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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Stellglied vom Umlauftyp, das
seine Ausgangsleistung als eine Quelle zum Antrieb von Industriemaschinen, Maschinen
für zivile
Nutzung und dergleichen, die eine Umlaufbewegung anwenden, verwenden
kann.
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Herkömmlicherweise
ist ein Verfahren verwendet worden wie etwa das Erlangen einer Umlaufbewegung
als Ausgangsleistung unter Verwendung eines Mechanismus zur Umwandlung
der Ausgangsleistung, um dadurch eine Drehbewegung eines Schrittmotors,
eines Gleichstrom-(DC-)Motors oder dergleichen in eine Umlaufbewegung
umzuwandeln. Andererseits ist jedoch ein solcher Motor mit variablem
Luftspalt, ein Motor mit variabler Reluktanz oder dergleichen bekannt,
die ihr bewegliches Element direkt umlaufen lassen, wie im jeweiligen
Amtsblatt der japanischen ungeprüften
Patentanmeldungen Nr. HEI 8-205 515 und Nr. HEI 11-275 851 offenbart.
Diese Motoren nutzen eine elektromagnetische Kraft, die in der gleichen
Richtung wie der Haupt-Magnetfluß erzeugt wird, wodurch sie
eine Drehung mit niedriger Geschwindigkeit und hohem Drehmoment
aufweisen.
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Jedoch
war das oben erwähnte
Verfahren zur Umwandlung einer Drehbewegung eines Schrittmotors,
eines Gleichstrommotors und dergleichen in eine Umlaufbewegung durch
Verwendung eines Mechanismus zur Umwandlung der Ausgangsleistung mit
solchen Problemen behaftet, wie etwa dem, daß Reibung, die im Abschnitt
des Mechanismus zur Umwandlung der Ausgangsleistung erzeugt wird,
den Wirkungsgrad verschlechtert und daß die Vorrichtung, die ein
solches Verfahren verwendet, schwer zu miniaturisieren ist. Ein
Motor mit variablem Luftspalt oder ein Motor mit variabler Reluktanz
wiederum hat eine größere Luftspaltlänge als
ein Gleichstrommotor herkömmlicher
Art und dergleichen, so daß er
einen stärkeren
magnetischen Streufluß und
eine größere Luftspaltänderung
hat, so daß er
mit dem Problem behaftet ist, daß eine Drehung mit hoher Geschwindigkeit
schwer zu erreichen ist.
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Eine
Motorart ist in der europäischen
Patentanmeldung
EP 0 748 031 beschrieben.
Dieses Dokument beschreibt einen bürstenlosen Elektromotor mit
axialem Luftspalt, der einen Rotor mit einer Vielzahl von Permanentmagnetpolen
und einen Stator mit einer Vielzahl von Leiterschichten und einer
Verbindungsschicht zur Verbindung der Leiterschichten aufweist.
Der Motor wird betrieben, indem die Leiterschichten mit dreiphasigem
elektrischem Strom angeregt werden, was Magnetfelder der Leiter
erregt, die mit dem Magnetfeld der Permanentmagnete in Wechselwirkung
treten. Die Magnete sind voneinander so beabstandet, daß die ungeraden
Oberwellen minimiert werden, um dadurch die Drehmomentwelligkeit
zu minimieren. Man beachte jedoch, daß dieses Dokument einen Rotationsmotor
und kein drehbewegungsfähiges
Stellglied beschreibt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf das oben Dargelegte ist es eine Aufgabe der Erfindung,
ein Stellglied vom Umlauftyp bereitzustellen, das eine Umlaufbewegung
direkt erlangen kann, ohne den oben erwähnten Mechanismus zur Umwandlung
der Ausgangsleistung zu verwenden, um dadurch diese Ausgangsleistung als
eine Quelle zum Antrieb von Industriemaschinen, Maschinen für zivile
Nutzung und dergleichen, die eine Umlaufbewegung anwenden, zu nutzen,
und das außerdem
eine Drehung mit hoher Geschwindigkeit zuläßt, und zwar auf der Grundlage
seines Prinzips, daß es
keine Änderung
des magnetischen Luftspalts zwischen seinem eigenen beweglichen Element
und feststehendem Element hat.
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Zu
diesem Zweck wird unter einem Aspekt der vorliegenden Erfindung
ein Stellglied vom Umlauftyp nach Anspruch 1 bereitgestellt. Unter
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Stellglied
vom Umlauftyp nach Anspruch 19 bereitgestellt.
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Das
Stellglied mit einem umlaufenden beweglichen Element gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt
ein bewegliches Teil, das in bezug auf ein feststehendes Teil umlaufen
kann; eine Vielzahl von Leiterbahnen, die auf einer Fläche parallel
zu einer Bewegungsbahnfläche
der Umlaufbewegung liegen und mittels derer Ströme in einander überschneidenden
Richtungen fließen;
eine Stromversorgung, die in der Vielzahl von Leiterbahnen Ströme mit einer Phasendifferenz
fließen
läßt; einen
Magnetfeldgenerator, der ein magnetisches Feld senkrecht zu der Leiterbahn
bildet; wobei das bewegliche Teil aufgrund einer elektromagnetischen
Kraft umläuft,
die durch eine Wechselwirkung zwischen einem in der Leiterbahn fließenden Strom
und einem durch den Magnetfeldgenerator erzeugten Magnetfeld erzeugt wird.
Der oben erwähnte
Magnetfeldgenerator kann aus einem Magneten und einem Stator, der
durch einen durch diesen Magneten erzeugten magnetischen Fluß magnetisiert
wird, bestehen, und zwar in einer solchen Konfiguration, daß das oben
erwähnte bewegliche
Teil gegenüber
einem magnetischen Pol des Magneten in einer Ebene senkrecht zu
dem zwischen dem Magneten und dem Stator bestehenden magnetischen
Fluß angeordnet
ist und an ihm ein Leiter zur Bildung der Leiterbahn angebracht
ist.
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Das
erfindungsgemäße Stellglied
vom Umlauftyp, bei dem das durch ein Drehbehinderungselement an
einer Drehbewegung gehinderte bewegliche Teil mit einem vorbestimmten
Umlaufradius zum Antrieb von Maschinen in Umlauf versetzt wird,
ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
eine Leiterbahn ausgebildet ist, die einen Strom auf der oben erwähnten Bahnfläche der
Umlaufbewegung oder in einer Ebene parallel zu dieser Bahnfläche der
Umlaufbewegung fließen
läßt, um dadurch
ein magnetisches Feld senkrecht zu der oben erwähnten Leiterbahn zu bilden,
so daß eine
elektromagnetische Kraft, die durch eine Wechselwirkung zwischen
dem oben erwähnten
Strom und der durch das oben erwähnte
Magnetfeld erzeugten elektromagnetischen Kraft die Stärke des
oben erwähnten
Stroms ändern kann,
um somit eine exzentrische Umlaufbewegung um eine vorbestimmte Exzenterachse
zu erzeugen, und zwar dergestalt, daß die Achse der Umlaufbewegung
und der an der Erzeugung der elektromagnetischen Kraft beteiligte
magnetische Fluß parallel
zueinander sind, um dadurch eine Änderung des Luftspalts zwischen
dem beweglichen Teil und dem Stator grundsätzlich zu beseitigen und so
zu ermöglichen,
daß die
Luftspaltlänge
hinreichend klein innerhalb des in der Praxis vorteilhaftesten Bereichs
ausgelegt werden kann, wodurch die hervorragende Wirkung erreicht
wird, nämlich
eine Drehbewegung mit hoher Geschwindigkeit zuzulassen, was mit
einem Stellglied vom Umlauftyp nach dem Stand der Technik bisher
unmöglich
ist.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
oben erwähnten
und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
deutlicher, wobei diese folgendes zeigen:
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1 ist
eine Schnittansicht zur Anschauung eines Stellglieds vom Umlauftyp
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 sind
Perspektivansichten zur Anschauung von Konfigurationsbeispielen
für Leiterbahnen
und einen Magnetfeldgenerator im Stellglied von 1;
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3 ist
eine Darstellung zur Anschauung eines Arbeitsprinzips des Stellglieds
von 1;
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4 ist
eine Schnittansicht zur Anschauung von Arbeitsschritten eines beweglichen
Teils des Stellglieds von 1;
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5 ist
eine Darstellung zur Anschauung eines Weges des magnetischen Flusses
im Stellglied von 1;
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6 ist
eine Schnittansicht zur Anschauung eines Stellglieds vom Umlauftyp
gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der Erfindung;
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7 ist
eine Schnittansicht zur Anschauung eines Stellglieds vom Umlauftyp
gemäß einer dritten
Ausführungsform
der Erfindung;
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8 ist
eine Schnittansicht zur Anschauung eines Stellglieds vom Umlauftyp
gemäß einer vierten
Ausführungsform
der Erfindung;
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9 ist
eine Perspektivansicht zur Anschauung eines Konfigurationsbeispiels
für einen Permanentmagneten
des Stellglieds vom Umlauftyp der vierten Ausführungsform der Erfindung;
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10 ist
eine Schnittansicht zur Anschauung eines Stellglieds vom Umlauftyp
gemäß einer fünften Ausführungsform
der Erfindung;
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11 ist
eine Schnittansicht zur Anschauung eines Stellglieds vom Umlauftyp
gemäß einer sechsten
Ausführungsform
der Erfindung;
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12 ist
eine Schnittansicht zur Anschauung eines Stellglieds vom Umlauftyp
gemäß einer siebenten
Ausführungsform
der Erfindung;
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13(a) ist eine Schnittansicht zur Anschauung eines
Stellglieds vom Umlauftyp gemäß einer
achten Ausführungsform
der Erfindung;
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13(b) ist eine Schnittansicht bezogen auf die
Linie A-A von 13(a);
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14(a) ist eine Schnittansicht zur Anschauung eines
Stellglieds vom Umlauftyp gemäß einer
neunten Ausführungsform
der Erfindung,
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14(b) ist eine Schnittansicht bezogen auf die
Linie A-A von 14(a);
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15 ist
eine Perspektivansicht zur Anschauung eines Konfigurationsbeispiels
für eine
Leiterbahn eines Stellglieds vom Umlauftyp gemäß einer zehnten Ausführungsform
der Erfindung;
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16(a) ist eine Schnittansicht zur Anschauung eines
Konfigurationsbeispiels für
eine Leiterbahn eines Stellglieds vom Umlauftyp gemäß einer
elften Ausführungsform
der Erfindung, 16(b) ist eine Schnittansicht
bezogen auf die Linie A-A von 16(a);
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17(a) ist eine Schnittansicht zur Anschauung einer
Richtung, in der eine elektromagnetische Kraft erzeugt wird, wenn
ein Strom zwischen 9g und 9c in einem in 16(b) gezeigten Konfigurationsbeispiel für eine Leiterbahn
geleitet wird, und 17(b) ist
eine Schnittansicht zur Anschauung einen Zustandes, in dem ein Strom
zwischen 9h und 9d geleitet wird;
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18(a) und 18(b) sind
Darstellungen zur Anschauung von Konfigurationsbeispielen für ein Stellglied
vom Umlauftyp und eine Leiterbahn gemäß einer zwölften Ausführungsform der Erfindung;
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19(a), 19(b), 19(c) und 19(d) sind
Darstellungen zur Anschauung von Arbeitsschritten einer Leiterbahn
in zeitlicher Reihenfolge;
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20 ist
eine Schnittansicht zur Anschauung einer Konfiguration in einem
Fall, wo das Stellglied vom Umlauftyp gemäß der elften Ausführungsform
der Erfindung als eine Quelle zum Antrieb einer Schneckenpumpe verwendet
wird;
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21 ist
eine auseinandergezogene Perspektivansicht zur Anschauung eines
Schneckenabschnitts der oben erwähnten
Ausführungsform;
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22 ist
eine Darstellung zur Erklärung
von Arbeitsschritten des oben erwähnten Schneckenabschnitts;
und
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23 ist
eine Schnittansicht zur Anschauung einer Konfiguration in einem
Fall, wo das Stellglied vom Umlauftyp gemäß der zwölften Ausführungsform der Erfindung als
eine Quelle zum Antrieb einer Schneckenpumpe verwendet wird.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nunmehr mit Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben.
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ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
ein Stellglied vom Umlauftyp gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung. In 1 umfaßt das Stellglied vom Umlauftyp
ein bewegliches Teil 1, das zu einer Parallelbewegung (Umlaufbewegung)
mit einem vorbestimmten Umlaufradius imstande ist, einen Permanentmagneten 2 zur
Erzeugung eines axialen Magnetfeldes, Leiterbahnen 3a und 3b zur
Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft, die auf das oben erwähnte bewegliche
Teil 1 wirkt, eine Exzenterwelle 4, um das oben
erwähnte bewegliche
Teil 1 an einer Drehbewegung zu hindern und um es mit dem
vorbestimmten Radius umlaufen zu lassen, und Statoren (Eisenkerne) 5a und 5b,
die gänzlich
von einer magnetischen Substanz umgeben sind, um dadurch zu verhindern,
daß ein
magnetischer Fluß,
der von dem oben erwähnten
Permanentmagneten 2 ausgeht, nach außen austritt. Die Statoren 5a und 5b dienen
außerdem
als ein äußeres Gehäuse. Obwohl
in diesem Dokument nicht eigens dargestellt ist, wie die Umlaufbewegung
des beweglichen Teils 1 genutzt werden kann, kann sie in
geeigneter Weise in einer Schneckenpumpe zum Komprimieren eines
Fluids genutzt werden, wie in der folgenden Ausführungsform beschrieben wird.
Ansonsten kann die Umlaufbewegung auch als solche nach außen übertragen
werden.
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Was
den Mechanismus zur Beschränkung der
Bewegung des beweglichen Teils 1 auf eine Bahnfläche der
Umlaufbewegung und außerdem
zur Behinderung seiner Drehbewegung anbetrifft, sind mindestens
zwei zum beweglichen Teil 1 erhöht vorgesehene Stifte 1a drehbar
in ein Exzenterloch 4a in der Exzenterwelle 4 eingefügt, die
wiederum durch ein Lager (nicht gezeigt) drehbar in einem im Stator 5a ausgebildeten
Loch 5c gehalten wird, das als Befestigungsteil dient.
Die Leiterbahnen 3a und 3b befinden sich auf einer
Fläche
parallel zur Bahnfläche der
Umlaufbewegung, auf der Ströme
von einer externen Stromversorgung 15 über einen Anschlußdraht 16 durch
diese Bahnen 3a und 3b in einander überschneidenden
Richtungen mit einer Phasendifferenz von 90° zueinander fließen. Der
Permanentmagnet 2 und die Statoren 5a und 5b bilden
zusammengenommen ein Magnetfeld, das senkrecht auf den Leiterbahnen 3a und 3b steht
(Magnetfeldgenerator). In dieser Ausführungsform sind die Leiterbahnen 3a und 3b (Leiter)
am beweglichen Teil 1 befestigt, das mit einer elektromagnetischen
Kraft umläuft, die
durch eine Wechselwirkung zwischen den durch die Leiterbahnen 3a und 3b fließenden Strömen und dem
durch den Permanentmagneten 2 erzeugten Magnetfeld erzeugt
wird.
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2 zeigt
ein Konfigurationsbeispiel für
die Leiterbahnen 3a und 3b und den Permanentmagneten 2 zur
Erzeugung eines Magnetfeldes in verschiedenen Richtungen (in der
Figur durch einen Pfeil B gekennzeichnet) im Stellglied vom Umlauftyp
gemäß dieser
Ausführungsform.
Die Leiterbahnen 3a und 3b sind jeweils auf paarweise
ausgebildeten Leiterplatten in einer solchen Konfiguration gegeben,
daß sie Ströme in den
Richtungen von gedruckten Leiterzügen (die einander überschneiden)
fließen
lassen, die sich voneinander um einen Winkel von 90° unterscheiden
(durch Pfeile gekennzeichnet). Das bewegliche Teil 1 kann
mit einem vorbestimmten Umlaufradius umlaufen, unter Verwendung
der beiden Exzenterwellen 4, wodurch es an einer Drehbewegung
gehindert wird. Der Permanentmagnet 2 ist derartig magnetisiert,
daß er
ein Magnetfeld in der Richtung der Achse der Umlaufbewegung erzeugt,
wodurch ein vorbestimmtes vertikales Magnetfeld auf den Leiterbahnen 3a und 3b erzeugt
wird.
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Wenn
die oben erwähnten
Leiterbahnen 3a und 3b mit Wechselströmen (AC)
von der Stromversorgung 15 versorgt werden, fließt ein Strom
senkrecht zu dem axialen Magnetfeld, das durch den Permanentmagneten 2 erzeugt
wird. Dementsprechend tritt, wie ein 3 gezeigt,
auf den Leiterbahnen 3a und 3b eine elektromagnetische
Kraft F (gemäß der Flemingschen
Linke-Hand-Regel) in einer Richtung senkrecht sowohl zu einem Strom
I als auch zu einem Magnetfeld (einer magnetischen Flußdichte)
B auf. Die Wechselströme,
die den Leiterbahnen 3a und 3b zugeführt werden,
erhalten eine Phasendifferenz von 90° zwischen sich, wodurch ein
Kreis in Bewegung der Richtung einer Summe von Kräften, die in
den Leiterbahnen 3a bzw. 3b erzeugt werden, entsteht.
Dies läßt dem beweglichen
Teil 1 effektiv eine Kraft in seiner vorbestimmten Umlaufrichtung
zuteil werden, so daß es
mit dem vorbestimmten Radius umlaufen kann. Infolgedessen kann eine
Last verringert werden, die auf den Mechanismus zur Bahnflächenbeschränkung wirkt.
Außerdem
tritt keine axiale Kraft auf, wodurch Vibrationen und dergleichen
extrem verringert werden.
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4 zeigt
in zeitlicher Reihenfolge, wie das bewegliche Teil 1 umläuft. Außerdem zeigt 5 durch
einen Pfeil einen geschlossenen magnetischen Weg, durch den im Stellglied
gemäß dieser Ausführungsform
ein magnetischer Fluß aufgrund des
Permanentmagneten 2 verläuft.
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Obwohl
in dieser Ausführungsform
die Leiterbahnen 3a und 3b auf den beiden übereinandergestapelten
Leiterplatten in einer solchen Konfiguration gegeben sind, daß eine Phasendifferenz
von 90° zwischen
den durch diese Bahnen fließenden
Strömen
entsteht, ist die mögliche
Konfiguration nicht darauf beschränkt und kann, wie später beschrieben wird,
derartig beschaffen sein, daß sie
nur eine Leiterbahn hat oder auch eine Vielzahl von Schichten von
Leiterbahnen aufweist. Außerdem
ist die Konfiguration der Leiterbahnen selbst nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt,
in der Leiterplatten vorgesehen sind, und kann, wie später beschrieben
wird, derartig beschaffen sein, daß diese Leiterbahnen auf einer
metallischen Oberfläche
(Flachleiter) vorgesehen sind oder drei übereinandergestapelte Leiterplatten
so vorgesehen sind, daß ein
Phasenunterschied von 120° zwischen
den Stromflußrichtungen
entsteht. Außerdem
kann, obwohl diese Ausführungsform
als Magnetfeldgenerator einen Permanentmagneten verwendet hat, jedes
andere Mittel verwendet werden, wie etwa ein Elektromagnet oder
dergleichen, soweit es eine hinreichende magnetomotorische Kraft
hat.
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ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
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6 zeigt
ein Stellglied vom Umlauftyp gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung. In dieser Ausführungsform
ist das bewegliche Teil 1 als ein beweglicher Eisenkern 10 ausgebildet.
Der bewegliche Eisenkern 10 besteht entsprechend aus einer
magnetischen Substanz wie etwa elektromagnetischem Weicheisen, elektromagnetischem
Stahl oder dergleichen. Dementsprechend durchläuft der vom Permanentmagneten 2 ausgehende
magnetische Fluß die
Leiterbahnen 3a und 3b, den beweglichen Eisenkern 10 und
den Stator-Eisenkern 5b, um dadurch das Austreten des magnetischen
Flusses zu unterdrücken,
wodurch die Magnetismuseffizienz verbessert wird. Außerdem muß der Stator 5a in
dieser Ausführungsform
nicht mehr aus einer magnetischen Substanz bestehen und kann aus
einem Harz, einem aluminiumbasierten Metallmaterial oder dergleichen
bestehen, wodurch das Gewicht und die Kosten der betreffenden Vorrichtung
verringert werden.
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DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
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7 zeigt
ein Stellglied vom Umlauftyp gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung. In dieser Ausführungsform
hat der Stator-Eisenkern 5b gegenüber vom beweglichen Eisenkern 10 der
oben erwähnten
zweiten Ausführungsform
eine Magnetisierungsfläche 6,
die jedes Mal magnetisiert wird, wenn sie sich in einer Richtung
senkrecht zu der Bahnfläche
der Umlaufbewegung annähert.
Wenn der bewegliche Eisenkern 10 mit dem vorbestimmten Radius
umläuft,
wird der Stator-Eisenkern 5b gegenüber dem beweglichen Eisenkern 10 immer
nur in einer Richtung senkrecht zur Bahnfläche der Umlaufbewegung magnetisiert,
so daß die
Länge eines Luftspalts
zwischen ihm und dem Stator-Eisenkern 5b im großen und
ganzen konstant gehalten werden kann, wodurch das Austreten des
magnetischen Flusses verringert wird. Dementsprechend kann die Magnetismuseffizienz
verbessert werden. Außerdem kann
dieser Effekt maximiert werden, indem der Außendurchmesser des beweglichen
Eisenkerns 10 hinreichend vergrößert wird, um während der
Umlaufebewegung immer eine Magnetisierung der gesamten Magnetisierungsfläche 6 am
oberen Ende des Stator-Eisenkerns 5b zu gewährleisten.
Ferner kann im Vergleich zur oben erwähnten zweiten Ausführungsform
eine Anziehungskraft in entgegengesetzter Richtung zur Umlaufbewegung
zwischen dem beweglichen Eisenkern 10 und dem Stator-Eisenkern 5b verringert
werden, wodurch die Energieeffizienz verbessert wird.
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VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
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8 zeigt
ein Stellglied vom Umlauftyp gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung. 9 zeigt ein Konfigurationsbeispiel
für den
Permanentmagneten 2 in diesem Stellglied. Diese Ausführungsform
ist die gleiche wie die oben erwähnte
zweite Ausführungsform
mit Ausnahme des Verfahrens zur Magnetisierung des Permanentmagneten 2.
Das heißt,
daß beim
Permanentmagneten 2 dieser Ausführungsform die Fläche gegenüber dem
beweglichen Eisenkern 10 flächenmäßig größer als der Bereich der Bahnfläche der
Umlaufbewegung des beweglichen Eisenkerns 10 ist und daß außerdem an den
inneren und äußeren Umfängen auf
der gleichen Fläche
ein N-Pol und ein S-Pol vorgesehen sind. Der magnetische Fluß geht von
einem dieser Pole auf dieser Fläche
aus und durchläuft,
wie durch einen Pfeil in der Figur gekennzeichnet ist, das Innere
des Permanentmagneten 2 und endet am anderen Pol auf der
gleichen Fläche,
von wo aus er dann in den Stator 5a eintritt, wodurch ein
magnetischer Kreis entsteht. Der Permanentmagnet 2 kann
eine solche Konfiguration haben, daß die N- und S-Pole entgegengesetzt
zu 9 angeordnet sind. Außerdem ist die Konfiguration
der Pole nicht auf die oben erwähnte
beschränkt.
Durch Verwendung eines solchen magnetischen Kreises kann auch ohne
den Stator-Eisenkern 5b verhindert werden, daß der magnetische Fluß nach außerhalb
einer Fläche
gegenüber
der Fläche,
die beide Pole des Magneten 2 enthält, austritt. Indem dies getan
wird, kann dies das Stellglied vom Umlauftyp dünner machen.
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FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
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10 zeigt
ein Stellglied vom Umlauftyp gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der Erfindung. Diese Ausführungsform
ist die gleiche wie die oben erwähnte
zweite Ausführungsform,
mit der Ausnahme, daß die
gegenüber
dem beweglichen Eisenkern 10 des Permanentmagneten 2 angeordnete
Polfläche
flächenmäßig größer als
der größte Umlaufbewegungsbereich
der Leiterbahnen 3 ist. Außerdem sind auf dem Permanentmagneten 2 auf
dem Stator-Eisenkern 5b Stator-Eisenkerne 5c und 5d angeordnet,
die auf seiner Oberfläche übereinandergestapelt
sind und die aus einer magnetischen Substanz wie etwa elektromagnetischem
Weicheisen bestehen. Die erste Schicht im Stapel besteht aus dem Stator-Eisenkern 5c mit
der gleichen Querschnittsform wie der Permanentmagnet 2,
und die zweite Schicht besteht aus dem Stator-Eisenkern 5d mit
einer kleineren Fläche
als die oben erwähnte
Polfläche und
einer oberen Oberfläche,
die flächenmäßig größer als
der größte Umlaufbewegungsbereich
der Leiterbahn 3a oder 3b ist, ganz gleich, welche
die größere ist.
Dementsprechend wird der vom Permanentmagneten 2 ausgehende
magnetische Fluß konzentriert,
wenn er die Stator-Eisenkerne 5c und 5d in dieser
Reihenfolge durchläuft,
um seine Dichte entlang der Leiterbahn 3 stark zu erhöhen, wodurch
das Drehmoment verbessert wird. Obwohl in 10 die magnetische
Substanz in der Polfläche
in einer solchen stufenartigen Form angeordnet ist, daß sie aus den
Stator-Eisenkernen 5c und 5d besteht, ist die Form
nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt. Zum
Beispiel können
diese Stator-Eisenkerne 5c und 5d so integriert
sein, daß die
obere Oberfläche
flächenmäßig kleiner
als die Polfläche,
aber größer als der
größte Umlaufbewegungsbereich
der Leiterbahn 3a oder 3b ist, ganz gleich, welche
die größere ist, und
die untere Oberfläche
kann kegelstumpfförmig mit
der gleichen Querschnittsfläche
wie die Polfläche sein,
so daß die
größere untere
Oberfläche
und die kleinere obere Oberfläche
mit einer Kegelneigung der magnetischen Substanz zum Einsatz kommen. Ferner
müssen
die obere und die untere Oberfläche der
oben erwähnten
magnetischen Substanz nicht von gleicher oder ähnlicher Form sein und können jede
Form haben, solange sie zur Lösung
der oben erwähnten
Probleme beiträgt.
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SECHSTE UND
SIEBENTE AUSFÜHRUNGSFORM
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11 zeigt
ein Stellglied vom Umlauftyp gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der Erfindung. 12 zeigt ein Stellglied vom
Umlauftyp gemäß einer
siebenten Ausführungsform
der Erfindung. In 11 und 12 sind
diese Ausführungsformen die
gleichen wie die oben erwähnte
erste bzw. zweite Ausführungsform,
mit der Ausnahme, daß die
Leiterbahnen 3a und 3b feststehen und der Permanentmagnet 2 beweglich
ist. In 11 besteht das gesamte bewegliche
Teil aus dem Permanentmagneten 2, welcher umläuft. In 12 ist
das bewegliche Teil als der bewegliche Eisenkern 10 gegeben,
der aus einer magnetischen Substanz wie etwa elektromagnetischem
Weicheisen und dergleichen besteht und an dem in der Konfiguration
der Permanentmagnet 2 befestigt ist. In beiden 11 und 12 laufen
dadurch, daß die
Leiterbahnen 3a und 3b am Stator-Eisenkern 5b befestigt
sind, diese Bahnen 3a und 3b selbst nicht um,
um somit die Verbindung zum Zuführen
von Strom von der Stromversorgung zu vereinfachen und um außerdem ein
Problem der Ermüdung und
dergleichen der Verdrahtung zu vermeiden, das durch das Umlaufen
verursacht wird, so daß die Standzeit
der Stromversorgungs-Verdrahtungsleitungen verlängert wird.
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ACHTE AUSFÜHRUNGSFORM
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13(a) und 13(b) zeigen
ein Stellglied vom Umlauftyp gemäß einer
achten Ausführungsform
der Erfindung. Diese Ausführungsform
ist die gleiche wie die oben erwähnte
erste Ausführungsform,
mit der Ausnahme, daß zwischen
dem beweglichen Teil 1 und dem Stator-Eisenkern 5b eine Vielzahl
von Druckfedern 7 angeordnet ist, die in der Umlaufbewegungsebene
des beweglichen Teils 1 zusammengedrückt werden kann und die einen
solchen Federkoeffizienten hat, daß dadurch gegenseitige Resonanz
bei einer vorbestimmten Vibrationsfrequenz ermöglicht wird. Das heißt, diese
Ausführungsform
verwendet die Resonanz der Federn, um dadurch die Ausgangsenergie
des Stellglieds vom Umlauftyp effektiv zu nutzen.
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NEUNTE AUSFÜHRUNGSFORM
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14(a) und 14(b) zeigen
ein Stellglied vom Umlauftyp gemäß einer
neunen Ausführungsform
der Erfindung. Diese Ausführungsform
ist die gleiche wie die oben erwähnte
achte Ausführungsform,
mit der Ausnahme, daß in
dieser Konfiguration zwischen dem beweglichen Teil 1 und
den Druckfedern 7 ein Lager 8 angeordnet ist.
Durch die achte Ausführungsform
mit direkter Befestigung der Druckfedern 7 am beweglichen
Teil 1 wird nämlich eine
seitliche Kraft auf die Druckfedern 7 ausgeübt, was
ihre Verschlechterung durch Ermüdung
und dergleichen beschleunigt, und zum Schutz dagegen überträgt diese
Ausführungsform über das
Lager 8 an der Spitze jeder der Druckfedern 7 eine
Kraft auf das bewegliche Teil 1, wie in 14A und 14B in der Konfiguration dargestellt, um
dadurch ihre Verschlechterung aufgrund von Ermüdung und dergleichen zu unterdrücken, wodurch
die Standzeit des Stellglieds vom Umlauftyp verlängert wird. Außerdem kann,
obwohl die oben erwähnte
erste bis achte Ausführungsform
das bewegliche Teil 1 oder den beweglichen Eisenkern 10,
die Statoren 5a und 5b, die Leiterbahnen 3a und 3b und
dergleichen mit Kreisform verwendet haben, die Form für das bewegliche
Teil 1, die Statoren 5a und 5b und dergleichen
ein Rechteck sein. Eine solche Form kann ebenfalls eine Umlaufbewegung
des beweglichen Teils ermöglichen.
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ZEHNTE AUSFÜHRUNGSFORM
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15 zeigt
eine andere Konfiguration der Leiterbahnen 3 in einem Stellglied
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In dieser Ausführungsform
bestehen die Leiterbahnen 3a und 3b aus Kupferfolie,
wobei das Antriebsprinzip das gleiche wie das der ersten Ausführungsform
ist. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform sind die Leiterbahnen 3a und 3b jedoch
scheibenförmig,
um dadurch den Strom I durch die gesamte Oberfläche der Kupferfolie fließen zu lassen,
und die Querschnittsfläche
des leitenden Abschnitts kann vergrößert werden, um dadurch einen Energieverlust
aufgrund der Erzeugung von Joulescher Wärme zu verringern, wodurch
die Energieeffizienz als Ganzes verbessert wird. Obwohl bei dieser Ausführungsform
die Leiterbahnen 3a und 3b aus Kupferfolie ausgebildet
sind, kann stattdessen jedes andere geeignete Metall verwendet werden.
Zum Beispiel kann Gold (Au), Silber (Ag), Eisen (Fe), Aluminium
(Al) oder jede andere Substanz mit Metalleigenschaften verwendet
werden, solange sie zur Lösung
der oben erwähnten
Probleme beiträgt.
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ELFTE AUSFÜHRUNGSFORM
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16(a) und 16(b) zeigen
ein weiteres anderes Konfigurationsbeispiel für die Leiterbahnen in einem
Stellglied vom Umlauftyp gemäß der vorliegenden
Erfindung. In dieser Ausführungsform
wird eine Bahn aus einer Kupferscheibe 3c (Flachleiter)
in der Konfiguration als die flächenförmige metallische Substanz
verwendet, aus welcher die oben erwähnten Leiterbahnen 3 bestehen
und durch welche Ströme
fließen,
so daß Anschlußdrähte 9a bis 9h (Elektroden)
radial von der Kupferscheibe 3c weg verlaufen können, wie
in der Figur gezeigt. Außerdem durchdringt
ein vom Permanentmagneten 2 ausgehender magnetischer Fluß M die
Kupferscheibe senkrecht, wodurch ein magnetischer Kreis entsteht. Was
die Richtung betrifft, in der bei dieser Konfiguration der Leiterbahnen
eine elektromagnetische Kraft erzeugt wird, zeigt 17(a) einen Fall, wo ein Strom zwischen 9g und 9c geleitet
wird, und 17(b) einen Fall, wo er zwischen 9h und 9d geleitet
wird. Wenn die Kupferscheibe 3c nach links vorgespannt wird,
wie in 17(a) gezeigt, sind die Anschlußdrähte 9c und 9g einem
Massepegel GND (0 V) bzw. einer positiven Spannung (+V) ausgesetzt,
um dadurch den Strom in einer Pfeilrichtung fließen zu lassen, wodurch die
Kraft F in Richtung auf den Betrachter der Figur erzeugt wird. Wenn
dann die Kupferscheibe 3c sich einer in 17(b) angegebenen Position annähert, werden die Anschlußdrähte 9d und 9h einem
Massepegel (0 V) bzw. einer positive Spannung (+V) ausgesetzt, wodurch
die Kraft F schräg nach
rechts in Richtung auf den Betrachter der Figur entsteht. Wenn der
Anschlußdraht,
an den die Spannung angelegt wird, derartig wechselt, kann die Kraft so
erzeugt werden, daß sie
das bewegliche Teil 1 umlaufen läßt.
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ZWÖLFTE AUSFÜHRUNGSFORM
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18(a) und 18(b) zeigen
eine Konfiguration eines Stellglieds vom Umlauftyp gemäß einer
zwölften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und seine Leiterbahnen. 19(a), 19(b), 19(c) und 19(d) zeigen in zeitlicher Reihenfolge
die Arbeitsschritte der Leiterbahnen. In dieser Ausführungsform
sind die am beweglichen Teil 1 befestigten Leiterbahnen 3a, 3b und 3c übereinandergestapelt, wobei
zwischen ihnen Isolierung in einer solchen Konfiguration erhalten
bleibt, daß sie
aus einer Vielzahl von Bahnen von Flachleitern bestehen, die mit den
Anschlußdrähten 9 (Elektroden)
versehen sind, um Ströme
in unterschiedlichen Richtungen fließen zu lassen. Wenn die stromführende Elektrode
sequentiell wechseln, kann ein durch jede der Leiterbahnen fließender Strom
so gesteuert werden, daß die
gerichtete elektromagnetische Kraft F, die durch die Wechselwirkung
zwischen diesem Strom I und dem Magnetfeld B des Magneten 2 erzeugt
wird, zeitbezogen eine Kreisbewegung bewirken kann.
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DREIZEHNTE
AUSFÜHRUNGSFORM
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20 zeigt
eine Ausführungsform,
in der ein Stellglied vom Umlauftyp gemäß der vorliegenden Erfindung
als Quelle zum Antrieb einer Schneckenpumpe verwendet wird. 21 zeigt
einen Schneckenabschnitt dieser Ausführungsform. 22 zeigt
Pump-Arbeitsschritte des Schneckenabschnitts. Wie in diesen Figuren
gezeigt, ist das bewegliche Element als eine bewegliche Schnecke 11 gegeben,
und das feststehende Teil ist als eine feststehende Schnecke 12 gegeben,
und zwar in einer solchen Konfiguration, daß die bewegliche Schnecke 11 mittels
der Exzenterwelle 4 umlaufend an der feststehenden Schnecke 12 gehalten
wird. Spiralblätter 11s,
die auf der beweglichen Schnecke 11 vorgesehen sind, und
Spiralblätter 12s,
die auf der feststehenden Schnecke 12 vorgesehen sind,
sind miteinander kombiniert, um dadurch die Schneckenpumpe zu bilden.
Wenn die bewegliche Schnecke 11 mit dem vorbestimmten Radius
um die Exzenterwelle 4 umläuft, kann ein durch die Spiralblätter dieser beiden
Schnecken gebildeter eingeschlossener Raum von außen zur
Mitte hin verschoben werden, wodurch das Volumen dieses eingeschlossenen
Raums fortlaufend verringert wird. Eine spiralförmige Nut 12a auf
der feststehenden Schnecke 12 hat einen Einlaß 12d,
der im äußeren Umfang
ausgebildet ist, und einen Auslaß 12e in der Mitte.
Die Exzenterwelle 4 wird in einem Loch 12c drehbar
gehalten.
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Somit
kann, wenn das Stellglied gemäß der vorliegenden
Erfindung als Quelle zum Antrieb einer Schneckenpumpe verwendet
wird, die bewegliche Schnecke 11 in der Konfiguration direkt
als das bewegliche Teil des Stellglieds angetrieben werden. Dementsprechend
muß unterhalb
der Pumpe kein zusätzlicher Übertragungsmechanismus
oder Motor als Antriebsquelle montiert werden, wodurch die Pumpe
als Ganzes dünner
gemacht wird. Die umlaufende bewegliche Schnecke 11 kann
gänzlich
oder teilweise aus einem Permanentmagneten auf Basis von Seltenen
Erden oder Ferrit bestehen oder aus einem plastischen Magneten mit
einer magnetomotorischen Kraft oder aus einer magnetischen Substanz wie
etwa einer Scheibe aus elektromagnetischem Stahl oder Weicheisen.
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VIERZEHNTE
AUSFÜHRUNGSFORM
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23 zeigt
eine Ausführungsform,
in der zwei der Stellglieder vom Umlauftyp gemäß der vorliegenden Erfindung
vertikal als Quelle zum Antrieb einer Schneckenpumpe verwendet werden.
Eine solche Konfiguration ermöglicht
es, die beweglichen Schnecken 11a und 11b gleichzeitig
anzutreiben. Ferner kann, wenn die bewegliche Schnecke 11b im Betrieb
um eine halbe Periode gegenüber
der beweglichen Schnecke 11a verzögert wird, ein relativer Abstand
von Mitte zu Mitte zwischen ihnen immer das Doppelte des Umlaufradius
der beweglichen Schnecke betragen. Dies bedeutet umgekehrt, daß Luft dadurch
komprimiert werden kann, daß die
beweglichen Schnecken 11a und 11b nur mit einem Umlaufradius
umlaufen, der die Hälfte
dessen beträgt,
den die bewegliche Schnecke herkömmlicherweise
zum Komprimieren der Luft benötigt.
Außerdem
heben die Vibrationen der beweglichen Schnecken 11a und 11b,
die durch eine Verschiebung des Schwerpunkts bewirkt werden, einander
auf. Dementsprechend können
die Vibration und das Geräusch
verringert werden. In dieser Ausführungsform sind die beweglichen
Schnecken 11a und 11b mit den Spiralblättern 13s und 14s versehen,
die miteinander kombiniert sind. Der Stator 5a hat den
Luftauslaß 5e,
mit dem kommunizierend ein Luftauslaßrohr 5f vorgesehen
ist, das die bewegliche Schnecke 11a und so weiter durchdringt.
Der Einlaß und
so weiter ist in dieser Darstellung weggelassen.
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Das
Stellglied vom Umlauftyp gemäß der vorliegenden
Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt, und
es können verschiedene
Modifikationen daran vorgenommen werden.