JP2008043192A - 無電流での終端位置固定を伴うシャフトの回転調整運動を直接的に生成するための磁性アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトの回転調整運動を可能にし、無電流での各終端位置での維持を可能にする磁性アクチュエータを提供すること。
【解決手段】少なくとも一つのリングの一部（円弧）の形状に形成されてシャフト（１）に結合された永久磁石電機子（２）と、少なくとも二つの電磁石システム（７、８）と、を備える。電磁石システムは、それぞれ、強磁性コア（３、４）に巻き付けられたスプール（５、６）を有している。電磁石システム及び永久磁石電機子は、リングの一部（円弧）の形状あるいはリング（円）の形状に形成されて磁性を案内する極性管（１０）内に配置されている。永久磁石電機子は、二つの電磁石システム間に配置されている。電磁石システムの間の円弧の長さは、電機子の周方向の長さよりも大きく、電流供給に応じて、電磁石システムの間で円弧軌道に沿って電機子が移動することが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念に従う、無電流での終端位置固定を伴うシャフトの回転調整運動を直接的に生成するための磁性アクチュエータ、に関するものである。

２つの位置状態を磁性によって調整すると共に、終端位置をそれぞれ無電流で固定するために、いわゆるリニアの双安定のソレノイドが特に好適である。この磁石は、電機子が永久磁石として形成されることによって、優位になっていて、このことが、無電流での各終端位置の維持を可能にしている。

ＤＥ１０２０７８２８Ｂ４は、ある電磁ソレノイドを開示している。それは、電磁磁束を生成するための、ステータ及び励起コイルを有する少なくとも一つの磁石システムと、当該磁石システムに対向配置された電機子と、からなっている。当該電機子は、伝達要素に作用して、運動方向に垂直に分極した永久磁石構造を、励起コイルへの電流供給無しでの電機子のその終端位置の少なくとも一方での永久的な維持のために、運ぶ。その間、永久磁石の停止磁束は、磁石システムのステータによって遮断される。好ましくは、ソレノイドは、軸方向に互いに距離を空けて、好適には磁性的に分離された２つの磁石システムを有して、それらの間に電機子が案内される。

ＤＥ２０２０３７１８Ｕ１は、ある電磁的な調整（位置決め）装置を開示している。それは、ハウジング内で電機子に対して移動可能な調整要素と、この調整要素に対して静止して設けられ、双方向の力を働かせるために調整要素上に形成されたスプール装置と、を有している。調整要素は、ピストン構成として形成され得る。

公知の電磁調整装置では、調整要素が、少なくとも部分的に永久磁石手段を有しており、スプール装置は、２極として設けられ、永久磁石手段の両極と同時に相互作用するために、以下のように構成されている。すなわち、スプール手段の第１制御状態において、スプール手段は、調整要素を、ハウジング内の第１当接位置に移動し、スプール手段の第２制御状態において、スプール手段は、調整要素を、前記第１当接位置に対向するハウジング内の第２当接位置に移動する、というように構成されている。前記第１制御状態及び第２制御状態は、時間的に規定される、特には一回のパルス型の、スプール手段の電流供給を意図している。調整要素は、第１乃至第２制御状態に続く制御手段の無電流状態において、それぞれの当接位置にとどまる。

従来技術から知られた双安定のソレノイドを用いて回転運動を２つの終端位置に調整するためには、不利なことに、線形（リニア）運動を回転運動に変換する機構が、常に必要である。

本発明は、前述の従来技術から出発して、直接的に、すなわち、軸方向運動を回転運動に機械的に変換することなく、シャフトの回転調整運動を可能にし、無電流での各終端位置での維持が可能となるような磁性アクチュエータを提供すること、を課題とする。とりわけ、追加の機構なく、双安定の回転アクチュエータが提供されるべきである。

この課題は、特許請求の範囲の請求項１の特徴によって解決される。本発明の更なる実施の形態及び利点が、下位請求項から理解される。

本発明によれば、無電流での終端位置固定を伴うシャフトの回転調整運動を直接的に生成するための磁性アクチュエータが提供される。それは、少なくとも一つの、リングの一部（円弧）の形状に形成されて、回転するシャフトに回転しないように結合された永久磁石電機子と、少なくとも二つの、電磁石システムと、を備えている。当該電磁石システムは、それぞれ、強磁性コアに巻き付けられたスプールを有している。前記少なくとも二つの電磁石システム及び前記少なくとも一つの永久磁石電機子は、リングの一部（円弧）の形状あるいはリング（円）の形状に形成された非磁性の極性管（Polrohr）内で、もしくは、回転するシャフトと同軸の円軌道上に、配置されている。

本発明によれば、前記少なくとも一つの永久磁石電機子は、前記二つの電磁石システム間に配置されており、前記電磁石システムの間の円弧の長さは、前記電磁石システムの間に配置された電機子の周方向の長さよりも大きく、このため、電流供給に応じて、前記電磁石システムの間で円弧軌道に沿って前記電機子（及び当該電機子に結合されたシャフト）が移動する（回動する）ことが可能である。

本発明によれば、前記電磁石システムの前記スプールは、交互に（互い違いに）電流供給され得る。これにより、スプールの力の作用が合計される。それぞれの終端位置において、永久磁石電機子は、それぞれの電流供給されないスプールの強磁性コアにしっかりと支持され、それらに当接する。

双安定の回転調整磁石という本発明の概念によって、機械的要素なしで回転運動が直接的に生成され得る、という利点がもたらされる。しかも、例えば無電流で終端位置固定できることや必要な構造空間が小さいことのような、リニアの双安定のソレノイドの全ての利点を維持できる。本発明による更なる利点は、スプールへの交互の（互い違いの）電流供給が可能なことである。これは、パワー出力の上昇をもたらし、その上、必要構造空間を低減する。

本発明は、以下に、添付の図面に基づいて、例示的に詳細に説明される。

図１は、本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの概略図である。

図２は、スプールの交互（互い違い）の電流供給の際の、アクチュエータの磁石電機子に作用する力の概略図である。

図３は、本発明の第２の実施の形態によるアクチュエータの概略図である。

図１には、シャフト１の直接の回転調整運動を可能にするための、本発明に従うアクチュエータが図示されている。それは、磁束のための案内パネル９によって取り囲まれた永久磁石電機子２を備えている。それは、リングの一部（円弧）の形状に形成されて、シャフト１に回転しないように結合されている。さらに、本発明によるアクチュエータは、２つの電磁石システム７、８を備えている。それらは、それぞれ、強磁性コア３、４に巻き付けられたスプール５、６を有している。

図１から分かるように、電磁石システム７、８及び永久磁石電機子２は、リングの一部（円弧）の形状に形成された磁性を案内する極性管（Polrohr）１０内に、シャフト１に同軸の円軌道上に、配置されている。ここで、永久磁石電機子２は、両電磁石システム７、８の間に配置されている。この場合、両電磁石システム７、８の間の円弧の長さは、周方向における電機子２の長さよりも大きい。このため、電流供給に応じた、電磁石システム７、８の間の円軌道に沿った電機子２の移動が可能である。

本発明によれば、対応する電流供給によって、電磁石システム７、８のスプール５、８が、磁場を生成する。それは、電機子２の移動をもたらし、電機子２に対して回転しないように結合されたシャフト１の円弧軌道に沿った移動をもたらす。それぞれの終端位置において、永久磁石電機子２は、電流供給されないスプール５乃至６の強磁性コア３または４によって引きつけられ、それらに当接する。これにより、それぞれの終端位置での無電流の維持（停止）が可能である。

本発明に従う構成は、スプール５及び６の交互（互い違い）の電流供給を可能にする。これにより、両スプール５、６の力の作用が合計される。基本的な原理が、図２に基づいて説明される。

図２には、永久磁石電機子２が図示されている。それは、磁力Ｆによって、スプール５、６の電流供給に依存して、両スプール間で軸方向に移動され得る。両スプール５、６の交互（互い違い）の電流供給によって、電機子２に作用する力は、二重化される。図示された例では、両スプールに交互に（互い違いに）電流供給がなされて、スプール５に向けられた電機子２のＮ極（Ｎ）が、スプール５のＳ極（Ｓ）によって引きつけられる。一方、同時に、スプール６に向けられた電機子２のＳ極（Ｓ）が、スプール５のＳ極（Ｓ）によって反発される。

本発明によれば、アクチュエータが、リングの一部の形状（リングセグメント）に形成されて回転軸に対して回転しないように結合された多くの永久磁石電機子２を有する、ということが可能である。このような構成の一例が、図３に示される。

この場合、アクチュエータは、直径方向に対向配置された２つの永久磁石電機子２、２’を有する。それらは、シャフト１に対して回転しないように結合されており、シャフト１に同軸に配置された円形の極性管１０内に、それぞれ、直径方向に対向配置された２つの電磁石システム７、８の間に配置されている。電磁石システム７、８は、それぞれ、強磁性コア３、４に巻き付けられたスプール５、６を有している。（円形の極性管１０の周方向に、交互に、電機子と電磁石システムとが配置されている。）永久磁石電機子２、２’は、本発明に従って、反対向きに磁化されている。

図１の実施の形態と同様に、両電磁石システム７、８の間の円弧の長さは、周方向における電機子２、２’の長さよりも大きい。このため、電磁石システム７、８の間の円軌道に沿った電機子２、２’の移動が可能である。

図３に示された構成によれば、図１の実施の形態と比較して、回転力の更なる上昇が達成される。なぜなら、電磁石システムの数は増大していないけれども、磁力が２つの電機子２、２’に同時に作用するからである。

本発明の不図示の更なる実施の形態では、アクチュエータが、リングの一部の形状に形成され回転軸に回転しないように結合された偶数の（２ｎ，ｎ＝１、２、３、、、等）磁性電機子と、同じ偶数の電磁石システムと、を有する、ということが考慮される。ここで、電機子は、回転軸に同軸に配置された円形の極性管の周方向において、それぞれ、２つの電磁石システムの間に配置される。この場合、周方向に連続して配置された２つの電機子は、反対方向に磁化されている。

電機子と電磁石システムとが、同数の奇数個（２ｎ＋１，ｎ＝１、２、３、、、等）ずつ設けられている場合、一つの電機子と一つの電磁石システムとの間に、磁場を遮蔽するための装置が配置されなければならない。

図面や明細書において明らかには記載されていなくても、もちろん、本発明に従うアクチュエータの構成部品の、それぞれの構造上の形態、特には、それぞれの、それ自体及び互いに対する空間配置は、請求項に示されているようなアクチュエータの機能が損なわれることなく、技術的に有意である限り、現在の請求項の保護範囲にある。

本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの概略図である。 スプールの交互（互い違い）の電流供給の際の、アクチュエータの磁石電機子に作用する力の概略図である。 本発明の第２の実施の形態によるアクチュエータの概略図である。

符号の説明

１ シャフト
２、２’ 永久磁石電機子
３、４ 強磁性コア
５、６ スプール
７、８ 電磁石システム
９ 磁束案内パネル
１０ 極性管（Polrohr）

Claims (6)

1. 無電流での終端位置固定を伴うシャフト（１）の回転調整運動を直接的に生成するため磁性アクチュエータであって、
   少なくとも一つの、リングの一部（円弧）の形状に形成されて、シャフト（１）に回転しないように結合された永久磁石電機子（２）と、
   少なくとも二つの、電磁石システム（７、８）と、
   を備え、
   前記電磁石システム（７、８）は、それぞれ、強磁性コア（３、４）に巻き付けられたスプール（５、６）を有しており、
   前記少なくとも二つの電磁石システム（７、８）及び前記少なくとも一つの永久磁石電機子（２）は、リングの一部（円弧）の形状あるいはリング（円）の形状に形成されて磁性を案内する極性管（Polrohr）（１０）内で、もしくは、シャフト（１）に同軸の円軌道上に、配置されており、
   前記少なくとも一つの永久磁石電機子（２）は、前記二つの電磁石システム（７、８）間に配置されており、
   前記電磁石システム（７、８）の間の円弧の長さは、前記電磁石システム（７、８）の間に配置された電機子（２）の周方向の長さよりも大きく、このため、電流供給に応じて、前記電磁石システム（７、８）の間で円弧軌道に沿って前記電機子（２）が移動することが可能である
   ことを特徴とする磁性アクチュエータ。
2. 前記永久磁石電機子（２）は、それぞれの終端位置において、電流供給されないスプール（５、６）の強磁性コア（３、４）によって引きつけられ、それらに当接し、これにより、それぞれの終端位置での無電流での維持（停止）が可能とされている
   ことを特徴とする請求項１に記載の、無電流での終端位置固定を伴うシャフト（１）の回転調整運動を直接的に生成するため磁性アクチュエータ磁性アクチュエータ。
3. 直径方向に対向配置された２つの永久磁石電機子（２、２’）を備えており、
   前記２つの永久磁石電機子（２、２’）は、前記シャフト（１）に対して回転しないように結合され、当該シャフト（１）に同軸に配置された円形の極性管（１０）内において、それぞれ、直径方向に対向配置された２つの電磁石システム（７、８）の間に配置されており、
   前記２つの永久磁石電機子（２、２’）は、反対向きに磁化されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の、無電流での終端位置固定を伴うシャフト（１）の回転調整運動を直接的に生成するため磁性アクチュエータ磁性アクチュエータ。
4. リングの一部の形状に形成され、回転する前記シャフト（１）に回転しないように結合された偶数の（２ｎ，ｎ＝１、２、３、、、等）永久磁石電機子（２、２’）と、
   同じ偶数の電磁石システム（７、８）と、
   を備え、
   前記電機子（２、２’）は、回転する前記シャフト（１）に同軸に配置された円形の極性管（１０）の周方向において、それぞれ、２つの電磁石システム（７、８）の間に配置されており、
   周方向に連続して配置された２つの電機子（２、２’）は、反対方向に磁化されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の、無電流での終端位置固定を伴うシャフト（１）の回転調整運動を直接的に生成するため磁性アクチュエータ磁性アクチュエータ。
5. リングの一部の形状に形成され、回転する前記シャフト（１）に回転しないように結合された奇数の（２ｎ＋１，ｎ＝１、２、３、、、等）永久磁石電機子（２、２’）と、
   同じ奇数の電磁石システム（７、８）と、
   を備え、
   前記電機子（２、２’）は、回転する前記シャフト（１）に同軸に配置された円形の極性管（１０）の周方向において、それぞれ、２つの電磁石システム（７、８）の間に配置されており、
   一つの電機子と一つの電磁石システムとの間に、磁場を遮蔽するための装置が配置されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の、無電流での終端位置固定を伴うシャフト（１）の回転調整運動を直接的に生成するため磁性アクチュエータ磁性アクチュエータ。
6. 前記電磁石システム（７、８）の前記スプール（５、６）は、互い違いに電流供給可能であり、これにより、スプール（５、６）の力の作用が合計される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の、無電流での終端位置固定を伴うシャフト（１）の回転調整運動を直接的に生成するため磁性アクチュエータ磁性アクチュエータ。

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