DE102010036119B4

DE102010036119B4 - Elektromagnetisches Stellglied

Info

Publication number: DE102010036119B4
Application number: DE102010036119.4A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Yajima; Nobuhiro Fujiwara
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2030-09-02
Also published as: TWI499169B; US8497754B2; US20110050375A1; JP2011078300A; TW201126876A; KR20110025104A; DE102010036119A1; CN102005894A; US20130162379A1; CN102005894B; JP5578352B2; US8421564B2; KR101720551B1

Abstract

Elektromagnetisches Stellglied (10), das eine Relativverschiebung zwischen einem ersten Joch (46), das einen Permanentmagneten (16a, 16b) trägt, und einem zweiten Joch (20), das eine Spule (12) trägt, die so angeordnet ist, dass sie dem Permanentmagneten (16a, 16b) gegenüber liegt, mit Hilfe einer Schubkraft bewirkt, die durch einen Strom generiert wird, der durch die Spule (12) fließt, gekennzeichnet durch einen magnetisierbaren Körper (36) mit geringer Koerzitivkraft, der eine geringere Koerzitivkraft als das zweite Joch (20) aufweist, wobei der magnetisierbare Körper (36) mit geringer Koerzitivkraft zwischen der Spule (12) und dem zweiten Joch (20) angeordnet ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Stellglied, das eine Spule und Permanentmagneten verwendet.
Es sind lineare elektromagnetische Stellglieder bekannt, die es ermöglichen, die Erzeugung einer magnetischen Sättigung in einem Joch zu vermeiden, indem erste und zweite Vorsprünge, die von beiden Seiten eines Gleittischs einer Führungsschiene zugewandt sind, ausgebildet werden (vgl. japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2006-187192 A ).
Die DE 10 2005 057 560 A1 beschreibt ein elektromagnetisches Linearstellglied, das eine relative Verschiebung zwischen einem beweglichen Abschnitt und einem zweiten Joch verursacht. Dabei hält der bewegliche Abschnitt einen Permanentmagneten. Das zweite Joch hält die Spule, sodass diese dem Permanentmagnet gegenüberliegt. Die Verschiebung wird durch eine Schubkraft erzeugt, die durch einen Stromfluss durch die Spule generiert wird.
Aus der DE 10 2004 050 342 A1 geht eine Schiebetür mit einem kombinierten Trag- und Antriebssystem mit einer Magnetreihe hervor, wobei ein Türflügel über einen Magnet, eine Spule und eine weichmagnetische Tragschiene so bewegt wird, dass er nicht durch die Gravitationskraft in z-Richtung fällt.
Die JP 2001 217 183 A beschreibt eine Motorvorrichtung mit einer magnetischen Platte, die unterhalb einer Magnetpoleinheit durch Ankerspulen angeordnet ist.
Da die Führungsschiene eine signifikante Härte aufweisen muss, wird die Härte der Führungsschiene in großem Maße durch die Auswahl der verwendeten Materialien und durch Wärmebehandlung bestimmt. Wenn aber die Führungsschiene mit großer Härte hergestellt wird, so wird auch die Koerzitivkraft sowie die Hysterese in der Führungsschiene größer. Wenn sich die Permanentmagneten mit der Bewegung des Gleittisches über die Führungsschiene verschieben, wird hierdurch in der Führungsschiene eine Restmagnetisierung generiert. Aufgrund der Wirkung dieser Restmagnetisierung werden Bremskräfte erzeugt, die in einer Richtung entgegen der Bewegungsrichtung der Permanentmagneten wirken. Aufgrund der Erzeugung dieser Bremskräfte wird die Schubkraft in der Bewegungsrichtung kleiner. Wenn die Positionierung des Gleittisches gesteuert wird, bewirkt die Koerzitivkraft außerdem eine Oszillation und die Genauigkeit der Positionierung des Gleittisches wird verschlechtert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung geht von den oben beschriebenen Nachteilen aus und hat die Aufgabe, ein elektromagnetisches Stellglied vorzuschlagen, welches den Einfluss der Restmagnetisierung auf die Schubkraft vermeiden kann und welches außerdem die Genauigkeit bei der Positionierung eines Gleittisches gewährleisten kann.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das elektromagnetische Stellglied bewirkt eine Relativverschiebung zwischen einem ersten Joch, welches einen Permanentmagneten trägt, und einem zweiten Joch, welches eine Spule trägt, die so angeordnet ist, dass sie dem Permanentmagneten gegenüberliegt, mit Hilfe einer Schubkraft, die durch einen Strom erzeugt wird, der durch die Spule fließt, wobei die Spule an dem zweiten Joch über einen Körper mit niedriger Koerzitivkraft aus einem magnetisierbarem Material angeordnet ist, dessen Koerzitivkraft geringer ist als die des zweiten Jochs.
An gegenüberliegenden Endseiten des zweiten Jochs können ein erster Vorsprung und ein zweiter Vorsprung ausgebildet sein, die dem ersten Joch zugewandt sind und entlang einer Verschiebungsrichtung vorstehen. Das erste Joch kann zwischen dem ersten Vorsprung und dem zweiten Vorsprung angeordnet sein.
An gegenüberliegenden Endseiten des ersten Jochs können ein dritter Vorsprung und einer vierter Vorsprung ausgebildet sein, die dem zweiten Joch zugewandt sind und entlang einer Verschiebungsrichtung derart vorstehen, dass der dritte Vorsprung und der vierte Vorsprung von dem zweiten Joch beabstandet sind. Ein erstes Führungselement kann zwischen dem dritten Vorsprung und dem zweiten Joch angeordnet sein, und ein zweites Führungselement kann zwischen dem vierten Vorsprung und dem zweiten Joch angeordnet sein.
Der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung können an gegenüberliegenden Endseiten des zweiten Jochs ausgebildet sein, wobei sie dem ersten Joch zugewandt sind und entlang des dritten Vorsprungs und des vierten Vorsprungs vorstehen. Das erste Führungselement kann zwischen dem ersten Vorsprung und dem dritten Vorsprung angeordnet sein, während das zweite Führungselement zwischen dem zweiten Vorsprung und dem dritten Vorsprung angeordnet sein kann.
Das erste Joch und das zweite Joch können einander gegenüberliegend angeordnet sein, so dass der Permanentmagnet an einer Seite des ersten Joches positioniert wird, welche dem zweiten Joch zugewandt ist, und so dass die Spule an einer Seite des zweiten Joches positioniert wird, welche dem ersten Joch zugewandt ist.
Die Spule weist vorzugsweise eine Spule mit offenem Zentrum auf, die durch ein Isoliermaterial gebildet wird.
Der erste Vorsprung und/oder der zweite Vorsprung des ersten Jochs und des zweiten Jochs können einer Wärmebehandlung unterworfen werden, um ihre Härte zu erhöhen.
An einer Oberfläche des zweiten Jochs, welche dem Permanentmagnet zugewandt ist, kann wenigstens ein Teilbereich der Oberfläche, welcher durch den Permanentmagneten magnetisiert wird, einen Bereich aufweisen, an dem die Wärmebehandlung zur Härteerhöhung nicht durchgeführt wurde.
Der magnetisierbare Körper mit niedriger Koerzitivkraft kann reines Eisen, magnetischen Stahl, Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, eine Kobaltlegierung und/oder eine amorphe Legierung aufweisen.
Der magnetisierbare Körper mit niedriger Koerzitivkraft kann plattenförmig ausgebildet sein.
Die Dicke des magnetisierbaren Körpers mit niedriger Koerzitivkraft kann entsprechend eines zulässigen Hysteresewertes festgelegt werden.
Die Oberfläche des zweiten Jochs, die dem Permanentmagneten zugewandt ist, kann einen Bereich aufweisen, an dem keine Wärmebehandlung zur Härteerhöhung durchgeführt wurde.
Ein erster Vorsprung und ein zweiter Vorsprung können an gegenüberliegenden Endseiten des zweiten Joches ausgebildet sein, wobei sie dem ersten Joch zugewandt sind und entlang einer Verschiebungsrichtung vorstehen. Das erste Joch kann zwischen dem ersten Vorsprung und dem zweiten Vorsprung angeordnet sein, wobei der erste Vorsprung und/oder der zweite Vorsprung einer Wärmebehandlung unterworfen werden kann, um dessen Härte zu erhöhen.
Ein dritter Vorsprung und ein vierter Vorsprung können an gegenüberliegenden Endseiten des ersten Jochs ausgebildet sein, wobei sie dem zweiten Joch zugewandt sind und entlang des ersten Vorsprungs und des zweiten Vorsprungs vorstehen. Der dritte Vorsprung und der vierte Vorsprung können von dem zweiten Joch getrennt sein. Ein erstes Führungselement kann zwischen dem ersten Vorsprung und dem zweiten Vorsprung angeordnet sein, während ein zweites Führungselement zwischen dem zweiten Vorsprung und dem vierten Vorsprung angeordnet sein kann.
Das erste Joch oder der dritte Vorsprung und der vierte Vorsprung des ersten Jochs können einer Wärmebehandlung unterworfen werden, um ihre Härte zu erhöhen.
Die Wärmebehandlung kann eine Hochfrequenzhärtung, Einsatzhärtung und Quenchen (Abschrecken) und/oder Vakuumhärtung umfassen.
Eine Mehrzahl von Wälzkörpern kann innerhalb des ersten Führungselements und des zweiten Führungselements vorgesehen sein, wobei wenigstens ein Teil der mehreren Wälzkörper erste Wälzkörper aus einem magnetischen Material aufweist.
Die ersten Wälzkörper und zweite Wälzkörper, die aus einem nicht magnetischen Material bestehen, können innerhalb des ersten Führungselements und des zweiten Führungselements vorgesehen sein, wobei die ersten Wälzkörper und die zweiten Wälzkörper abwechselnd entlang der Verschiebungsrichtung angeordnet sind.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung ein Körper aus einem magnetisierbaren Material mit niedriger Koerzitivkraft zwischen der Spule und dem zweiten Joch angeordnet ist, kann die Erzeugung einer Restmagnetisierung vermieden oder jedenfalls deutlich verringert werden. Da die Erzeugung der Restmagnetisierung vermieden wird, wird auch der Einfluss der Restmagnetisierung auf die Schubkraft vermieden. Da das erste Joch exakt verschoben werden kann, ist es dementsprechend möglich, ein elektromagnetisches Stellglied mit einer höheren Positionierungsgenauigkeit des ersten Joches zu Verfügung zu stellen.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung außerdem ein Bereich, der durch einen Permanentmagneten magnetisiert ist, an einer Oberfläche des zweiten Jochs, die dem Permanentmagneten zugewandt ist, keiner Wärmebehandlung zur Härteerhöhung unterworfen wird, kann die Erzeugung einer Restmagnetisierung vermieden werden. Mit der Vermeidung einer Restmagnetisierung wird auch der Einfluss der Restmagnetisierung auf die Schubkraft ausgeschlossen. Da das erste Joch exakt verschoben werden kann, ist es dementsprechend möglich, ein elektromagnetisches Stellglied mit einer verbesserten Positionierungsgenauigkeit des ersten Joches zur Verfügung zu stellen.
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.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines elektromagnetischen Linearstellgliedes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des elektromagnetischen Linearstellgliedes gemäß 1;
3 ist ein Schnitt entlang der Pfeile III-III in 1;
4 ist ein Schnitt entlang der Pfeile IV-IV in 1;
5A-5C sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der Prinzipien, mit denen Bremskräfte generiert werden, welche die Schubkraft eines Gleittisches behindern, wobei 5A magnetische Pole zeigt, die in einem Körper aus magnetisierbarem Material zu einem Zeitpunkt generiert werden, wenn ein beweglicher Abschnitt angehalten wird, wobei 5B magnetische Pole zeigt, die in einem Körper aus magnetisierbarem Material durch die Bewegung des beweglichen Abschnitts in der Richtung eines Pfeils B1 in einem Fall generiert werden, in welchem die Koerzitivkraft des Körpers aus magnetisierbarem Material klein ist, und wobei 5C magnetische Pole zeigt, die in einem Körper aus magnetisierbarem Material durch die Bewegung des beweglichen Abschnitts in der Richtung des Pfeils B1 in einem Fall generiert werden, in dem die Koerzitivkraft des Körpers aus magnetisierbarem Material groß ist;
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Position und der Verschiebungsrichtung eines Gleittisches und der Abweichung der Schubkraft des Gleittisches in einem Fall zeigt, in dem kein magnetisierbarer Körper mit niedriger Koerzitivkraft zwischen einer Führungsschiene und einer Spule angeordnet ist;
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Position und Bewegungsrichtung des Gleittisches und der Abweichung der Schubkraft des Gleittisches in einem Fall zeigt, in welchem ein magnetisierbarer Körper mit niedriger Koerzitivkraft mit einer konstanten Dicke (beispielsweise 0,5 mm) zwischen der Führungsschiene und der Spule angeordnet ist;
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Position und Bewegungsrichtung des Gleittisches und der Abweichung der Schubkraft des Gleittisches in einem Fall zeigt, in welchem zwei magnetisierbare Körper mit niedriger Koerzitivkraft der in 7 gezeigten Art aufeinander gestapelt sind und die beiden magnetisierbaren Körper mit niedriger Koerzitivkraft zwischen der Führungsschiene und der Spule angeordnet sind;
9 ist ein Diagramm, das die Hysterese der Schubkraft durch die Verschiebung des Gleittisches für die jeweiligen Fälle der 6 bis 8 zeigt;
10 ist eine perspektivische Ansicht eines elektromagnetischen Linearstellgliedes gemäß eines zweiten modifizierten Beispiels, wobei die Ansicht ein Beispiel eines Bereiches an der Führungsschiene (schraffiert dargestellt) zeigt, in dem eine Wärmebehandlung durchgeführt wird; und
11 ist eine perspektivische Ansicht eines elektromagnetischen Linearstellgliedes gemäß eines dritten modifizierten Beispiels, wobei die Ansicht ein Beispiel eines Bereiches an der Führungsschiene (schraffiert dargestellt) zeigt, der durch Permanentmagneten magnetisiert ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine bevorzugte Ausführungsform eines elektromagnetischen Stellglieds gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail erläutert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall erläutert, bei welchem das elektromagnetische Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung als elektromagnetisches Linearstellglied ausgebildet ist.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines elektromagnetischen Linearstellgliedes 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des elektromagnetischen Linearstellgliedes 10, 3 ist ein Schnitt entlang der Pfeile III-III in 1 und 4 ist ein Schnitt entlang der Pfeile IV-IV in 1.
Das elektromagnetische Linearstellglied 10 weist einen festen Abschnitt 14 und einen beweglichen Abschnitt 18 auf, welcher so angeordnet ist, dass er dem festen Abschnitt 14 gegenüber liegt. Der feste Abschnitt 14 umfasst eine Führungsschiene 20 (zweites Joch), einen Körper 36 aus einem magnetisierbarem Material mit geringer Koerzitivkraft, der eine Koerzitivkraft hat, die kleiner ist als ein festgelegter Wert (beispielsweise 500 A/m), eine Spule 12, ein Schaltungssubstrat 26 und einen Stopper 20. Der bewegliche Abschnitt 18 umfasst einen Gleittisch 46 (erstes Joch), ein längliches plattenförmiges Element 70, einen Endblock 72, zwei Permanentmagneten 16a, 16b, eine Anzeigeskala 48 und einen Stopper 73.
Die Joche, die als die Führungsschiene 20 und der Gleittisch 46 ausgebildet sind, können aus einem martensitischen Edelstahl (bspw. SUS440C oder dergleichen), Kohlenstoffstahl (bspw. S55C oder dergleichen) oder Chrom-Molybdän-Stahl (bspw. SCM415 oder dergleichen) hergestellt sein. Zu Erhöhung ihrer Härte werden die Führungsschiene 20 und der Gleittisch 46 einer Wärmebehandlung unterworfen. Wenn beispielsweise die Joche aus einem (martensitischen) Edelstahl hergestellt sind, werden die Joche gehärtet, indem sie einem Vakuumquenchen und Tempern unterworfen werden. Bestehen die Joche aus Kohlenstoffstahl, so werden die Joche gehärtet, indem sie einem Hochfrequenzquenchen und Tempern unterworfen werden, und wenn die Joche aus Chrom-Molybdän-Stahl bestehen, werden die Joche gehärtet, indem sie einem Aufkohlungsquenchen und Tempern unterworfen werden. Joche, die aus martensitischem Edelstahl, Kohlenstoffstahl oder Chrom-Molybdän-Stahl hergestellt sind, entwickeln als Folge der zur Härtung durchgeführten Wärmebehandlung eine höhere Koerzitivkraft und werden magnetisierbare Materialien, die eine hohe Koerzitivkraft zeigen. Die gesamte Führungsschiene 20 und der Gleittisch 46 werden der Wärmebehandlung unterworfen.
Die Führungsschiene 20 hat einen U-förmigen Querschnitt und trägt sowohl die Spule 12 als auch den Körper 36 aus dem magnetisierbaren Material mit geringer Koerzitivkraft. Der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft ist auf der Führungsschiene 20 angeordnet. Der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft kann aus reinem Eisen (SUY) oder aus magnetischem Stahl hergestellt werden. Reines Eisen ist definiert als Eisen, das keine Unreinheiten aufweist. Da es aber in der Praxis schwierig ist, reines Eisen herzustellen, kann auch Eisen eingesetzt werden, dessen Reinheitsgrad höher ist als ein festgelegter Wert. Außerdem kann der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft in einer plattenförmigen Gestalt hergestellt werden. Schließlich kann der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, einer Nickellegierung, beispielsweise Permalloy oder der-gleichen, einer Kobaltlegierung, beispielsweise Permendur oder dergleichen, oder einer amorphen Legierung hergestellt werden.
Die Spule 12 ist eine Spule mit offenem Zentrum, die durch Wickeln eines leitfähigen Drahtes, der mit einer Isolierschicht bedeckt ist, und Formen mit einem Körper 34 aus isolierendem Material, insbesondere Harz oder Kunststoff, hergestellt ist. Die Spule 12 ist etwa an einem zentralen Bereich an einer oberen Fläche des magnetisierbaren Körpers 36 mit geringer Koerzitivkraft angeordnet.
Ein Encoder 22 und eine elektronische Schaltung 24 sind auf dem Schaltungssubstrat 26 angebracht, das aus einem Harzmaterial geformt ist. Das Schaltungssubstrat 26 ist an der oberen Fläche des magnetisierbaren Körpers 36 mit geringer Koerzitivkraft an einer Seite in der Richtung des Pfeils A1 von der Spule 12 angeordnet. Das Schaltungssubstrat 26 ist an dem magnetisierbaren Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft über Schrauben 44 befestigt, die in Löcher 38, welche in dem Schaltungssubstrat 26 ausgebildet sind, eingeschraubt sind.
Die elektronische Schaltung 24 ist mit dem Draht der Spule 12 und mit dem Encoder 22 verbunden. Die elektronische Schaltung 24 bewirkt, dass auf der Basis eines Steuersignals ein Strom von einer nicht dargestellten externen Vorrichtung durch den Draht fließt, und gibt elektrische Signale an die externe Vorrichtung aus, welche von dem Encoder 22 eingegeben werden. Der Encoder 22 ist so angeordnet, dass er einer Skala 48, die an einer unteren Fläche des Gleittisches 46 angeordnet ist, zugewandt ist.
Der Encoder 22 ist der Skala 48 zugewandt und beleuchtet die Skala 48 mit Licht. Außerdem empfängt der Encoder als Folge der Beleuchtung reflektiertes Licht von der Skala 48. Wenn der bewegliche Abschnitt 18 in der Richtung des Pfeils A (Verschiebungsrichtung) verschoben wird, variiert die Menge des reflektierten Lichtes, so dass auf der Basis der Lichtmenge des empfangenen reflektierten Lichtes der Verschiebungsweg des beweglichen Abschnitts 18 berechnet werden kann. Das Berechnungsergebnis wird als elektrisches Signal an die elektronische Schaltung 24 ausgegeben. Obwohl dies nicht im Detail dargestellt ist, umfasst der Encoder 22 wenigstens einen Beleuchtungsabschnitt zum Aussenden von Licht, einen Lichtempfangsabschnitt zum Aufnehmen von Licht und einen Verschiebungsberechnungsabschnitt zur Berechnung eines Verschiebungsweges auf der Basis einer elektrischen Last entsprechend des durch den Lichtaufnahmeabschnitt empfangenen Lichtes.
An gegenüberliegenden Seiten der Führungsschiene 20 sind Vorsprünge (erster und zweiter Vorsprung) 28a, 28b ausgebildet, die von der Basis zu dem beweglichen Abschnitt 18 vorstehen. An Innenseiten jedes der Vorsprünge 28a, 28b sind Führungsnuten 30a, 30b ausgebildet, die sich entlang der Richtung des Pfeils A in den 1 bis 3 erstrecken. Mehrere Kugeln (erste und zweite Führungselemente) 32 sind als Wälzkörper in den Führungsnuten 30a, 30b angeordnet. Hierbei ist die Führungsschiene 20 breiter ausgebildet als der Gleittisch 46 des beweglichen Abschnitts 18, wobei der Gleittisch 46 zwischen den jeweiligen Vorsprüngen 28a, 28b der Führungsschiene 20 angeordnet ist. Die Wanddicke der Führungsschiene 20 und der Vorsprünge 28a, 28b ist kleiner als eine Länge d (vgl. 3) in der Richtung des Pfeils A der Permanentmagneten 16a, 16b. Zudem können die ersten und zweiten Führungselemente 32 mehrere Wälzkörper in Form von Zylindern oder Walzen aufweisen.
An gegenüberliegenden Endseiten des Körpers 36 aus magnetisierbarem Material mit geringer Koerzitivkraft sind im Querschnitt U-förmige Kugelverriegelungselemente 52, 56, die ein Herausfallen der Kugeln 32 verhindern, jeweils über Schrauben 54, 58 angebracht.
Der Stopper 60 wird über eine Schraube 62 an der oberen Fläche des magnetisierbaren Körpers 36 mit geringerer Koerzitivkraft befestigt. Wenn der bewegliche Abschnitt 18 in der Richtung des Pfeils A1 verschoben wird, begrenzt der Stopper 60 die weitere Verschiebung des beweglichen Abschnitts 18. Im Einzelnen verhindert der Stopper 60 durch Anschlag an einer Seitenfläche des Endblocks 72, der mit dem anderen Ende des Gleittisches 46 verbunden ist, eine Verschiebung zu der Seite der Richtung des Pfeils A1 der Führungsschiene des beweglichen Abschnitts 18. Der Endblock 72 wird durch nicht dargestellte Schrauben an dem anderen Ende in der Richtung des Pfeils A2 des Gleittisches 46 befestigt. In den 1-3 liegen der Stopper 60 und der Endblock 72 aneinander an, und es tritt ein Zustand auf, in dem der bewegliche Abschnitt 18 an einer Verschiebung in Richtung des Pfeils A1 gehindert ist.
Der Gleittisch 46 hat einen U-förmigen Querschnitt, wobei die Breite des Gleittisches 46 so gewählt ist, dass sie kleiner ist als die Breite der Führungsschiene 20. An gegenüberliegenden Seitenabschnitten des Gleittisches 46 sind entsprechende Vorsprünge (dritte und vierte Vorsprünge) 74a, 74b ausgebildet, die von seiner Basis zu dem festen Abschnitt 14 vorstehen. Die Vorsprünge 74a, 74b sind so ausgebildet, dass sie zu der Führungsschiene 20 vorstehen, wobei sie von dieser getrennt sind. An Außenseiten jedes des Vorsprünge 74a, 74b sind Führungsnuten 76a, 76b ausgebildet, in welchen die Kugeln 32 entlang der Richtung des Pfeils A angeordnet werden können. Der Gleittisch 46 und die Führungsschiene 20 sind miteinander über die Kugeln 32 verbunden (vgl. 4).
Bei dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 sind die Führungsschiene 20 und der Gleittisch 46 so angeordnet, dass die Führungsnuten 46a, 46b und die Führungsnuten 30a, 30b etwa auf der gleichen Höhe angeordnet sind. Die mehreren Kugeln 32 sind als eine Linearführung mit begrenzter Länge in dem Raum aufgenommen, der durch die Führungsnuten 76a, 76b und die Führungsnuten 30a, 30b gebildet wird. Aufgrund einer Führung durch die Rotation der Kugeln 32 kann der bewegliche Abschnitt 18 relativ zu dem festen Abschnitt 14 in Richtung des Pfeils A verschoben werden.
Im Wesentlichen rechteckig geformte Permanentmagnete 16a, 16b sind an einer unteren Fläche des Gleittisches 46 gegenüber der Spule 12 an einem im Wesentlichen zentralen Bereich in der Breitenrichtung des Gleittisches 46 angeordnet. Anders ausgedrückt sind die Permanentmagneten 16a, 16b an einer Seite des Gleittisches 46 angeordnet, die dem festen Abschnitt 16 zugewandt ist. Die Permanentmagneten 16a, 16b weisen einen festgelegten Abstand voneinander auf. Die Größe der Permanentmagneten 16a, 16b ist so gewählt, dass sie kleiner ist als die Größe der Spule 12. Obwohl in der Zeichnung zwei Permanentmagnete 16a, 16b dargestellt sind, ist es auch möglich lediglich einen oder drei Permanentmagnete vorzusehen. Das plattenförmige Element 70 ist an einem Endbereich in der Richtung des Pfeils A1 des Gleittisches 46 über Schrauben 48 befestigt.
An gegenüberliegenden Endseiten des Gleittisches 46 ist entlang dessen Dickenrichtung eine Mehrzahl von Gewindelöchern 78 ausgebildet. Der Gleittisch 46 kann durch nicht dargestellte Schrauben, die jeweils in die Gewindelöcher 78 eingeschraubt werden, an einem anderen Element angebracht werden. Andererseits sind an einer Seitenfläche in der Richtung des Pfeils A2 des Endblocks 72 entlang der Dickenrichtung des Endblocks 72 nicht dargestellte Gewindelöcher ausgebildet. Mit Hilfe von Schrauben, die in die Gewindelöcher eingeschraubt werden, kann der Endblock an einem anderen Element befestigt werden.
Der Stopper 73 ist an einer unteren Fläche des Gleittisches 46 in der Nähe des Permanentmagneten 16a angeordnet. Durch Anschlagen des Stoppers 73 an einer Seitenfläche in Richtung des Pfeils A1 des Stoppers 60 wird die Verschiebung des Gleittisches 46 in der Richtung des Pfeils A2 verhindert.
Die Kugelverriegelungselemente 52, 56, die Stopper 60, 73, das plattenförmige Element 70, der Endblock 72 und die Schrauben 44, 54, 58, 62, 63 werden durch nicht magnetische Materialien gebildet. Die Kugeln 32 können magnetisch oder nicht magnetisch sein. Außerdem können magnetische Kugeln 32 (erste Wälzkörper) und nicht magnetische (bspw. aus Harz- und Kunststoffmaterial) Kugeln 32 (zweite Wälzkörper) abwechselnd entlang der Richtung des Pfeils A angeordnet sein.
Bei dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 neigen in dem Fall, dass der Gleittisch 46 in der Richtung des Pfeils A verschoben wird, wobei er durch die mehreren Kugeln 32 geführt wird, die Kugeln an Oberflächen, an denen benachbarte Kugeln 32 in Kontakt miteinander kommen, dazu, in entgegengesetzten Richtungen zu rotieren, obwohl die Kugeln 32 im Allgemeinen in derselben Richtung rotieren. Dementsprechend werden zwischen dem Kugeln 32 hohe Reibungskräfte erzeugt und es tritt ein Positionsschlupf der Kugeln 32 auf. Somit besteht die Möglichkeit, dass der Gleittisch 46 nicht gleichmäßig verschoben werden kann. Durch abwechselndes Anordnen magnetischer Kugeln 32 und nicht magnetischer Kugeln 32 kann der Reibungswiderstand zwischen benachbarten Kugeln 32 verringert werden, und der Gleittisch 46 kann gleichmäßig verschoben werden.
Indem wenigstens ein Teil der Kugeln 32 aus einem magnetischen Material hergestellt wird, kann außerdem die Generierung eines austretenden magnetischen Flusses in Räumen zwischen den Vorsprüngen 28a, 28b und den Vorsprüngen 74a, 74b verhindert werden.
Bei dem elektromagnetischem Linearstellglied 10 mit dem oben beschriebenen Aufbau wird in der Spule 12 auf der Basis der Fleming'schen Linke-Hand-Regel (Drei-Finger-Regel) eine Schubkraft (Lorentz-Kraft) in der Richtung des Pfeils A generiert, indem die Richtung des Stromes, der die Spule 12 erregt, entsprechend der Richtung des Stromes, der durch die Spule 12 fließt, und des in dem elektromagnetischen Linearstellglied 10 generierten magnetischen Flusses geändert wird. Mittels einer solchen Schubkraft wird der Gleittisch 46 (d. h. der bewegliche Abschnitt 18) verschoben. Während der Verschiebung des Gleittisches 46 werden, wenn in der Führungsschiene 20 eine Restmagnetisierung generiert wird, Bremskräfte erzeugt, welche die Schubkraft des Gleittisches 46 behindern. Nachfolgend werden die Prinzipien, die hinter der Erzeugung dieser Bremskräfte stehen, im Detail erläutert.
Die 5A-5C sind schematische Ansichten zur Erläuterung der Prinzipen, auf deren Basis die Bremskräfte erzeugt werden, welche die Schubkraft des Gleittisches 46 behindern. Ein beweglicher Abschnitt 100 umfasst einen magnetisierbaren Körper 102 und Permanentmagneten 104. Die Permanentmagneten 104 sind gegenüber einem anderen magnetisierbaren Körper 106 angeordnet. Der bewegliche Abschnitt 100 wird oberhalb des magnetisierbaren Körpers 106 in der Richtung des Pfeils B (d. h. in Richtung B1 und B2) bewegt.
5A zeigt magnetische Pole, die in dem magnetisierbaren Körper 106 generiert werden, wenn der bewegliche Abschnitt 100 angehalten wird. Wenn der bewegliche Abschnitt 100 angehalten wird, wird der magnetisierbare Körper 106 durch die Permanentmagneten 104 magnetisiert und in Abschnitten des magnetisierbaren Körpers 106, die den Permanentmagen 104 zugeordnet sind, werden magnetische Pole generiert. Im Einzelnen wird ein Südpol (S-Pol) in einem Bereich des magnetisierbaren Körpers 106 magnetisiert, der einem Nordpol (N-Pol) -Bereich des Permanentmagneten gegenüber liegt, während ein Nordpol (N-Pol) in einem Abschnitt des magnetisierbaren Körpers 106 magnetisiert wird, der einem Südpol (S-Pol) -Bereich des Permanentmagneten gegenüber liegt.
5B zeigt magnetische Pole, die in dem magnetisierbaren Körper 106 durch die Bewegung des beweglichen Abschnitts 100 in der Richtung des Pfeils B1 in einem Fall generiert werden, in dem die Koerzitivkraft des magnetisierbaren Körpers 106 klein ist (d. h., dass der magnetisierbare Körper 106 eine niedrige Koerzitivkraft zeigt). Mit der Bewegung des beweglichen Abschnitts 100 bewegen sich auch die magnetischen Pole in dem magnetisierbaren Körper 106. Die Pfeile in 5B, die sich von dem Permanentmagneten 104 zu dem magnetisierbaren Körper 106 erstrecken, zeigen die Magnetkraft, die durch die Permanentmagneten 104 und den magnetisierbaren Körper 106 generiert wird. In dem Fall, dass die Koerzitivkraft des magnetisierbaren Körpers 106 klein ist, da die generierte Magnetkraft im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsrichtung des beweglichen Abschnitts 100 steht, ist es schwierig, Kräfte in einer Horizontalrichtung zu generieren.
5C zeigt magnetische Pole, die durch die Bewegung des beweglichen Abschnitts 100 in der Richtung des Pfeils B1 in dem magnetisierbaren Körper 106 in einem Fall generiert werden, in dem die Koerzitivkraft des magnetisierbaren Körpers 106 hoch ist (d. h., dass der magnetisierbare Körper 106 eine hohe Koerzitivkraft zeigt). In diesem Fall bleibt, auch wenn sich der bewegliche Abschnitt 100 bewegt, der magnetisierte Zustand des magnetisierbaren Körpers 106, welcher vor der Bewegung magnetisiert wurde, erhalten (d. h. es existiert eine Restmagnetisierung), und die magnetischen Pole in den magnetisierten Abschnitten neigen dazu, dort zu verbleiben. Als Folge einer solchen Restmagnetisierung arbeitet die Magnetkraft, die durch die Permanentmagneten 104 und den magnetisierbaren Körper 106 generiert wird, in einer relativ zu der Bewegungsrichtung des beweglichen Abschnitts 100 schräg gestellten Richtung und es werden Kräfte (Bremskräfte) in einer Richtung entgegen der Bewegungsrichtung des beweglichen Abschnitts 100 generiert. Auch wenn es bevorzugt würde, dass der magnetisierbare Körper 106 ein magnetisierbares Material mit einer geringen Koerzitivkraft wäre, ist dementsprechend ein bestimmtes Niveau der Festigkeit und der strukturellen Integrität der Führungsschiene 20 und des Gleittisches 46 notwendig. Da die Führungsschiene 20 und der Gleittisch 46 einer Wärmebehandlung zur Härtung unterworfen werden, werden sie magnetisierbare Materialien, die eine große Koerzitivkraft zeigen.
Dementsprechend kann mit der vorliegenden Erfindung in der oben beschriebenen Weise durch einen magnetisierbaren Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft, der einen Koerzitivkraft zeigt, die kleiner ist als die Koerzitivkraft der Führungsschiene 20, zwischen den Permanentmagneten 16a, 16b und der Führungsschiene 20 die Generierung einer Restmagnetisierung vermieden werden. Als Folge hiervon kann auch die Generierung von Bremskräften vermieden werden. Wenn der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft zwischen der Spule 12 und der Führungsschiene 20 angeordnet wird, wird es anders ausgedrückt als Folge des magnetisierbaren Körpers 36 mit geringer Koerzitivkraft schwieriger, dass sich die Führungsschiene 20 magnetisiert. Obwohl der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft durch die Permanentmagneten 16a, 16b magnetisiert wird, wird in diesem Fall entweder keine Restmagnetisierung generiert oder die Entwicklung einer Restmagnetisierung in dem magnetisierbaren Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft ist nur gering, so dass die Generierung von Bremskräften vermieden werden kann.
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Position und der Bewegungsrichtung des Gleittisches 46 und der Abweichung der Schubkraft des Gleittisches 46 in einem Fall darstellt, in dem kein magnetisierbarer Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft zwischen der Führungsschiene 20 und der Spule 12 angeordnet ist. Die horizontale Achse gibt die Position des Gleittisches 46 an, die positive (+) Richtung gibt eine Richtung (Vorwärtsrichtung) hinter einer standardmäßigen Referenzposition an, während die negative (-) Richtung gibt eine Richtung (Rückwärtsrichtung) hinter der standardmäßigen Referenzposition angibt. Außerdem gibt die vertikale Achse die Abweichung der Schubkraft des Gleittisches 46 an. Diese Abweichung ist als eine Differenz zwischen einer Schubkraft des Gleittisches 46, wenn dieser durch eine Restmagnetisierung beeinflusst wird, und einer Schubkraft (Standardschubkraft) des Gleittisches 46 in einem Fall, in welchem die Schubkraft nicht durch eine Restmagnetisierung beeinflusst wird, dargestellt.
Wie in 6 gezeigt ist, wird durch die Restmagnetisierung der Führungsschiene 20 die Bremskraft vergrößert und eine Hysterese erzeugt. Als Folge hiervon ist eine genaue Positionierung des Gleittisches 46 schwierig und die Ausrichtungsgenauigkeit des Gleittisches 46 wird verschlechtert.
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Position und Bewegungsrichtung des Gleittisches 46 und der Abweichung in der Schubkraft des Gleittisches 46 in einem Fall zeigt, in dem ein magnetisierbarer Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft und einer konstanten Dicke (bspw. 0,5 mm) zwischen der Führungsschiene 20 und der Spule 12 angeordnet ist. Die vertikalen und horizontalen Achsen in 7 sind die Gleichen wie die in 6. Wie sich leicht aus 7 ergibt, ist die Hysterese im Vergleich zu 6 kleiner, wenn der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft zwischen der Führungsschiene 20 und den Permanentmagneten 16a, 16b angeordnet ist. Auch wenn in diesem Fall der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft vorgesehen ist, wird aber die Hysterese nicht vollständig eliminiert. Dieses Phänomen lässt sich dadurch erklären, dass auch in Gegenwart des magnetisierbaren Körpers 36 mit niedriger Koerzitivkraft und allein durch dessen geringe Koerzitivkraft immer noch eine gewisse Restmagnetisierung generiert wird. Außerdem wird auch in der Führungsschiene 20 eine geringe Restmagnetisierung generiert.
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Position und Bewegungsrichtung des Gleittisches 46 und der Abweichung des Schubkraft des Gleittisches 46 für einen Fall zeigt, in dem zwei magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft der in 7 gezeigten Art aufeinander gestapelt sind und die beiden magnetisierbaren Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft zwischen der Führungsschiene 20 und der Spule 12 angeordnet sind. Die vertikalen und horizontalen Achsen in 8 sind die Gleichen wie die in 6. Wie es sich einfach aus 8 ergibt, wird der Effekt der Hysterese im Vergleich zu 7 noch kleiner, wenn zwei gestapelte magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft zwischen der Führungsschiene 20 und dem Permanentmagneten 16a, 16b angeordnet werden. Dies liegt daran, dass die in den magnetisierbaren Körpern 36 mit geringer Koerzitivkraft und der Führungsschiene 20 generierte Restmagnetisierung noch kleiner ist als in dem Fall von 7.
Wenn in der oben beschriebenen Weise der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft zwischen den Permanentmagneten 16a, 16b und der Führungsschiene 20 angeordnet ist und dessen Dicke vergleichsweise dick gestaltet wird, kann die in der Führungsschiene 20 und dem magnetisierbaren Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft generierte Restmagnetisierung weiter verringert werden, so dass die Schubkraft des Gleittisches 46 sich der Standardschubkraft annähert. Außerdem können auch ohne dass zwei gestapelte magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft der in 7 gezeigten Art vorgesehen werden, die gleichen Effekte wie in 8 erreicht werden, wenn eine einzelne Lage eines magnetisierbaren Körpers 36 mit geringer Koerzitivkraft und einer (doppelten) Dicke von 1,00 mm vorgesehen wird.
9 ist ein Diagramm, das die Hysterese der Schubkraft durch die Bewegung des Gleittisches 46 bei den jeweiligen Fällen der 6-8 zeigt. Die in dem Fall, dass kein magnetisierbarer Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft vorgesehen wird, generierte Hysterese ist mehr als dreimal größer als in dem in 7 gezeigten Fall, in welchem der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft vorgesehen ist. Wenn zwei Lagen des in 7 gezeigten magnetisierbaren Körpers 36 mit geringer Koerzitivkraft gestapelt werden, ergibt sich außerdem, dass die Hysterese etwa 1/2-mal kleiner ist als in dem Fall, in dem lediglich eine Lage des magnetisierbaren Körpers 36 mit geringer Koerzitivkraft vorgesehen wird. Die Dicke des magnetisierbaren Körpers 36 mit geringer Koerzitivkraft kann in Abhängigkeit von dem zulässigen Hysteresewert, der toleriert werden kann, geändert oder variiert werden.
Indem der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft zwischen der Führungsschiene 20 und den Permanentmagneten 16a, 16b vorgesehen wird, kann auf diese Weise eine Restmagnetisierung, die in der Führungsschiene 20 und dem magnetisierbarem Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft generiert wird, vermieden werden. Da eine Restmagnetisierung vermieden werden kann, kann ein elektromagnetisches Linearstellglied 10 zur Verfügung gestellt werden, bei dem der durch eine solche Restmagnetisierung bewirkte Einfluss auf die Schubkraft des beweglichen Abschnitts 18 ebenfalls vermieden werden kann. Der Gleittisch 46 kann exakt verschoben werden und die Präzision bei der Positionierung des Gleittisches 46 kann verbessert werden.
Die oben beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in nachfolgender Weise modifiziert werden: (Modifiziertes Beispiel 1) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Spule 12 an der Führungsschiene 20 des festen Abschnitts 14 angeordnet, während die Permanentmagneten 16a, 16b an dem Gleittisch 46 des beweglichen Abschnitts 18 angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, die Permanentmagneten 16a, 16b an der Führungsschiene 20 des festen Abschnitts 14 anzuordnen, während die Spule 12 an dem Gleittisch 46 des beweglichen Abschnitts 18 angeordnet wird. In einem solchen Fall ist der magnetisierbare Körper 36 mit geringerer Koerzitivkraft zwischen der Spule 12 und dem Gleittisch 46 angeordnet.
(Modifiziertes Beispiel 2) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft zwischen der Führungsschiene 20 und der Spule 12 angeordnet, um die Generierung von Bremskräften, welche die Schubkraft des Gleittisches 46 behindern, zu vermeiden. Es ist jedoch auch akzeptabel, den magnetisierbaren Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft nicht vorzusehen. In diesem Fall wird die Führungsschiene 20 an allen Oberflächenabschnitten bis auf diejenigen, welche den Permanentmagneten 16a, 16b gegenüberliegen, einer Wärmebehandlung unterworfen. Anders ausgedrückt wird die Wärmebehandlung an denjenigen Oberflächenabschnitten der Führungsschiene 20 nicht durchgeführt, welche den Permanentmagneten 16a, 16b gegenüberliegen, während die Wärmebehandlung in den anderen Bereichen durchgeführt wird (d. h. an den Vorsprüngen 28a und 28b).
10 ist eine perspektivische Ansicht eines elektromagnetischen Linearstellgliedes 10 gemäß einer zweiten modifizierten Ausführungsform, wobei die Ansicht ein Beispiel von Bereichen (schraffiert dargestellt) zeigt, in welchen eine Wärmebehandlung 20 durchgeführt wird. Die Bereiche 200, die in den schraffierten Bereichen gezeigt sind, sind Bereiche der Führungsschiene 20, die einer Wärmebehandlung unterworfen werden. Mit anderen Worten werden die anderen Bereiche bis auf die Bereiche 200 (d. h. die nicht schraffierten Bereiche) keiner Wärmebehandlung unterworfen.
Da die Vorsprünge 28a, 28b die Rolle einer Führung zur Ermöglichung einer Verschiebung des Gleittisches 46 in Richtung des Pfeiles A übernehmen, sind die Vorsprünge 28a, 28b vorzugsweise hart. Andererseits besteht an Oberflächenabschnitten der Führungsschiene 20, die den Permanentmagneten 16a, 16b zugewandt sind, im Gegensatz zu den Vorsprüngen 28a, 28b keine Notwendigkeit, dass diese Oberflächenabschnitte gehärtet sind. Dementsprechend erfolgt die Wärmebehandlung lediglich im Hinblick auf Bereiche (d. h. die Vorsprünge 28a, 28b), die nicht die Oberflächenbereiche der Führungsschiene 20 sind, welche den Permanentmagneten 16a, 16b zugewandt sind. Da an den Oberflächenbereichen der Führungsschiene 20, die den Permanentmagneten 16a, 16b zugewandt sind, keine Wärmebehandlung durchgeführt wird, wird die Koerzitivkraft in diesem Bereich nicht hoch. Aus diesem Grunde kann auch dann, wenn der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft nicht zwischen der Führungsschiene 20 und der Spule 12 vorgesehen wird, die Generierung einer Restmagnetisierung in der Führungsschiene 20 vermieden werden. Somit kann auch die Generierung von Bremskräften, welche andernfalls die Schubkraft des Gleittisches 46 behindern würden, vermieden werden.
Außerdem kann zusammen mit der nicht erfolgenden Wärmebehandlung an Oberflächenbereichen der Führungsschiene 20, die den Permanentmagneten 16a, 16b zugewandt sind, und Durchführung der Wärmebehandlung an anderen Bereichen, die von denjenigen Oberflächenbereichen, die den Permanentmagneten zugewandt sind, getrennt sind, der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft dennoch zwischen der Führungsschiene 20 und der Spule 12 vorgesehen werden. Hierdurch kann eine Restmagnetisierung noch weiter verringert werden und die Generierung von Bremskräften, die andernfalls die Schubkraft des Gleittisches 46 behindern könnten, kann noch vollständiger verringert werden.
(Modifiziertes Beispiel 3) Bei dem oben beschriebenen modifizierten Beispiel 2 wird an Oberflächenbereichen der Führungsschiene 20, die den Permanentmagneten 16a, 16b zugewandt sind, keine Wärmebehandlung vorgenommen. Es ist jedoch auch akzeptabel, dass von denjenigen Oberflächenbereichen, die den Permanentmagneten 16a, 16b zugewandt sind, eine Wärmebehandlung wenigstens an denjenigen Bereichen entfällt, die durch die Permanentmagneten 16a, 16b magnetisiert werden. Mit anderen Worten kann auch dann, wenn Oberflächenabschnitte existieren, die den Permanentmagneten 16a, 16b zugewandt sind, an diesen eine Wärmebehandlung vorgenommen werden, solange diese Oberflächenabschnitte keine Bereiche sind, die tatsächlich durch die Permanentmagnete 16a, 16b magnetisiert werden.
11 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines elektromagnetischen Linearstellgliedes 10 gemäß einem dritten modifizierten Beispiel, wobei die Ansicht ein Beispiel eines Bereiches 202 der Führungsschiene 20 (schraffiert) zeigt, der durch die Permanentmagneten 16a, 16b magnetisiert wird. Wenn an dem Bereich 202 eine Wärmebehandlung vorgenommen würde, könnte es leicht dazu kommen, dass durch die Permanentmagneten 16a, 16b eine Restmagnetisierung generiert würde, und der Einfluss dieser Restmagnetisierung auf die Schubkraft des beweglichen Abschnitts 18 wäre erheblich. Daher sollte wenigstens in dem Bereich 202 keine Wärmebehandlung durchgeführt werden.
Außerdem ist es bei den Oberflächenabschnitten der Führungsschiene 20, die den Permanentmagneten 16a, 16b zugewandt sind, akzeptabel, wenn wenigstens in denjenigen Bereichen, die den Permanentmagneten 16a, 16b direkt gegenüberliegen, keine Wärmebehandlung durchgeführt wird. Außerdem ist es bei den Oberflächenabschnitten der Führungsschiene 20, die den Permanentmagneten 16a, 16b zugewandt sind, akzeptabel, wenn zusätzlich zu der fehlenden Durchführung einer Wärmebehandlung in denjenigen Bereichen, die durch die Permanentmagneten 16a, 16b magnetisiert werden, oder in denjenigen Bereichen, die den Permanentmagneten 16a, 16b direkt gegenüberliegen, der magnetisierbare Körper 36 mit geringer Koerzitivkraft weiter zwischen der Führungsschiene 20 und der Spule 12 vorgesehen wird. Auf dieser Basis kann die Restmagnetisierung noch weiter verringert werden und die Generierung von Bremskräften, die andernfalls die Schubkraft des Gleittisches 46 behindern würden, kann außerdem noch weiter verringert werden.
(Modifiziertes Beispiel 4) Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen erfolgten die Erläuterungen anhand eines kartenartigen elektromagnetischen Linearstellgliedes 10 (d. h. eines elektromagnetischen Linearstellgliedes mit einem dünnen flachen Profil). Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht lediglich auf kartenartige elektromagnetische Linearstellglieder beschränkt ist. Obwohl die Erfindung mit Bezug auf ein elektromagnetisches Linearstellglied 10 erläutert wurde, ist die Erfindung nicht auf elektromagnetische Linearstellglieder per se beschränkt, sondern kann auch bei anderen (nicht linearen) elektromagnetischen Stellgliedern eingesetzt werden.
(Modifiziertes Beispiel 5) Um zu verhindern, dass bei den oben beschriebenen Ausführungsformen benachbarte Kugeln in Zwischenräumen, die durch die Führungsnuten 30a, 30b der Vorsprünge 28a, 28b und die Führungsnuten 76a, 76b der Vorsprünge 74a, 74b gebildet werden, in Kontakt miteinander treten, kann eine Haltevorrichtung zum Halten der Kugeln 32 vorgesehen sein. Durch eine solche Haltevorrichtung wird eine Reibung zwischen den Kugeln 32 selbst vermieden und ein Herausfallen der Kugeln 32 aus den Führungsnuten 30a, 30b, 76a 76b kann vermieden werden. Eine solche Haltevorrichtung kann eine Platte mit mehreren in der Längsrichtung ausgebildeten Löchern aufweisen, wobei die Kugeln 32 jeweils in die Löcher der Haltevorrichtung eingesetzt sind.
Außerdem kann die Haltevorrichtung eine Faser und eine Mehrzahl von Platten mit niedriger Reibung, in deren Zentrum sich Löcher öffnen, aufweisen, wobei auch in dem Zentrum der Kugeln 32 Löcher vorgesehen sind. Solche Platten sind jeweils zwischen den Kugeln 32 angeordnet. Indem die Faser durch die Löcher in den Kugeln 32 und den Platten hindurchgeführt wird, kann die Haltevorrichtung eine Mehrzahl von Kugeln 32 so halten, dass die Kugeln 32 nicht in Kontakt miteinander treten.

Claims

Elektromagnetisches Stellglied (10), das eine Relativverschiebung zwischen einem ersten Joch (46), das einen Permanentmagneten (16a, 16b) trägt, und einem zweiten Joch (20), das eine Spule (12) trägt, die so angeordnet ist, dass sie dem Permanentmagneten (16a, 16b) gegenüber liegt, mit Hilfe einer Schubkraft bewirkt, die durch einen Strom generiert wird, der durch die Spule (12) fließt, gekennzeichnet durch einen magnetisierbaren Körper (36) mit geringer Koerzitivkraft, der eine geringere Koerzitivkraft als das zweite Joch (20) aufweist, wobei der magnetisierbare Körper (36) mit geringer Koerzitivkraft zwischen der Spule (12) und dem zweiten Joch (20) angeordnet ist.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an gegenüberliegenden Endseiten des zweiten Joches (20) ein erster Vorsprung (28a) und ein zweiter Vorsprung (28b) ausgebildet sind, die dem ersten Joch (46) zugewandt sind und entlang einer Verschiebungsrichtung vorstehen, und dass das erste Joch (46) zwischen dem ersten Vorsprung (28a) und dem zweiten Vorsprung (28b) angeordnet ist.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Vorsprung (74a) und ein vierter Vorsprung (74b) an gegenüberliegenden Endseiten des ersten Joches (46) ausgebildet sind, die dem zweiten Joch (20) zugewandt sind und entlang einer Verschiebungsrichtung vorstehen, dass der dritte Vorsprung (74a) und der vierte Vorsprung (74b) von dem zweiten Joch (20) getrennt sind, dass ein erstes Führungselement (32) zwischen dem dritten Vorsprung (74a) und dem zweiten Joch (20) angeordnet ist und dass ein zweites Führungselement (32) zwischen dem vierten Vorsprung (74b) und dem zweiten Joch (20) angeordnet ist.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Vorsprung (28a) und ein zweiter Vorsprung (28b) an gegenüberliegenden Endseiten des zweiten Joches (20) ausgebildet sind, die dem ersten Joch (46) zugewandt sind und entlang des dritten Vorsprungs (74a) und des vierten Vorsprungs (74b) vorstehen, dass das erste Führungselement (32) zwischen dem ersten Vorsprung (28a) und dem dritten Vorsprung (74a) angeordnet ist und dass das zweite Führungselement (32) zwischen dem zweiten Vorsprung (28b) und dem vierten Vorsprung (74b) angeordnet ist.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Joch (46) und das zweite Joch (20) einander gegenüberliegend angeordnet sind, so dass der Permanentmagnet (16a, 16b) an einer Seite des ersten Jochs (46) positioniert ist, die dem zweiten Joch (20) zugewandt ist, und dass die Spule (12) an einer Seite des zweiten Jochs (20) positioniert ist, die dem ersten Joch (46) zugewandt ist.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (12) eine Spule mit offenem Zentrum ist, die durch ein Isoliermaterial gebildet wird.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Joch (46) und/oder der erste Vorsprung (28a) und der zweite Vorsprung (28b) des zweiten Joches (20) einer Wärmebehandlung unterworfen wird, um seine Härte zu erhöhen.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Oberfläche des zweiten Jochs (20), die dem Permanentmagneten (16a, 16b) zugewandt ist, wenigstens ein Bereich (202) hiervon, der durch den Permanentmagneten (16a, 16b) magnetisiert ist, einen Bereich aufweist, der keiner Wärmebehandlung zur Härteerhöhung unterworfen wird.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetisierbare Körper (36) mit geringer Koerzitivkraft reines Eisen, magnetischen Stahl, Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, eine Kobaltlegierung und/oder eine amorphe Legierung aufweist.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetisierbare Körper (36) mit geringer Koerzitivkraft eine plattenförmige Gestalt aufweist.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke des magnetisierbaren Körpers (36) mit geringer Koerzitivkraft entsprechend eines zulässigen Hysteresewertes festgelegt wird.
Elektromagnetisches Stellglied (10), welches eine Relativverschiebung zwischen einem ersten Joch (46), das einen Permanentmagneten (16a, 16b) trägt, und einem zweiten Joch (20), das eine Spule (12) trägt, die so angeordnet ist, dass sie dem Permanentmagneten (16a, 16b) gegenüberliegt, mit Hilfe einer Schubkraft bewirkt, die durch einen Strom generiert wird, der durch die Spule (12) fließt, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Joch (20) einer Wärmebehandlung unterworfen wurde, um zumindest den Oberflächenabschnitten, die nicht den Permanentmagneten zugewandt sind, eine erhöhte Härte zu verleihen, und dass an einer Oberfläche des zweiten Joches (20), die dem Permanentmagneten (16a, 16b) zugewandt ist, wenigstens an einem Bereich (202), der durch den Permanentmagneten (16a, 16b) magnetisiert wird, einen Bereich ist, der keiner Wärmebehandlung zur Härteerhöhung unterworfen wird.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Vorsprung (28a) und ein zweiter Vorsprung (28b) an gegenüberliegenden Endseiten des zweiten Joches (20) ausgebildet sind, die dem ersten Joch (46) zugewandt sind und entlang einer Verschiebungsrichtung vorstehen, dass das erste Joch (46) zwischen dem ersten Vorsprung (28a) und dem zweiten Vorsprung (28b) angeordnet ist, und dass der erste Vorsprung (28a) und/oder der zweite Vorsprung (28b) einer Wärmebehandlung zur Härteerhöhung unterworfen werden.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Vorsprung (74a) und ein vierter Vorsprung (74b) an gegenüberliegenden Endseiten des ersten Joches (46) ausgebildet sind, die dem zweiten Joch (20) zugewandt sind und entlang des ersten Vorsprungs (28a) und des zweiten Vorsprungs (28b) vorstehen, dass der dritte Vorsprung (74a) und der vierte Vorsprung (74b) von dem zweiten Joch (20) getrennt sind, dass ein erstes Führungselement (32) zwischen dem ersten Vorsprung (28a) und dem dritten Vorsprung (74a) angeordnet ist und dass ein zweites Führungselement (32) zwischen dem zweiten Vorsprung (28b) und dem vierten Vorsprung (74b) angeordnet ist.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Joch (46) oder der dritte Vorsprung (74a) und der vierte Vorsprung (74b) des ersten Joches (46) einer Wärmebehandlung zur Härteerhöhung unterworfen werden.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung ein Hochfrequenzhärten, Einsatzhärten und Abschrecken und/oder Vakuumhärten umfasst.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wälzkörper in dem ersten Führungselement (32) und dem zweiten Führungselement (32) aufgenommen sind und dass wenigstens ein Teil der mehreren Wälzkörper erste Wälzkörper (32) aus einem magnetischen Material aufweist.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Wälzkörper (32) und zweite Wälzkörper (32), die aus einem nicht magnetischen Material hergestellt sind, in dem ersten Führungselement (32) und dem zweiten Führungselement (32) aufgenommen sind, und dass die ersten Wälzkörper (32) und die zweiten Wälzkörper (32) abwechselnd entlang der Verschiebungsrichtung vorgesehen sind.
Elektromagnetisches Stellglied (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Joch (46) und das zweite Joch (20) einander gegenüberliegend angeordnet sind, dass der Permanentmagnet (16a, 16b) an einer Seite des ersten Jochs (46) angeordnet ist, die dem zweiten Joch (20) zugewandt ist, und dass die Spule (12) an einer Seite des zweiten Jochs (20) angeordnet ist, die dem ersten Joch (46) zugewandt ist.