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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Aktuator, der einen Ausgangsstift mit einer elektromagnetischen Kraft antreibt
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HINTERGRUND
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Es ist von früher ein elektromagnetischer Aktuator bekannt, der eine bewegliche Anordnung, die einen Permanentmagneten aufweist, mit einer elektromagnetischen Kraft, die von einer Spule erzeugt wird, antreibt, um einen Ausgangsstift anzutreiben. Bei diesem elektromagnetischen Aktuator ist der Permanentmagnet magnetisiert, derart, dass zwei Enden des Permanentmagneten, die voneinander in einer axialen Richtung abgewandt sind, jeweils unterschiedliche Polaritäten haben. Ein proximaler Endabschnitt des Ausgangsstifts ist aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt, um ein magnetisches Kurzschließen durch den Ausgangsstift zu begrenzen, der in ein Loch des Permanentmagneten eingeführt ist. Es ist im Gegensatz dazu beispielsweise erforderlich, dass ein distaler Endabschnitt des Ausgangsstifts, der gegen eine Nockenwelle einer ventilhubanpassenden Vorrichtung stößt, das heißt, dieselbe berührt, eine erforderliche Festigkeit hat und in einigen Fällen aus einem magnetischen Material, wie zum Beispiel Eisen, hergestellt ist, das für eine Wärmebehandlung geeignet ist. Bei elektromagnetischen Aktuatoren, die jeweils in der
DE 20 2006 011 905 U1 und der
DE 20 2012 104 122 U1 offenbart sind, sind ein proximaler Endabschnitt, der aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist, und ein distaler Endabschnitt, der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, aneinandergefügt, um einen Ausgangstift zu bilden.
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In dem Fall des Ausgangsstifts, der in der
DE 20 2006 011 905 U1 und der
DE 20 2012 104 122 U1 offenbart ist, erhöht sich die Zahl der Komponenten, und ein Verfahren eines Fügens des proximalen Endabschnitts und des distalen Endabschnitts ist erforderlich. Die elektromagnetischen Aktuatoren der
DE 20 2006 011 905 U1 und der
DE 20 2012 104 122 U1 sind dadurch hinsichtlich des Aufwands nachteilhaft. Das Verfahren eines Zusammenfügens des proximalen Endabschnitts und des distalen Endabschnitts muss ferner auf eine solche Art und Weise durchgeführt werden, dass eine erforderliche Fügestellenfestigkeit zwischen dem proximalen Endabschnitt und dem distalen Endabschnitt und eine erforderliche Koaxialität zwischen dem proximalen Endabschnitt und dem distalen Endabschnitt sichergestellt sind. Die elektromagnetischen Aktuatoren der
DE 20 2006 011 905 U1 und der
DE 20 2012 104 122 U1 sind daher hinsichtlich der Qualität nachteilhaft.
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Wenn im Gegensatz dazu der Ausgangsstift gänzlich aus dem nichtmagnetischen Material hergestellt wird, um die Zahl der Komponenten zu reduzieren, kann die erforderliche Festigkeit nicht sichergestellt werden. Dieser Aufbau ist daher hinsichtlich der Qualität nachteilhaft.
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Es besteht daher eine Notwendigkeit zum Erreichen sowohl des Begrenzens des magnetischen Kurschließens bei dem proximalen Endabschnitt des Ausgangsstifts, an dem der Permanentmagnet fixiert ist, als auch des Sicherstellens der erforderlichen Festigkeit des distalen Endabschnitts des Ausgangsstifts, der gegen die Nockenwelle stößt.
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KURZFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung wird aufgrund der vorhergehenden Nachteile gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht somit darin, einen elektromagnetischen Aktuator zu schaffen, der sowohl ein Begrenzen eines magnetischen Kurzschließens an einem proximalen Endabschnitt eines Ausgangsstifts als auch ein Sicherstellen einer erforderlichen Festigkeit eines distalen Endabschnitts des Ausgangsstifts mit einer einfachen Struktur erreichen kann.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein elektromagnetischer Aktuator geschaffen, der einen Ausgangsstift, eine hintere Platte, einen Permanentmagneten, eine vordere Platte, einen Stator und eine Spule aufweist. Der Ausgangsstift ist aus einem magnetischen Material hergestellt und konfiguriert, um in einer axialen Richtung des Ausgangsstifts vorwärts und rückwärts beweglich zu sein. Die hintere Platte ist aus einem weichmagnetischen Material hergestellt und weist ein hinteres Einführungsloch auf, das einen proximalen Endabschnitt des Ausgangsstifts aufnimmt. Der Ausgangsstift ist durch das hintere Einführungsloch eingeführt und wird durch das hintere Einführungsloch auf eine solche Art und Weise gehalten, dass eine proximale Endoberfläche des Ausgangsstifts von dem hinteren Einführungsloch freigelegt ist bzw. freiliegt, und die hintere Platte ist zusammen mit dem Ausgangsstift beweglich. Der Permanentmagnet ist in einer Plattengestalt geformt und auf einer Seite der hinteren Platte, auf der ein distaler Endabschnitt des Ausgangsstifts platziert ist, an die hintere Platte gefügt. Der Permanentmagnet ist magnetisiert, derart, dass zwei Enden des Permanentmagneten, die in der axialen Richtung voneinander abgewandt sind, jeweils unterschiedliche Polaritäten haben. Die vordere Platte ist aus einem weichmagnetischen Material hergestellt und auf einer Seite des Permanentmagneten, auf der der distale Endabschnitt des Ausgangsstifts platziert ist, an den Permanentmagneten gefügt. Der Stator ist aus einem weichmagnetischen hergestellt und ist auf einer anderen Seite der hinteren Platte platziert, auf der der proximale Endabschnitt des Ausgangstifts platziert ist. Die Spule erzeugt ein magnetisches Feld, dessen Richtung einer Richtung eines magnetischen Felds des Permanentmagneten entgegengesetzt ist, um zwischen dem Stator und dem Permanentmagneten eine Abstoßungskraft zu erzeugen, wenn die Spule erregt ist. Ein kurzschlussbegrenzender Abschnitt ist zwischen einer Außenperipherieoberfläche des Ausgangsstifts und einer Innenperipherieoberfläche der vorderen Platte platziert, derart, dass der kurzschlussbegrenzende Abschnitt ein magnetisches Kurzschließen zwischen magnetischen Polen des Permanentmagneten begrenzt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Darstellungszwecken und sollen auf keine Weise den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung begrenzen.
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1 ist ein Diagramm, das einen Betriebszustand einer ventilhubanpassenden Vorrichtung, bei der ein elektromagnetischer Aktuator eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung angewendet wird, zu der Zeit eines Startens eines Verschiebens von einer Nocke eines kleinen Hubs zu einer Nocke eines großen Hubs bei der ventilhubanpassenden Vorrichtung zeigt;
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2 ist ein Diagramm, das einen anderen Betriebszustand der ventilhubanpassenden Vorrichtung, bei der der elektromagnetische Aktuator des ersten Ausführungsbeispiels angewendet wird, zu der Zeit eines Beendens des Verschiebens von der Nocke eines kleinen Hubs zu der Nocke eines großen Hubs bei der ventilhubanpassenden Vorrichtung zeigt.
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3 ist eine Querschnittsansicht des elektromagnetischen Aktuators des ersten Ausführungsbeispiels in einem enterregten Zustand des elektromagnetischen Aktuators (einem Zustand, in dem ein Ausgangsstift des elektromagnetischen Aktuators rückwärts bewegt wird);
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4 ist eine Querschnittsansicht des elektromagnetischen Aktuators des ersten Ausführungsbeispiels in einem erregten Zustand des elektromagnetischen Aktuators (einem Zustand, in dem der Ausgangsstift des elektromagnetischen Aktuators vorwärts bewegt wird;
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5A ist eine teilvergrößerte Ansicht eines Abschnitts V in 3;
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5B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie Vb-Vb in 5A;
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6 ist ein schematisches Diagramm, das einen magnetischen Weg an einem proximalen Endabschnitt des elektromagnetischen Aktuators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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7 ist ein charakteristisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Hubhöhe und einer magnetischen Anziehungskraft des elektromagnetischen Aktuators des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
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8A ist eine vergrößerte Ansicht einer beweglichen Anordnung eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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8B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie VIIIb-VIIIb in 8A;
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9A ist eine vergrößerte Ansicht einer beweglichen Anordnung eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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9B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IXb-IXb in 9A;
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10A ist eine vergrößerte Ansicht einer beweglichen Anordnung eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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10B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie Xb-Xb in 10A;
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11A ist eine vergrößerte Ansicht einer beweglichen Anordnung eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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11B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XIb-XIb in 11A
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12A ist eine vergrößerte Ansicht einer beweglichen Anordnung eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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12B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XIIb-XIIb in 12A;
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13 ist eine vergrößerte Ansicht einer beweglichen Anordnung eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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14 ist eine vergrößerte Ansicht einer beweglichen Anordnung eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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15A ist eine vergrößerte Ansicht einer beweglichen Anordnung eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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15B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XVb-XVb in 15A;
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16 ist eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Aktuators eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung in einem enterregten Zustand des elektromagnetischen Aktuators (einem Zustand, in dem ein Ausgangsstift des elektromagnetischen Aktuators rückwärts bewegt wird);
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17 ist eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Aktuators eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung in einem enterregten Zustand des elektromagnetischen Aktuators (einem Zustand, in dem ein Ausgangstift des elektromagnetischen Aktuators rückwärts bewegt wird); und
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18 ist ein schematisches Diagramm, das einen magnetischen Weg an einem proximalen Endabschnitt eines elektromagnetischen Aktuators eines Vergleichsbeispiels zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Ein elektromagnetischer Aktuator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Erörterung sind Strukturen, die ähnlich zu jenen des ersten Ausführungsbeispiels sind, durch die gleichen Bezugszeichen angegeben und sind einer Einfachheit wegen nicht redundant beschrieben. Der elektromagnetische Aktuator wird beispielsweise bei einer ventilhubanpassenden Vorrichtung verwendet. Ähnlich zu der ventilhubanpassenden Vorrichtung, die in der
JP2013-217265A offenbart ist, passt die ventilhubanpassende Vorrichtung eine Hubmenge von jeweiligen Einlassventilen oder Auslassventilen einer Verbrennungsmaschine durch einen entsprechenden von Nocken an, die mit einem Schieber eine Einheit bildend gebildet sind, der mit einer Nockenwelle eine Einheit bildend angetrieben wird.
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Eine Struktur und ein Betrieb der ventilhubanpassenden Vorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, weist die ventilhubanpassende Vorrichtung 50 ein Gleitstück bzw. einen Schieber 51, eine Nockenwelle 94, einen Einlassventilheber (auf den ferner als eine Einlassventilhubanordnung Bezug genommen ist) 52 und einen elektromagnetischen Aktuator 101 auf.
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Der Schieber 51 wird mit der Nockenwelle 94, einem Nocken 58 eines kleinen Hubs und einem Nocken 59 eines großen Hubs in einer Drehrichtung 55 eine Einheit bildend gedreht. Der Schieber 51 ist ferner auf eine Art und Weise eine Einheit bildend gebildet, die eine relative Bewegung des Schiebers 51 in einer axialen Richtung der Nockenwelle 94 ermöglicht. Eine eingreifende Nut 511 ist in einer Außenperipherieoberfläche des Schiebers 51 gebildet, derart, dass sich eine Position eines Bodens der eingreifenden Nut 511, die in einer Tiefenrichtung der Ebene (Papierebene) von 1 und 2 gemessen wird, gemäß einem Drehwinkel des Schiebers 51 ändert.
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Der Nocken 58 eines kleinen Hubs und der Nocken 59 eines großen Hubs sind benachbart zueinander platziert und sind in der axialen Richtung der Nockenwelle 94 axial nahe einer Mitte des Schiebers 51 platziert. Sowohl der Nocken 58 eines kleinen Hubs als auch der Nocken 59 eines großen Hubs sind zu einem Bezugskreis auf einer Umfangsseite der Nocken 58, 59 in der Drehrichtung exzentrisch. Die Menge einer Exzentrizität des Nockens 59 eines großen Hubs relativ zu dem Bezugskreis ist größer als die Menge einer Exzentrizität des Nockens 58 eines kleinen Hubs relativ zu dem Bezugskreis.
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Der Einlassventilheber 52 ist mit einem entsprechenden von dem Nocken 58 eines kleinen Hubs und dem Nocken 59 eines großen Hubs in Berührung bringbar und weist ein Einlassventil 91 auf, das in einem Zylinderkopf 53 aufgenommen ist.
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Der elektromagnetische Aktuator 101 ist mit dem Schieber 51 und der Nockenwelle 94, die zusammen eine Einheit bilden, in Berührung. Ein Ausgangsstift 60 des elektromagnetischen Aktuators 101 ist unmittelbar über der eingreifenden Nut 511 platziert.
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Ein Betrieb der ventilhubanpassenden Vorrichtung 50 ist als Nächstes beschrieben.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, wird der Einlassventilheber 52 durch ein Drehmoment von entweder dem Nocken 58 eines kleinen Hubs oder dem Nocken 59 eines großen Hubs, der mit dem Einlassventilheber 52 in Berührung ist, abwärtsgedrängt. Das Einlassventil 91 des Zylinderkopfs 53 wird dadurch um die Hubmenge L1 und die Hubmenge L2 geöffnet.
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Der Ausgangsstift 60 des elektromagnetischen Aktuators 101 wird zu dem Zeitpunkt vorwärts bewegt, der durch eine Steuereinheit (Steuervorrichtung) befohlen wird, so, dass ein distaler Endabschnitt 64 des Ausgangsstifts 60, der sich auf der Seite der Nockenwelle 94 befindet, mit der eingreifenden Nut 511 in Eingriff gebracht wird. Zu dieser Zeit wird der Schieber 51 in einer Tiefenrichtung hinsichtlich einer Ebene von 1 oder 2 in der axialen Richtung der Nockenwelle 94 ansprechend auf die Drehung des Schiebers 51 axial bewegt.
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Wenn der Schieber 51 in der Tiefenrichtung hinsichtlich der Ebene von 1 oder 2 bewegt wird, tritt ein positionelles Verschieben von dem Nocken 58 eines kleinen Hubs zu dem Nocken 59 eines großen Hubs oder von dem Nocken 59 eines großen Hubs zu dem Nocken 58 eines kleinen Hubs auf. Wenn das positionelle Verschieben von dem Nocken 58 eines kleinen Hubs zu dem Nocken 59 eines großen Hubs oder von dem Nocken 59 eines großen Hubs zu dem Nocken 58 eines kleinen Hubs auftritt, wird die Hubmenge des Einlassventilhebers 52 an die entsprechende von der Hubmenge L1 und der Hubmenge L2 angepasst. Zu der Zeit eines Bewegens des distalen Endabschnitts 64 des Ausgangsstifts 60 weg von der eingreifenden Nut 511 wird der Ausgangsstift 60 durch das Drehmoment der Nockenwelle 94 rückwärts gedrängt.
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Eine Struktur des elektromagnetischen Aktuators 101 ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 bis 6 beschrieben.
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Wie in 3 und 4 gezeigt ist, weist der elektromagnetische Aktuator 101 eine stationäre Anordnung 13, die an einem Maschinenkopf 90 fixiert ist, und eine bewegliche Anordnung 14, die in einer axialen Richtung der beweglichen Anordnung 14 hin und her bewegbar ist, auf.
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Wie in 5A und 6 gezeigt, sind die stationäre Anordnung 13 und die bewegliche Anordnung 14 zu einer Mittelachse O des elektromagnetischen Aktuators 101 koaxial, die als eine Mittelachse des Ausgangsstifts 60 des elektromagnetischen Aktuators 101 dient.
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Die stationäre Anordnung 13 weist eine Spule 31, einen Stator 32 und ein Joch 35 auf.
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Die Spule 31 weist eine Wicklung auf, die um eine Außenperipherieoberfläche eines Spulenkörpers 30 gewickelt ist.
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Der Spulenkörper 30 ist an eine Außenperipherieoberfläche des Stators 32 gepasst und ist aus Harz hergestellt. Der Spulenkörper 30 stellt zwischen der Wicklung der Spule 31 und dem Stator 32 eine elektrische Isolation her.
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Ein harzgegossener Abschnitt 16, der mit einem Verbinderabschnitt 17 eine Einheit bildend gebildet ist, ist auf einer Seite der Spule 31 platziert, die in der axialen Richtung der Mittelachse des Ausgangsstifts 60 des elektromagnetischen Aktuators 100 von der beweglichen Anordnung 14 abgewandt ist.
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Die Spule 13 kann ein magnetisches Feld erzeugen, wenn die Spule 31 von einer externen elektrischen Leistungsquelle durch einen Anschluss 18 des Verbinderabschnitts 17 mit einer elektrischen Leistung versorgt wird.
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Der Stator 32 ist aus einem weichmagnetischen Material hergestellt und ist axial auf einer Seite eines Permanentmagneten 40 platziert, auf der ein proximaler Endabschnitt 61 (genauer gesagt eine proximale Endoberfläche 611) des Ausgangsstifts 60 platziert ist. Ein Großteil des Stators 32 ist auf einer radialen Innenseite der Spule 31 platziert und dient als ein Spulenkern. Ein gegenüberliegender Abschnitt 34 ist an einem Endabschnitt des Stators 32 gebildet, der sich axial auf einer Seite befindet, auf der die bewegliche Anordnung 14 platziert ist. Ein Außendurchmesser des gegenüberliegenden Abschnitts 34 ist relativ groß, und dadurch hat der gegenüberliegende Abschnitt 34 eine relativ große Endoberfläche, die einer hinteren Platte 44 der beweglichen Anordnung 14 gegenüberliegt.
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Das Joch 35 ist aus einem weichmagnetischen Material hergestellt und in einer röhrenförmigen Gestalt geformt, die im Wesentlichen koaxial zu der Spule 31 und der beweglichen Anordnung 14 ist, und das Joch 35 nimmt die Spule 31, den Stator 32 und den harzgegossenen Abschnitt 16 auf. Das Joch 35 hat einen Abschnitt, der mit dem Stator 32 in Berührung ist oder zu dem Stator 32 benachbart ist, und dieser Abschnitt des Jochs 35 bildet eine magnetische Schaltung, die sich durch den Stator 32 und die vordere Platte 45 der beweglichen Anordnung 14 erstreckt.
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Ein Verschlussring 81 ist an eine Außenperipherieseite des harzgegossenen Abschnitts 16 gebaut, um zwischen dem harzgegossenen Abschnitt 16 und einer Innenperipherieseite des Jochs 35 einen Verschluss herzustellen, und ein Verschluss 82 ist an eine Außenperipherieseite des gegenüberliegenden Abschnitts 34 des Stators 32 gebaut, um zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt 34 des Stators 32 und der Innenperipherieseite des Jochs 35 einen Verschluss herzustellen.
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Ein Flanschabschnitt 39, der verwendet wird, um das Joch 35 an den Maschinenkopf 90 zu bauen, ist bei einer Öffnung des Jochs 35 gebildet, die sich axial auf einer Seite einer Buchse 70 befindet.
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Die Buchse 70 weist einen Basisabschnitt 71 und einen röhrenförmigen Abschnitt 73 auf.
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Der Basisabschnitt 71 ist in ein Einbauloch 92 des Maschinenkopfs 90 eingeführt. Ein Verschlussring 83 ist an eine Außenperipherieseite des Basisabschnitts 71 gebaut, um zwischen dem Basisabschnitt 71 und einer Innenperipherieseite des Einbaulochs 92 einen Verschluss herzustellen. Ölkanäle 76 erstrecken sich axial durch den Basisabschnitt 71 und sind in einer Umfangsrichtung des Basisabschnitts 71 um den röhrenförmigen Abschnitt 73 nacheinander angeordnet, um um einen Abschnitt der beweglichen Anordnung 14, die sich in einem Raum, der auf einer radialen Innenseite des Jochs 35 definiert ist, befindet, Öl zu leiten.
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Der röhrenförmige Abschnitt 73 springt von dem Basisabschnitt 71 vor, derart, dass eine distale Endoberfläche 74 des röhrenförmigen Abschnitts 73 der Nockenwelle 94 gegenüberliegt. Ein Einführungsloch 75 ist gebildet, um sich durch den röhrenförmigen Abschnitt 73 entlang der Mittelachse zu erstrecken, und der Ausgangsstift 60 ist durch das Einführungsloch 75 des röhrenförmigen Abschnitts 73 eingeführt.
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Wie in 5A und 5B gezeigt ist, weist die bewegliche Anordnung 14 den Permanentmagneten 40, die hintere Platte 44, die vordere Platte 45 und den Ausgangsstift 60 auf, die eine Einheit bildend beweglich sind.
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Der Permanentmagnet 40 ist in einer Kreisplattengestalt geformt, die einen Kreisquerschnitt hat, der sich in der radialen Richtung erstreckt. Der Permanentmagnet 40 ist magnetisiert, derart, dass zwei Enden des Permanentmagneten 40, die in der axialen Richtung voneinander abgewandt sind, jeweils unterschiedliche Polaritäten haben.
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Eine Seite des Permanentmagneten 40, die sich in der axialen Richtung auf der Seite der hinteren Platte 44 befindet, ist magnetisiert, um den N-Pol zu bilden, und die andere Seite des Permanentmagneten 40, die sich in der axialen Richtung auf der Seite der vorderen Platte 45 befindet, ist magnetisiert, um den S-Pol zu bilden. Der Ort des N-Pols und der Ort des S-Pols können, wenn gewünscht, vertauscht sein. Der Permanentmagnet 40 hat ferner ein Magneteinführungsloch 401, das sich entlang der Mittelachse O durch den Permanentmagneten 40 erstreckt und den proximalen Endabschnitt 61 des Ausgangsstifts 60 aufnimmt.
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Die hintere Platte 44 ist aus einem weichmagnetischen Material hergestellt. Die hintere Platte 44 ist auf einer Seite des Permanentmagneten 40, auf der der proximale Endabschnitt 61 des Ausgangsstifts 60 platziert ist, an den Permanentmagneten 40 gefügt. Die hintere Platte 44 weist ein hinteres Einführungsloch 441, das den proximalen Endabschnitt 61 des Ausgangsstifts 60 aufnimmt, auf.
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Die vordere Platte 45 ist aus einem weichmagnetischen Material hergestellt. Die vordere Platte 45 ist auf der anderen Seite des Permanentmagneten 40, auf der der distale Endabschnitt 64 des Ausgangsstifts 60 platziert ist, an den Permanentmagneten 40 gefügt. Eine Außenperipherieoberfläche 453 der vorderen Platte 45 liegt einer Innenperipherieoberfläche 351 des Jochs 35 in der radialen Richtung gegenüber. Die vordere Platte 45 weist ein vorderes Einführungsloch 451 auf, das den proximalen Endabschnitt 61 des Ausgangsstifts 60 aufnimmt.
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Auf eine Endoberfläche der hinteren Platte 44, die sich auf der Seite der Spule 31 befindet, ist im Folgenden als eine hintere Endoberfläche 443 Bezug genommen, und auf eine Endoberfläche der vorderen Platte 45, die sich auf der Seite der Buchse 70 befindet, ist als eine vordere Endoberfläche 457 Bezug genommen. Die vordere Endoberfläche 457 liegt einer Endoberfläche 72 des Basisabschnitts 71, der sich axial auf der Seite der Spule 31 befindet, gegenüber.
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Auf eine andere Endoberfläche der hinteren Platte 44, die sich axial auf der Seite des Permanentmagneten 40 befindet, ist ferner als eine hintere Fügestellenoberfläche 445 Bezug genommen, und auf eine andere Endoberfläche der vorderen Platte 45, die sich axial auf der Seite des Permanentmagneten 40 befindet, ist als eine vordere Fügestellenoberfläche 454 Bezug genommen.
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Der Ausgangsstift 60 ist aus einem magnetischen Material hergestellt und hat einen Außendurchmesser, der eine Schiebebewegung des Ausgangsstifts 60 in dem Einführungsloch 75 der Buchse 70 ermöglicht. Der Ausgangsstift 60 ist ferner konfiguriert, um sich in der axialen Richtung, das heißt einer Richtung von der Seite des distalen Endabschnitts 64 zu der Seite des proximalen Endabschnitts 61 des Ausgangsstifts 60, hin und her zu bewegen (das heißt, ist konfiguriert, um vorwärts und rückwärts beweglich zu sein). Der proximale Endabschnitt 61 des Ausgangsstifts 60 erstreckt sich durch das Magneteinführungsloch 401 des Permanentmagneten 40, das hintere Einführungsloch 441 der hinteren Platte 44 und das vordere Einführungsloch 451 der vorderen Platte 45. Der Außendurchmesser des proximalen Endabschnitts 61 des Ausgangsstifts 60 ist konstant. Der Ausgangsstift 60 wird durch das hintere Einführungsloch 441 eingeführt und durch die hintere Platte 44 gehalten.
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Ein Betrieb des elektromagnetischen Aktuators 101 ist als Nächstes beschrieben.
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Der elektromagnetische Aktuator 101 ist in dem Einbauloch 92 des Maschinenkopfs 90 eingebaut, und der Ausgangsstift 60 wird relativ zu der Nockenwelle 94 der ventilhubanpassenden Vorrichtung 50 betrieben. Auf die Bewegung des Ausgangsstifts 60 in einer Vorwärtsrichtung (auf die ferner als eine Vorwärtsbewegungsrichtung Bezug genommen ist) hin zu der Nockenwelle 94 ist im Folgenden als eine Vorwärtsbewegung Bezug genommen, und auf die Bewegung des Ausgangsstifts 60 in einer Rückwärtsrichtung (auf die ferner als eine Rückwärtsbewegungsrichtung Bezug genommen ist) weg von der Nockenwelle 94 ist als eine Rückwärtsbewegung Bezug genommen.
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Wie in 4 gezeigt ist, wird, wenn der Ausgangsstift 60 ansprechend auf die Drehung der Nockenwelle 94 um die Drehachse C einer Seite eines Nebendurchmessers (kleinen Durchmessers) Ra der Nockenwelle 94 gegenüberliegt, der Ausgangsstift 60 durch eine elektromagnetische Kraft, die durch die Erregung der Spule 31 erzeugt wird, vorwärts bewegt. Zu dieser Zeit wird der distale Endabschnitt 64 des Ausgangsstifts 60 mit der eingreifenden Nut 511 in Eingriff gebracht, und die ventilhubanpassende Vorrichtung 50 passt die Hubmenge des Einlassventilhebers ansprechend auf die Drehung des Schiebers 51 an die Hubmenge L1 oder die Hubmenge L2 an.
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Wie in 3 gezeigt ist, wird im Gegensatz dazu in einem Zustand, in dem der distale Endabschnitt 64 des Ausgangsstifts 60 mit der Nockenwelle 94 in Berührung ist, wenn die Nockenwelle 94 zu einer Position gedreht wird, bei der eine Seite eines Hauptdurchmessers (großen Durchmessers) Rb der Nockenwelle 94 dem Ausgangsstift 60 gegenüberliegt, der Ausgangsstift 60 in der Rückwärtsrichtung durch das Drehmoment der Nockenwelle 94 rückwärts gedrängt. Auf eine Position des Ausgangstifts 60, bei der die Hubhöhe (Distanz) des Ausgangsstifts 60 von einer Rückwärtsbewegungsgrenze des Ausgangsstifts 60 Lu ist, ist hier als eine eingezogene Position Bezug genommen. Der Ausgangsstift 60 wird durch die magnetische Kraft des Permanentmagneten 40 des elektromagnetischen Aktuators 101 von der eingezogenen Position zu der Rückwärtsbewegungsgrenze rückwärts bewegt.
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Ein Betrieb der Spule 31 ist als Nächstes beschrieben.
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In einem enterregten Zustand der Spule 31 (das heißt einem Zustand, in dem die Spule 31 nicht mit der elektrischen Leistung erregt wird) wird die bewegliche Anordnung 14 durch die magnetische Anziehungskraft, die zwischen der hinteren Endoberfläche 443 der hinteren Platte 44 und einer Endoberfläche 340 eines gegenüberliegenden Abschnitts des Stators 32 ausgeübt wird, bei der Rückwärtsbewegungsgrenze gehalten. Diese magnetische Anziehungskraft ist eingestellt, derart, dass die bewegliche Anordnung 14 durch die magnetische Anziehungskraft mindestens von der eingezogenen Position zu der Rückwärtsbewegungsgrenze magnetisch angezogen werden kann, wobei die Distanz zwischen denselben der Einziehhubhöhe Lu entspricht.
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Wie in 6 gezeigt ist, wird, wenn die bewegliche Anordnung 14 durch die magnetische Anziehungskraft des Permanentmagneten 40 bei der Rückwärtsbewegungsgrenze gehalten wird, eine magnetische Schaltung ΦM, die durch einen gestrichelten Pfeil angegeben ist, gebildet.
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Ein magnetischer Fluss fließt durch den N-Pol des Permanentmagneten 40, die hintere Platte 44, den Stator 32, das Joch 35, die vordere Platte 45 und den S-Pol des Permanentmagneten 40 in dieser Reihenfolge in der magnetischen Schaltung ΦM.
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In einem erregten Zustand der Spule 31 (das heißt einem Zustand, in dem die Spule 31 mit der elektrischen Leistung erregt wird) erzeugt die Spule 31 ein magnetisches Feld, dessen Richtung einer Richtung eines magnetischen Felds des Permanentmagneten 40 entgegengesetzt ist.
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Wie in 4 gezeigt ist, wird beispielsweise das magnetische Feld erzeugt, derart, dass die Seite des Verbinderabschnitts 17 des Stators 32 einen S-Pol bildet und die Seite des gegenüberliegenden Abschnitts 34 des Stators 32 einen N-Pol bildet. Eine Wicklungsrichtung der Wicklung der Spule 31 und eine Stromflussrichtung des elektrischen Stroms durch die Wicklung der Spule 31 sind eingestellt, um das im Vorhergehenden beschriebene magnetische Feld zu bilden.
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Wenn die Spule 31 das magnetische Feld bildet, dessen Richtung der Richtung des magnetischen Felds des Permanentmagneten 40 entgegengesetzt ist, werden die Polarität der hinteren Platte 44 und die Polarität des gegenüberliegenden Abschnitts 34 des Stators 32 einander identisch. Eine Abstoßungskraft, die die elektromagnetische Kraft ist, wird daher zwischen der hinteren Endoberfläche 443 der hinteren Platte 44 und der Endoberfläche 340 des gegenüberliegenden Abschnitts des Stators 32 erzeugt. Die bewegliche Anordnung 14 wird durch diese Abstoßungskraft von der Rückwärtsbewegungsgrenze vorwärts bewegt.
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Bei einem vorausgehend vorgeschlagenen elektromagnetischen Aktuator, der bei der ventilhubanpassenden Vorrichtung verwendet wird, ist der Ausgangsstift aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt, um ein Auftreten eines magnetischen Kurzschließens durch den Ausgangsstift zu begrenzen, der in das Loch des Permanentmagneten eingeführt ist. Da die hohe Festigkeit für den distalen Endabschnitt des Ausgangsstifts erforderlich ist, der die Nockenwelle der ventilhubanpassenden Vorrichtung berührt, wird in manchen Fällen ein magnetisches Material, wie zum Beispiel Eisen, das für eine Wärmebehandlung geeignet ist, als ein Material des distalen Endabschnitts des Ausgangsstifts verwendet.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist daher, um die erforderliche Festigkeit des distalen Endabschnitts 64 des Ausgangsstifts 60 sicherzustellen, der Ausgangsstift 60 aus einem magnetischen Material, wie zum Beispiel einem Stahl mit einem hohen Kohlenstoff-Chrom-Gehalt, hergestellt. Wenn der Stahl mit einem hohen Kohlenstoff-Chrom-Gehalt als das Material des Ausgangsstifts 60 verwendet wird, kann durch die Wärmebehandlung eine höhere Festigkeit erreicht werden.
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In dem Fall, in dem der Ausgangsstift gänzlich aus dem magnetischen Material hergestellt ist, gibt es einen Nachteil eines Erzeugens eines magnetischen Kurzschließens bei dem Fixierungsabschnitt des Permanentmagneten, um ein Betriebsverhalten des elektromagnetischen Aktuators zu verschlechtern. Um sich dem vorhergehenden Nachteil zu widmen, besitzt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der elektromagnetische Aktuator 101 eine Eigenschaft, die das magnetische Kurzschließen bei dem proximalen Endabschnitt 61 des Ausgangsstifts 60, der aus dem magnetischen Material hergestellt ist, begrenzt. Die charakteristische Struktur des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist im Folgenden beschrieben.
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Ein erster Spalt 21, der als ein kurzschlussbegrenzender Abschnitt dient, ist zwischen einer Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 und einer Innenperipherieoberfläche 452 der vorderen Platte 45 gebildet, um das magnetische Kurzschließen zwischen den magnetischen Polen des Permanentmagneten 40 zu begrenzen.
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Der erste Spalt 21 ist durch die Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60, die Innenperipherieoberfläche 452 der vorderen Platte 45 und eine imaginäre planare Oberfläche Is1, die eine Kreisringgestalt hat, definiert.
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Wie in 6 gezeigt ist, ist eine Querschnittfläche eines Kanals (magnetischen Wegs) eines magnetischen Flusses, der den N-Pol und den S-Pol des Permanentmagneten 40 durch den Ausgangsstift 60 verbindet, durch den ersten Spalt 21 reduziert. Der erste Spalt 21 begrenzt somit das magnetische Kurzschließen zwischen den magnetischen Polen bei dem Ausgangsstift 60. Es wird angenommen, dass das magnetische Kurzschließen von dem N-Pol des Permanentmagneten 40 zu dem S-Pol des Permanentmagneten 40 durch den Ausgangsstift 60 ignoriert werden kann. Linien einer magnetischen Kraft sind daher in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Ein zweiter Spalt 22, der ein Raum zum Begrenzen des magnetischen Kurzschließens zwischen den magnetischen Polen des Permanentmagneten 40 ist, ist ferner zwischen der Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 und einer Innenperipherieoberfläche 402 des Permanentmagneten 40 gebildet.
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Der zweite Spalt 22 ist durch die Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangstifts 60, die Innenperipherieoberfläche 402 des Permanentmagneten 40, die hintere Fügestellenoberfläche 445 der hinteren Platte 44 und die imaginäre planare Oberfläche Is1, die eine Kreisringgestalt hat, definiert. In der Zeichnung sind der erste Spalt 21 und der zweite Spalt 22 durch einen einzelnen ununterbrochenen Spalt gebildet. Der erste Spalt 21 und der zweite Spalt 22 sind übertrieben dargestellt, um ein Verständnis der charakteristischen Eigenschaft dieser Spalte 21, 22 zu erleichtern.
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Ein dritter Spalt 23 ist ferner als ein Raum zwischen der Außenperipherieoberfläche 453 der vorderen Platte 45 und der Innenperipherieoberfläche 351 des Jochs 35 definiert.
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Der dritte Spalt 23 ist durch die Außenperipherieoberfläche 453 der vorderen Platte 45, die Innenperipherieoberfläche 351 des Jochs 35, eine imaginäre planare Oberfläche Is2, die eine Kreisringgestalt hat, und eine imaginäre planare Oberfläche Is3, die eine Kreisringgestalt hat, definiert. Die imaginäre planare Oberfläche Is2 ist auf einer Seite des dritten Spalts 23 gebildet, auf der der proximale Endabschnitt 61 des Ausgangsstifts 60 platziert ist, und die imaginäre planare Oberfläche Is3 ist auf einer anderen Seite des dritten Spalts 23 gebildet, auf der der distale Endabschnitt 64 des Ausgangsstifts 60 platziert ist.
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Auf eine minimale Ausdehnung des ersten Spalts 21 (eine minimale Distanz zwischen der Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 und der Innenperipherieoberfläche 452 der vorderen Platte 45), die in der radialen Richtung des Ausgangsstifts 60 gemessen wird, ist als eine erste Spaltausdehnung G1 Bezug genommen. Auf eine minimale Ausdehnung des zweiten Spalts 22 (eine minimale Distanz zwischen der Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts und der Innenperipherieoberfläche 402 des Permanentmagneten 40), die in der radialen Richtung des Ausgangsstifts 60 gemessen wird, ist als eine zweite Spaltausdehnung G2 Bezug genommen. Auf eine minimale Ausdehnung des dritten Spalts 23 (eine minimale Distanz zwischen der Außenperipherieoberfläche 453 der vorderen Platte 45 und der Innenperipherieoberfläche 351 des Jochs 35), die in der radialen Richtung des Ausgangstifts 60 gemessen wird, ist als eine dritte Spaltausdehnung G3 Bezug genommen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auf die minimale Ausdehnung von jedem der Spalte 21–23 einfach als eine Ausdehnung des Spalts 21–23 Bezug genommen. Jeder Spalt 21–23 ist ferner in der Umfangsrichtung des Ausgangsstifts 60 gleichbleibend gebildet und hat dadurch eine Kreisringgestalt, die die gleichförmige Spaltausdehnung G1–G3 hat, die ganz um die Mittelachse O in der Umfangsrichtung herum gleichbleibend ist.
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Die erste Spaltausdehnung G1, die zweite Spaltausdehnung G2 und die dritte Spaltausdehnung G3 sind eingestellt, um folgende relationale Ausdrücke (1) bis (3) zu erfüllen. Sowohl die erste Spaltausdehnung G1, die zweite Spaltausdehnung G2 als auch die dritte Spaltausdehnung G3 werden durch einen Außendurchmesser oder einen Innendurchmesser von jedem oder jeder entsprechenden von dem Ausgangsstift 60, dem Permanentmagneten 40, der vorderen Platte 45 und dem Joch 35 angepasst, um die folgenden relationalen Ausdrücke (1) bis (3) zu erfüllen. In dem folgenden relationalen Ausdruck (1) umfasst die Bedeutung des Gleichheitszeichens (=) „exakt gleich” und „nahezu gleich”, das heißt, umfasst einen bestimmten tolerierbaren Fehlerbereich, der innerhalb der Schranken des gesunden Menschenverstandes ist. Im Folgenden sollten „=”, „gleich” und „gleichermaßen” ähnlicherweise breit interpretiert werden. G1 = G2 Ausdruck (1) G1 > G3 Ausdruck (2) G2 > G3 Ausdruck (3)
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Eine Dicke der vorderen Platte 45 ist mit T1 bezeichnet, und eine Dicke der hinteren Platte 44 ist mit T2 bezeichnet. Die Dicke der hinteren Platte 44 ist eine axiale Länge (Ausdehnung) der hinteren Platte 44, die in der axialen Richtung der Mittelachse O gemessen wird. Die Dicke der vorderen Platte 45 ist eine axiale Länge (Ausdehnung) der vorderen Platte 45, die in der axialen Richtung der Mittelachse O gemessen wird.
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Die Dicke der hinteren Platte 44 und die Dicke der vorderen Platte 45 sind eingestellt, um den folgenden relationalen Ausdruck (4) zu erfüllen. T1 > T2 Ausdruck (4)
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Vorteile des ersten Ausführungsbeispiels sind nun unter Bezugnahme auf 7 durch einen Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel beschrieben.
- (1) In 7 ist eine Hubhöhe L0, die entlang der Abszissenachse angegeben ist, die Rückwärtsbewegungsgrenze des Ausgangsstifts 60, und eine Hubhöhe Lmax, die entlang der Abszissenachse angegeben ist, ist die Vorwärtsbewegungsgrenze. Die Ordinatenachse, die in 7 gezeigt ist, gibt eine magnetische Anziehungskraft (auf die einfach als eine Anziehungskraft Bezug genommen ist) zum Antreiben des Ausgangsstifts 60 an. Wenn sich die Anziehungskraft in einer positiven Richtung von einer Bezugslinie erhöht, die angibt, dass die Anziehungskraft null (0) ist, erhöht sich die Kraft zum Antreiben des Ausgangsstifts 60 in der Rückwärtsbewegungsrichtung. Wenn sich im Gegensatz dazu die Anziehungskraft in einer negativen Richtung von der Bezugslinie erhöht, die angibt, dass die Anziehungskraft null (0) ist, erhöht sich die Kraft zum Antreiben des Ausgangsstifts 60 in der Vorwärtsbewegungsrichtung.
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In dem enterregten Zustand der Spule 31 dient die Anziehungskraft an dem Ort der Hubhöhe L0 als eine Haltekraft, die die hintere Platte 44 und den Stator 32 zusammenhält. Je größer die Anziehungskraft an dem Ort der Hubhöhe L0 ist, umso größer ist die Haltekraft zum Zusammenhalten der hinteren Platte 44 und des Stators 32. Die große Anziehungskraft impliziert ferner, dass die hintere Platte 44 und der Stator 32 zusammengehalten werden, ohne sich voneinander durch Vibrationen bei der Maschine und/oder ein Gewicht der beweglichen Anordnung 14 zu lösen, sodass sich die Stabilität des Antriebsbetriebs des elektromagnetischen Aktuators erhöht.
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Eine Bezugscharakteristik Ref1 eines elektromagnetischen Aktuators eines ersten Vergleichsbeispiels, der einen Ausgangsstift, der aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist, aufweist, ist durch eine gestrichelte Linie in 1 angegeben. Ein austenitischer rostfreier Stahl wird beispielsweise als das nichtmagnetische Material verwendet.
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18 gibt einen elektromagnetischen Aktuator 119 eines zweiten Vergleichsbeispiels an, bei dem ein kurzschlussbegrenzender Abschnitt nicht bei einem Ausgangsstift 69, der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, gebildet ist.
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In 7 ist eine Bezugscharakteristik Ref2 des elektromagnetischen Aktuators 119 des zweiten Vergleichsbeispiels durch eine Punkt-Strich-Punkt-Linie angegeben.
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Bei dem ersten Vergleichsbeispiel wird das nichtmagnetische Material als das Material des Ausgangsstifts verwendet, sodass das magnetische Kurzschließen der magnetischen Schaltung bei dem Ausgangsstift nicht auftritt, und dadurch kann eine magnetische Schaltung ΦMs (siehe 18) ignoriert werden. Die Anziehungskraft (die Haltekraft) bei dem Ort der Hubhöhe L0 in dem Fall der Bezugscharakteristik Ref1 des ersten Vergleichsbeispiels wird somit größer als die Anziehungskraft (die Haltekraft) bei dem Ort der Hubhöhe L0 in dem Fall der Bezugscharakteristik Ref2 des zweiten Vergleichsbeispiels.
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Die Bezugscharakteristik Ref2 des zweiten Vergleichsbeispiels ist eine Charakteristik in dem Fall, in dem das magnetische Material als das Material des Ausgangsstifts 69 verwendet wird.
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Wie in 18 gezeigt ist, geht der magnetische Fluss durch die magnetische Schaltung ΦMs, die kurzschließt. In dem Fall der Bezugscharakteristik Ref2 des zweiten Vergleichsbeispiels wird daher die Menge eines magnetischen Flusses, der in der magnetischen Schaltung ΦM fließt, reduziert, sodass die Anziehungskraft (die Haltekraft) bei dem Ort der Hubhöhe L0 im Vergleich zu dem Fall der Bezugscharakteristik Ref1 des ersten Vergleichsbeispiels reduziert ist.
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Eine Charakteristik des elektromagnetischen Aktuators 101 des ersten Ausführungsbeispiels ist durch eine durchgezogene Linie in 7 angegeben. Der Ausgangsstift 60 des ersten Ausführungsbeispiels ist aus dem magnetischen Material hergestellt, und der erste Spalt 21 ist zwischen der Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 und der Innenperipherieoberfläche 452 der vorderen Platte 45 gebildet.
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Der erste Spalt 21 unterbricht den magnetischen Weg, der den magnetischen Fluss von dem Inneren des Ausgangsstifts 60 zu der vorderen Platte 45 leitet, sodass das magnetische Kurzschließen begrenzt wird. Die Menge eines magnetischen Flusses, der in der magnetischen Schaltung ΦM fließt, kann daher erhöht werden. Die Anziehungskraft (die Haltekraft) zwischen der hinteren Platte 44 und dem Stator 32 bei dem ersten Ausführungsbeispiel erhöht sich als ein Resultat im Vergleich zu dem Fall der Bezugscharakteristik Ref2 des zweiten Vergleichsbeispiels. Die Anziehungskraft (die Haltekraft) zwischen der hinteren Platte 44 und dem Stator 32 bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt ferner eine ähnliche Charakteristik, die ähnlich zu der ersten Bezugscharakteristik Ref1 des ersten Vergleichsbeispiels ist.
- (2) Der zweite Spalt 22 ist zwischen der Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 und der Innenperipherieoberfläche 402 des Permanentmagneten 40 gebildet. Der zweite Spalt 22 unterbricht den magnetischen Weg, der den magnetischen Fluss von dem Permanentmagneten 40 zu dem Inneren des Ausgangsstifts 60 leitet, sodass das magnetische Kurzschließen weiter begrenzt wird. Die Anziehungskraft (die Haltekraft) zwischen der hinteren Platte 44 und dem Stator 32 bei dem ersten Ausführungsbeispiel erhöht sich somit weiter.
- (3) Die erste Spaltausdehnung G1, die zweite Spaltausdehnung G2 und die dritte Spaltausdehnung G3 sind eingestellt, um die relationalen Ausdrücke (2) und (3) zu erfüllen. Die hintere Platte 44 und die vordere Platte 45 sind ferner gebildet, um den relationalen Ausdruck (4) zu erfüllen. Mit der vorhergehenden Struktur kann das magnetische Kurzschließen zwischen dem Joch 35 und der hinteren Platte 44 begrenzt werden, und das magnetische Kurzschließen zwischen dem Joch 35 und der vorderen Platte 45 kann begrenzt werden.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Ein zweites Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass nichtmagnetische Glieder in dem ersten Spalt bzw. dem zweiten Spalt eingebaut sind.
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Wie in 8A und 8B gezeigt ist, ist genauer gesagt bei einem elektromagnetischen Aktuator 102 des zweiten Ausführungsbeispiels ein nichtmagnetisches Glied 123 in dem ersten Spalt 102 platziert, und ein nichtmagnetisches Glied 124 ist in dem zweiten Spalt 122 platziert. In 8A sind das nichtmagnetische Glied 123 und das nichtmagnetische Glied 124 durch die imaginäre planare Oberfläche Is1 definiert, das heißt, dadurch geteilt. Die imaginäre planare Oberfläche Is1 gibt eine Grenzoberfläche zwischen dem nichtmagnetischen Glied 123 und dem nichtmagnetischen Glied 124 an.
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Das nichtmagnetische Glied 123 und das nichtmagnetische Glied 124 sind in einer röhrenförmigen Gestalt gebildet und sind aus einem nichtmagnetischen Material, wie zum Beispiel austenitischen rostfreien Stahl, hergestellt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das nichtmagnetische Glied 123 und das nichtmagnetische Glied 124 als ein einstückiges Glied eine Einheit bildend gebildet. Das nichtmagnetische Glied 123 und das nichtmagnetische Glied 124 können alternativ voneinander getrennt gebildet sein. Eine Außenperipherieoberfläche des nichtmagnetischen Glieds 123 berührt die Innenperipherieoberfläche 452 der vorderen Platte 45. Eine Außenperipherieoberfläche des nichtmagnetischen Glieds 124 berührt die Innenperipherieoberfläche 402 des Permanentmagneten 40. Die Innenperipherieoberflächen der nichtmagnetischen Glieder 123, 124 berühren die Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60. Mit der im Vorhergehenden beschriebenen Struktur sind der Ausgangsstift 60, der Permanentmagnet 40, die vordere Platte 45 und die nichtmagnetischen Glieder 123, 124 aneinandergepasst.
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Das zweite Ausführungsbeispiel liefert Vorteile, die ähnlich zu denselben des ersten Ausführungsbeispiels sind. Der proximale Endabschnitt 61 des Ausgangsstifts 60 kann ferner durch ein Presspassungsverfahren in das Magneteinführungsloch 401, das hintere Einführungsloch 441 und das vordere Einführungsloch 451 eingeführt werden.
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Bei einem vorausgehend vorgeschlagenen Verfahren wird ein Schweißverfahren, ein Presspassungsverfahren oder dergleichen verwendet, um die hintere Platte, die vordere Platte und den Ausgangsstift aneinanderzufügen. Ein geschweißter Bereich ist jedoch in dem Fall des Schweißverfahrens relativ klein, sodass die Haltekraft zum Halten des Permanentmagneten 40, der hinteren Platte 44, der vorderen Platte 45 und des Ausgangsstifts 60 relativ klein ist. Zu der Zeit eines Einführens des Ausgangsstifts in das Loch durch Verwenden des Presspassungsverfahrens besteht ferner eine Möglichkeit eines Beschädigens des Permanentmagneten 40 und/oder der vorderen Platte 45.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird zu der Zeit eines Einführens des Ausgangsstifts 60 in das Loch durch Verwenden des Presspassungsverfahrens der Druck an die nichtmagnetischen Glieder 123, 124 angelegt, und dadurch wird eine mechanische Spannung, die auf den Permanentmagneten 40 und/oder die vordere Platte 45 angewendet wird, reduziert. Es ist somit möglich, ein Auftreten einer Beschädigung bei dem Permanentmagneten 40 und/oder der vorderen Platte 50 zu begrenzen. Wenn ferner der proximale Endabschnitt 61 des Ausgangsstifts 60 in das Magneteinführungsloch 401 und das vordere Einführungsloch 451 pressgepasst wird, werden die Innenperipherieoberflächen der nichtmagnetischen Glieder 123, 124 an die Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts gepasst. Die Haltekraft zum Halten des Permanentmagneten 40, der vorderen Platte 45 und des Ausgangsstifts 60 kann somit verbessert werden.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Ein drittes Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass ein nichtmagnetischer Haltekörper in dem dritten Spalt eingebaut ist, und nichtmagnetische Haltekörper jeweils bei einem Ort zwischen der hinteren Platte und dem Joch und einem Ort zwischen dem Permanentmagneten und dem Joch eingebaut sind.
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Wie in 9A und 9B gezeigt ist, ist genauer gesagt bei einem elektromagnetischen Aktuator 103 des dritten Ausführungsbeispiels ein nichtmagnetischer Haltekörper 231 zwischen der Außenperipherieoberfläche 453 der vorderen Platte 45 und der Innenperipherieoberfläche 351 des Jochs 35 eingebaut. Ein nichtmagnetischer Haltekörper 232 ist zwischen einer Außenperipherieoberfläche 403 des Permanentmagneten 40 und der Innenperipherieoberfläche 351 des Jochs 35 eingebaut. Ein nichtmagnetsicher Haltekörper 233 ist zwischen einer Außenperipherieoberfläche 442 der hinteren Platte 44 und der Innenperipherieoberfläche 351 des Jochs 35 eingebaut.
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Die nichtmagnetischen Haltekörper 231–233 sind aus einem nichtmagnetischen Material, wie zum Beispiel einem austenitischen rostfreien Stahl, hergestellt.
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Eine Dicke des nichtmagnetischen Haltekörpers 231, die in der axialen Richtung der Mittelachse O gemessen wird, ist gleich der Dicke T1 der vorderen Platte 45, die in der axialen Richtung der Mittelachse O gemessen wird. Eine Dicke des nichtmagnetischen Haltekörpers 232, die in der axialen Richtung der Mittelachse O gemessen wird, ist ferner gleich der Dicke des Permanentmagneten 40, die in der axialen Richtung der Mittelachse O gemessen wird. Eine Dicke des nichtmagnetischen Haltekörpers 233, die in der axialen Richtung der Mittelachse O gemessen wird, ist ferner gleich der Dicke T2 der hinteren Platte 44, die in der axialen Richtung der Mittelachse O gemessen wird. Die nichtmagnetischen Haltekörper 231–233 können ferner als ein einstückiger Körper eine Einheit bildend gebildet sein.
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Das dritte Ausführungsbeispiel liefert Vorteile, die ähnlich zu denselben des ersten Ausführungsbeispiels sind. Die nichtmagnetischen Haltekörper 231–233 können ferner die Haltekraft zum Zusammenhalten des Permanentmagneten 40, der hinteren Platte 44 und der vorderen Platte 45 verbessern, sodass eine Fehlausrichtung zwischen dem Permanentmagneten 40, der hinteren Platte 44 und der vorderen Platte 45 begrenzt werden kann.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Ein viertes Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme des ersten Spalts und des zweiten Spalts, die als der kurzschlussbegrenzende Abschnitt dienen.
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Wie in 10A und 10B gezeigt ist, ist genauer gesagt bei einem elektromagnetischen Aktuator 104 des vierten Ausführungsbeispiels eine erste Nut 25, die als ein kurzschlussbegrenzender Abschnitt dient, in dem Ausgangsstift 60 gebildet.
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Die erste Nut 25 ist in einem vorbestimmten axialen Bereich Af der Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts gebildet. Der vorbestimmte Bereich Af ist ein projizierter Bereich, der durch Projizieren der Innenperipherieoberfläche 452 der vorderen Platte 45 auf die Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 in der radialen Richtung gebildet wird. Die erste Nut 25 erstreckt sich radial von der radialen Außenseite hin zu der radialen Innenseite des Ausgangsstifts 60 und erstreckt sich umfangsmäßig ganz um die Mittelachse O in der Umfangsrichtung. Auf eine minimale Tiefe der ersten Nut 25, die in der radialen Richtung gemessen wird, ist als eine erste Nuttiefe D1 Bezug genommen.
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Eine zweite Nut 26 ist ferner in der Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 gebildet.
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Die zweite Nut 26 ist in einem vorbestimmten axialen Bereich Am der Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 gebildet. Der vorbestimmte Bereich Am ist ein projizierter Bereich, der durch Projizieren der Innenperipherieoberfläche 402 des Permanentmagneten 40 auf die Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 in der radialen Richtung gebildet wird. Die zweite Nut 26 erstreckt sich radial von der radialen Außenseite hin zu der radialen Innenseite des Ausgangsstifts 60 und erstreckt sich umfangsmäßig ganz um die Mittelachse O herum in der Umfangsrichtung. Auf eine minimale Tiefe der zweiten Nut 26, die in der radialen Richtung gemessen wird, ist als eine zweite Nuttiefe D2 Bezug genommen.
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Die erste Nut 25 und die zweite Nut 26 sind von der proximalen Endoberfläche 611 des Ausgangsstifts 60 in der axialen Richtung der Mittelachse O beabstandet. Die erste Nut 25 und die zweite Nut 26 sind durch eine imaginäre planare Oberfläche Is4, die eine Kreisringgestalt hat, definiert, das heißt, geteilt. Die erste Nut kann alternativ in mindestens einem Abschnitt des vorbestimmten Bereichs Af gebildet sein, und die zweite Nut kann in mindestens einem Abschnitt des vorbestimmten Bereichs Am gebildet sein. In 10A sind die erste Nut 25 und die zweite Nut 26 als eine einzelne ununterbrochene Nut angegeben, und die imaginäre planare Oberfläche Is4 ist eine Grenzoberfläche zwischen der ersten Nut 25 und der zweiten Nut 26 in der einzelnen ununterbrochenen Nut. In 10A und 10B sind ferner die erste Nut 25 und die zweite Nut 26 übertrieben dargestellt, um ein Verständnis der charakteristischen Eigenschaft dieser Nuten 25, 26 zu erleichtern.
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Die erste Nut 25, die zweite Nut 26 und der dritte Spalt 23 sind gebildet, um die folgenden relationalen Ausdrücke (5) bis (7) zu erfüllen. D1 = D2 Ausdruck (5) D1 > G3 Ausdruck (6) D2 > G3 Ausdruck (7)
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Das vierte Ausführungsbeispiel liefert Vorteile, die ähnlich zu denselben des ersten Ausführungsbeispiels sind. Auf den ersten Spalt 23 kann einfach als ein Spalt Bezug genommen sein.
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(Fünftes Ausführungsbeispiel)
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Ein fünftes Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu dem vierten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass nichtmagnetische Glieder in der ersten Nut bzw. der zweiten Nut eingebaut sind.
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Wie in 11A und 11B gezeigt ist, ist genauer gesagt bei einem elektromagnetischen Aktuator 105 des fünften Ausführungsbeispiels ein nichtmagnetisches Glied 125 in der ersten Nut 25 eingebaut, und ein nichtmagnetisches Glied 126 ist in der zweiten Nut 26 eingebaut. Ähnlich zu dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die nichtmagnetischen Glieder 125, 126 aus einem nichtmagnetischen Material, wie zum Beispiel austenitischen rostfreien Stahl, hergestellt. Harz oder Gummi können alternativ als das Material der nichtmagnetischen Glieder 125, 126 verwendet werden. Das fünfte Ausführungsbeispiel liefert Vorteile, die ähnlich zu denselben des vierten Ausführungsbeispiels sind. Der Einbau der nichtmagnetischen Glieder 125, 126 verbessert ferner die Haltekraft zum Zusammenhalten des Permanentmagneten 40, der hinteren Platte 44, der vorderen Platte 45 und des Ausgangsstifts 60.
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(Andere Ausführungsbeispiele)
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- (i) Wie in 12A und 12B gezeigt ist, können die Idee des ersten Ausführungsbeispiels und die Idee des vierten Ausführungsbeispiels bei einem elektromagnetischen Aktuator 106 eines anderen Ausführungsbeispiels kombiniert sein. Der erste Spalt 21 und die erste Nut 25 können genauer gesagt in einer Kombination gebildet sein.
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In 12A und 12B ist, um zwischen dem ersten Spalt 21 und der ersten Nut 25 zu unterscheiden, der erste Spalt 21 durch die Innenperipherieoberfläche 452 der vorderen Platte 45 und eine imaginäre zylindrische Oberfläche Is5 definiert. Die imaginäre zylindrische Oberfläche Is5 hat eine Gestalt einer zylindrischen Oberfläche, die sich um die Mittelachse O umfangsmäßig erstreckt. Die erste Nut 25 ist ferner durch die imaginäre zylindrische Oberfläche Is5 und die Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 definiert.
- (ii) Wie in 13 gezeigt ist, kann bei einem elektromagnetischen Aktuator 107 eines anderen Ausführungsbeispiels die erste Spaltausdehnung G1 größer als die zweite Spaltausdehnung G2 eingestellt sein, um den relationalen Ausdruck G1 > G2 zu erfüllen.
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Wie in 14 gezeigt ist, kann ferner bei einem elektromagnetischen Aktuator 108 eines anderen Ausführungsbeispiels die erste Spaltausdehnung G1 eingestellt sein, um kleiner als die zweite Spaltausdehnung G2 zu sein, um den relationalen Ausdruck G1 < G2 zu erfüllen. Ungeachtet der Beziehung zwischen der ersten Spaltausdehnung G1 und der zweiten Spaltausdehnung G2 können Vorteile, die ähnlich zu jenen des ersten Ausführungsbeispiels sind, erreicht werden. Ungeachtet der Beziehung zwischen der ersten Nuttiefe D1 und der zweiten Nuttiefe D2 können ähnlicherweise Vorteile, die ähnlich zu denselben des ersten Ausführungsbeispiels sind, erreicht werden.
- (iii) Wie in 15A und 15B gezeigt ist, können bei einem elektromagnetischen Aktuator 109 eines anderen Ausführungsbeispiels die radiale Ausdehnung des ersten Spalts 21 und die radiale Ausdehnung des zweiten Spalts 22 in der Umfangsrichtung ungleichbleibend sein, das heißt, können in der Umfangsrichtung variieren. Wie in 15A und 15B gezeigt ist, kann die radiale Distanz von der Innenperipherieoberfläche 452 der vorderen Platte 45 zu der Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 in der Umfangsrichtung variieren. Eine maximale Distanz (maximale Ausdehnung) von der Innenperipherieoberfläche 452 der vorderen Platte 45 zu der Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 ist durch G4 bezeichnet. Bei der Struktur, bei der die erste Spaltausdehnung G1 kleiner als die maximale Ausdehnung G4 ist, können die Vorteile, die ähnlich zu denselben des ersten Ausführungsbeispiels sind, erreicht werden.
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Die radiale Ausdehnung der ersten Nut und die radiale Ausdehnung der zweiten Nut können ähnlicherweise in der Umfangsrichtung ungleichbleibend sein, und dadurch können die radiale Distanz von der Innenperipherieoberfläche 452 der vorderen Platte 45 zu der Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 und die radiale Distanz von der Innenperipherieoberfläche 402 des Permanentmagneten 40 zu der Außenperipherieoberfläche 612 des Ausgangsstifts 60 in der Umfangsrichtung variieren. Selbst auf diese Weise können Vorteile, die ähnlich zu denselben des vierten Ausführungsbeispiels sind, erreicht werden.
- (iv) Die anderen Strukturen der anderen Abschnitte des elektromagnetischen Aktuators als die Struktur, die den Kurzschluss begrenzenden Abschnitt, der zwischen der Außenperipherieoberfläche des Ausgangsstifts und der Innenperipherieoberfläche der vorderen Platte gebildet ist, um das magnetische Kurzschließen zwischen den magnetischen Polen des Permanentmagneten zu begrenzen, hat, sollten nicht auf die im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt sein.
- (v) Es kann ein elektromagnetischer Aktuator verwendet werden, der zwei oder mehr Sätze von stationären Anordnungen und beweglichen Anordnungen aufweist.
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Wie in 16 gezeigt ist, können beispielsweise zwei Sätze der elektromagnetischen Aktuatoren, von denen jeder ähnlich zu dem elektromagnetischen Aktuator des ersten Ausführungsbeispiels ist, Seite an Seite angeordnet sein und miteinander eine Einheit bilden. In diesem Fall haben die Ausgangsstifte 60 eine Mittelachse O1 bzw. eine Mittelachse O2.
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Der Ausgangsstift kann ferner exzentrisch angeordnet sein. In einem solchen Fall kann der Ausgangsstift, der ähnlich zu dem Ausgangsstift des ersten Ausführungsbeispiels ist, möglicherweise nicht mit der eingreifenden Nut, die in der Nockenwelle gebildet ist, in Eingriff sein, und ein eingreifender Stift kann neben dem Ausgangsstift vorgesehen sein. Dieser eingreifende Stift entspricht dem Ausgangsstift des ersten Ausführungsbeispiels und ist mit der eingreifenden Nut der Nockenwelle im Eingriff.
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Wie in 17 gezeigt ist, weist bei einem elektromagnetischen Aktuator 110, der zwei oder mehr Sätze von beweglichen Anordnungen 701, 702 hat, jeder von Statoren 761, 762 ein Loch 771, 772 in einer Mitte desselben auf und ist in einer zylindrischen Gestalt geformt.
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Jeder von Ausgangsstiften 721, 722 ist konfiguriert, um sich in der axialen Richtung hin und her zu bewegen (das heißt, konfiguriert, um vorwärts und rückwärts beweglich zu sein). Jeder der Ausgangsstifte 721, 722 weist eine Mittelachse O1, O2 auf. Auf eine Seite in der Vorwärtsbewegungsrichtung von jedem der Ausgangsstifte 721, 722 ist als eine „vordere Seite” Bezug genommen, und auf eine Seite in der Rückwärtsbewegungsrichtung von jedem der Ausgangsstifte 721, 722 ist als eine „Rückseite” Bezug genommen.
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Jeder von eingreifenden Stiften 711, 712 ist an einer entsprechenden von hinteren Platten 731, 731 fixiert, die den entsprechenden der Ausgangsstifte 721, 722 hält. Wenn der entsprechende Ausgangsstift 721, 722 vorwärts bewegt wird, um den eingreifenden Stift 711, 712 vorwärts anzutreiben, wird der eingreifende Stift 711, 712 in der entsprechenden eingreifenden Nut zum Eingriff gebracht. Wenn ferner der Ausgangsstift 721, 722 rückwärts bewegt wird, um den eingreifenden Stift 711, 712 rückwärts anzutreiben, wird der eingreifende Stift 711, 712 von der entsprechenden eingreifenden Nut außer Eingriff gebracht.
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Alternativ zu der Struktur von 17 kann jeder der eingreifenden Stifte 711, 712 an einem Permanentmagneten 741, 742 oder einer vorderen Platte 751, 752, die an dem Ausgangsstift 721, 722 fixiert ist, fixiert sein. Das heißt, es ist lediglich erforderlich, dass der eingreifende Stift 711, 712 mindestens an einem Abschnitt der beweglichen Anordnung 701, 702 fixiert ist.
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Die Mittelachse des eingreifenden Stifts 711 ist hier durch P1 bezeichnet, und die Mittelachse des eingreifenden Stifts 712 ist durch P2 bezeichnet. In einem solchen Fall kann jede der Mittelachsen P1, P2 an einem Ort platziert sein, der sich von dem Ort der Mittelachse O1, O2 des entsprechenden Ausgangsstifts 721, 722 unterscheidet (genauer gesagt kann jede der Mittelachsen P1, P2 auf der radialen Innenseite der entsprechenden Mittelachse O1, O2 platziert sein). Auf diese Weise kann eine Distanz zwischen den eingreifenden Stiften 711, 712 reduziert werden, und dadurch kann die Größe des elektromagnetischen Aktuators 110, der die zwei oder mehr beweglichen Anordnungen 701, 702 aufweist, kompakter gemacht werden.
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Jede der beweglichen Anordnungen 701, 702 des elektromagnetischen Aktuators 110 weist ferner einen ersten Spalt 831, 832 und einen zweiten Spalt 841, 842 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel auf.
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In dem Fall des elektromagnetischen Aktuators 110, der auf die im Vorhergehenden beschrieben Art und Weise aufgebaut ist, befindet sich ein proximaler Endabschnitt 781, 782 von jedem der Ausgangsstifte 721, 722 auf der Seite, auf der der eingreifende Stift 711, 712 bei der vorderen Seite des Ausgangsstifts 721, 722 fixiert ist, das heißt, sich dort befindet.
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Ein distaler Endabschnitt 791, 792 des Ausgangsstifts 721, 722 befindet sich ferner auf der Seite, die von der Seite abgewandt ist, auf der der eingreifende Stift 711, 712 an der Rückseite des Ausgangsstifts 721, 722 fixiert ist, das heißt, sich befindet.
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Bei dem elektromagnetischen Aktuator 110 unterscheidet sich die Positionsbeziehung zwischen dem proximalen Endabschnitt 781, 782 und dem distalen Endabschnitt 791, 792 von derselben des elektromagnetischen Aktuators 101 des ersten Ausführungsbeispiels. Bei dem elektromagnetischen Aktuator 101 des ersten Ausführungsbeispiels ist der proximale Endabschnitt 61 bei der Rückseite des Ausgangsstifts 60 platziert, und der distale Endabschnitt 94 ist bei der vorderen Seite des Ausgangsstifts 60 platziert.
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Bei dem elektromagnetischen Aktuator 110 unterscheidet sich ferner die Positionsbeziehung zwischen der hinteren Platte 731, 732, dem Permanentmagneten 741, 742 und der vorderen Platte 751, 752 von derselben des ersten Ausführungsbeispiels.
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Die hintere Platte 731, 732 ist bei der vorderen Seite des Ausgangsstifts 721, 722 platziert, derart, dass eine proximale Endoberfläche 801, 802 des Ausgangsstifts 721, 722 von dem Loch der hinteren Platte 731, 732 auf der Seite, auf der die vordere Seite des Ausgangstifts 721, 722 platziert, freigelegt ist.
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Der Permanentmagnet 741, 742 ist auf der Seite der hinteren Platte 731, 732 platziert, auf der die Rückseite des Ausgangsstifts 721, 722 platziert ist, und der Permanentmagnet 741, 742 ist an eine hintere Endoberfläche 811, 812 der hinteren Platte 731, 732 gefügt.
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Die vordere Platte 751, 752 ist auf der Seite des Permanentmagneten 741, 742 platziert, auf der die Rückseite des Ausgangsstifts 721,722 platziert ist, und die vordere Platte 751, 752 ist an die hintere Endoberfläche 821, 822 des Permanentmagneten 741, 742 gefügt.
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Der im Vorhergehenden beschriebene elektromagnetische Aktuator kann Vorteile erreichen, die ähnlich zu denselben des ersten Ausführungsbeispiels sind.
- (vi) Bei den zweiten und dritten Ausführungsbeispielen ist es lediglich erforderlich, dass das nichtmagnetische Glied in mindestens einem Abschnitt des ersten Spalts, des zweiten Spalts oder des dritten Spalts platziert ist. Bei dem fünften Ausführungsbeispiel ist es ähnlicherweise lediglich erforderlich, dass das nichtmagnetische Glied in mindestens einem Abschnitt der ersten Nut oder der zweiten Nut platziert.
- (vii) Die nicht magnetischen Haltekörper 231–233 des dritten Ausführungsbeispiels können bei dem elektromagnetischen Aktuator von einem der zweiten, vierten, fünften und anderen Ausführungsbeispiele, die im Vorhergehenden erörtert sind, vorgesehen sein.
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Die vorliegende Offenbarung sollte nicht auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele begrenzt werden und kann innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung auf verschiedene andere Weisen ausgeführt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006011905 U1 [0002, 0003, 0003, 0003]
- DE 202012104122 U1 [0002, 0003, 0003, 0003]
- JP 2013-217265 A [0034]
