordnet.
Bei dieser Anordnung hat die Führungsschiene 20 eine
Breite, die größer ist
als die eines Gleittisches (erstes Joch) 46 des beweglichen
Abschnitts 18. Jeder der Vorsprünge 28a, 28b der
Führungsschiene 20 ist
außerhalb
von Vorsprüngen
(ersten und zweiten Vorsprüngen) 74a, 74b des
Gleittisches 46 ausgebildet (vgl. 4). Vorzugsweise
ist die Wanddicke der Führungsschiene 20 und
der Vorsprünge 28a, 28b geringer
als die Breite d (vgl. 3) der Permanentmagneten 16a, 16b in
Richtung des Pfeils A.
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Die
Spule 12 ist eine Spule mit hohlem Kern, die durch Formgießen mit
einem Isolierelement 34 aus Kunststoff oder Harz durch
Aufwickeln eines leitenden Drahtes, der mit einem Isolierfilm beschichtet ist,
hergestellt wird.
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Eine
Vertiefung 36, die nach oben zurückgesetzt ist, ist an dem Boden
eines Endes der Führungsschiene 20 ausgebildet
(an der Seite in Richtung des Pfeils A1). Die Schaltplatine 26 ist
in die Vertiefung 36 eingesetzt. Die Schaltplatine 26 wird
durch eine Schraube 44, die in ein durch die Schaltplatine 26 ausgebildetes
Loch 38 und ein durch die Führungsschiene 20 ausgebildetes
Loch 40 eingeschraubt wird, an der Führungsschiene 20 befestigt. Die
Vertiefung 36 weist eine Aussparung 42 auf. Der elektronische
Schaltkreis 24 ist in die Aussparung 42 eingesetzt.
In der Vertiefung 36 ist in der Nähe der Spule 12 ein
Loch 43 ausgebildet. Der Encoder 22 ist in das
Loch 43 eingesetzt.
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Der
elektronische Schaltkreis 24 ist elektrisch mit dem Draht
der Spule 12 sowie dem Encoder 22 verbunden. Der
Strom wird dem elektrischen Draht von einer nicht dargestellten
externen Vorrichtung auf der Basis des Steuersignals zugeführt. Außerdem wird
das elektrische Signal, das in den Encoder 22 eingegeben
wird, an die externe Vorrichtung ausgegeben.
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Der
Encoder 22 ist einer Skala 48 zugewandt, welche
an der Bodenfläche
des Gleittisches 46 des beweglichen Abschnitts 18 angeordnet
ist. Wenn der bewegliche Abschnitt 18 in Richtung des Pfeils
A verschoben wird, so wird der reflektierte Anteil des zu der Skala 48 gesandten
Lichtes empfangen, und der Verschiebungsweg des beweglichen Abschnitts 18 wird
auf der Basis der Menge des reflektierten Lichtes berechnet. Das
errechnete Resultat wird als elektrisches Signal zu dem elektronischen Schaltkreis 24 ausgegeben.
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Ein
Brückenelement 50 ist
an einem Ende der Führungsschiene 20 über dem
elektronischen Schaltkreis 24 angeordnet. Ein Kugelbefestigungselement 52 mit
einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt,
das das Herausfallen der Kugeln 32a, 32b verhindert,
ist durch Schrauben 54 an dem Brückenelement 50 befestigt.
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Ein
Kugelbefestigungselement 56 mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt,
das verhindert, das die Kugeln 32a, 32b zusammen
mit dem Kugelbefestigungselement 52 herausfallen, ist an dem
anderen Ende der Führungsschiene 20 über Schrauben 58 befestigt.
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Ein
Stopper 60, der eine weitere Verschiebung des beweglichen
Abschnitts 18 verhindert, wenn der bewegliche Abschnitt 18 in
Richtung des Pfeils A1 verschoben wird, ist über eine Schraube 62 an
der oberen Fläche
der Führungsschiene 20 zwischen
dem Kugelbefestigungselement 56 und der Spule 12 befestigt.
Bei dieser Anordnung schlägt
der Stopper 60 an der Seitenfläche eines Endblockes 72, der über nicht
dargestellte Schrauben mit dem anderen Ende des Gleittisches 46 verbunden
ist, an. Dementsprechend wird der bewegliche Abschnitt 18 an
einer Verschiebung in Richtung des Pfeils A1 der Führungsschiene 20 gehindert.
Die 1 und 3 zeigen einen Zustand, in dem
der Stopper 60 an dem Endblock 72 anschlägt, um die
Bewegung des beweglichen Abschnitts 18 in Richtung des
Pfeils A1 anzuhalten.
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Wie
in 2 dargestellt ist, ist eine Vielzahl von Gewindelöchern 66,
die einen größeren Durchmesser
aufweisen als das Loch 40, in dem einen Ende und dem anderen
Ende der Führungsschiene 20 ausgebildet.
Die Führungsschiene 20 kann
an einem anderen Element befestigt werden, indem nicht dargestellte
Schrauben in die entsprechenden Gewindelöcher 66 eingeschraubt
werden.
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Wie
in den 1 bis 4 dargestellt ist, umfasst der
bewegliche Abschnitt 18 den Gleittisch 46 mit
einem im Wesentlichen U-förmigen
Querschnitt, ein rechteckiges plattenförmiges Element 70, welches
durch Schrauben 68 an einem Ende des Gleittisches 46 in
Richtung des Pfeils A1 befestigt ist, den Endblock 72,
der durch nicht dargestellte Schrauben an dem anderen Ende des Gleittisches 46 in
Richtung des Pfeils A2 befestigt ist, die beiden Permanentmagneten 16a, 16b,
die der Spule 12 zugewandt sind und an im Wesentlichen
zentralen Abschnitten der Bodenfläche des Gleittisches 46 angeordnet
sind, die Skala 48, die dem Encoder 22 zugewandt
ist und an der Bodenfläche
des Gleittisches 46 angeordnet ist, und einen Stopper 73,
der an der Bodenfläche
des Gleittisches 46 in der Nähe des Permanentmagneten 16a angeordnet
ist.
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Die
Breite des Gleittisches 46 ist so gewählt, das sie kleiner ist als
die Breite der Führungsschiene 20.
Die Vorsprünge
(erste und zweite Vorsprünge) 74a, 74b,
die von der Basis des Gleittisches 46 zu dem festen Abschnitt 14 vorstehen,
sind an den beiden Seiten des Gleittisches 46 ausgebildet.
Führungsnuten 76a, 76b,
in welchen die Kugeln 32a, 32b angeordnet sind,
sind in Richtung des Pfeils A außerhalb der Vorsprünge 74a, 74b ausgebildet.
Bei dieser Anordnung werden der Gleittisch 46 und die Führungsschiene 20 miteinander über die
Kugeln 32a, 32b verbunden (vgl. 4).
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Bei
dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 sind die Führungsschiene 20 und
der Gleittisch 46 so angeordnet, dass die Höhe der Führungsnuten 76a, 76b etwa
die gleiche ist wie die Höhe
der Führungsnuten 30a, 30b.
Die Vielzahl von Kugeln 32a, 32b, die als Linearführung mit
einer begrenzten Länge
dienen, sind in den Freiräumen,
die durch die Führungsnuten 76a, 76b und
die Führungsnuten 30a, 30b gebildet
werden, aufgenommen. Dadurch wird der bewegliche Abschnitt 18 in
Richtung des Pfeils A durch die Führungswirkung auf der Basis
der Drehung der entsprechenden Kugeln 32a, 32b relativ zu
dem festen Abschnitt 14 verschoben.
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Die
Permanentmagneten 16a, 16b, die im Wesentlichen
rechteckig geformt sind, sind in zueinander unterschiedlichen Richtungen
(bspw. unterschiedlichen vertikalen Richtungen) magnetisiert und an
der Bodenfläche
des Gleittisches 46 befestigt, wobei sie voneinander einen
festgelegten Abstand aufweisen. Bei dieser Anordnung ist die Breite
jedes der Permanentmagneten 16a, 16b so gewählt, dass
sie schmaler ist als die Breite der Spule 12.
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Die
Breite des plattenförmigen
Elementes 70 wird so gewählt, dass das plattenförmige Element 70 an
den in Richtung des Pfeils A1 angeordneten Kugeln 32a, 32b anschlägt, wenn
der bewegliche Abschnitt 18 in Richtung des Pfeils A2 verschoben
wird.
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Eine
Vielzahl von Gewindelöchern 78 ist
an einem Ende und dem anderen Ende des Gleittisches 46 ausgebildet.
Ein anderes Element kann an dem Gleittisch 46 befestigt
werden, indem Schrauben in die entsprechenden Gewindeöffnungen 78 eingeschraubt
werden. Nicht dargestellte Gewindelöcher sind an der Seitenfläche des
Endblockes 72 in Richtung des Pfeils A2 ausgebildet. Ein
anderes Element kann hieran befestigt werden, indem Schrauben in die
Gewindelöcher
eingeschraubt werden.
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Der
Stopper 73 schlägt
an der Seitenfläche des
Stoppers 60 in Richtung des Pfeils A1 an. Dementsprechend
wird die Führungsschiene 20 an
einer Verschiebung in Richtung des Pfeils A2 gehindert.
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Bei
dem elektromagnetischen Linearstellglied 10, wie es oben
beschrieben wurde, bestehen die Führungsschiene 20 und
der Gleittisch 46 aus magnetischen Elementen. Das Brückenelement 50, die
Kugelbefestigungselemente 52, 56, der Stopper 60,
das plattenförmige
Element 70, der Endblock 72 und die Schrauben 44, 54, 58, 62, 68 bestehen
aus nicht magnetischen Elementen. Die kugeligen Elemente, die als
die Kugeln 32a, 32b verwendet werden, umfassen
Stahlkugeln (erste Rollelemente) 33, die aus magnetischen
Elementen bestehen, und kugelige Elemente (zweite Rollelemente) 35,
die aus nicht magnetischen Elementen bestehen. Wie in 2 gezeigt
ist, sind die Stahlkugeln 33 und die nicht magnetischen
kugeligen Elemente 35 abwechselnd in Richtung des Pfeils
A angeordnet.
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Das
elektromagnetische Linearstellglied 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben
aufgebaut. Nachfolgend wird seine Betriebsweise mit Bezug auf die 1 bis 6 erläutert.
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Zunächst wird
ein Fall erläutert
(Fall 1), bei dem der bewegliche Abschnitt 18 in einem
Zustand in Richtung des Pfeils A2 verschoben wird, in welchem der
bewegliche Abschnitt 18 so relativ zu dem festen Abschnitt 14 positioniert
ist, wie es in den 1, 2, und 5 gezeigt
ist.
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Wenn
der Spule 12 kein Strom zugeführt wird, werden in Fall 1
die folgenden Magnetfelder (erste bis dritte Magnetfelder oder magnetische Flusswege) 80a bis 80c,
durch welche die entsprechenden magnetischen Flüsse hindurchtreten, durch die
magnetischen Flüsse,
die durch die Permanentmagneten 16a, 16b erzeugt
werden, in dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 ausgebildet
(vgl. 5 und 6).
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Der
erste magnetische Flussweg 80a umfasst eine erste Route 82a,
die durch den Permanentmagneten 16a, den Gleittisch 46,
den Spalt zwischen dem anderen Ende des Gleittisches 46 und
dem anderen Ende der Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene 20,
die Spule 12, den Spalt zwischen der Spule 12 und
dem Permanentmagneten 16a, und den Permanentmagneten 16a verläuft, eine zweite
Route 82b, die durch den Permanentmagneten 16a,
den Gleit tisch 46, den Permanentmagneten 16b,
den Spalt zwischen dem Permanentmagneten 16b und der Spule 12,
die Spule, die Basis des Gleittisches 46, die Spule 12,
den Spalt (Lücke)
zwischen dem Permanentmagneten 16a und der Spule 12 und den
Permanentmagneten 16a verläuft, und eine dritte Route 82c,
die durch den Permanentmagneten 16b, den Gleittisch 46,
den Freiraum zwischen einem Ende des Gleittisches 46 und
einem Ende der Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene 20, die
Spule 12, den Spalt (Lücke)
zwischen der Spule 12 und dem Permanentmagneten 16b und
den Permanentmagneten 16b verläuft.
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Der
zweite magnetische Flussweg 80b tritt durch die Permanentmagneten 16a, 16b,
den Gleittisch 46, den ersten Vorsprung 74a des
Gleittisches 46, die Kugeln 32a (Stahlkugeln 33),
den dritten Vorsprung 28a der Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene 20,
die Spule 12, den Spalt (Lücke) zwischen der Spule 12 und
dem Permanentmagneten 16a, 16b und die Permanentmagneten 16a, 16b.
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Der
dritte magnetische Flussweg 80c tritt durch die Permanentmagneten 16a, 16b,
den Gleittisch 46, den zweiten Vorsprung 74b des
Gleittisches 46, die Kugeln 32b (Stahlkugeln 33),
den vierten Vorsprung 28b der Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene 20,
die Spule 12, den Spalt (Lücke) zwischen der Spule 12 und
den Permanentmagneten 16a, 16b und die Permanentmagneten 16a, 16b.
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Wenn
der Strom von dem elektronischen Schaltkreis 24 auf den
Draht der Spule 12 aufgebracht wird (vgl. 1 bis 3 und 5),
so erzeugt die Spule 12 durch den Strom den magnetischen
Fluss, und die folgenden Magnetfelder (vierte bis sechste magnetische
Flusswege) 80d bis 80f werden durch den magnetischen
Fluss in dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 zusätzlich zu den
oben beschriebenen ersten bis dritten Magnetfelder (magnetischen
Flusswege) 80a bis 80c ausgebildet.
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Der
vierte magnetische Flussweg 80d umfasst eine vierte Route 82d,
die durch die Spule 12, den Spalt (Lücke) zwischen der Spule 12 und
den Permanentmagneten 16a, 16b, die Permanentmagneten 16a, 16b,
den Gleittisch 46, den Freiraum zwischen einem Ende des
Gleittisches 46 und einem Ende der Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene 20 und
die Spule 12 hindurchtritt, und eine fünfte Route 82e, die
durch die Spule 12, den Spalt (Lücke) zwischen der Spule 12 und
den Permanentmagneten 16a, 16b, die Permanentmagneten 16a, 16b,
den Freiraum zwischen dem anderen Ende des Gleittisches 46 und
der Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene 20 und
die Spule 12 hindurchtritt.
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Der
fünfte
magnetische Flussweg 80e tritt durch die Spule 12,
den Spalt (Lücke)
zwischen der Spule 12 und den Permanentmagneten 16a, 16b,
die Permanentmagneten 16a, 16b, den Gleittisch 46, den
ersten Vorsprung 74a des Gleittisches 46, die Kugeln 32a (Stahlkugeln 33),
den dritten Vorsprung 28a der Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene
und die Permanentmagneten 16a, 16b.
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Der
sechste magnetische Flussweg 80f tritt durch die Spule 12,
den Spalt (Lücke)
zwischen der Spule 12 und den Permanentmagneten 16a, 16b,
die Permanentmagneten 16a, 16b, den Gleittisch 46, den
zweiten Vorsprung 74a des Gleittisches 46, die Kugeln 32b (Stahlkugeln 33),
den vierten Vorsprung 28b der Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene
und die Spule 12.
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Die
Schubkraft (Lorentz-Kraft), die auf der Basis der Fleming'schen Dreifinger-Regel in Richtung
des Pfeils A1 gerichtet ist, wird in der Spule 12 in Abhängigkeit
von den Richtungen der jeweiligen magnetischen Flüsse, die
durch die ersten bis sechsten magnetischen Flusswege 80a bis 80f hindurchtreten
und der Richtung des dem Widerstandsdraht der Spule 12 zugeführten Stromes
generiert. Wenn die Führungsschiene 20 des
festen Abschnitts 14 durch ein anderes Element fixiert
wird, wirkt die Schubkraft, die auf der Basis der Schubkraft in
Richtung des Pfeils A2 gerichtet ist, auf den beweglichen Abschnitt 18.
Der bewegliche Abschnitt 18 wird in Richtung des Pfeils
A2 verschoben, wobei er auf Basis der Drehung der Kugeln 32a, 32b geführt wird. Der
bewegliche Abschnitt 18 hält an der Position an, an welcher
der Stopper 60 an dem Stopper 73 anschlägt.
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Die
Pfeile der ersten bis sechsten magnetischen Flusswege 80a bis 80f in
den 5 und 6 zeigen die Richtungen des
Durchgangs des magnetischen Flusses an, der erzeugt wird, wenn der
Strom durch die Spule 12 fließen kann, und der magnetischen
Flüsse,
die durch die Permanentmagneten 16a, 16b generiert
werden.
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Als
nächstes
wird ein Fall (Fall 2) erläutert, bei
dem der bewegliche Abschnitt 18, der von dem festen Abschnitt 14 in
Richtung des Pfeils A2 vorsteht, zu der in den 1, 3 und 5 gezeigten
Position verschoben wird.
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In
Fall 2 wird der Strom, der entgegen der Richtung des Stromes in
Fall 1 fließt
(entgegengesetzte Phase), von dem elektronischen Schaltkreis 24 zu
dem Widerstandsdraht der Spule 12 geleitet.
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In
diesem Fall ist die Richtung des durch die Spule 12 erzeugten
magnetischen Flusses entgegengesetzt der Richtung des in Fall 1
durch die Spule 12 erzeugten magnetischen Flusses. Dementsprechend
wird die Schubkraft, die auf der Basis der Fleming'schen Dreifinger-Regel
in Richtung des Pfeils A1 gerichtet ist, in den Permanentmagneten 16a, 16b in
Abhängigkeit
von den Richtungen der jeweiligen magnetischen Flüsse, die
durch die ersten bis sechsten magneti schen Flusswege 80a bis 80f treten,
und der Richtung des Stromes, der durch den Widerstandsdraht der
Spule 12 fließen
kann, erzeugt. Dementsprechend wird der bewegliche Abschnitt 18 in
Richtung des Pfeils A1 verschoben, wobei er durch die Rotation der
Kugeln 32a, 32b geführt wird. Der bewegliche Abschnitt 18 hält an der
in den 1, 3 und 5 gezeigten
Position an, an welcher die Seitenfläche des Endblockes 72 an
der Seitenfläche
des Stoppers 60 anschlägt.
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Als
nächstes
wird mit Bezug auf die 7 bis 10 das
Ergebnis von Simulationen der magnetischen Flussdichteverteilung
in dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 erläutert.
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Bei
dieser Simulation wird die magnetische Flussdichteverteilung, die
erhalten wird, wenn der Strom durch die Spule 12 fließen kann,
um den magnetischen Fluss zu erzeugen, wenn die ersten und zweiten
Vorsprünge 74a, 74b des
Gleittisches 46 und die dritten und vierten Vorsprünge 28a, 28b der
Führungsschiene 20 aus
nicht magnetischen Elementen (Kunststoff) bestehen, wie es in 7 gezeigt
ist (nachfolgend als "Vergleichsbeispiel" bezeichnet), mit
einem Fall verglichen, bei dem die ersten und zweiten Vorsprünge 74a, 74b des
Gleittisches 46 und die dritten und vierten Vorsprünge 28a, 28b der
Führungsschiene 20 aus
magnetischen Elementen bestehen, wie es in 8 gezeigt
ist (nachfolgend als "Arbeitsbeispiel" bezeichnet). Das
Vergleichsbeispiel ist ein Beispiel für das elektromagnetische Linearstellglied
gemäß dem Stand
der Technik, während das
Arbeitsbeispiel ein Beispiel für
das elektromagnetische Linearstellglied 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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Um
die Berechnung der magnetischen Flussdichteverteilung in den Simulationen
zu vereinfachen, werden die Kugeln 32a, 32b und
die Führungsnuten 30a, 30b, 76a, 76b weggelassen,
und die ersten bis vierten Vorsprünge 28a, 28b, 74a, 74b sind
so gestaltet, dass sie einen L-förmigen
Querschnitt aufweisen.
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9 zeigt
die magnetische Flussdichteverteilung für den Gleittisch 46 des
Vergleichsbeispiels, während 10 die
magnetische Flussdichteverteilung für den Gleittisch 46 des
Arbeitsbeispiels zeigt. Bei den magnetischen Flussdichteverteilungen
gemäß den 9 und 10 gilt,
je größer die
Dichte der Schraffur ist, desto größer ist die magnetische Flussdichte.
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Bei
der magnetischen Flussdichteverteilung für das Vergleichsbeispiel gemäß 9 ist
die magnetische Flussdichte lokal an Bereichen des Gleittisches 46 in
der Nähe
der Permanentmagneten 16a, 16b hoch, und die magnetische
Sättigung
tritt an diesen Bereichen auf. Das bedeutet, dass bei dem Vergleichsbeispiel
lediglich der erste magnetische Flussweg 80a und der vierte
magnetische Flussweg 80d (vgl. 5) in dem
elektromagnetischen Linearstellglied vorgesehen sind, weil die ersten
bis vierten Vorsprünge 28a, 28b, 74a, 74b aus
nicht magnetischen Elementen (Harz oder Kunststoff) bestehen (vgl. 7).
Als Folge hiervon tritt an den oben beschriebenen Bereichen aufgrund
der magnetischen Flüsse, die
durch die Permanentmagneten 16a, 16b erzeugt werden,
und des magnetischen Flusses, der durch die Spule 12 erzeugt
wird, eine magnetische Flusskonzentration und magnetische Sättigung
auf.
-
Im
Gegensatz dazu wird bei der magnetischen Flussdichteverteilung des
Arbeitsbeispiels gemäß 10 die
magnetische Flussdichte an den Bereichen des Gleittisches 46 in
der Nähe
der Permanentmagneten 16a, 16b gegenüber der
magnetischen Flussdichte bei dem Vergleichsbeispiel (vgl. 9)
gesenkt. Außerdem
deckt die magnetische Flussdichteverteilung einen großen Bereich,
einschließlich
der Basis des Gleittisches 46 und der ersten und zweiten
Vorsprünge 74a, 74b,
ab.
-
Bei
dem Arbeitsbeispiel bestehen die ersten bis vierten Vorsprünge 28a, 28b, 74a, 74b aus
den magnetischen Elementen (vgl. 8). Daher
sind die ersten bis sechsten magnetischen Flusswege 80a bis 80f in
dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 ausgebildet
(vgl. 5 und 6). Als Folge hiervon werden
die magnetischen Flüsse,
die durch die Permanentmagneten 16a, 16b erzeugt werden,
und der magnetische Fluss, der durch den durch die Spule 12 fließenden Strom
erzeugt wird, durch die ersten bis sechsten magnetischen Flusswege 80a bis 80f so
aufgeteilt, dass sie durch den Gleittisch 46 hindurchtreten.
Dementsprechend ist es möglich,
lokale magnetische Flusskonzentrationen und das Auftreten einer
magnetischen Sättigung
in dem Gleittisch 46 zu vermeiden.
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In
dem Fall des elektromagnetischen Linearstellgliedes 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind, wie oben beschrieben, die ersten
und zweiten Vorsprünge 74a, 74b so
ausgebildet, dass sie von dem Gleittisch 46 als dem ersten Joch
zu der Führungsschiene 20 als
dem zweiten Joch vorstehen. Die ersten und zweiten Vorsprünge 74a, 74b sind
von der Führungsschiene 20 etwas
beabstandet.
-
Wenn
kein Strom durch die Spule 12 hindurchfließt, wird
der erste magnetische Flussweg 80a durch die magnetischen
Flüsse
erzeugt, die durch die Permanentmagneten 16a, 16b in
dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 erzeugt werden. Der
erste magnetische Flussweg 80a umfasst die erste Route 82a,
die durch den Permanentmagneten 16a, den Gleittisch 46,
den Freiraum zwischen dem anderen Ende des Gleittisches 46 und
dem anderen Ende der Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene 20,
die Spule 12, den Spalt (Lücke) zwischen der Spule 12 und
dem Permanentmagneten 16a und den Permanentmagneten 16a verläuft, die
zweite Route 82b, die durch den Permanentmagneten 16a,
den Gleittisch 46, den Permanentmagneten 16b,
den Spalt (Lücke)
zwischen dem Permanentmagneten 16b und der Spule 12,
die Spule 12, die Basis des Gleittisches 46, die
Spule 12, den Spalt (Lücke)
zwischen dem Permanentmagneten 16a und der Spule 12 und
den Permanentmagneten 16a verläuft, und die dritte Route 82c,
die durch den Permanentmagneten 16b, den Gleittisch 46,
den Freiraum zwischen einem Ende des Gleittisches 46 und
einem Ende der Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene 20,
die Spule 12, den Spalt (Lücke) zwischen der Spule 12 und
dem Permanentmagneten 16b und den Permanentmagneten 16b verläuft.
-
Zusätzlich zu
dem ersten magnetischen Flussweg 80a ist in dem elektromagnetischen
Linearstellglied 10 auch der zweite magnetische Flussweg 80b ausgebildet,
der durch die Permanentmagneten 16a, 16b, den
Gleittisch 46, den ersten Vorsprung 74a des Gleittisches 46,
die Kugeln 32a (Stahlkugeln 33), den dritten Vorsprung 28a der
Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene,
die Spule 12, den Spalt (Lücke) zwischen der Spule 12 und
den Permanentmagneten 16a, 16b und die Permanentmagneten 16a, 16b verläuft.
-
Außerdem gibt
es den dritten magnetischen Flussweg 80c, der durch die
Permanentmagneten 16a, 16b, den Gleittisch 46,
den zweiten Vorsprung 74b des Gleittisches 46,
die Kugeln 32b (Stahlkugeln 33), den vierten Vorsprung 28b der
Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene 20,
die Spule 12, den Spalt (Lücke) zwischen der Spule 12 und
den Permanentmagneten 16a, 16b und die Permanentmagneten 16a, 16b verläuft.
-
Wenn
der Strom durch die Spule 12 fließen kann, wird der vierte magnetische
Flussweg 80d in dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 ausgebildet.
Der vierte magnetische Flussweg 80d umfasst die vierte
Route 82d, die durch die Spule 12, den Spalt (Lücke) zwischen
der Spule 12 und den Permanentmagneten 16a, 16b,
die Permanentmagneten 16a, 16b, den Gleittisch 46,
den Freiraum zwischen dem einem Ende des Gleittisches 46 und
dem einem Ende der Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene 20 und
die Spule 12 verläuft,
und die fünfte
Route 82e, die durch die Spule 12, den Spalt (Lücke) zwischen
der Spule 12 und den Permanentmagneten 16a, 16b,
die Permanentmagneten 16a, 16b, die Permanentmagneten 16a, 16b,
den Gleittisch 46, den Freiraum zwischen dem anderen Ende des
Gleittisches 46 und dem anderen Ende der Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene 20 und
die Spule 12 verläuft.
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Zusätzlich zu
dem vierten magnetischen Flussweg 80d sind in dem elektromagnetischen
Linearstellglied 10 der fünfte magnetische Flussweg 80e, der
durch die Spule 12, den Spalt (Lücke) zwischen der Spule 12 und
den Permanentmagneten 16a, 16b, die Permanentmagneten 16a, 16b,
den Gleittisch 46, die ersten Vorsprünge 74a des Gleittisches 46,
die Kugeln 32a (Stahlkugeln 33), den dritten Vorsprung 28a der
Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene 20 und
die Permanentmagneten 16a, 16b verläuft, und
der sechste magnetische Flussweg 80f, der durch die Spule 12,
den Spalt (Lücke)
zwischen der Spule 12 und dem Permanentmagneten 16a, 16b,
die Permanentmagneten 16a, 16b, den Gleittisch 46,
den zweiten Vorsprung 74b des Gleittisches 46,
die Kugeln 32b (Stahlkugeln 33), den vierten Vorsprung 28b der
Führungsschiene 20,
die Basis der Führungsschiene
und die Spule 12 verläuft, ausgebildet.
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In
dem elektromagnetischen Linearstellglied gemäß dem Stand der Technik sind
lediglich die ersten und vierten magnetischen Flusswege 80a, 80d ausgebildet.
Dadurch wird der magnetische Fluss in unerwünschter Weise an der Führungsschiene
und dem Gleittisch konzentriert, so dass eine magnetische Sättigung
auftritt.
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Im
Gegensatz dazu wird bei dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der magnetische Fluss, der durch die
Spule 12 erzeugt wird, und die magnetischen Flüsse, die
durch die Permanentmagneten 16a, 16b erzeugt werden,
durch die ersten bis sechsten magnetischen Flusswege 80a bis 80f so unterteilt,
dass sie in der oben beschriebenen Weise durch die Führungsschiene 20 und
den Gleittisch 46 hindurchtreten. Dadurch wird eine lokale
magnetische Flusskonzentration in der Führungsschiene 20 und
dem Gleittisch 46 vermieden. Als Folge hiervon wird eine
magnetische Sättigung
vermieden. Dadurch kann das Auftreten eines Leckagemagnetflusses
verhindert werden, so dass Fehlfunktionen des elektronischen Schaltkreises
und der elektronischen Vorrichtung, die innerhalb oder außerhalb
des elektromagnetischen Linearstellgliedes 10 angeordnet sind,
ebenso wie die Anziehung des magnetischen Elementes zu dem elektromagnetischen
Linearstellglied 10 vermieden werden. Außerdem wird
die Gesamtmenge des magnetischen Flusses, der durch die Führungsschiene 20 und
den Gleittisch 46 hindurchtritt, erhöht und auch die Schubkraft
zur Verschiebung der Permanentmagneten 16a, 16b wird gesteigert.
Dementsprechend ist der bewegliche Abschnitt 18, der die
Permanentmagneten 16a, 16b umfasst, unter Führung durch
die Kugeln 32a, 32b verschiebbar.
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Die
ersten und zweiten Vorsprünge 74a, 74b sind
etwas von der Führungsschiene 20 beabstandet.
Dadurch ist es möglich,
das Auftreten eines Leckagemagnetflusses an den Freiräumen zwischen der
Führungsschiene 20 und
den ersten und zweiten Vorsprüngen 74a, 74b zu
vermeiden.
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Der
dritte Vorsprung 28a ist so ausgebildet, dass er entlang
des ersten Vorsprungs 74 hervorsteht, während der vierte Vorsprung 28b so
ausgebildet ist, dass er entlang des zweiten Vorsprungs 74b vorsteht.
Dadurch werden die Flächen,
an denen der Gleittisch 46 und die Führungsschiene 20 einander an
den ersten bis vierten Vorsprüngen 28a, 28b, 74a, 74b zugewandt
sind, vergrößert. Es
ist möglich,
eine magnetische Flusskonzentration und magnetische Sättigung
an den zweiten, dritten, fünften
und sechsten magnetischen Flusswegen 80b, 80c, 80e und 80f zu
vermeiden.
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Die
Stahlkugeln 33, die aus den magnetischen Elementen bestehen,
werden als Teil der Kugeln 32a, 32b eingesetzt.
Dadurch tritt der magnetische Fluss, der durch die zweiten und dritten
magnetischen Flusswege 80b, 80c verläuft, durch die
Stahlkugeln 33. Es ist möglich, das Auftreten von Leckagemagnetfluss
an den Freiräumen
zwischen den ersten und zweiten Vorsprüngen 74a, 74b und
den dritten und vierten Vorsprüngen 28a, 28b zu
vermeiden.
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Wenn
bei dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der bewegliche Abschnitt 18 in Richtung
des Pfeils A verschoben wird, wobei er durch die Vielzahl von Kugeln 32a, 32b geführt wird, wird
jede der Kugeln 32a, 32b in der gleichen Richtung
gedreht. Bei einem Vergleich zwischen den einander gegenüberliegenden
Flächen
benachbarter Kugeln 32a, 32b werden die Kugeln 32a, 32b aber
in einander entgegengesetzten Richtungen gedreht.
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Bei
dieser Anordnung sind die Permanentmagneten 16a, 16b,
die entlang der Richtung des Pfeils A angeordnet sind, in zueinander
entgegengesetzten Richtungen magnetisiert. Wenn alle Kugeln 32a, 32b Stahlkugeln 33 sind,
wirkt daher die Magnetkraft, die auf dem magnetischen Fluss, der
durch den Permanentmagneten 16b erzeugt wird, basiert, in
Richtung des Pfeils A auf die Stahlkugeln 33, die relativ
zu dem Zentrum des elektromagnetischen Linearstellgliedes 10 an
der Seite in Richtung des Pfeils A1 angeordnet sind. Die Magnetkraft,
die auf dem magnetischen Fluss, der durch den Permanentmagneten 16a erzeugt
wird, basiert, wirkt dagegen in Richtung des Pfeils A auf die Stahlkugeln 33,
die relativ zu der Mitte des elektromagnetischen Linearstellgliedes 10 an
der Seite in Richtung des Pfeils A2 angeordnet sind. Somit berühren die
benachbarten Stahlkugeln 33 einander aufgrund der magnetischen Kraft
und es tritt ein Reibungswiderstand auf, weil die benachbarten Stahlkugeln 33 in
entgegengesetzten Richtungen rotieren. Letztlich wird die Rotation
der Stahlkugeln 33 gestoppt. Dadurch wird der Gleitwiderstand
der Kugeln 32a, 32b gegen den beweglichen Abschnitt 18 in
unerwünschter
Weise erhöht, und
es ist schwierig, den Gleitabschnitt 18 gleichmäßig zu verschieben.
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Angesichts
dieser Tatsache sind bei dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kugeln 32a, 32b,
die Stahlkugeln 33 sind, und die Kugeln 32a, 32b,
die aus den kugeligen Elementen 35, die aus den nicht magnetischen
Elementen (bspw. aus Harz oder Kunststoff) hergestellt sind, abwechselnd
entlang der Richtung des Pfeils A angeordnet. Dadurch ist es möglich, Positionsabweichungen
der Stahlkugeln 33 zu vermeiden, die andernfalls aufgrund
der oben beschriebenen Magnetkraft auftreten würden. Dadurch ist es möglich, den
beweglichen Abschnitt 18 gleichmäßig zu verschieben.
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Wie
oben beschrieben wurde, kann der bewegliche Abschnitt 18 gleichmäßig verschoben
werden, indem eine Positionsabweichung der Stahlkugeln 33,
die andernfalls aufgrund der Magnetkraft auftreten würde, vermieden
wird. Daher kann eine Vielzahl von zylindrischen Elementen, die
aus nicht magnetischem Material bestehen, anstelle der kugeligen
Elemente 35 vorgesehen sein. Alternativ können die
kugeligen Elemente 35 oder die zylindrischen Elemente integral über stangenförmige Elemente aus
nicht magnetischem Material verbunden werden, um zwangsweise eine
Positionsverschiebung der Stahlkugeln 33, die andernfalls
aufgrund der Magnetkraft auftreten würde, zu verhindern. Alternativ
werden vorzugsweise Stangen oder Plattenelemente aus nicht magnetischem
Material in den Freiräumen zwischen
den ersten bis vierten Vorsprüngen 28a, 28b, 74a, 74b angeordnet,
und die Stahlkugeln 33 werden in einer Vielzahl von Löchern angeordnet,
die an festgelegten Abständen
in Richtung des Pfeils A in den Stangen oder Plattenelementen ausgebildet sind.
Bei dieser Anordnung kann eine Positionsabweichung der Stahlkugeln 33 in
Richtung des Pfeils A, die andernfalls aufgrund der magnetischen
Kraft auftreten würde,
durch die Stangen oder die Plattenelemente vermieden werden.
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Bei
dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise die zylindrischen
Elemente aus magnetischem Material anstelle der Stahlkugeln 33 so
angeordnet, dass ihre Axialrichtung im Wesentlichen mit der Richtung
des Pfeils A übereinstimmt.
Wenn die zylindrischen Elemente angeordnet werden, werden die Querschnittsflächen der
zweiten und dritten magnetischen Flusswege 80b, 80c in
den zylindrischen Elementen erhöht,
und der magnetische Widerstand wird gesenkt. Als Folge hiervon wird
die Schubkraft, die auf die Permanentmagneten 16a, 16b wirkt,
weiter erhöht.
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Wenn
die Breite der Spule 12 größer ist als die der Permanentmagneten 16a, 16b,
so können
die magnetischen Flüsse,
die durch die Permanentmagneten 16a, 16b erzeugt
werden, die Spule 12 zuverlässig kreuzen.
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Wenn
die Dicke des Gleittisches 46 und der Führungsschiene 20 kleiner
ist als die Breite d der Permanentmagneten 16a, 16b in
Richtung des Pfeils A, ist es möglich,
die Dicke und Größe der Gesamtvorrichtung
zu reduzieren.
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Wenn
die magnetische Flussdichte, die durch die Permanentmagneten 16a, 16b erzeugt wird,
0,5 bis 0,6 T beträgt,
und die magnetische Sättigungsflussdichte
des Materials auf Eisenbasis (reines Eisen, Stahl mit niedrigem
Kohlenstoffgehalt, Edelstahl) der Führungsschiene 20 und
des Gleittisches 46, die als Joche dienen, 1,4 bis 1,8
T beträgt, so
kann der magnetische Fluss, der etwa drei Mal höher ist als der durch die Permanentmagneten 16a, 16b erzeugte
magnetische Fluss, durch die Führungsschiene 20 und
den Gleittisch 46 hindurchtreten.
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In
dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 können die
magnetischen Flüsse,
die durch Permanentmagneten 16a, 16b erzeugt werden,
in zwei Flüsse
in Richtung des Pfeils A in der Führungsschiene 20 und
dem Gleittisch 46 unterteilt werden.
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In
dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 kann daher
der magnetische Fluss, der etwa sechs Mal höher ist als der durch die Permanentmagneten 16a, 16b erzeugte
magnetische Fluss, durchtreten, ohne eine magnetische Sättigung
in der Führungsschiene 20 und
dem Gleittisch 46 hervorzurufen. Als Folge hiervon kann
die Dicke der Führungsschiene 20 und
des Gleittisches 46 auf etwa 1/6 der Breite d der Permanentmagneten 16a, 16b reduziert werden.
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Bei
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die beiden Permanentmagneten 16a, 16b an
der Bodenfläche
des Gleittisches 46 in Richtung des Pfeils A angeordnet.
Es versteht sich jedoch, dass die Schubkraft zur Verschiebung des
beweglichen Abschnitts 18 durch Anordnen von drei oder
mehr der Permanentmagnete auf dem Gleittisch 46 in Richtung
des Pfeils A erhöht
werden kann.
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Wird
bei dem elektromagnetischen Linearstellglied gemäß dem Stand der Technik die
Gesamtvorrichtung für
eine längere
Zeitdauer in vertikalem Zustand eingesetzt, so werden die als Führungselemente
dienenden Wälzelemente
nach unten bewegt, so dass es unmöglich ist, die erforderlichen
Abstände,
die für
die Rotation der Wälzelemente
notwendig sind, beizubehalten. Auch wenn versucht wird, den Gleittisch
nach unten zu bewegen, werden die Wälzelemente entlang der Führungsschiene
und der Gleitplatte bewegt, ohne sich zu drehen. Als Folge hiervon
wird der Gleitwiderstand des Führungselementes
relativ zu dem beweglichen Abschnitt erhöht. Wenn der bewegliche Abschnitt
in vertikaler Richtung verschoben wird, ist es unmöglich, den
beweglichen Abschnitt gleichmäßig zu verschieben.
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Im
Gegensatz dazu sind bei dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Teil der Kugeln 32a, 32b Stahlkugeln 33.
Die magnetische Kraft, die nach unten wirkt, wird an den Kugeln 32a, 32b erzeugt,
die an den oberen Positionen relativ zu den an dem Gleittisch 46 in
vertikaler Richtung (Richtung des Pfeils A) angeordneten Permanentmagneten 16a, 16b angeordnet
sind. Andererseits wird die magnetische Kraft, die entgegen der
Schwerkraft nach oben wirkt, an den an den unteren Positionen angeordneten
Kugeln 32a, 32b erzeugt.
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Als
Folge hiervon können
die festgelegten Freiräume
zwischen den benachbarten Kugeln 32a, 32b vorgesehen
werden. Es ist möglich,
die jeweiligen Kugeln 32a, 32b einfach zu drehen.
Auch wenn das elektromagnetische Linearstellglied 10 über einen
längeren
Zeitraum eingesetzt wird, kann daher der bewegliche Abschnitt 18 gleichmäßig verschoben
werden.
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Bei
dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wie es in 11 gezeigt
ist, wird vorzugsweise folgende Anordnung gewählt: Vorsprünge 84a, 84b sind
so ausgebildet, dass sie in einer Richtung senkrecht zu der Richtung
des Pfeils A von beiden Seiten des Gleittisches 46 nach
außen
vorstehen. An den Bodenflächen
der Vorsprünge 84a, 84b, an
den oberen Bereichen der dritten und vierten Vorsprünge 28a, 28b,
an den Bodenbereichen der ersten und zweiten Vorsprünge 74a, 74b und
den oberen Bereichen der Führungsschiene 20,
die den Bodenbereichen zugewandt sind, sind Nuten 86 ausgebildet.
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Somit
werden Leckagemagnetflüsse
in den Nuten 86 erzeugt, und die Leckagemagnetflüsse ermöglichen
es, durch die Nuten 86 Staub, der aus an den Kugeln 32a, 32b angesammelten
magnetischen Elementen besteht, und den Staub der magnetischen Elemente,
der durch die Drehung der Stahlkugeln 33 erzeugt wird,
anzuziehen. Dadurch können
die Kugeln 32a, 32b vor dem Anhaften von Staub
geschützt werden.
Der bewegliche Abschnitt 18 kann unter der Führung durch
die Kugeln 32a, 32b gleichmäßig verschoben werden. Außerdem ist
es möglich,
eine Verschmutzung der Umgebung zu vermeiden, indem ein Entweichen
von Staub aus dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 nach
außen
verhindert wird.
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Bei
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind, wie in den 2 bis 6 gezeigt, die
Permanentmagneten 16a, 16b an der Bodenfläche des
Gleittisches 46 angeordnet, während die Spule 12 an
der oberen Fläche
der Führungsschiene 20 angeordnet
ist. Alternativ kann, wie in 12 gezeigt,
die Spule 12 an der Bodenfläche des Gleittisches 46 angeordnet
werden, während
die Permanentmagneten 16a, 16b an der oberen Fläche der Führungsschiene 20 angeordnet
werden. Bei dieser Anordnung werden die gleichen Vorteile erreicht
wie bei der oben beschriebenen Gestaltung.
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Wie
in den 2, 4 und 6 gezeigt ist,
sind bei der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die ersten und zweiten Vorsprünge 74a, 74b an
beiden Seiten des Gleittisches 46 ausgebildet, während die
dritten und vierten Vorsprünge 28a, 28b an
beiden Seiten der Führungsschiene 20 ausgebildet
sind. Alternativ können,
wie in 13A gezeigt, lediglich die dritten
und vierten Vorsprünge 28a, 28b vorgesehen
sein. Außerdem
können,
wie in 13B gezeigt, lediglich die ersten
und zweiten Vorsprünge 74a, 74b vorgesehen
sein. Die gleichen Vorteile, wie sie oben beschrieben wurden, werden auch
bei diesem Aufbau erreicht. In 13A sind
die Kugeln 32a, 32b zwischen den dritten und vierten Vorsprüngen 28a, 28b und
der Bodenfläche
des Gleittisches 46 angeordnet. In 13B sind
die Kugeln 32a, 32b zwischen den ersten und zweiten
Vorsprüngen 74a, 74b und
der oberen Fläche
der Führungsschiene 20 angeordnet.
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Alternativ
können,
wie in 14A gezeigt, die ersten und
zweiten Vorsprünge 74a, 74b innerhalb
der dritten und vierten Vorsprünge 28a, 28b ausgebildet
sein. Als weitere Alternative können,
wie in 14B gezeigt, die dritten und
vierten Vorsprünge 28a, 28b innerhalb
der ersten und zweiten Vorsprünge 74a, 74b ausgebildet
sein. Die gleichen Vorteile wie oben beschrieben, werden auch bei
diesem Aufbau erreicht.
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Wie
in den 2, 4 und 6 gezeigt ist,
sind bei der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die ersten und zweiten Vorsprünge 74a, 74b integral
mit dem Gleittisch 46 ausgebildet, während die dritten und vierten
Vorsprünge 28a, 28b integral
mit der Führungsschiene 20 ausgebildet
sind. Alternativ können,
wie in den 15A und 15B gezeigt
ist, die ersten und zweiten Vorsprünge 74a, 74b an
beiden Seiten des Gleittisches 46 mit Schrauben 100a bzw. 100b befestigt
werden, während
die dritten und vierten Vorsprünge 28a, 28b an
den Seiten der Führungsschiene 20 über Schrauben 102a bzw. 102b befestigt
werden können.
Auch bei diesem Aufbau werden die oben beschriebenen Vorteile erreicht.
In 15A sind die ersten und zweiten Vorsprünge 74a, 74b innerhalb
der dritten und vierten Vorsprünge 28a, 28b angeordnet.
In 15B sind die dritten und vierten Vorsprünge 28a, 28b innerhalb der
ersten und zweiten Vorsprünge 74a, 74b angeordnet.
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Wie
in den 2, 4 und 6 dargestellt
ist, sind bei der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Kugeln 32a und 32b,
die als Wälzelemente
dienen, zwischen dem Gleittisch 46 und der Führungsschiene 20 angeordnet.
Wie in den 16 bis 18 dargestellt
ist, kann alternativ eine Linearführung 112 oder 124 anstelle
der Kugeln 32a, 32b vorgesehen sein. Bei diesem
Aufbau kann der bewegliche Abschnitt 18 relativ zu dem
festen Abschnitt 14 verschoben werden, wobei er durch die
Linearführung 112 oder 124 geführt wird.
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In 16 ist
die Linearführung 112 außerhalb
der ersten bis vierten Vorsprünge 28a, 28b, 74a, 74b angeordnet.
Eine Führungsschiene 110 der
Linearführung 112 ist
an der oberen Fläche
der Führungsschiene 20 mit
einer Schraube 102 befestigt. Ein Gleittisch 108 ist
an der Bodenfläche
des Gleittisches 46 mittels einer Schraube 104 befestigt.
In 17 ist die Linearführung 112 innerhalb
der ersten und zweiten Vorsprünge 74a, 74b angeordnet
und an den oberen Bereichen der dritten und vierten Vorsprünge 28a, 28b angeordnet.
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In 18 umfasst
die Linearführung 124 ein Tragelement 126,
ein Tragelement 128, eine Walze (oder Walzen) 130 und
ein Begrenzungselement 132. Das Tragelement 126 hat
einen im Wesentlichen U-förmigen
Querschnitt und ist über
eine Schraube 120 an dem Gleittisch 46 an einem
Bereich innerhalb der ersten und zweiten Vorsprünge 74a, 74b befestigt.
Das Tragelement 128 hat einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt
und ist über
eine Schraube 122 an der Führungsschiene 20 an
einem Bereich außerhalb
der dritten und vierten Vorsprünge 28a, 28b befestigt.
Die Walze 130 ist ein im Wesentlichen zylindrisches magnetisches
Element und wird zwischen den Tragelementen 126 und 128 gehalten. Das
Begrenzungselement 132 begrenzt die vertikale Verschiebung
oder die Verschiebung in Richtung des Pfeils A (vgl. 1 bis 3)
der Walze 130. Das Begrenzungselement 132 dient
auch als Halteelement zum Halten der Walze 130. Bei diesem
Aufbau sind die Kontaktbereiche zwischen dem Tragelement 126 und
der Walze 130, an denen das Tragelement 126 dem
Tragelement 128 zugewandt ist, zu den dritten und vierten
Vorsprüngen 28a, 28b verjüngt. Außerdem verjüngen sich
die Kontaktbereiche zwischen dem Tragelement 128 und der
Walze 130, an welchen das Tragelement 128 dem
Tragelement 126 zugewandt ist, zu den ersten und zweiten
Vorsprüngen 74a, 74b.
Somit ist der mit dem Tragelement 126 verbundene Gleittisch 46 relativ
zu der Führungsschiene 20 verschiebbar,
wobei er durch die Walze 130 geführt wird.
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Wie
in den 16 bis 18 dargestellt
ist, sind die Linearführungen 112, 124 in
der Nähe
der ersten bis vierten Vorsprünge 28a, 28b, 74a, 74b angeordnet.
Leckagemagnetflüsse
werden in dem Spalt zwischen den ersten und zweiten Vorsprüngen 74a, 74b und
den dritten und vierten Vorsprüngen 28a, 28b generiert.
Die Leckagemagnetflüsse
ermöglichen
es dem Spalt, Staub, der aus den an den Linearführungen 112, 124 angesammelten
magnetischen Elementen besteht, und Staub, der aus magnetischen
Elementen, die durch die Linearführungen 112, 124,
wenn diese magnetische Elemente sind, erzeugt werden, anzuziehen.
Dadurch kann das Anhaften von Staub an den Linearführungen 112, 124 verhindert
werden. Der Gleittisch 46 kann gleichmäßig verschoben werden, wobei
er durch die Linearführung 112, 124 geführt wird.
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Alternativ
kann, wie in den 19 bis 21 dargestellt
ist, eine Vertiefung 144 in der Seite jeder der ersten
und zweiten Vorsprünge 74a, 74b ausgebildet
sein, und eine Vertiefung 150 kann in der Seite jeder der
dritten und vierten Vorsprünge 28a, 28b ausgebildet
sein. Ein Führungselement 140 mit
der Walze 130 und dem Begrenzungselement 132 oder mit
einem Ritzel 142 kann zwischen den Vertiefungen 144 und 150 angeordnet
sein.
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Bei
dieser Anordnung sind Zahnstangen 146, 148, die
aus einer Vielzahl zylindrischer Elemente bestehen, so in den Vertiefungen 144, 150 in Richtung
des Pfeils A angeordnet (vgl. 20), dass das
Ritzel 142 mit den Zahnstangen 146, 148 in
Eingriff bringbar ist. Teile der Vertiefungen 144, 150,
die die Walzen 130 berühren,
verjüngen
sich. Als Folge hiervon kann der Gleittisch 46 unter der
Führung durch
die Walzen 130 und durch den Eingriff zwischen dem Ritzel 142 und
den Zahnstangen 146, 148 gleichmäßig auf
der Führungsschiene 20 verschoben werden.
Da das Ritzel 142 mit den Zahnstangen 146, 148 in
Eingriff steht, kann eine Positionsabweichung des Begrenzungselementes 132 vermieden
werden. Wie in den 19 und 21 dargestellt
ist, sind die Walzen 130 abwechselnd in Richtung des Pfeils
A geneigt.
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In
den 18 bis 21 wird
der Gleittisch 46 unter der Führung durch die Walzen 130 relativ
zu der Führungsschiene 20 verschoben.
Alternativ kann der Gleittisch 46 verschoben werden, wenn
die Kugeln 32a, 32b als Stahlkugeln anstelle der
Walzen 130 vorgesehen werden.