-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schwingspulenmotor und ein direktwirkendes Servoventil, das den Schwingspulenmotor verwendet.
-
Wie hinreichend bekannt ist, weist ein Schwingspulenmotor zylindrische Magnete, ein Außenjoch und ein Innenjoch auf. Der Schwingspulenmotor weist ferner eine zylindrische Spule auf, die in einem ringförmigen Raum angeordnet ist, in dem ein Magnetfeld intensiv erzeugt wird, so dass die Spule in einer axialen Richtung getrieben wird, wenn die Spule mit Strom versorgt wird. Direktwirkende (Linearantriebs-) Servoventile, die derartige Schwingspulenmotoren verwenden, sind der Öffentlichkeit bekannt. Das direktwirkende Servoventil treibt eine in einem Ventilkörper platzierte Rolle (Haspel; engl.: spool) mittels des Schwingspulenmotors in einer axialen Richtung und schaltet die Kommunikation zwischen an dem Ventilkörper vorgesehenen Öffnungen, indem es die Öffnungen öffnet und schließt. Folglich wird die Strömungsgeschwindigkeit eines durch die Öffnungen strömenden Fluids reguliert, und Geschwindigkeit, Position oder Kraft einer Ladevorrichtung wie beispielsweise eines Hydraulikzylinders oder eines Fluidmotors werden gesteuert. Servoventile werden bei diversen Maschinen und Geräten wie beispielsweise Bügelmaschinen (pressing machines), Werkzeugmaschinen, Stahlherstellungseinrichtungen, Flugzeugen oder Ermüdigungsprüfungsmaschinen, die ein rasches Ansprechen sowie eine relativ hohe Leistung erfordern, verwendet.
-
Das Dokument
JP 2012-057 776 A offenbart eine Struktur, bei der Schwingspulenmotoren, die Joche umfassen, die in ihrem vertikalen Schnitt eine E-Form aufweisen (siehe
3 in Dokument
JP 2012-057 776 A an beiden axialen Enden einer Rolle platziert sind, um die auf die Rolle wirkende axiale Triebkraft zu erhöhen. Durch Bereitstellen zweier Schwingspulenmotoren kann die auf die Rolle wirkende Triebkraft verdoppelt werden. Da jedoch die Gesamtmasse dieser Schwingspulenmotoren ebenfalls verdoppelt wird, kann dieser Fall bis zu einem gewissen Grad zu einer verschlechterten Ansprechempfindlichkeit führen. Da außerdem zwei Verstärker zum Antreiben der Schwingspulenmotoren notwendig sind, kann zusätzlich zu dem Problem einer erhöhten Wärmeerzeugung, die durch die Schwingspulenmotoren bewirkt wird, auch ein Problem erhöhter Kosten auftreten.
-
Es ist möglich, einen Schwingspulenmotor, wie er in den Dokumenten
JP 2010-154 688 A und
JP 2013-215 021 A offenbart ist, an einem Ende der Rolle vorzusehen. Ein derartiger Schwingspulenmotor verwendet eine Magnetschaltung, die allgemein als „Halbach-Doppelmagnetarray (dual Halbach magnet array)“ bezeichnet wird, anhand dessen ein treibendes Magnetfeld des Schwingspulenmotors vergrößert werden kann, um eine größere Triebkraft zu erzeugen, um die Rolle in einer axialen Richtung zu treiben. In diesen Fällen ist lediglich ein einziger Schwingspulenmotor notwendig, was zu einem verbesserten Geschwindigkeitsansprechverhalten führt, und außerdem ist lediglich ein einziger Verstärker nötig. Die Struktur des Schwingspulenmotors, der ein Halbach-Doppelmagnetarray verwendet, die ein interagierendes Magnetfeld für die Spule verbessert, um die Antriebseffizienz zu verbessern, ist zusätzlich zu den Dokumenten
JP 2010-154 688 A und
JP 2013-215 021 A auch durch die Dokumente
JP S62-92 757 A ,
JP 2003-333 823 A und
US 7 368 838 B2 bereits hinreichend bekannt.
-
Ein Schwingspulenmotor, der ein Halbach-Doppelmagnetarray verwendet, ist im Prinzip in 11 gezeigt. Bei einem Halbach-Doppelmagnetarray ist eine zylindrische Spule 120 in einem ringförmigen Raum zwischen einem äußeren Magnetarray 100 und einem inneren Magnetarray 110 derart angeordnet, dass die Spule 120 in axialer Richtung nach links oder nach rechts bewegbar wird, je nach der alternativen Richtung des der Spule 120 bereitgestellten Stroms. Das äußere Magnetarray 100 wird konfiguriert, indem ringförmige radial magnetisierte Magnete 101 und ringförmige axial magnetisierte Magnete 102 axial so angeordnet werden, dass sie derart nebeneinanderliegen, dass Magnetpole der radial magnetisierten Magnete 101 und der axial magnetisierten Magnete 102 in einem Querschnitt, der Mittelachsen umfasst, um 90 Grad zueinander gedreht sind. Ein inneres Magnetarray 110 wird konfiguriert, indem ringförmige radial magnetisierte Magnete 111, die dieselbe Richtung von Magnetpolen aufweisen wie die radial magnetisierten Magnete 101 des äußeren Magnetarrays 100, sowie ringförmige axial magnetisierte Magnete 112, deren Magnetpole entgegengesetzte Richtungen bezüglich der axial magnetisierten Magnete 102 des äußeren Magnetarrays 100 aufweisen, axial angeordnet werden. Eine äußere Peripherie des äußeren Magnetarrays 100 wird durch ein äußeres zylindrisches Bauglied 105 getragen, und eine innere Peripherie des inneren Magnetarrays 110 wird durch ein inneres zylindrisches Bauglied 115 getragen. Das Bezugszeichen 121 bezeichnet einen Spulenkörper, wohingegen die Bezugszeichen 125 und 126 Seitenplatten bezeichnen.
-
Die ringförmigen axial magnetisierten Magnete 102 und 112 können anhand der herkömmlichen Technologie ohne Weiteres hergestellt werden. Jedoch ist es schwierig, die ringförmigen Magnete 101 und 111 herzustellen, die auf günstige Weise radial magnetisiert sind. Dies liegt daran, dass es aufgrund der Differenz zwischen der Fläche der inneren peripheren Oberfläche und der äußeren peripheren Oberfläche des ringförmigen Magneten schwierig ist, einen ringförmigen Magneten derart zu magnetisieren, dass er in seiner radialen Richtung eine effektive und hohe Magnetflussdichte aufweist. Insbesondere ist es in einem Fall, in dem eine große Differenz zwischen dem Innen- und dem Außendurchmesser vorliegt, schwieriger, den ringförmigen Magneten auf effektive Weise radial zu magnetisieren.
-
Als eine Möglichkeit, mit dieser Schwierigkeit umzugehen, kann ein Magnetring (der noch nicht magnetisiert ist) in seiner Umfangsrichtung in eine Mehrzahl von Teilen geteilt werden, und anschließend kann jeder der Teile in seiner radialen Richtung magnetisiert werden. Danach können alle radial magnetisierten Teile zu einem Ring kombiniert werden, um einen radial magnetisierten Magneten zu bilden. Sogar mit der herkömmlichen Technologie ist es relativ leicht, die Teile einzeln radial zu magnetisieren. Auf diese Weise kann es in dem Fall, dass die magnetisierten Teile zu einem Ring kombiniert werden, möglich sein, den radial magnetisierten Magneten herzustellen, der in seiner radialen Richtung eine effektive und hohe Magnetflussdichte aufweist.
-
Eine Verwendung eines Klebstoffs kann in Betracht gezogen werden, um die Mehrzahl von gespaltenen Magneten (engl.: split magnets) zu einer Ringform zu kombinieren. Da jedoch die jeweils innere und äußere Peripherie der gespaltenen Magnete, die in ihrer jeweiligen Umfangsrichtung zueinander benachbart sind, dieselbe Polarität aufweisen, wirkt zwischen denselben immer eine Abstoßungskraft. Somit neigt der Klebstoff dazu, aufgrund von Störungen wie beispielsweise Veränderungen der Umgebungstemperatur oder Vibrationen zerstört zu werden, so dass die gespaltenen Magnete möglicherweise in der radialen Richtung nach außen hervortreten. Folglich funktionieren die radial magnetisierten Magnete eventuell nicht mehr.
-
Ein radial magnetisierter Magnet vom gespaltenen Typ kann sowohl für das äußere Magnetarray 100 als auch für das innere Magnetarray 110 anwendbar sein. Bezüglich des äußeren Magnetarrays 100 treten die gespaltenen Magnete nicht nach außen hervor, da ihre jeweilige äußere periphere Oberfläche von dem äußeren zylindrischen Bauglied 105 umgeben ist. Da jedoch beide Umfangsseiten jedes der gespaltenen Magnete radial geneigte Oberflächen aufweisen, fungieren diese geneigten Oberflächen als Keile, um zu verhindern, dass die gespaltenen Magnete nach innen hervortreten. Bezüglich des inneren Magnetarrays 110 können die gespaltenen Magnete nicht nach innen hervortreten, da deren innere periphere Oberfläche durch das innere zylindrische Bauglied 115 getragen wird. Jedoch kann nicht verhindern werden, dass die gespaltenen Magnete nach außen hervortreten, da ihre äußeren peripheren Oberflächen nicht auf eine umgebende Weise getragen werden. Falls ein gespaltener Magnet nach außen hervortritt, kann er die Spule beeinträchtigen, was zu einem Ausfall des Betriebs des Schwingspulenmotors führt.
-
Die
JP 2010-154 688 A offenbart einen Schwingspulenmotor, der ein äußeres Magnetarray, ein inneres Magnetarray, ein äußeres zylindrisches Bauglied, ein inneres zylindrisches Bauglied, ein Seitenbauglied und eine Spule aufweist. Jedoch ist jeder der radial magnetisierten Magnete des inneren Magnetarrays aus einem ringförmigen Magneten gebildet und ist nicht aus einer Mehrzahl von gespaltenen Magneten gebildet.
-
Die US 2011 / 0 193 425 A1 offenbart einen Schwingspulenmotor, der eine Befestigungsvorrichtung aufweist, um die Magnete des inneren Magnetarrays auf eine axial eingespannte Weise und radial magnetisierte gespaltene Magnete zu befestigen. Da jedoch die Magnete, die bei einem Schwingspulenmotor eingesetzt werden, eine starke Magnetkraft aufweisen, ist es nicht möglich, allein anhand der axialen Einspannkraft der Befestigungsvorrichtung zu verhindern, dass die dazwischen liegenden Bauglieder nach außen hervortreten.
- JP 2012-057 776 A (Dokument D1)
- JP 2010-154 688 A (Dokument D2)
- JP 2013-215 021 A (Dokument D3)
- JP S62-92 757 A (Dokument D4)
- JP 2003-333 823 A (Dokument D5)
- US 7 368 838 B2 (Dokument D6)
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Schwingspulenmotor bereitzustellen, der eine hohe magnetische Effizienz aufweist und bei dem radial magnetisierte Magnete eines inneren Magnetarrays daran gehindert werden können, nach außen hervorzutreten, und darin, ein direktwirkendes Servoventil bereitzustellen, das den Schwingspulenmotor verwendet.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Schwingspulenmotor gemäß den Ansprüchen 1, 2 und 3 und durch ein direktwirkendes Servoventil gemäß Anspruch 6 gelöst.
-
Ein Schwingspulenmotor der vorliegenden Erfindung weist ein äußeres Magnetarray, ein inneres Magnetarray, ein äußeres zylindrisches Bauglied zum Tragen einer äußeren Peripherie des äußeren Magnetarrays, ein inneres zylindrisches Bauglied zum Tragen einer inneren Peripherie des inneren Magnetarrays, ein Seitenbauglied zum Verbinden zumindest eines axialen Endes des äußeren zylindrischen Bauglieds und das des inneren zylindrischen Bauglieds sowie eine Spule auf. Das äußere Magnetarray wird konstruiert, indem radial magnetisierte Magnete einer Ringform und axial magnetisierte Magnete einer Ringform derart axial nebeneinander angeordnet werden, dass Magnetpole der radial magnetisierten Magnete und der axial magnetisierten Magnete in einem Querschnitt, der eine Mittelachse des äußeren Magnetarrays umfasst, um im Wesentlichen 90 Grad verändert werden. Das inneres Magnetarray wird konstruiert, indem radial magnetisierte Magnete einer Ringform und axial magnetisierte Magnete einer Ringform axial nebeneinander angeordnet werden, wobei die radial magnetisierten Magnete Magnetpole aufweisen, die in denselben Richtungen ausgerichtet sind wie die des äußeren Magnetarrays, und die axial magnetisierten Magnete Magnetpole aufweisen, die in Richtungen ausgerichtet sind, die zu denen des äußeren Magnetarrays entgegengesetzt sind. Die Spule ist axial bewegbar in einem ringförmigen Raum zwischen dem äußeren Magnetarray und dem inneren Magnetarray angeordnet, um axial betätigt zu werden, wenn die Spule mit Strom versorgt wird. Jeder der axial magnetisierten Magnete des inneren Magnetarrays ist aus einem monolithischen Magneten gebildet, der eine Ringform aufweist, und jeder der radial magnetisierten Magnete des inneren Magnetarrays ist aus einer Mehrzahl von gespaltenen Magneten gebildet, die in einer Umfangsrichtung geteilt sind. Eine Befestigungsvorrichtung ist vorgesehen, um die radial magnetisierten Magnete und die axial magnetisierten Magnete des inneren Magnetarrays auf eine axial eingespannte Weise zu befestigen.
-
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein monolithischer ringförmiger Magnet als axial magnetisierter Magnet des inneren Magnetarrays verwendet, während eine Mehrzahl gespaltener Magnete, die in einer Umfangsrichtung geteilt sind, als radial magnetisierter Magnet des inneren Magnetarrays verwendet wird. Da die gespaltenen Magnete, die den radial magnetisierten Magneten bilden, sich gegenseitig abstoßen, treten die gespaltenen Magnete in der radialen Richtung nach außen vor, wenn der Klebeteil aufgrund einer Veränderung der Temperatur oder Vibrationen zerstört wird. Deshalb ist bei der vorliegenden Erfindung eine Befestigungsvorrichtung vorgesehen, um die radial magnetisierten Magnete und die axial magnetisierten Magnete des inneren Magnetarrays auf eine axial eingespannte Weise zu befestigen. Da der aus den gespaltenen Magneten gebildete radial magnetisierte Magnet und der aus einem monolithischen ringförmigen Magneten gebildete axial magnetisierte Magnet axial eingespannt sind, kann verhindert werden, dass die gespaltenen Magnete nach außen hervortreten. Deshalb kann der radial magnetisierte Magnet implementiert werden, der in einer radialen Richtung eine hohe Magnetflussdichte aufweist. Die gespaltenen Magnete sind nicht unbedingt mittels eines Klebstoffs aneinander gefügt. Bei dieser Spezifikation bezieht sich „Magnet“ auf einen Permanentmagneten.
-
Geneigte Oberflächen können auf zumindest einer axialen Seite der gespaltenen Magnete gebildet sein, und ein keilförmiger Ring, der an seinem äußeren peripheren Abschnitt eine größere Dicke aufweist als an seinem inneren peripheren Abschnitt, kann zwischen den geneigten Oberflächen der gespaltenen Magnete und einer gegenüberliegenden Oberfläche eines axial magnetisierten Magneten positioniert sein. Somit sind die gespaltenen Magnete aufgrund einer axialen Einspannkraft der Befestigungsvorrichtung in der radialen Richtung nach innen vorgespannt. In diesem Fall wirken die axiale Einspannkraft und die geneigten Oberflächen zusammen, um die Kraft zum Nach-Innen-Vorspannen der gespaltenen Magnete in der radialen Richtung zu erzeugen, wodurch auf noch effektivere Weise verhindert wird, dass die gespaltenen Magnete in der radialen Richtung nach außen hervortreten. Der keilförmige Ring kann ebenfalls aus einem nichtmagnetischen Material gebildet sein.
-
Ferner können geneigte Oberflächen auf zumindest einer axialen Seite der gespaltenen Magnete gebildet sein, und eine verjüngte Oberfläche mit einer Neigung, die den geneigten Oberflächen entspricht, kann auf einer gegenüberliegenden Oberfläche eines der axial magnetisierten Magnete gebildet sein, die mit den geneigten Oberflächen der gespaltenen Magnete in Kontakt steht, derart, dass die gespaltenen Magnete aufgrund einer axialen Einspannkraft der Befestigungsvorrichtung in der radialen Richtung nach innen vorgespannt sind. Auch in diesem Fall wirken die axiale Einspannkraft, die geneigten Oberflächen und die verjüngte Oberfläche zusammen, um die Kraft zum Nach-Innen-Vorspannen der gespaltenen Magnete in der radialen Richtung zu erzeugen, wodurch auf effektive Weise verhindert wird, dass die gespaltenen Magnete in der radialen Richtung nach außen hervortreten. Der keilförmige Ring kann ebenfalls aus einem nichtmagnetischen Material gebildet sein.
-
Ferner kann der Schwingspulenmotor eine nichtmagnetische Röhre aufweisen, die die äußeren Peripherien der radial magnetisierten Magnete und der axial magnetisierten Magnete des inneren Magnetarrays kontinuierlich umgibt. Die gespaltenen Magnete, die den radial magnetisierten Magneten des inneren Magnetarrays bilden, können durch Verwendung dieser nichtmagnetischen Röhre ebenfalls effektiv daran gehindert werden, in der radialen Richtung nach außen hervorzutreten. Da die Röhre nichtmagnetisch ist, stört sie das durch den radial magnetisierten Magneten und den axial magnetisierten Magneten erzeugte Magnetfeld nicht.
-
Die Befestigungsvorrichtung kann ein Flanschteil, das an einem axialen Endabschnitt des inneren zylindrischen Bauglieds vorgesehen ist, um ein axiales Ende des inneren Magnetarrays anzuhalten, einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt, der an dem anderen axialen Endabschnitt des inneren zylindrischen Bauglieds gebildet ist, und eine mit einem Gewinde versehene Halterung, die mit dem mit einem Gewinde versehenen Abschnitt in Eingriff genommen werden soll, um das andere axiale Ende des inneren Magnetarrays zu drücken, aufweisen. Wenn die mit einem Gewinde versehene Halterung angezogen ist, ist das innere Magnetarray in der axialen Richtung zwischen dem Flanschteil und der mit einem Gewinde versehenen Halterung eingespannt. In diesem Fall kann das innere Magnetarray aufgrund der Anzugskraft der Halterung ausreichend stark eingespannt werden, um zu verhindern, dass die gespaltenen Magnete hervortreten. Bei dieser Beschreibung bezieht sich „Flanschteil“ auf ein Teil, das ein axiales Ende des inneren Magnetarrays anhält. Das Flanschteil kann auf der äußeren Peripherie eines axialen Endabschnitts des inneren zylindrischen Bauglieds integral gebildet sein oder kann aus einem individuellen Teil wie beispielsweise einem Sicherungsring, der an der äußeren Peripherie des inneren zylindrischen Bauglieds befestigt ist, gebildet sein. Wenn das Seitenbauglied einstückig mit dem inneren zylindrischen Bauglied gebildet ist, kann das Seitenbauglied ebenfalls als Flanschteil dienen. Der an dem anderen axialen Endabschnitt des inneren zylindrischen Bauglieds gebildete „mit einem Gewinde versehene Abschnitt“ kann ein Außengewinde oder ein Innengewinde sein. Die „Halterung“ bedeutet eine mit einem Gewinde versehene Komponente wie beispielsweise eine Mutter oder eine Schraube, die mit dem mit einem Gewinde versehenen Abschnitt in Eingriff genommen werden soll. Wenn das Seitenbauglied als eine sich von dem inneren zylindrischen Bauglied unterscheidende Komponente gebildet ist, kann das Seitenbauglied ebenfalls als mit einem Gewinde versehene Halterung dienen.
-
Ferner kann die Befestigungsvorrichtung ein Flanschteil, das an einem axialen Endabschnitt des inneren zylindrischen Bauglieds vorgesehen ist, um ein axiales Ende des inneren Magnetarrays anzuhalten, einen Schaftabschnitt, der an dem anderen axialen Ende des inneren zylindrischen Bauglieds ein Außengewinde aufweist, ein Durchgangsloch, das in dem Seitenbauglied gebildet ist, in das der Schaftabschnitt eingefügt werden soll, und eine mit einem Gewinde versehene Halterung, die mit dem Außengewinde des Schaftabschnitts in Eingriff genommen werden soll, aufweisen. Wenn die mit einem Gewinde versehene Halterung angezogen ist, sind das innere Magnetarray und das Seitenbauglied zwischen dem Flanschteil und der mit einem Gewinde versehenen Halterung axial eingespannt. In diesem Fall kann die Struktur des Schwingspulenmotors vereinfacht und verkleinert werden, da die mit einem Gewinde versehene Halterung als Befestigungsvorrichtung zum axialen Einspannen des inneren Magnetarrays, um ein Hervortreten der gespaltenen Magnete zu verhindern, und als Befestigungsvorrichtung zum Befestigen des inneren zylindrischen Bauglieds an dem Seitenbauglied fungiert. Der Schaftabschnitt kann ein massiver Schaft oder ein hohler Schaft sein.
-
Das äußere zylindrische Bauglied, das innere zylindrische Bauglied und das Seitenbauglied können jeweils aus magnetischem Material gebildet sein, so dass ein kontinuierlicher magnetischer Pfad von dem äußeren zylindrischen Bauglied zu dem inneren zylindrischen Bauglied über das Seitenbauglied gebildet ist. In diesem Fall kann die magnetische Effizienz im Vergleich zu einem Fall, bei dem das äußere zylindrische Bauglied und das innere zylindrische Bauglied aus dem nichtmagnetischen Material gebildet sind, verbessert werden, und dadurch kann eine axiale Triebkraft der Spule vergrößert werden, ohne den der Spule bereitgestellten Strom zu erhöhen.
-
Ein Schwingspulenmotor, der das oben beschriebene Halbach-Doppelmagnetarray aufweist, kann auf ein direktwirkendes Servoventil angewendet werden. Das direktwirkende Servoventil kann nämlich den oben beschriebenen Schwingspulenmotor, einen Ventilkörper, der eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, und eine Rolle, die in einer axialen Richtung bewegbar in dem Ventilkörper positioniert ist, aufweisen. Die Rolle wird durch den Schwingspulenmotor axial getrieben, um den Verbindungspfad zwischen den Öffnungen zu schalten. In diesem Fall kann ein einziger Schwingspulenmotor für das Servoventil ausreichend sein, da das treibende Magnetfeld des Schwingspulenmotors intensiviert werden kann, was dazu führt, dass das Einschwingverhalten der Rolle verbessert und ihre Triebkraft erhöht wird.
-
Wenn der oben beschriebene Schwingspulenmotor auf ein Servoventil angewendet wird, kann ein Erfassungsmagnet an einem axialen Ende der Rolle befestigt sein, und eine Hall-Vorrichtung und ein Spulenelement zum Erfassen einer Verschiebung und Geschwindigkeit der Rolle können sich in einer ortsfesten Position in der Nähe des Erfassungsmagneten befinden, um erfasste Signale als Rückkopplungssignale auszugeben. Im Stand der Technik wird die Verschiebung der Rolle oft durch einen Differenzialübertrager oder ein Potentiometer erfasst. Um eine Geschwindigkeit der Rolle zu erhalten, war es notwendig, das Verschiebungssignal zu differenzieren, was dazu führte, dass ein durch die Differenzierung verursachtes elektrisches Rauschen nicht ignoriert werden konnte. Wenn im Gegensatz dazu das Geschwindigkeitssignal durch die Spule erhalten wird, während ein Verschiebungssignal durch die Hall-Vorrichtung erhalten wird, kann die Geschwindigkeit der Rolle ohne den Einfluss durch das Rauschen erfasst werden, was zu einer Verbesserung des Ansprechverhaltens der Rolle führt.
-
Wie oben beschrieben wurde, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein axial magnetisierter Magnet eines inneren Magnetarrays aus einem monolithischen ringförmigen Magneten gebildet, ist ein radial magnetisierter Magnet des inneren Magnetarrays aus einer Mehrzahl gespaltener Magnete gebildet, die in einer Umfangsrichtung geteilt sind, und ist eine Befestigungsvorrichtung dazu angeordnet, den radial magnetisierten Magneten und den axial magnetisierten Magneten des inneren Magnetarrays auf eine axial eingespannte Weise zu befestigen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die gespaltenen Magnete nach außen hervortreten, auch wenn die in der Umfangsrichtung nebeneinander platzierenden gespaltenen Magnete sich gegenseitig abstoßen. Deshalb kann ein Schwingspulenmotor geschaffen werden, der eine hohe magnetische Effizienz und eine hohe Lebensdauer aufweist.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Querschnittsansicht eines direktwirkenden Servoventils, das einen Schwingspulenmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist;
- 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 1 gezeigten Schwingspulenmotors;
- 3 eine perspektivische Ansicht von Teilen eines inneren Magnetarrays eines in 1 gezeigten Schwingspulenmotors;
- 4 ein Prinzip, gemäß dem aufgrund einer Anzugskraft einer Halterung bei gespaltenen Magneten eine radial nach innen gerichtete Komponentenkraft erzeugt wird;
- 5 eine Querschnittsansicht eines Schwingspulenmotors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 6 eine Querschnittsansicht eines Schwingspulenmotors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 7 eine Querschnittsansicht aus einer axialen Richtung eines radial magnetisierten Magneten eines inneren Magnetarrays eines in 6 gezeigten Schwingspulenmotors;
- 8 eine Halbschnittansicht des Schwingspulenmotors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
- 9 eine Halbschnittansicht des Schwingspulenmotors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
- 10 eine Halbschnittansicht des Schwingspulenmotors gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel; und
- 11 ein Prinzip eines Schwingspulenmotors, der ein Halbach-Doppelmagnetarray verwendet.
-
1 zeigt ein direktwirkendes Servoventil 1, das einen Schwingspulenmotor 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet. Bezüglich des Schwingspulenmotors 2 wird unter Bezugnahme auf 2 eine ausführliche Beschreibung geliefert, und in Bezug auf 1 wird lediglich eine kurze Beschreibung der Funktionen der repräsentativen Komponenten desselben geliefert. Eine Muffe 31 ist in die Mitte des Ventilkörpers 30 des Servoventils 1 eingefügt, und die Muffe 31 ist durch Seitenplatten 32 und 33, die an beiden axialen Enden des Ventilkörpers 30 vorgesehen sind, befestigt.
-
Eine Rolle 34 ist auf eine axial bewegbare Weise in eine Mitte der Muffe 31 eingefügt. Ein axialer Endabschnitt der Rolle 34 ist durch eine Mutter 35 an einem Spulenkörper 7 eines Schwingspulenmotors 2 (wie nachstehend beschrieben wird) befestigt, und der andere axiale Endabschnitt der Rolle 34 ist mit einem daran befestigten Magneten 36 versehen. 1 zeigt die Rolle 34 in einem Zustand, in dem sie bezüglich der Muffe 31 neutral positioniert ist. Das mit Druck beaufschlagte Fluid (z. B. Hydrauliköl), das in einer Einlassöffnung P, die in dem Ventilkörper 30 vorgesehen ist, zugeführt wird, kann weder durch eine Auslassöffnung A noch durch eine Auslassöffnung B, die mit einer Ladevorrichtung wie beispielsweise einem Hydraulikzylinder (nicht gezeigt) verbunden ist, strömen. Wenn die Rolle 34 beispielsweise von der neutralen Position zu einer rechten Seite getrieben wird, strömt das in der Öffnung P zugeführte, mit Druck beaufschlagte Fluid durch die Öffnung B, so dass das Fluid die Ladevorrichtung wie beispielsweise den Hydraulikzylinder treibt, und das von der Ladevorrichtung zurückkehrende Fluid erreicht durch die Öffnung A hindurch eine Tanköffnung T. Wenn die Rolle 34 von der neutralen Position zu einer linken Seite getrieben wird, strömt das mit Druck beaufschlagte Fluid in der entgegengesetzten Richtung.
-
Eine Abflussöffnung D ist vorgesehen, um den auf beiden Seiten der Rolle 34 wirkenden Druck nicht zu erhöhen. Die Abflussöffnung D kann vorzugsweise eine Freisetzung zur Atmosphäre hin ermöglichen oder kann mit der Tanköffnung T verbunden sein. Eine Membran 37 ist dazu vorgesehen, zu verhindern, dass das in die Abflussöffnung D austretende Fluid in den Schwingspulenmotor 2 eintritt. Somit kann auf die Membran 37 verzichtet werden, falls das Fluid in den Schwingspulenmotor 2 eintreten darf.
-
Eine Hall-Vorrichtung 38 zum Erfassen einer Verschiebung und ein Spulenelement 39 zum Erfassen der Geschwindigkeit sind in der Nähe der Seitenplatte 33 befestigt, die auf der linken Seite des Ventilkörpers 30 befestigt ist. Da der Magnet 36 an dem linken Endabschnitt der Rolle 34 befestigt ist, wie oben beschrieben wurde, kann die Verschiebung der Rolle 34 durch die Hall-Vorrichtung 38 auf kontaktfreie Weise erfasst werden. Außerdem kann die Geschwindigkeit der Rolle 34 unter Verwendung des Prinzips eines Tachometers seitens des Spulenelements 39 auf kontaktfreie Weise direkt erfasst werden.
-
Die Verschiebungssignale und die Geschwindigkeitssignale, die durch die Hall-Vorrichtung 38 und das Spulenelement 39 erfasst werden, werden zu einer Steuerung 40 zurückgekoppelt. Ferner liegt es an der Steuerung 40, die Spulen 8a und 8b des Schwingspulenmotors 2 über die Zuleitungsdrähte 41 mit Strom zu versorgen. Da eine Schaltung der Steuerung 40 ohne Weiteres anhand des Standes der Technik entworfen werden kann, wird hier auf die Beschreibung der Schaltung verzichtet. Gemäß dem Stand der Technik wird die Verschiebung der Rolle 34 üblicherweise durch einen Differenzialübertrager oder ein Potentiometer erfasst. Wenn die Geschwindigkeit der Rolle 34 benötigt wird, hat man keine Wahl außer das Verschiebungssignal zu differenzieren, was dazu führt, dass ein durch die Differenzierung bewirktes elektrisches Rauschen nicht ignoriert werden kann. Im Gegensatz dazu kann die Geschwindigkeit der Rolle 34 gemäß dem Servoventil 1, wie es in 1 gezeigt ist, ohne den Einfluss des Rauschens erfasst werden, was zu einem verbesserten Ansprechverhalten der Rolle 34 führt, da zusätzlich zu dem durch die Hall-Vorrichtung 38 erhaltenen Verschiebungssignal das Geschwindigkeitssignal durch das Spulenelement 39 erhalten wird. Wenn nötig, kann man das Beschleunigungssignal ohne Weiteres erhalten, indem man das Geschwindigkeitssignal differenziert, was zu einer weiteren Verbesserung des Ansprechverhaltens der Rolle 34 führt.
-
2 ist eine vergrößerte Ansicht des Schwingspulenmotors 2. Dieselben Bezugszeichen benennen dieselben Komponenten wie die in 1. Der Schwingspulenmotor 2 umfasst ein äußeres zylindrisches Bauglied 3, das auch als Gehäuse dient. Das äußere zylindrische Bauglied 3 und die Seitenplatte 32 sind miteinander verbunden und auf einer Seitenoberfläche des Ventilkörpers 30 befestigt. Im Inneren des äußeren zylindrischen Bauglieds 3 ist ein inneres zylindrisches Bauglied 4 derart angeordnet, dass das innere zylindrische Bauglied 4 und das äußere zylindrische Bauglied 3 über ein Seitenbauglied 3a koaxial getragen werden. Das Seitenbauglied 3a dieses Beispiels ist mit dem äußeren zylindrischen Bauglied 3 an seinem einen axialen Ende einstückig gebildet (rechte Seite der 2). Ein äußeres Magnetarray 5 ist auf der inneren peripheren Oberfläche des äußeren zylindrischen Bauglieds 3 angeordnet, und ein inneres Magnetarray 6 ist auf der äußeren peripheren Oberfläche des inneren zylindrischen Bauglieds 4 angeordnet. Wie nachstehend beschrieben wird, ist das innere Magnetarray 6 in dem inneren zylindrischen Bauglied 4 installiert und ist mittels einer Mutter 9 als Halterung an dem äußeren zylindrischen Bauglied 3 (Seitenbauglied 3a) befestigt. Ein Spulenkörper 7 ist auf eine axial bewegbare Weise in einen ringförmigen Raum eingefügt, der zwischen dem äußeren Magnetarray 5 und dem inneren Magnetarray 6 gebildet ist.
-
Das innere zylindrische Bauglied 4 und das äußere zylindrische Bauglied 3 können aus einem nichtmagnetischen oder magnetischen Material gebildet sein. Jedoch ist gemäß den seitens des Erfinders ausgeführten Experimenten dann, wenn sowohl für das innere zylindrische Bauglied 4 als auch für das äußere zylindrische Bauglied 3 (das das Seitenbauglied 3a einschließt) ein magnetisches Material verwendet wird, die Schubkraft im Vergleich zu dem Fall, in dem ein nichtmagnetisches Material verwendet wird, um 18,2 % höher. Deshalb ist es vorzuziehen, für das äußere zylindrische Bauglied 3 und das innere zylindrische Bauglied 4 ein magnetisches Material zu verwenden, um die magnetische Effizienz zu erhöhen. In diesem Fall fungieren das äußere zylindrische Bauglied 3 und das innere zylindrische Bauglied 4 als sogenanntes Magnetjoch (magnetische Rückleitung, magnetic yoke). Jedoch können das äußere zylindrische Bauglied 3 und das innere zylindrische Bauglied 4 in einem Fall, in dem ein geringeres Gewicht wichtiger ist als die magnetische Effizienz, aus einem nichtmagnetischen Material gebildet sein.
-
Die Spulen 8a und 8b, die in Reihe geschaltet sind und deren Wicklungsrichtungen zueinander entgegengesetzt sind, sind mit einem vorbestimmten axialen Intervall zwischen denselben an dem Spulenkörper 7 angeordnet. Die beiden Enden der Spulen 8a und 8b sind mit den Zuleitungsdrähten 41 verbunden. Der Spulenkörper 7 wird in Abhängigkeit von der Richtung des in den Zuleitungsdrähten 41 fließenden Stroms nach links und nach rechts getrieben, und die Rolle 34 wird dementsprechend ebenfalls in einer axialen Richtung getrieben. Der Mittenabstand zwischen den zwei Spulen 8a und 8b ist etwa gleich einem Abstand in einer axialen Richtung der radial magnetisierten Magnete eingestellt, wie später beschrieben wird. Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Spulen 8a und 8b, deren Wicklungsrichtungen zueinander entgegengesetzt sind, an dem Spulenkörper 7 angeordnet sind, kann bzw. können auch eine oder mehr als zwei Spulen verwendet werden.
-
Eine Federanschlagschraube 10 steht mit der inneren Peripherie des inneren zylindrischen Bauglieds 4 in Eingriff. Eine Spulenfeder 11 ist zwischen einer Mutter 35 zum Befestigen des Spulenkörpers 7 an der oben beschriebenen Rolle 34 und der Federanschlagschraube 10 angeordnet. Eine axial neutrale Position des Spulenkörpers 7, nämlich eine axial neutrale Position der Rolle 34, wird durch die Spulenfeder 11 und die Schraube 10 justiert. Die Schraube 10 kann mit einem Werkzeug von außen justiert werden. In der neutralen Position des Spulenkörpers 7 sind die zwei Spulen 8a und 8b zwischen den radial magnetisierten Magneten des äußeren Magnetarrays 5 und des inneren Magnetarrays 6 positioniert. In der neutralen Position der Rolle 34 sind beide Auslassöffnungen A und B durch Stegabschnitte der Rolle 34 fast geschlossen. Man sollte beachten, dass die axiale neutrale Position des Spulenkörpers 7 nicht mit der der Rolle 34 zusammenfallen muss.
-
Das äußere Magnetarray 5 wird konstruiert, indem eine Mehrzahl ringförmiger Magnete 5A bis 5E auf eine axial überlagerte Weise angeordnet wird. Ein in jedem Magnet angegebener Pfeil zeigt die Magnetisierungsrichtung, und eine Spitze des Pfeils zeigt den n--Pol. Tatsächlich ist die Zahl der Überlagerungen der ringförmigen Magneten nicht auf fünf begrenzt. Die ringförmigen Magneten 5A, 5C und 5E sind in einer Dickenrichtung, nämlich in einer axialen Richtung der ringförmigen Magnete, magnetisiert. Andererseits sind die ringförmigen Magnete 5B und 5D in einer radialen Richtung magnetisiert. Im Einzelnen ist der Magnet 5B dahin gehend magnetisiert, dass ein n--Pole zur Mitte ausgerichtet ist, während der Magnet 5D dahin gehend magnetisiert ist, dass der n--Pol zur äußeren Peripherie hin ausgerichtet ist.
-
Ähnlich dem Fall des äußeren Magnetarrays 5 wird das innere Magnetarray 6 ebenfalls konstruiert, indem eine Mehrzahl ringförmiger Magnete 6A bis 6E auf eine axial überlagerte Weise angeordnet wird. Ein in jedem Magnet angegebener Pfeil zeigt die Magnetisierungsrichtung, und eine Spitze des Pfeils zeigt den n--Pol. Die ringförmigen Magneten 6A, 6C und 6E sind in einer Dickenrichtung, nämlich in einer axialen Richtung der ringförmigen Magnete, magnetisiert. Andererseits sind die ringförmigen Magnete 6B und 6D in einer radialen Richtung magnetisiert. Im Einzelnen ist der Magnet 6B dahin gehend magnetisiert, dass ein n--Pole zur Mitte ausgerichtet ist, während der Magnet 6D dahin gehend magnetisiert ist, dass der n--Pol zur äußeren Peripherie hin ausgerichtet ist.
-
Sowohl das äußere Magnetarray 5 als auch das innere Magnetarray 6 sind sogenannte typische „Halbach-Magnetarrays“, und diese Magnetarrays, die koaxial zusammengebaut sind, können als „Halbach-Doppelmagnetarray“ bezeichnet werden. In der nachfolgenden Beschreibung werden die Magnete 5A, 5C, 5E, 6A, 6C und 6E, die in einer Dickenrichtung magnetisiert sind, als axial magnetisierte Magnete bezeichnet, und die Magnete 5B, 5D, 6B und 6D, die in einer radialen Richtung magnetisiert sind, werden als radial magnetisierte Magnete bezeichnet.
-
Wie oben beschrieben wurde, wird der Spulenkörper 7 auf eine axial bewegbare Weise in den ringförmigen Raum eingefügt, der zwischen dem äußeren Magnetarray 5 und dem inneren Magnetarray 6 gebildet ist. Der Spulenkörper 7 wird in Abhängigkeit von einer Richtung des Stroms, der in den Spulen 8a und 8b fließt, nach links oder nach rechts getrieben. In der neutralen Position des Spulenkörpers 7 wird die Spule 8a in der Nähe des Raums zwischen den radial magnetisierten Magneten 5B und 6B positioniert, während die andere Spule 8b in der Nähe des Raums zwischen den radial magnetisierten Magneten 5D und 6D positioniert wird. Da die Wicklungsrichtungen der Spulen 8a und 8b zueinander entgegengesetzt sind, wird die Induktanz verringert, und die Ansprechempfindlichkeit wird verbessert. Ferner kann die Schubkraft in einer axialen Richtung des Spulenkörpers 7 ungefähr doppelt so groß sein wie die im Fall der Verwendung lediglich einer Spule.
-
Bezüglich des Magnetfeldes, das in dem ringförmigen Raum zwischen dem äußeren Magnetarray 5 und dem inneren Magnetarray 6 existiert, kann das in dem Raum zwischen den radial magnetisierten Magneten 5B, 5D, 6B und 6D erzeugte Magnetfeld aufgrund des Effekts des oben beschriebenen „Halbach-Doppelmagnetarrays“ intensiv verstärkt werden, so dass die auf die Spulen 8a und 8b wirkende Magnetflussdichte erhöht wird. Gemäß der seitens des Erfinders ausgeführten Magnetanalysesimulation könnte die Magnetschaltung des vorliegenden Ausführungsbeispiels in der Magnetpolmitte im Vergleich zu einem Joch derselben Größe, das in seinem vertikalen Schnitt eine E-Form aufweist, eine ungefähr 2,3 Mal stärkere Magnetflussdichte erreichen.
-
Wie oben bereits beschrieben wurde, ist es unterdessen ein Leichtes, unter Verwendung der aktuellen Technologie einen ringförmigen axial magnetisierten Magneten herzustellen, wohingegen es schwierig ist, einen ringförmigen radial magnetisierten Magneten herzustellen. Somit wird eine Mehrzahl gespaltener Magnete, die in der Umfangsrichtung geteilt sind, zu einem Ring zusammengeklebt. Falls jedoch der Klebstoff aufgrund beispielsweise von Veränderungen der Umgebungstemperatur oder Vibrationen zerstört wird, könnten die gespaltenen Magnete nach außen hervortreten. Vor allem wird das obige Problem offensichtlich, wenn die gespaltenen Magnete als die radial magnetisierten Magnete 6B und 6D des inneren Magnetarrays 6 verwendet werden.
-
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel jeder der radial magnetisierten Magnete 6B und 6D des inneren Magnetarrays 6 aus einer Mehrzahl gespaltener Magnete gebildet, die mittels eines Klebstoff zu einer Ringform befestigt sind. Obwohl die radial magnetisierten Magnete 6B und 6D in 3 jeweils aus acht gespaltenen Magneten bestehen, ist die Anzahl gespaltener Magnete nicht auf acht beschränkt, und es kann jegliche geeignete Anzahl von gespaltenen Magneten für einen einzigen radial magnetisierten Magneten verwendet werden, sofern sie effektiv magnetisiert werden können. Jeder der gespaltenen Magnete der radial magnetisierten Magnete 6B und 6D weist auf beiden Seiten in einer axialen Richtung geneigte Oberflächen 60 und 61 derart auf, dass sein axialer Querschnitt eine Trapezform aufweist, deren obere Basis kürzer ist als die untere Basis. Außerdem ist ein keilförmiger Ring 12, der an seinem Außendurchmesser eine größere Dicke aufweist als an seinem Innendurchmesser, zwischen den geneigten Oberflächen 60 und 61 der gespaltenen Magnete 6B und 6D und den gegenüberliegenden Oberflächen der axial magnetisierten Magnete 6A, 6C und 6E platziert. Der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des keilförmigen Rings 12 können ungefähr dieselben sein wie bei dem inneren Magnetarray 6. Der keilförmige Ring 12 kann auf einer Seite, die dem radial magnetisierten Magneten 6B oder 6D zugewandt ist, eine verjüngte Oberfläche 12a aufweisen, wohingegen der keilförmige Ring 12 eine Seitenoberfläche 12b aufweisen kann, die bezüglich der Mittelachse auf einer Seite, die dem axial magnetisierten Magneten 6A, 6C oder 6E zugewandt ist, vertikal ist. Alternativ dazu kann der keilförmige Ring 12 in seinem Querschnitt eine Dreiecks- oder Trapezform aufweisen. Der keilförmige Ring 12 kann vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material gebildet sein. In der Tat können die axial magnetisierten Magnete 6A, 6C und 6E, obwohl sie in ihrem axialen Querschnitt jeweils eine Rechtecksform aufweisen, auch eine Trapezform aufweisen, deren obere Basis kürzer ist als die untere Basis, was ähnlich den gespaltenen Magneten 6B und 6D ist. In diesem Fall sollte der keilförmige Ring 12 auf beiden axialen Seiten desselben verjüngte Oberflächen aufweisen.
-
Bezüglich des äußeren Magnetarrays 5 können die axial magnetisierten Magnete 5A, 5C und 5E sowie die radial magnetisierten Magnete 5B und 5D, da die gespaltenen Magnete nicht nach außen hervortreten können, bezüglich ihres jeweiligen axialen Querschnitts genau wie bei dem herkömmlichen Fall eine Rechtecksform aufweisen.
-
Ferner ist eine Befestigungsvorrichtung 13 bei dem inneren zylindrischen Bauglied 4 angeordnet, um die radial magnetisierten Magnete 6B und 6D sowie die axial magnetisierten Magnete 6A, 6C und 6E des inneren Magnetarrays 6 auf eine axial eingespannte Weise zu befestigen. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Befestigungsvorrichtung 13 ein kreisförmiges Flanschteil 4a, das an dem linken Endabschnitt der äußeren Peripherie des inneren zylindrischen Bauglieds 4 gebildet ist, um das linke Ende des inneren Magnetarrays 6 anzuhalten. Die Befestigungsvorrichtung 13 umfasst ferner einen Schaftabschnitt 4b, der auf seiner äußeren peripheren Oberfläche ein Außengewinde 4c aufweist und der an dem rechten Endabschnitt des inneren zylindrischen Bauglieds 4 gebildet ist, sowie eine Mutter (eine mit einem Gewinde versehene Halterung) 9, die mit dem Außengewinde 4c in Eingriff gelangt. Der Schaftabschnitt 4b des inneren zylindrischen Bauglieds 4 wird in das Durchgangsloch 3b des Seitenbauglieds 3a eingefügt, und anschließend wird die Mutter 9 mit dem Außengewinde 4c des Schaftabschnitts 4b, der von dem Seitenbauglied 3a nach außen vorsteht, in Eingriff gebracht, so dass beide axiale Enden des inneren Magnetarrays 6 durch das Flanschteil 4a und das Seitenbauglied 3a pressbefestigt werden. Da das Durchgangsloch 3b koaxial mit dem äußeren zylindrischen Bauglied 3 gebildet ist, ist das innere zylindrische Bauglied 4 präzise an dem äußeren zylindrischen Bauglied 3 koaxial befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient die Mutter 9 sowohl als Halterung zum axialen Befestigen des inneren Magnetarrays 6 auf eingespannte Weise als auch als Halterung zum Befestigen des inneren zylindrischen Bauglieds 4 an dem äußeren zylindrischen Bauglied 3 (Seitenbauglied 3a). Jedoch kann die Mutter 9 durch einzelne Halterungen ersetzt werden.
-
Aufgrund der Wechselwirkung der durch die Befestigungsvorrichtung 13 erzeugten axialen Einspannkraft, der geneigten Oberflächen 60 und 61 der gespaltenen Magnete 6B und 6D und der verjüngten Oberfläche 12a des keilförmigen Rings 12 sind die gespaltenen Magnete 6B und 6D in der radialen Richtung nach innen vorgespannt. In 4 stellt eine Kraft FA ein Presskraft in der axialen Richtung dar, die durch die Befestigungsvorrichtung 13 erzeugt wird, und eine Kraft FR stellt eine Kraft dar, die in einer radialen Richtung nach innen auf die gespaltenen Magnete 6B und 6D ausgeübt wird. Wie oben beschrieben wurde, kann sogar dann, wenn der Klebstoff zerstört wird, verhindert werden, dass die gespaltenen Magnete 6B und 6D nach außen hervortreten, da axial überlagerte Magnete 6A bis 6E und vier keilförmige Ringe 12 aufgrund der Einspannkraft FA der Befestigungsvorrichtung 13 in der axialen Richtung streng befestigt sind. Da außerdem aufgrund der geneigten Oberflächen 60 und 61 der gespaltenen Magnete 6B und 6D und der verjüngten Oberfläche 12a des keilförmigen Rings 12 die radial nach innen gerichtete Kraft FR auf die gespaltenen Magnete 6B und 6D einwirkt, wird sogar noch effektiver verhindert, dass die gespaltenen Magnete 6B und 6D nach außen hervortreten.
-
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schwingspulenmotors gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieselben Bezugszeichen werden zum Benennen derselben Teile oder der entsprechenden Teile des ersten Ausführungsbeispiels verwendet, um auf eine wiederholte Erläuterung zu verzichten.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist jeder der radial magnetisierten Magnete (gespaltenen Magnete) 6B und 6D des inneren Magnetarrays 6 eine Trapezform auf, in deren Querschnitt die obere Basis kürzer ist als die untere Basis, auf dieselbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, wohingegen jeder der ringförmigen axial magnetisierten Magnete 6A, 6C und 6E eine Trapezform aufweist, in deren Querschnitt die obere Basis länger ist als die untere Basis. Die gespaltenen Magnete 6B und 6D weisen nämlich in der axialen Richtung die geneigten Oberflächen 60 und 61 auf beiden Seiten auf, wohingegen die axial magnetisierten Magnete 6A, 6C und 6E an ihren axialen Seiten verjüngte Oberflächen 62 aufweisen, die den geneigten Oberflächen 60 und 61 gegenüberliegen. Auch in diesem Fall wird auf dieselbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel verhindert, dass die gespaltenen Magnete 6B und 6D nach außen hervortreten, da die gespaltenen Magnete 6B und 6D aufgrund der Einspannkraft der Halterung (Mutter) 9 in der radialen Richtung nach innen vorgespannt sind. Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel der keilförmige Ring 12, der bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wurde, nicht notwendig, und deshalb kann die Anzahl von Komponenten, die für das innere Magnetarray 6 benötigt werden, verringert werden.
-
6 und 7 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines Schwingspulenmotors gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieselben Bezugszeichen werden zum Benennen derselben Teile oder der entsprechenden Teile des ersten Ausführungsbeispiels verwendet, um auf eine wiederholte Erläuterung zu verzichten. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist, nachdem eine Mehrzahl der gespaltenen Magnete 6B und 6D, die radial magnetisiert sind, zu einer Ringform zusammengefügt wurden, die äußere Peripherie derselben von einer dünnen nichtmagnetischen Röhre 14 umgeben. In diesem Fall müssen die Querschnitte der radial magnetisierten Magnete (der gespaltenen Magnete) 6B und 6D sowie die der axial magnetisierten Magnete 6A, 6C und 6E keine Trapeze sein, sie können nämlich üblicherweise rechteckig sein.
-
Aufgrund dieser Konfiguration kann effektiv verhindert werden, dass die gespaltenen Magnete, die die radial magnetisierten Magnete 6B und 6D des inneren Magnetarrays 6 bilden, nach außen hervortreten. Da die Röhre 14 aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist, wird das durch die radial magnetisierten Magnete 6B und 6D sowie durch die axial magnetisierten Magnete 6A, 6C und 6E erzeugte Magnetfeld nicht gestört. Falls die Röhre 14 außerdem in der radialen Richtung eine nach innen gerichtete Kontraktionskraft aufweist, kann eine Fehlausrichtung der gespaltenen Magnete, die beispielsweise durch Veränderungen der Temperatur oder Vibrationen verursacht wird, zuverlässiger verhindert werden. Es ist bevorzugt, dass die Röhre 14 so dünn wie möglich gebildet ist und dass sie aus einem Material hergestellt ist, das entlang des Spulenkörpers 7 frei gleiten kann.
-
8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Schwingspulenmotors gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieselben Bezugszeichen werden zum Benennen derselben Teile oder der entsprechenden Teile des ersten Ausführungsbeispiels verwendet, um auf eine wiederholte Erläuterung zu verzichten. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine Befestigungsvorrichtung 13 ein Seitenbauglied 3a, das ein Innengewinde 3c an einer inneren Peripherie eines Durchgangslochs 3b desselben aufweist, und ein inneres zylindrisches Bauglied 4, das ein Außengewinde 4c aufweist, so dass das innere Magnetarray 6 aufgrund der Ineingriffnahme des Außengewindes 4c des inneren zylindrischen Bauglieds 4 mit dem Innengewinde 3c eines Seitenbauglieds 3a in der axialen Richtung 4 auf feststehende Weise eingespannt wird. In diesem Fall dient das Seitenbauglied 3a ebenfalls als Halterung.
-
In 8a sind die Querschnitte der radial magnetisierten Magnete (gespaltenen Magnete) 6B und 6D sowie die der axial magnetisierten Magnete 6A, 6C und 6E rechteckig. Jedoch können sie Trapeze sein, wie bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, oder die Magnete können von einer nichtmagnetischen Röhre 14 umgeben sein, wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
-
9 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Schwingspulenmotors gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieselben Bezugszeichen werden zum Benennen derselben Teile oder der entsprechenden Teile des ersten Ausführungsbeispiels verwendet, um auf eine wiederholte Erläuterung zu verzichten. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine Befestigungsvorrichtung 13 ein Flanschteil 4a, das an dem rechten Endabschnitt des inneren zylindrischen Bauglieds 4 gebildet ist, und ein Außengewinde 4c, das an dem linken Endabschnitt des inneren zylindrischen Bauglieds 4 gebildet ist. Das innere zylindrische Bauglied 4 wird von der rechten Seite in das Durchgangsloch 3b des Seitenbauglieds 3a eingefügt, so dass das Flanschteil 4a an die rechte Seitenoberfläche des Seitenbauglieds 3a anstößt. Danach wird ein inneres Magnetarray 6 von der linken Seite auf der äußeren Peripherie des inneren zylindrischen Bauglieds 4 angeordnet, und eine Halterung 9 wird über eine Unterlegscheibe 15 mit einem Außengewinde 4c derart in Eingriff gebracht, dass das innere Magnetarray 6 in der axialen Richtung eingespannt wird. Auch in diesem Fall kann das innere Magnetarray 6 durch Befestigen der Halterung 9 auf feststehende Weise eingespannt werden, und das innere zylindrische Bauglied 4 kann gleichzeitig an dem Seitenbauglied 3a befestigt werden.
-
10 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Schwingspulenmotors gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieselben Bezugszeichen werden zum Benennen derselben Teile oder der entsprechenden Teile des ersten Ausführungsbeispiels verwendet, um auf eine wiederholte Erläuterung zu verzichten. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine Befestigungsvorrichtung 13 ein Flanschteil 4a, das auch als Seitenbauglied dient und das an dem rechten Endabschnitt des inneren zylindrischen Bauglieds 4 gebildet ist, und ein Außengewinde 4c, das an dem linken Endabschnitt des inneren zylindrischen Bauglieds 4 gebildet ist. Zuerst wird ein inneres Magnetarray 6 auf der äußeren Peripherie des inneren zylindrischen Bauglieds 4 angeordnet, und eine Halterung 9 wird über eine Unterlegscheibe 15 mit dem Außengewinde 4c derart in Eingriff gebracht, dass das innere Magnetarray 6 an dem inneren zylindrischen Bauglied 4 befestigt wird. Anschließend wird ein äußeres zylindrisches Bauglied 3 mit dem inneren zylindrischen Bauglied 4 zusammengefügt, indem das äußere zylindrische Bauglied 3 an der äußeren Peripherie des Flanschteils 4a des inneren zylindrischen Bauglieds 4 derart angeordnet wird, dass eine nach innen gerichtete Manschette 3d des äußeren zylindrischen Bauglieds 3 an die äußere Seitenoberfläche des Flanschteils 4a anstößt. In diesem Fall wird das Zusammenfügen des inneren zylindrischen Bauglieds 4 mit dem äußeren zylindrischen Bauglied 3 leichter, da es möglich ist, das innere Magnetarray 6 an dem inneren zylindrischen Bauglied 4 zu befestigen, bevor das äußere zylindrische Bauglied 3 mit dem inneren zylindrischen Bauglied 4 zusammengefügt wird.
-
Obwohl das erste bis sechste Ausführungsbeispiel wie oben beschrieben gezeigt wurden, sind diese lediglich einige wenige Beispiele, und innerhalb der Wesensart und des Schutzumfangs der Erfindung sind Modifikationen dieser Erfindung möglich. Auch kann ein neues Ausführungsbeispiel implementiert werden, indem die Merkmale des ersten bis sechsten Ausführungsbeispiels kombiniert werden. Beispielsweise kann die in 6 gezeigte nichtmagnetische Röhre 14 auf die in 2 oder 5 beschriebenen Ausführungsbeispiele angewendet werden.
-
Das „Servoventil“ bei der vorliegenden Erfindung ist ein generischer Begriff für ein Ventil, das den Fluiddruck oder die Ausgangsströmungsgeschwindigkeit gemäß dem elektrischen Eingangssignal steuert, und das Servoventil kann in jeglichem Fall eines hydraulischen Drucks, eines Wasserdrucks oder eines Luftdrucks verwendet werden. Das Servoventil der vorliegenden Erfindung muss nicht direkt mit der Ladevorrichtung verbunden sein und kann beispielsweise als Pilotventil zum Konstruieren eines Servoventils vom Typ einer hohen Strömungsgeschwindigkeit verwendet werden. Beispielsweise kann das Servoventil der vorliegenden Erfindung als lineares Magnetventil konfiguriert sein. In diesem Fall sind Öffnungen des Ventilkörpers nicht auf die in 1 gezeigte Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann der Ventilkörper mit einer Auslassöffnung versehen sein, die sich zwischen einer Eingangsöffnung und einer Abflussöffnung befindet. Ferner kann sich auf einer Seite des Ventilkörpers eine Rückkopplungsöffnung befinden, in die der Ausgangsdruck von der Auslassöffnung zurückgekoppelt wird.
-
Obwohl der Spulenkörper 7 eines Schwingspulenmotors und die Rolle 34 bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen mechanisch kombiniert werden, ist es möglich, eine Feder zum Drücken des Spulenkörpers gegen die Rolle zu verwenden.
-
Obwohl die Befestigungsvorrichtung 13 zum axialen Einspannen des inneren Magnetarrays 6 bei dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel auch als Befestigungsvorrichtung zum Befestigen des inneren zylindrischen Bauglieds 4 an dem äußeren zylindrischen Bauglied 3 (Seitenbauglied 3a) dient, kann diese Befestigungsvorrichtung individuell verwirklicht werden, wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Im einzelnen ist es möglich, eine Befestigungsvorrichtung zum axialen Einspannen des inneren Magnetarrays 6 und eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen des inneren zylindrischen Bauglieds 4 an dem äußeren zylindrischen Bauglied 3 separat bereitzustellen.
-
Obwohl das Seitenbauglied 3a oder 4a bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen einstückig mit dem äußeren zylindrischen Bauglied 3 oder dem inneren zylindrischen Bauglied 4 gebildet (oder befestigt) ist, kann es getrennt von dem äußeren zylindrischen Bauglied 3 oder dem inneren zylindrischen Bauglied 4 gebildet sein.
-
Ferner kann ein Federbauglied wie beispielsweise eine Federscheibe und eine Blattfeder beispielsweise zwischen der Halterung 9 und dem Seitenbauglied 3a, zwischen der Halterung 9 und dem inneren Magnetarray 6 oder zwischen dem Flanschteil 4a und dem inneren Magnetarray 6 angeordnet sein, um den Einfluss einer Wärmeausdehnung des inneren Magnetarrays 6 aufgrund der Temperaturveränderungen zu verringern.
-
Das Flanschteil 4a des inneren zylindrischen Bauglieds 4 ist nicht darauf beschränkt, einstückig mit dem inneren zylindrischen Bauglied 4 gebildet zu sein. Stattdessen kann ein anderes Bauglied wie beispielsweise ein Sicherungsring an der äußeren Peripherie des inneren zylindrischen Bauglieds 4 befestigt sein, um als Flanschteil zu dienen. Das innere zylindrische Bauglied ist nicht darauf beschränkt, insgesamt eine zylindrische Form aufzuweisen, sondern es kann teilweise in einem Vollquerschnitt (engl.: solid shape) vorliegen. Bei den Ausführungsbeispielen gelangt die Federanschlagschraube 10 mit der inneren Peripherie des inneren zylindrischen Bauglieds 4 derart in Eingriff, dass die neutrale Position des Spulenkörpers 7, mit anderen die neutrale Position der Rolle 34, durch die Schraube 10 von außen justiert werden kann. Jedoch kann die Schraube 10 je nach Bedarf vorgesehen sein.
-
Der bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendete keilförmige Ring 12 kann durch ein Ringbauglied, das eine gewisse Dicke aufweist, ersetzt werden. In diesem Fall kann der gespaltene Magnet in der Umfangsrichtung auf zumindest einer axialen Seitenoberfläche desselben eine Stufe oder eine Rille aufweisen, und ein Ringbauglied kann derart in die Stufe oder die Rille eingepasst werden, dass das Ringbauglied zwischen dem gespaltenen Magneten und dem axial magnetisierten Magneten durch die Einspannkraft der Befestigungsvorrichtung eingespannt wird. In diesem Fall kann durch das Ringbauglied auch verhindert werden, dass die gespaltenen Magnete von der äußeren Peripherie nach außen hervortreten.
-
- 1
- Servoventil
- 2
- Schwingspulenmotor
- 3
- äußeres zylindrisches Bauglied
- 3a
- Seitenbauglied
- 3b
- Durchgangsloch
- 4
- inneres zylindrisches Bauglied
- 4a
- Flanschteil
- 4b
- axiales Teil
- 4c
- Außengewinde
- 5
- äußeres Magnetarray
- 5A, 5C, 5E
- axial magnetisierte Magnete
- 5B, 5D
- radial magnetisierte Magnete
- 6
- inneres Magnetarray
- 6A, 6C, 6E
- axial magnetisierte Magnete
- 6B, 6D
- radial magnetisierte Magnete (gespaltene Magnete)
- 7
- Spulenkörper
- 8a, 8b
- Spulen
- 9
- Halterung (Mutter)
- 12
- keilförmiger Ring
- 13
- Befestigungsvorrichtung
- 30
- Ventilkörper
- 34
- Rolle
- 36
- Magnet zur Erfassung
- 38
- Hall-Vorrichtung zum Erfassen einer Verschiebung
- 39
- Spule zum Erfassen der Geschwindigkeit
