DE112004002360B4 - Kernloser Linearmotor - Google Patents

Abstract

Linearmotor mit einem ortsfesten Element (50), das als Stator wirkt; und einem beweglichen Element (2), das als Läufer wirkt; wobei das ortsfeste Element (50) ein Joch (51), eine erste Gruppe von Permanentmagneten (60A) und eine zweite Gruppe von Permanentmagneten (60B) aufweist, die an dem Joch (51) befestigt sind, das bewegliche Element (2) eine Spulenanordnung (3) mit einem hohlen, rechteckförmigen Innenprofil und ein säulenförmiges Versteifungselement (20) aufweist, das Versteifungselement (20) ein rechteckförmiges Außenprofil aufweist und in das hohle, rechteckförmige Innenprofil der Spulenanordnung (3) eingepasst ist, um deren Steifigkeit zu erhöhen, sich in einer Längsrichtung des Linearmotors erstreckt, nicht in dem Magnetfeld zwischen der Spulenanordnung (3) und der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten (60A, 60B) angeordnet ist und aus einem nichtmagnetischen, elektrisch leitenden und wärmeleitenden Material ausgebildet ist, um Wärme, die in der Spulenanordnung (3) erzeugt wird, nach außen abzuleiten, das Joch (51) erste und zweite einander gegenüberliegende Jochteile (51A, 51B), die einander unter einem ersten Abstand gegenüberliegen und aus magnetischen Materialien ausgebildet sind, und ein Verbindungsjochteil (51C) aufweist, das erste Enden der ersten und zweiten einander gegenüberliegenden Jochteile (51A, 51B) verbindet, um einen Raum auszubilden, durch den das bewegliche Element (2) in der Längsrichtung bewegbar ist, wobei die ersten und zweiten Jochteile (51A, 51B) und das Verbindungsjochteil (51C) aus einem magnetischen Material ausgebildet sind, die erste und zweite Gruppe von Permanentmagneten (60A, 60B) so angeordnet sind, dass sie den Oberflächen der ersten und zweiten einander gegenüberliegenden Jochteilen (51A, 51B) gegenüberliegen, wobei die erste und zweite Gruppe von Permanentmagneten (60A, 60B) eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, die entlang der longitudinalen Richtung des Jochs (51) mit alternierender Polung so angeordnet sind, dass N-Pole der ...

Description

• Die Erfindung betrifft einen kernlosen Linearmotor.
• Ein kernloser Linearmotor ist ein Linearmotor von einer Art, bei der eine Spule nicht um den Kern gewickelt ist, das heißt ein Läufer weist keinen Kern auf. Ein solcher kernloser Linearmotor weist Vorteile auf, wie, dass kein Versatz auftritt, eine Schubfluktuation klein ist, eine genaue Steuerung leicht ist und so weiter.
• Kernlose Linearmotoren werden auf verschiedenen Gebieten eingesetzt, zum Beispiel Werkzeugmaschinen, Spritzgussmaschinen und Vorrichtungen zur Herstellung von Halbleitern.
• Bei dem kernlosen Linearmotor, der in der Japanischen Patentveröffentlichung JP 2002-165 434 A offenbart ist, ist eine Halteplatte, an die eine Spule befestigt ist, angeordnet zwischen einem Paar Reihen von Permanentmagneten, die in geraden Linien angeordnet sind. Das Zusammenwirken der Magnetflüsse, die von einer Reihe der Permanentmagneten zu der anderen Reihe von Permanentmagneten gerichtet sind, und des in der Spule fließenden Stroms gemäß der Flemingschen Regel der linken Hand erzeugen einen Schub. Das bewegliche Element dieses kernlosen Linearmotors weist eine geringe Steifigkeit auf, da die Spule keinen Kern hat. Zur Erhöhung der niedrigen Steifigkeit wird nichtrostender Stahl, FRP (Faser verstärkter Kunststoff, eingetragene Marke der DuPont Corp.) oder anderes nichtmagnetisches Material mit einer hohen Steifigkeit flach auf den zwei Oberflächen der Halteplatte geformt und die Spule wird daran mit einem Kunststoff befestigt, um die Steifigkeit des beweglichen Elements zu gewährleisten.
• Bei dem kernlosen Linearmotor mit der oben genannten Struktur liegt die Halteplatte der Spule jedoch in dem Weg des Magnetflusses der magnetischen Schaltung, so dass die Halteplatte nicht dick ausgeführt werden kann. Insbesondere bei dem kernlosen Linearmotor von der Art, bei der die Spule an den zwei Oberflächen der Halteplatte befestigt ist, ist, je größer die Dicke der Halteplatte ist, der Wirkungsgrad des Magnetflusses niedriger, der von den Permanentmagneten erzeugt wird, so dass die Halteplatte nicht dick ausgeführt werden kann und es gibt eine Grenze für die Verbesserung der Steifigkeit des beweglichen Elements in dessen Struktur. Auf diese Weise besteht der Nachteil, dass, wenn eine ausreichende Steifigkeit in der Halteplatte nicht gewährleistet werden kann, Vibration leicht entsteht, wenn der kernlose Linearmotor angetrieben wird und die Regelkreisversteifung nicht erhöht werden kann.
• Bei dem kernlosen Linearmotor, der oben erklärt wurde, ist die Spule, die den Läufer bildet an der Halteplatte mit einem Kunststoff mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit befestigt und die Halteplatte ist aus nichtrostendem Stahl gefertigt oder anderem Material mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, so dass die Temperatur in dem kernlosen Linearmotor auf Grund der von der Spule erzeugten Wärme leicht ansteigt. Als ein Ergebnis treten Lageabweichungen von Komponenten des kernlosen Linearmotors wegen einer Temperaturänderung auf. Als ein Ergebnis ist es schwierig, eine Lagegenauigkeit des kernlosen Linearmotors zu gewährleisten. Vom Standpunkt der Wärmeabgabe wird vorzugsweise eine Aluminiumverbindung oder anderes Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit für die Halteplatte verwendet; aber ein Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hat auch im Vergleich zu nichtrostendem Stahl, etc., eine niedrigen elektrischen Widerstand, so dass zum Antrieb des kernlosen Linearmotors ein deutlich größerer Induktionsstrom erzeugt wird als im Fall der Verwendung von nichtrostendem Stahl. Eine Kraft in einer umgekehrten Richtung zu dem Schub wird auf Grund des Zusammenwirkens dieses Induktionsstroms und des Magnetflusses der Magnete erzeugt und die Fluktuation des Schubs hinsichtlich des beweglichen Elements in dem kernlosen Linearmotor wird groß. Von dem oben genannten Standpunkt ist eine Aluminiumverbindung oder anderes Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit nicht geeignet für die Verwendung für die Halteplatte.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Linearmotor bereitzustellen, bei dem die Steifigkeit des Läufers verbessert ist, ein Temperaturanstieg auf Grund von Wärmeerzeugung einer Läuferspule unterdrückt werden kann und das Gewicht reduziert ist.
• Diese Aufgabe wird durch einen Linearmotor nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
• Bei einem kernlose Linearmotor gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das ortsfeste Element ein Joch auf und Gruppen von Permanentmagneten, die an dem Joch befestigt sind, und das bewegliche Element weist eine Spulenanordnung auf. Das bewegliche Element mit der Spulenanordnung bewegt sich zwischen den Gruppen von Permanentmagneten.
• Bei einem kernlose Linearmotor gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das bewegliche Element ein Joch und Gruppen von Permanentmagneten auf, die in dem Joch angeordnet sind. Das ortsfeste Element weist eine Spulenanordnung auf. Die Gruppen von Permanentmagneten und das bewegliche Element mit dem Joch bewegen sich entlang einer longitudinalen Richtung der Spulenanordnung. Das Joch weist erste und zweite gegenüberliegende Jochteile auf, die sich unter einem ersten Abstand gegenseitig gegenüberliegen und aus magnetischen Materialien gebildet sind, sowie ein verbindendes Jochteil, das erste Enden der ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile miteinander verbindet.
• Die Gruppen von Permanentmagneten umfassen erste und zweite Gruppen von Permanentmagneten, die so angeordnet sind, dass sie den Oberflächen der ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile gegenüberliegen. Jede der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten weist eine Vielzahl von Magneten entlang der longitudinalen Richtung des Jochs auf. In der Vielzahl von Magneten von jeder der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten sind die magnetischen Pole der sich gegenseitig gegenüberliegenden Magnete entlang der longitudinalen Richtung des Jochs verschieden voneinander und die magnetischen Pole der Permanentmagnete entlang der longitudinalen Richtung des Jochs sind die gleichen.
• Die Spulenanordnung weist mindestens drei Spulen auf, die beweglich relativ zu der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten entlang der longitudinalen Richtung des Jochs zwischen der ersten und zweiter Gruppen von Permanentmagneten angeordnet sind. Mindestens drei Spulen sind in vielen Schichten angeordnet und fest gewickelt und dann mit einem Binder befestigt. Die Endflächen anliegender Spulen sind miteinander über ein elektrisches Isolierelement verbunden.
• Vorzugsweise ist weiter ein nichtmagnetisches Versteifungselement vorgesehen, das in den festen Abschnitt der Spule eingesetzt ist. Noch vorzugsweiser ist eine Öffnung, durch die ein Kühlmittel fließt, in dem Versteifungselement ausgebildet.
• Noch vorzugsweiser ist das Versteifungselement beabstandet zu den Flächen der ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten, und zwar genau unter dem Abstand, bei dem die Dichte des Magnetflusses, der auf der Oberfläche des Versteifungselements vorkommt, ½ oder weniger der Dichte des Magnetflusses der Magneten im Zentrum der Flächen der sich gegenüberliegenden ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten ist.
• Die Ziele und Eigenschaften der oben erläuterten, vorliegenden Erfindung und weitere Ziele und Eigenschaften werden klarer aus der folgenden Beschreibung, die mit bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird. Bevorzugte Ausgestaltungen des kernlosen Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
• 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines kernlosen Linearmotors einer ersten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines beweglichen Elements in dem in 1 dargestellten kernlosen Linearmotor zeigt.
• 3 ist eine Seitenansicht des beweglichen Elements, das in 2 dargestellt ist.
• 4 ist eine Schnittansicht entlang einer Ebene, die senkrecht ist zu den direkt wirkenden Richtungen des beweglichen Elements und einem ortsfesten Element in dem in 1 dargestellten kernlosen Linearmotor.
• 5 ist eine Darstellung zur Erklärung des Betriebs des in dem in 1 dargestellten kernlosen Linearmotors.
• 6 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur des beweglichen Elements eines kernlosen Linearmotors einer zweiten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 7 ist eine Darstellung zur Erklärung des Betriebs des kernlosen Linearmotors mit dem in 6 dargestellten beweglichen Element.
• 8 ist eine Darstellung, die eine Änderung des kernlosen Linearmotors gemäß der zweiten Ausgestaltung zeigt
• 9 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Struktur eines kernlosen Linearmotors einer dritten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 10 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel der Struktur eines Versteifungselements in dem kernlosen Linearmotor der dritten Ausgestaltung zeigt.
• 11 ist eine perspektivische Ansicht eines kernlosen Linearmotors einer vierten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
• 12 ist eine Seitenansicht des in 11 dargestellten kernlosen Linearmotors.
• 13 ist eine Schnittansicht entlang der Ebene, die senkrecht ist zu den direkt wirkenden Richtungen des beweglichen Elements und dem ortsfesten Element in dem in 11 dargestellten kernlosen Linearmotor.
• 14 ist eine Schnittansicht in einer horizontalen ebenen Richtung des beweglichen Elements und dem ortsfesten Element in dem in 11 dargestellten kernlosen Linearmotor.
• 15 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für ein Kühlverfahren in dem in 11 dargestellten kernlosen Linearmotor zeigt.
• 16 ist eine Darstellung, die eine Ausgestaltung eines kernlosen Linearmotors einer fünften Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 17 ist eine Darstellung, die eine Ausgestaltung eines kernlosen Linearmotors einer sechsten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 18 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des beweglichen Elements und des ortsfesten Elements des in dem in 17 dargestellten kernlosen Linearmotors zeigt.
• 19 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines kernlosen Linearmotors einer siebten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 20 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur des beweglichen Elements in dem in 19 dargestellten kernlosen Linearmotor zeigt.
• 21 ist eine perspektivische Ansicht, die eine geschnittene Struktur des beweglichen Elements in dem in 19 dargestellten kernlosen Linearmotor zeigt.
• 22 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines kernlosen Linearmotors einer achten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 23 ist eine Darstellung, die den Betrieb des in den 19–22 dargestellten kernlosen Linearmotors zeigt.
• 24 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines kernlosen Linearmotors einer neunten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 25 ist eine Darstellung, die den Betrieb des in 24 dargestellten kernlosen Linearmotors zeigt.
• 26 ist eine Darstellung, die eine Änderung der achten Ausgestaltung zeigt.
• 27 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines kernlosen Linearmotors einer zehnten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 28 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines kernlosen Linearmotors einer elften Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 29 ist eine geschnittene Seitenansicht des in 28 dargestellten kernlosen Linearmotors.
• 30 ist eine geschnittene Ansicht des in 28 dargestellten kernlosen Linearmotors.
• 31 ist eine Darstellung zur Erklärung des Betriebs des in 28 dargestellten kernlosen Linearmotors.
• 32 ist eine Darstellung zur Erklärung eines Beispiels für das Kühlverfahren des in 31 dargestellten kernlosen Linearmotors.
• 33 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines kernlosen Linearmotors einer zwölften Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 34 ist eine Darstellung, die die Ausgestaltung des kernlosen Linearmotors der zwölften Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 35 ist eine geschnittene Ansicht, die die Struktur der Bewegung und befestigte Elemente des in 34 dargestellten kernlosen Linearmotors zeigt.
• Ein kernloser Linearmotor 1 einer ersten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1 bis 5 erläutert.
• 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur eines kernlosen Linearmotors der ersten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Der kernlose Linearmotor 1 weist ein ortsfestes Element 50 und ein bewegliches Element 2 auf, das relativ zu dem befestigten Element 50 beweglich ist. Das ortsfeste Element 50 wirkt als Stator, wohingegen das bewegliche Element 2 als Läufer wirkt.
• Das befestigte Element 50 weist ein Joch 51, eine erste Gruppe von Permanentmagneten 60A und eine zweite Gruppe von Permanentmagneten 60B auf. Die erste und zweite Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B werden alle zusammen als die Gruppe von Permanentmagneten 60 bezeichnet.
• Das Joch 51 ist aus ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteilen 51A und 51B mit inneren Flächen gebildet, die sich gegenseitig gegenüberliegen und sich unter einem ersten Abstand D1 gegenüberliegen, sowie aus einem verbindenden Jochteil 51C, das senkrecht zu den Jochteilen 51A und 51B angeordnet ist und erste Enden der Jochteile 51A und 51B entlang der direkt wirkenden Richtungen (oder longitudinalen Richtung des Jochs 51) A1 und A2 verbindet. Die anderen Enden der ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 51A und 51B sind nicht verbunden sondern in offenem Zustand.
• Äußere Flächen der ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 51A und 51B und/oder des verbindenden Jochteils 51C sind an einer nicht dargestellten Basis etc. befestigt.
• Die direkt wirkenden Richtungen (oder longitudinalen Richtung des Jochs 51) A1 und A2 sind Richtungen, in denen sich das bewegliche Element 2 zwischen den ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B hin und her bewegt.
• Die ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 51A und 51B und das verbindende Jochteil 51C sind vorzugsweise integral aus Eisen oder einem anderen ferromagnetischen Material gefertigt. Die ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 51A und 51B und das verbindende Jochteil 51C können als unterschiedliche Elemente und integral ausgebildet und miteinander verbunden sein. Wenn diese als unterschiedliche Elemente auf diese Weise ausgebildet sind, kann eine Ausgestaltung zur Anwendung von ferromagnetischen Elementen für die ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 51A und 51B und eines nicht magnetischen Elements für das verbindende Jochteil 51C kommen. Vom Standpunkt der Gewichtsreduktion des kernlosen Linearmotors 1 kann das Material für das verbindende Jochteil 51C eine Aluminiumlegierung oder anderes hochfestes, leichtgewichtiges Metall, ein verstärkter Kunststoff oder anderes nicht magnetisches Material sein.
• Die erste und zweite Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B sind (fest) angeordnet, sodass sie den Oberflächen der ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 51A und 51B unter einem zweiten Abstand D2 gegenüberliegen.
• Die erste Gruppe von Permanentmagneten 60A, die an dem ersten gegenüberliegenden Jochteil 51A angeordnet ist, weist eine Vielzahl von Permanentmagneten mit derselben Breite entlang der direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 auf. Diese Vielzahl von Permanentmagneten sind in Richtung der gegenüberliegenden zweiten Gruppen von Permanentmagneten 60B entlang der direkt wirkenden Richtungen (oder longitudinalen Richtung des Jochs 51) A1 und A2 angeordnet, so dass die magnetischen Pole mit alternierender Polung angeordnet sind, das heißt die N-pol Magneten und die S-pol Magneten sind alternierend angeordnet. In der zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60B, die an dem zweiten gegenüberliegenden Jochteil 51B angeordnet ist, so wie die erste Gruppe von Permanentmagneten 60A, sind eine Vielzahl von Permanentmagneten mit derselben Breite entlang der direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 so angeordnet, dass die N-Pole und die S-Pole mit alternierender Polung angeordnet sind.
• In den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 sind die magnetischen Pole der gegenüberliegenden Permanentmagnete in der ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B dieselben und die Länge von jedem Permanentmagnet ist L1.
• 2 und 3 sind perspektivische Ansichten, die die Struktur des beweglichen Elements 2 zeigen.
• Das bewegliche Element 2 weist vorzugsweise eine Spulenanordnung 3, ein Versteifungselement 20, ein Halteelement 10 und Abstandhalter 25 auf.
• Wie in 4 dargestellt, werden die Spulenanordnung 3 und das Versteifungselement 20 unter dem zweiten Abstand D2 zwischen den ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B entlang den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 von einem nicht dargestellten Führungsmechanismus geführt, der an dem Halteelement 10 befestigt ist.
• Das Halteelement 10 ist an einer in 4 dargestellten Position angeordnet, aber in 1 ist die Darstellung des Halteelements 10 zur Vereinfachung der Darstellung unterdrückt.
• Das Halteelement 10 weist ein plattenartiges Element auf, das die Funktion hat, die Spulenanordnung 3 zu halten und ist zum Beispiel aus nichtrostendem Stahl, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen nicht magnetischen Material hergestellt.
• Die Spulenanordnung 3, die als der Läufer des kernlosen Linearmotors 1 wirkt, ist aus ersten bis dritten Spulen 3A, 3B und 3C gebildet, an denen um 120° phasenverschobene Wechselströme anliegen. Die Spulen 3A, 3B und 3C weisen rechtwinklige Querschnitte auf und bilden eine hohle Form, die in 2 und 4 dargestellt ist.
• Eine Länge a eines ersten Abschnitts der Oberfläche von jeder der Spulen 3A, 3B und 3C gegenüber der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B ist länger als eine Länge b eines zweiten Abschnitts, der senkrecht zu dem ersten Abschnitt ist. Der Grund für die größere Länge a des ersten Abschnitts ist, dass die Anzahl der Kreuzungen der Magnetflüsse der ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B erhöht werden soll. Wie die Länge a des ersten Abschnitts und die Länge b des zweiten Abschnitts bestimmt wird durch Beachtung auch wie die vertikalen und horizontalen Längen des Versteifungselements 20 zu fertigen sind, um der Steifigkeit des Versteifungselements 20 einen vorbestimmten Wert zu geben. Dies ist weil zum Beispiel, wenn das Versteifungselement 20 zu flach und dünn gefertigt wird, die Steifigkeit des Versteifungselements 20 nicht weiter erhalten werden kann.
• Die dreiphasigen Spulen 3A, 3B und 3C sind nicht um den Kern gewickelt. Entsprechend ist dieser kernlose Linearmotor 1 ein kernloser Linearmotor. Die Wicklungsrichtungen der Spulen 3A, 3B und 3C sind alle dieselben.
• Die Spulen 3A, 3B und 3C werden durch Beschichten eines nassen Binders auf leitenden Drähten erhalten, die zum Beispiel mit einem elektrisch isolierenden Material 9 bedeckt sind, wobei diese in vielen Schichten in einem hohlen Zustand angeordnet und gewickelt sind, um so das Versteifungselement 20 zu umgeben, und durch Vulkanisieren und Härten des Binders. Nach getrenntem Herstellen des rechtwinkligen Querschnitts der hohl geformten Spulen 3A, 3B und 3C werden die Endflächen der anliegenden Spulen 3A, 3B und 3C mit dem nicht magnetischen, elektrisch isolierenden Material 9 miteinander verbunden. Das elektrisch isolierende Material 9 ist zum Beispiel ein Glasepoxikunststoff oder eine mit Hartalumit behandelte Aluminiumlegierung.
• Indem die Spulen 3A, 3B und 3C mit dieser Ausgestaltung versehen werden, kann selbst in einem Fall, in dem das Versteifungselement 20 nicht vorgesehen ist, eine große zweite Bewegung in dem Querschnitt erhalten werden und die Steifigkeit der Spule, insbesondere die Biegesteifigkeit und die Schubsteifigkeit, erhöht sich.
• Wenn das Versteifungselement 20 vorgesehen ist, ist die Steifigkeit der Spulenanordnung 3 weiter verbessert. Das Versteifungselement 20 ist nämlich vorgesehen um der Spulenanordnung 3 die erforderliche Steifigkeit zu geben. Das Versteifungselement 20 ist als säulenartiges Element hergestellt mit einem rechtwinkligen Querschnitt, wie in 2 und 4 dargestellt. Die äußeren Umfangsabmessungen stimmen mit den Abmessungen der inneren Wände der hohlen Abschnitte der Spulen 3A, 3B und 3C überein. Das Element ist eingepasst in die hohlen Abschnitte (inneren Wände) der hohlen Spulen 3A, 3B und 3C und trägt die Spulen 3A, 3B und 3C.
• Das Versteifungselement 20 ist nicht in dem magnetischen Feld zwischen der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B und der Spulenanordnung 3 angeordnet und reduziert deshalb nicht das magnetische Feld zwischen der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B und der Spulenanordnung 3 und verzerrt nicht das Profil des Magnetfelds.
• Nachdem das Versteifungselement 20 in den hohlen Abschnitt der Spulenanordnung 3 (Spulen 3A, 3B und 3C) eingepasst ist, werden das Versteifungselement 20 und die Spulenanordnung 3 mit einem elektrisch isolierenden Material befestigt, das dasselbe ist wie das elektrisch isolierende Material 9, das für die Verbindung der anliegenden Spulen 3A, 3B und 3C verwendet wird. Auf diese Weise kann die Spulenanordnung 3 vorab mit einer vorbestimmten Präzision gefertigt werden, so dass der Zusammenbau des Versteifungselements 20 und der Spulenanordnung 3 sehr leicht ist.
• Das Versteifungselement 20 ist aus einem nicht magnetischen, elektrisch isolierenden Material gebildet. Als das nicht magnetische, elektrisch isolierende Material, das für das Versteifungselement 20 verwendet wird, kann zum Beispiel nichtrostender Stahl, Kohlenstoffgraphit, eine Aluminiumlegierung oder eine Kupferlegierung verwendet werden.
• Das Versteifungselement 20 hat zusätzlich zur Funktion des Erhöhens der Steifigkeit der Spulenanordnung 3 die Funktion der Abgabe von Wärme, die in den Spulen 3A, 3B und 3C erzeugt wird, nach aussen von der Spulenanordnung 3 mit einem hohem Wirkungsgrad. Von diesem Standpunkt wird vorzugsweise ein Material mit einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit für das Versteifungselement 20 verwendet. Ein Metall, wie beispielsweise eine Aluminiumlegierung oder eine Kupferlegierung, ist als Material des Versteifungselements 20 optimal.
• Auf diese Weise hat das Versteifungselement 20 zusätzlich zur Funktion des Erhöhens der Steifigkeit der Spulenanordnung 3 die Funktion der Abgabe von Wärme in der Spulenanordnung 3.
• Das Versteifungselement 20 ist wie gewünscht gewichtsreduziert. Von diesem Standpunkt wird auch gewünscht, das Gewicht des Versteifungselements 20 zu reduzieren. Für das Versteifungselement 20 wird ein nicht magnetisches, hoch wärmeleitendes und leichtgewichtiges Material bevorzugt, zum Beispiel eine Aluminiumlegierung.
• Wie in 3 dargestellt, ist das Versteifungselement 20 länger als die gesamte Länge in longitudinaler Richtung der Spulenanordnung 3 in der direkt wirkenden Richtungen A1 und A2. Enden 20e des Versteifungselements 20 springen von den zwei Enden der Spulenanordnung 3 vor. Die zwei Enden 20e des Versteifungselements 20 sind an dem Halteelement 10 über die Abstandhalter 25 mittels Halteeinrichtungen befestigt, zum Beispiel Bolzen 30. Wenn das Versteifungselement 20 an dem Halteelement 10 über die Abstandhalter 25 befestigt wird, hält das Halteelement 10 die gegenüberliegenden äußeren Umfangsflächen der Spulenanordnung 3 über ihre gesamten Oberflächen.
• Durch Aufprägen einer solchen Struktur auf den kernlosen Linearmotor 1 wird die von den Spulen 3A, 3B und 3C erzeugte Wärme auf das Versteifungselement 20 über geleitet und kann zu dem Halteelement 10 über die Abstandhalter 25 an den zwei Seiten der Spulen 3A, 3B und 3C geleitet werden.
• Auf diese Weise haben die Abstandhalter 25 zusätzlich zur Funktion des Befestigens des Versteifungselements 20 und Halten der Spulenanordnung 3 an dem Halteelement 10 die Funktion des Überleitens der Wärme der Spulen 3A, 3B und 3C an das Halteelement 10. Die Abstandhalter 25 sind wie gewünscht aus einem Material gefertigt, das nicht magnetisch ist, und zwar auf dieselbe Weise wie das Versteifungselement 20, und das hoch wärmeleitend ist, zusätzlich zu der mechanischen Festigkeit zur Befestigung des Versteifungselements 20 am Halteelement 10. Zudem ist ein leichtgewichtiges Material und eine hohe mechanische Struktur bevorzugt. Als das Material der Abstandhalter 25 wird zum Beispiel vorzugsweise eine Aluminiumlegierung verwendet.
• Von dem Versteifungselement 20 und den Abstandhaltern 25 kann die in den Spulen 3A, 3B und 3C erzeugte Wärme zu dem Halteelement 10 geleitet werden. Zudem wird es möglich, die in den Spulen 3A, 3B und 3C erzeugte Wärme von dem Halteelement 10 mit hoher Effizienz nach ausserhalb des Linearmotors 1 abzustrahlen.
• Wie in 4 dargestellt, sind der erste Abstand D1 zwischen den ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteilen 51A und 51B und der zweite Abstand D2 zwischen der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B groß genug gemacht um den folgenden Bedingungen zu genügen.
• 1. Die Spulenanordnung 3 und das Versteifungselement 20 können sich zwischen der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B bewegen, die sich unter dem zweiten Abstand D2 gegenüber liegen und auf gegenüber liegenden Oberflächen der ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 51A und 51B angeordnet sind.
• 2. Abmessungen des Versteifungselements 20 sind zur Gewährleistung der Steifigkeit dick genug.
• 3. Die Größe ist bis zu einem Maß, das jeden Einfluss des Magnetflusses von der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B verhindert, die an Positionen angeordnet sind, die den ersten und zweiten Jochteilen 51A und 51B gegenüber liegen.
• Gegenüber liegende Oberflächen 60f der gegenüberliegenden ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B liegen den äußeren Umfangsflächen 3f der Spulenanordnung 3 unter einem vorbestimmten Abstand gegenüber. Die gegenüber liegende Oberflächen 60f und äußeren Umfangsflächen 3f der Spulen 3A, 3B und 3C sind im wesentlichen parallel. Der Abstand zwischen den gegenüber liegende Oberflächen 60f der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B und der inneren Oberfläche der Spulenanordnung 3 ist auf Ld eingestellt.
• Der Abstandhalter 25 ist in 4 nicht dargestellt.
• Wie in 5 dargestellt, sind die Längen (Breiten) L2 der Spulen 3A, 3B und 3C gleich. Die Längen Lm = (2 × L1) des anliegenden Paars von (zwei) Permanentmagneten N und S, die in der direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B anliegen, und die Abmessungen Lc = (3 × L2) der drei Spulen 3A, 3B und 3C stimmen im wesentlichen überein. Die Breiten L2 der Spulen 3A, 3B und 3C sind kürzer als die Breiten L1 von jedem Permanentmagnet.
• Der Betrieb des kernlosen Linearmotors 1 wird mit Bezug auf 5 erklärt.
• Der Magnetfluss BF von den sich gegenüberliegenden ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B geht von einem der ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B zu dem Anderen, da die Polungen der magnetischen Pole der sich gegenüberliegenden Permanentmagneten dieselben sind, geht aber vor allem zu den anliegenden Permanentmagneten N und S. Dieser Magnetfluss übt eine Kraft aus, die das bewegliche Element 2 entlang der direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 bewegt.
• Der Magnetfluss BF der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B wird hauptsächlich nahe deren Oberflächen 60f verteilt und erreicht das Versteifungselement 20 innerhalb der Spulen 3A, 3B und 3C nicht leicht.
• Wenn dreiphasige Wechselströme der U-Phase, V-Phase und W-Phase, die in der Phase um 120° versetzt sind, an die dreiphasigen Spulen 3A, 3B und 3C angelegt werden, sind die Richtungen der Ströme, die in den Spulen 3A, 3B und 3C auf der ersten dem Jochteil 51A gegenüberliegenden Seite fließen, und die Richtungen der Ströme, die in den Spulen 3A, 3B und 3C fließen auf der zweiten, dem Jochteil 51B gegenüberliegenden Seite fließen, umgekehrt und die Richtung des Magnetflusses BF, der durch die Spulen 3A, 3B und 3C auf der zweiten, dem Jochteil 51B gegenüberliegenden Seite erzeugt wird, ist umgekehrt. Als ein Ergebnis werden auf der ersten, dem Jochteil 51A gegenüberliegenden Seite und auf der zweiten dem Jochteil 51B gegenüberliegenden Seite Schübe mit derselben Richtung relativ zu dem beweglichen Element 2 (Spulen 3A, 3B und 3C) erzeugt.
• Wenn dreiphasige Wechselströme der U-Phase, V-Phase und W-Phase, die in Phase um 120° versetzt sind, an die dreiphasigen Spulen 3A, 3B und 3C angelegt werden, werden magnetische Felder, die in der Phase um 120° versetzt sind, auf Grund der elektromagnetischen Induktion erzeugt und ein Induktionsstrom fließt in dem Versteifungselement 20. Wenn das Versteifungselement 20 zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung oder einem anderen Metall mit einem niedrigen elektrischen Widerstand hergestellt wird, fließt ein großer Induktionsstrom in dem Versteifungselement 20. Zu dieser Zeit, wenn die magnetische Flussdichte der Magnetfelder der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B, die das Innere der Spulen 3A, 3B und 3C erreichen, hoch ist, wird eine Kraft in der umgekehrten Richtung zum Schub zum Bewegen des beweglichen Elements 2 erzeugt. Um die Erzeugung von Kraft in der umgekehrten Richtung zum Schub auf diese Weise zu vermeiden, ist es erforderlich, die Größe des Abstands (dritter Abstand) Ld zwischen den Oberflächen 60f der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B und den Oberflächen 20f des Versteifungselements 20 gegenüber diesen genau zu gewährleisten.
• Wenn eine Aluminiumlegierung für das Versteifungselement 20 verwendet wird, ist zu sehen, dass der Abstand Ld so eingestellt ist, dass die Dichte des magnetischen Flusses BF, die an die Oberflächen 20f des Versteifungselements 20 angelegt wird, ½ der Dichte des magnetischen Flusses an dem Zentrum der Oberflächen 60f der ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B oder weniger wird. Der Einfluss auf Grund der oben erklärten Nachteile wird beinahe null.
• Entsprechend dem kernlosen Linearmotor 1 der ersten Ausgestaltung wird es, selbst wenn das bewegliche Element 2, das als Läufer wirkt, kernlos ist, durch Ausgestalten der Spulen 3A, 3B und 3C nach dem oben genannten Verfahren möglich, die Steifigkeit des beweglichen Elements 2 mit Spulen 3A, 3B und 3C zu erhöhen. Weiter wird es vorzugsweise möglich, durch Vorsehen des nicht magnetischen Versteifungselements 20 die Steifigkeit der Spulen 3A, 3B und 3C und entsprechend des beweglichen Elements 2 schnell zu erhöhen. Als ein Ergebnis wird es möglich, wenn der Antrieb des kernlosen Linearmotors 1 so gesteuert wird, dass um 120° phasenverschobene Wechselströme an den Spulen 3A, 3B und 3C anliegen und das bewegliche Element 2 in den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 bewegt wird, die Regelkreisverstärkung des kernlosen Linearmotors 1 zu erhöhen. Wenn dieser kernlose Linearmotor 1 verwendet wird, wird es möglich, mit der Lagesteuerung in einem Nanometer (nm) Widerstandsbereich zu äußerer Störung umzugehen.
• Durch Ausbilden der 3-phasigen Spulen 3A, 3B und 3C (Spulenanordnung 3) in einem hohlen Zustand und Anordnen der Spulenanordnung 3 zwischen den gegenüber liegenden ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B, wird selbst wenn ein hoher Induktionsstrom fließt, wenn zum Beispiel Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder anderes Material mit einem niedrigen elektrischen Widerstand für das Versteifungselement 20 verwendet wird, der Einfluss des Magnetflusses BF von der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B in den Spulen 3A, 3B und 3C sehr klein, so dass die Erzeugung von Kraft in die umgekehrte Richtung zu dem Schub des beweglichen Elements 2 auf die niedrigste Grenze unterdrückt werden kann. Als ein Ergebnis kann die Schubfluktuation des kernlosen Linearmotors 1 größtenteils unterdrückt werden.
• Wenn das Versteifungselement 20 zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung, Kupferlegierung oder anderem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt wird, wird die in den Spulen 3A, 3B und 3C erzeugte Wärme durch das Versteifungselement 20 und die Abstandhalter 25 zu dem Halteelement 10 geleitet, so dass die Wärme der Spulen 3A, 3B und 3C mit hohem Wirkungsgrad von dem beweglichen Element 2 nach außen abgegeben wird. Als ein Ergebnis kann der Temperaturanstieg des gesamten kernlosen Linearmotors 1 unterdrückt werden und es wird möglich, eine Verringerung der Lagegenauigkeit auf Grund der Wärmeverformung der Komponenten des kernlosen Linearmotors 1 auf Grund des Temperaturanstiegs zu verhindern.
• Wenn eine Aluminiumlegierung, Kupferlegierung oder ein anderes Material mit einem niedrigen elektrischen Widerstand für das Versteifungselement 20 verwendet wird, kann im Vergleich zu dem Fall, in dem ein Material mit einem hohen elektrischen Widerstand für das Versteifungselement 20 verwendet wird, die gegenseitige Induktion zwischen den Spulen 3A, 3B und 3C und dem Versteifungselement 20 klein gemacht werden und die Reduktion der Antwort auf Grund der gegenseitigen Induktion kann verhindert werden. Mit anderen Worten, die elektrische Antwort des kernlosen Linearmotors 1 kann verbessert werden.
• Wenn eine Aluminiumlegierung oder ein anderes Material mit einer niedrigen Wichte für das Versteifungselement 20 verwendet wird, kann das Versteifungselement 20 leichter gemacht werden. Wenn ein Material mit einer niedrigen Wichte für den Verbindungsabschnitt 51C verwendet wird, kann der gesamte kernlose Linearmotor 1 weiter im Gewicht erleichtert werden.
• Ein kernloser Linearmotor 1 einer zweiten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 6 und 7 erläutert.
• 6 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur des beweglichen Elements des kernlosen Linearmotors der zweiten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die grundsätzliche Ausgestaltung eines kernlosen Linearmotors 1A der zweiten Ausgestaltung ist dieselbe wie der kernlose Linearmotor 1 der ersten Ausgestaltung. In 6 werden die selben Bezugszeichen für die selben Merkmale wie die der ersten Ausgestaltung gebraucht, die mit Bezug auf die 1 bis 5 erklärt wurden.
• Ein bewegliches Element 2A des in 6 gezeigten kernlosen Linearmotors 1A weist eine Spulenanordnung 30 auf, die aus zwei Spulengruppen ausgebildet ist, die aus 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 einer ersten Gruppe und 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 einer zweiten Gruppe besteht.
• Die erste Spule 3A1 der ersten Gruppe und die erste Spule 3A2 der zweiten Gruppe sind nebeneinander angeordnet, die zweite Spule 3B1 der ersten Gruppe und die zweite Spule 3B2 der zweiten Gruppe sind nebeneinander angeordnet und die dritte Spule 3C1 der ersten Gruppe und die dritte Spule 3C2 der zweiten Gruppe sind nebeneinander angeordnet. Die erste Spule 3A2 der zweiten Gruppe und die zweite Spule 3B1 der ersten Gruppe sind nebeneinander angeordnet und die zweite Spule 3B2 der zweiten Gruppe und die dritte Spule 3C1 der ersten Gruppe sind nebeneinander angeordnet.
• Die 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der ersten Gruppe und die 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der zweiten Gruppe weisen die selbe Ausgestaltung auf, wie die der 3-phasigen Spulen 3A, 3B und 3C in dem Linearmotor der ersten Ausgestaltung, die mit Bezug auf die 1 bis 5 erklärt wurde. Auch die Spulenanordnung 30 in dem kernlosen Linearmotor der zweiten Ausgestaltung wird mit demselben Verfahren ausgebildet, wie das Verfahren zur Bildung der Spulenanordnung 3 in dem kernlosen Linearmotor der ersten Ausgestaltung.
• Der Betrieb des kernlosen Linearmotors 1A der zweiten Ausgestaltung wird mit Bezug auf 7 erklärt.
• Die 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der ersten Gruppe und die 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der zweiten Gruppe liegen zwei Paaren von Permanentmagneten gegenüber, zum Beispiel einem ersten N-poligen Permanentmagneten N1, einem ersten S-poligen Permanentmagneten S1, einem zweiten N-poligen Permanentmagneten N2 und einem zweiten S-poligen Permanentmagneten S2.
• In den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 sind zum Beispiel die Abmessungen der vier Permanentmagneten des ersten N-poligen Permanentmagneten N1, des ersten S-poligen Permanentmagneten S1, des zweiten N-poligen Permanentmagneten N2 und des zweiten S-poligen Permanentmagneten S2 in der longitudinalen Richtung des Jochs 51 (direkt wirkende Richtungen A1 und A2) und die Abmessungen der 6 Spulen der ersten und zweiten Gruppe im wesentlichen dieselben.
• Die 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der zweiten Gruppe bestimmen die Richtung der Wicklung der Spulen und bei Anlegen eines 3-phasigen Wechselstroms von einer nicht dargestellten Stromquelle werden so magnetische Felder mit umgekehrten Phasen mit Bezug auf die 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der ersten Gruppe erzeugt, das heißt mit Phasenunterschieden von 180°.
• Um umgekehrte Phasenbeziehungen auf die magnetischen Felder aufzuprägen, die von den 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der zweiten Gruppe und den 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der ersten Gruppe erzeugt werden, können die Wicklungsrichtungen der 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der zweiten Gruppe und der 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der ersten Gruppe umgekehrt sein und 3-phasige Wechselströme mit der selben Phase können an die Spulen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe angelegt werden oder das Verbindungsverfahren der Spulen kann geändert werden.
• Beispielsweise werden, wenn die Wicklungsrichtungen der 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der ersten Gruppe und die 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der zweiten Gruppe dieselben sind, die 3-phasigen Wechselströme der U-Phase, V-Phase und W-Phase an die 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der ersten Gruppe angelegt und werden die 3-phasigen Wechselströme der umgekehrten U-Phase (–U-Phase), umgekehrten V-Phase (–V-Phase) und umgekehrten W-Phase (–W-Phase), die sich in den Phasen von den oben genannten 3-phasigen Wechselströmen um 180° unterscheiden, an die 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der zweiten Gruppe angelegt. Auf Grund dessen werden magnetische Felder in umgekehrten Richtungen in den anliegenden Spulen 3A1, 3A2, in den anliegenden Spulen 3B1 und 3B2 und in den anliegenden Spulen 3C1 und 3C2 erzeugt.
• Diese magnetischen Felder sind in umgekehrten Phasenbeziehungen, so dass Magnetflüsse magnetischer Felder sich gegenseitig unterdrücken. Als ein Ergebnis kann der Induktionsstrom, der in dem in die Spulen eingepassten Versteifungselement 20 erzeugt wird, unterdrückt werden. Auf diese Weise kann der Induktionsstrom, der in dem Versteifungselement 20 fließt, unterdrückt werden, so dass der Abstand zwischen dem Versteifungselement 20 und den ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B verkleinert werden kann.
• Zudem kann der exzessive Stromverlust in dem Versteifungselement 20 gesenkt werden und die Reduktion der Effizienz des kernlosen Linearmotors 1A auf Grund des exzessiven Stromverlusts kann verhindert werden.
• In dem kernlosen Linearmotor 1A der zweiten Ausgestaltung sind die Magnetflüsse von dem Inneren der anliegenden Spulen 3A1 und 3A2, der anliegenden Spulen 3B1 und 3B2 und der Spulen 3C1 und 3C2 in umgekehrter Phasenbeziehung unterdrückt, so dass die Störung hinsichtlich der von der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B gebildeten magnetischen Felder reduziert werden kann und die magnetische Sättigung des Jochs 51, insbesondere der ersten und zweiten sich gegenüberliegenden Jochteile 51A und 51B, auf Grund der von den Spulen der ersten und zweiten Gruppe erzeugten Magnetflüsse verhindert werden kann.
• Eine Modifikation des kernlosen Linearmotors 1A der zweiten Ausgestaltung wird mit Bezug auf 8 erklärt.
• In einem kernlosen Linearmotor 1B, wie in 8 dargestellt, sind die Abmessungen der Gruppen von anliegenden Spulen 3A1 und 3A2, Spulen 3B1 und 3B2 und Spulen 3C1 und 3C2 im wesentlichen dieselben wie die Abmessungen von zwei anliegenden Permanentmagneten S und N in der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B. Die Sätze von Spulen sind so angeordnet, dass die linken und rechten Permanentmagnete sich in der Phase um π/3 Radians (60°) unterscheiden oder sich in der Phase von einer Gruppe von Permanentmagneten um 2π/3 Radians (120°) unterscheiden.
• Durch Erzeugen des magnetischen Felds in jeder Spule auf dieselbe Weise wie bei dem kernlosen Linearmotor 1A der zweiten Ausgestaltung gibt der in 8 dargestellte kernlose Linearmotor 1B die selbe Art von Betrieb und Wirkung wie die des kernlosen Linearmotors 1A der zweiten Ausgestaltung.
• Bei der Ausgestaltung der in 8 dargestellten Spulen sind jede zwei Spulen als eine Gruppe gebildet und die Gruppen sind getrennt voneinander, so dass die in den Spulen erzeugte Wärme leicht abgegeben werden kann.
• 9 ist eine Schnittansicht, die einen kernlosen Linearmotor einer dritten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Bei einem kernlosen Linearmotor 1C der dritten Ausgestaltung sind erste und zweite Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B, Spulenanordnungen 3 und 30, Joch 51, etc. dieselben, wie die der ersten und zweiten oben erklärten Ausgestaltungen. Im Folgenden werden nur Einzelheiten erklärt, die exklusiv für die dritte Ausgestaltung sind.
• Bei den kernlosen Linearmotoren der ersten und zweiten Ausgestaltungen weist das Versteifungselement 20 einen festen, rechtwinkligen Querschnitt auf. Um die Wärmeabgabeeigenschaft, die entlang der direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 eindringt, weiter zu verbessern, ist in einem Versteifungselement 20C des in 9 dargestellten, kernlosen Linearmotors 1C eine Durchgangsöffnung 20Ca ausgebildet. Mit der Durchgangsöffnung 20Ca ist die Fläche der inneren Oberfläche des Versteifungselements 20C, das in Anlage mit dem Kühlmedium gelangt, zum Beispiel der Luft, vergrößert, so dass die in den Spulen erzeugte Wärme leicht abgegeben werden kann.
• Das Versteifungselement 20C bewegt sich entlang der direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 als einem Abschnitt des beweglichen Elements 2, so dass durch durchfließende Luft durch die Durchgangsöffnung 20Ca zu dieser Zeit die Wärme der Spulenanordnungen 3 und 30 abgegeben werden kann.
• Wenn Luft oder ein anderes Kühlmedium zwangsweise in die Durchgangsöffnung 20Ca eingeführt wird, steigt die Kühlwirkung weiter an.
• Die Funktion des Erhöhens der Steifigkeit der Spulenanordnungen 3 und 30 durch das Versteifungselement 20C ist dieselbe, wie die der ersten und zweiten Ausgestaltungen.
• Durch Bilden der Durchgangsöffnung 20Ca in dem Versteifungselement 20C wird das Versteifungselement 20C leichter im Gewicht als das feste Versteifungselement 20 und das bewegliche Element 2 wird leichter im Gewicht.
• 10 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel der Struktur des Versteifungselements in dem kernlosen Linearmotor der dritten Ausgestaltung zeigt.
• Bei einem Versteifungselement 20D in einem in 10 dargestellten, kernlosen Linearmotors 1D ist eine Durchgangsöffnung 20Da, die entlang der direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 verläuft, ausgebildet und Wärme abgebende Finnen 20Df sind auf der inneren Wand der Durchgangsöffnung 20Da ausgebildet. Mit der Bildung der Finnen 20Df wird die Fläche, die in Anlage mit dem Kühlmedium in dem Versteifungselement 20C gelangt, groß und Wärme kann im Vergleich mit dem Fall der Verwendung des in 9 dargestellten Versteifungselements 20C weiter effizient abgegeben werden.
• Ein kernloser Linearmotor einer vierten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 11 bis 15 erläutert.
• In 11 weist ein kernloser Linearmotor 100 ein bewegliches Element 150 und ein ortsfestes Element 101 auf. Der Linearmotor 100 der vierten Ausgestaltung ist anders als die ersten bis dritten Ausgestaltungen. Das ortsfeste Element 101 wirkt als Läufer und das bewegliche Element 150 wirkt als der Statur. Das bewegliche Element 150 mit einem Joch 151 und ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten 106A und 106B bewegt sich nämlich relativ zu dem befestigten Element 101 in den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2.
• Das ortsfeste Element 101 weist eine Spulenanordnung 103, ein Versteifungselements 120 zur Versteifung der Spulenanordnung 103 durch Erhöhen der Steifigkeit der Spulenanordnung 103 und ein Halteelement 110 zum Halten der Spulenanordnung 103 und des Versteifungselements 120 auf.
• Das Halteelement 110 ist aus einem plattenförmigen Element auf dieselbe Weise wie das Halteelement 10 der ersten bis dritten Ausgestaltungen gefertigt und ist zum Beispiel aus nichtrostendem Stahl, einer Aluminiumlegierung oder anderem nichtmagnetischen Metall gefertigt.
• Das Halteelement 110 spielt die Rolle des Haltens des Versteifungselements 120 über die Abstandshalter 125 und hält zudem die Spulenanordnung 103. Das Halteelement 110 ist an einer nicht dargestellten Basis, etc. befestigt.
• In der Spulenanordnung 103 sind eine Vielzahl von Gruppen von Spulen, die jeweils sind aus drei 3-phasigen Spulen 103A, 103B und 103C ausgebildet, kontinuierlich kombiniert. Die anliegenden Abschnitte der 3-phasigen Spulen 103A, 103B und 103C in jeder Gruppe sind auf die selbe Weise wie in den ersten bis dritten Ausgestaltungen verbunden, wobei ein elektrisches Isolierelement 109 verwendet wird, das dasselbe ist wie das elektrische Isoliermaterial 9, um so die Gruppe von Spulen zu bilden. Das Verfahren zur Ausbildung von jeder Gruppe von 3-phasigen Spulen 103A, 103B und 103C ist dasselbe wie das Verfahren zur Ausbildung der Spulenanordnung 3 der ersten bis dritten Ausgestaltungen. In der longitudinalen Richtung des Jochs 151 sind die anliegenden Abschnitte der 3-phasigen Spulen 103A, 103B und 103C von jeder Gruppe verbunden, wobei das elektrische Isoliermaterial 109 verwendet wird, um die Spulenanordnung 103 zu bilden.
• Die gesamte Länge der Spulenanordnung 103, die Gruppen von Spulen umfasst, die jeweils die 3-phasigen Spulen 103A, 103B und 103C enthalten, ist länger als die Spulenanordnung 3 und trägt die Spulenanordnung 103.
• Das Versteifungselement 120 dient auf dieselbe Weise wie die Versteifungselemente 20, 20C und 20D der ersten bis dritten Ausgestaltungen zur Abgabe der Wärme von der Spulenanordnung 103 nach aussen zusätzlich zur Funktion, die Festigkeit der Spulenanordnung 103 zu erhöhen. In dem mittleren Abschnitt des Versteifungselements 120 ist eine Durchgangsöffnung (Fließweg) 120p ausgebildet, in der das Kühlmedium entlang der longitudinalen Richtung des Jochs 151 strömt.
• Das Versteifungselement 120 ist genau wie das Versteifungselement 20, das mit Bezug auf 1 bis 5 erklärt wurde, aus einem nicht magnetischen, leichten Material gefertigt, zum Beispiel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
• Wie in 12 dargestellt, ragen die Enden 120e des Versteifungselements 120 von den zwei Enden der Spulenanordnung 103 fließt und sind an dem Halteelement 110 über die Abstandhalter 125 mittels Halteeinrichtungen befestigt.
• Die Abstandhalter 125 dienen auf dieselbe Weise wie die Abstandhalter 25 der ersten bis dritten Ausgestaltungen dazu, das Versteifungselement 120 an dem Halteelement 110 zu befestigen, und dienen auch dazu, dass die Wärme des Versteifungselements 120 an das Halteelement 110 geleitet wird, und diese sind aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder anderem nicht magnetischem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit ausgebildet.
• Das Halteelement 110 hält die gegenüberliegenden äußeren Umfangsflächen der Spulenanordnung 103 über die gesamte Oberfläche. Als ein Ergebnis steigt die Steifigkeit der Spulenanordnung 103 schnell, die eine relativ lange Gesamtlänge aufweist.
• Das bewegliche Element 150 weist das Joch 151 und eine erste Gruppe von Permanentmagneten 106A und eine zweite Gruppe von Permanentmagneten 106B mit derselben Ausgestaltung wie die der erste und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B der ersten bis dritten Ausgestaltungen auf und ist in den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 von einem nicht dargestellten Führungsmechanismus beweglich gehalten.
• Das in 13 dargestellte Joch 151 ist dasselbe wie das mit Bezug auf 4 erklärte Joch 51. Die ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 151A und 151B weisen nämlich Flächen auf, die sich gegenseitig gegenüberliegen. Die ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteilen 151A und 151B, die sich unter dem ersten Abstand D1 gegenseitig gegenüberliegen, und ein Verbindungsjochteil 151C, das vertikal zu diesen gegenüberliegenden Jochteilen angeordnet ist und erste Enden der ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 151A und 151B entlang den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 miteinander verbindet, sind einteilig ausgebildet. Die ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteilen 151A und 151B und das Verbindungsjochteil 151C können als unterschiedliche Elemente ausgebildet und verbunden sein. Das Joch 151 kann aus Eisen oder einem anderen nicht magnetischen Material insgesamt auf dieselbe Weise gebildet werden wie das mit Bezug auf 4 erklärte Joch 51, aber von dem Standpunkt der Reduktion von Gewicht des beweglichen Elements 150 kann ein magnetisches Material für die gegenüberliegenden Jochteile 151A und 151B verwendet werden und Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ein anderes, nicht magnetisches Material kann für das Verbindungsjochteil 151C verwendet werden.
• Wie in 14 dargestellt, sind die erste und zweite Gruppe von Permanentmagneten 106A und 106B, die aus Paaren von N-poligen und S-poligen Permanentmagneten gefertigt sind, zu rechteckigen Plattenformen in äußerer Form in der longitudinalen Richtung gefertigt, haben dieselben Abmessungen und und sind an den gegenüberliegenden Flächen der gegenüberliegenden Jochteile 151A und 151B befestigt. Die magnetischen Pole der gegenüberliegenden Permanentmagneten sind dieselben.
• Die Spulen 103A, 103B und 103C von jeder Gruppe, die die Spulenanordnung 103 bilden, haben eine äußere Form mit quadratischem oder rechtwinkligem Querschnitt, so dass, wie in 13 gezeigt ist, gegenüberliegende Flächen 106f der gegenüberliegenden ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 106A und 106B sich unter einem vorbestimmten Abstand (Raum) in Bezug auf die äußere Umfangsfläche 103f der Spulenanordnung 103 gegenüberliegen. Die gegenüberliegenden Flächen 106f und die äußere Umfangsfläche 103f sind im wesentlichen parallel angeordnet.
• Der Betrieb des kernlosen Linearmotors 100 der vierten Ausgestaltung wird mit Bezug auf 14 erklärt.
• In den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 passen die Abmessungen der anliegenden Paare von Permanentmagneten N und S und die Abmessungen eines Satzes von 3 Spulen 103A, 103B und 103C im wesentlichen.
• Auf dieselbe Weise wie diese mit Bezug auf die ersten bis dritten Ausgestaltungen erläutert wurde, erstreckt sich beinahe kein Magnetfluss BF von den sich einer gegenüberliegen Gruppen Spulen 103A, 103B und 103C von einem der gegenüberliegenden Permanentmagneten zu dem anderen, da die magnetischen Pole der einander gegenüberliegenden Permanentmagnete gleich sind. Es erstreckt sich hauptsächlich ein Magnetfluss von dem Permanentmagneten N zu dem Permanentmagneten S, die in der longitudinalen Richtung des Jochs 151 anliegen. Entsprechend sind die Magnetflüsse BF der Permanentmagneten N und S hauptsächlich nahe den Oberflächen der anliegenden Paare von Permanentmagneten N und S verteilt und erreichen nicht so leicht das Versteifungselement 120 innerhalb der 3-phasigen Spulen 103A, 103B und 103C gegenüber den Permanentmagneten N und S.
• Wenn Wechselströme, die in der Phase um 120° versetzt sind, an die dreiphasigen Spulen 3A, 3B und 3C angelegt werden, wird ein magnetisches Feld auf Grund der elektromagnetischen Induktion erzeugt und fließt ein Induktionsstrom in dem Versteifungselement 120. Wenn Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ein anderes nicht magnetisches Metall mit einem niedrigen elektrischen Widerstand für das Versteifungselement 120 verwendet wird, fließt ein großer Induktionsstrom. Zu dieser Zeit, wenn die magnetische Flussdichte der Magnetfelder der Permanentmagneten N und S, die das Innere der dreiphasigen Spulen 103A, 103B und 103C erreichen, hoch ist, wird eine Kraft in der umgekehrten Richtung zum Schub zum Bewegen des beweglichen Elements 150 erzeugt. Um die Erzeugung von Kraft in der umgekehrten Richtung zum Schub zu vermeiden, ist der Abstand Ld zwischen den Permanentmagneten N und S und dem Versteifungselement 120 auf dieselbe Weise gewährleistet wie bei der ersten Ausgestaltung. Es ist nämlich notwendig, den Abstand (dritten Abstand) zwischen den Flächen 106f der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 106A und 106B und den diesen gegenüberliegenden Flächen 120f des Versteifungselements 120 genau mit einer bestimmten Länge zu gewährleisten.
• In der vierten Ausgestaltung wurde auch erfahren, dass auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausgestaltung, wenn eine Aluminiumlegierung für das Versteifungselement 120 verwendet wird, der Abstand Ld so eingestellt wird, dass die Dichte des Magnetflusses BF, die auf die Oberflächen 102f des Versteifungselements 120 wirkt, ½ der Dichte des Magnetflusses der Magneten im Zentrum der Flächen der sich gegenüberliegenden ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 106A und 106B wird oder kleiner wird und der Fluss nahezu keinen Einfluss hat.
• Auf Grund dessen werden selbst mit dem kernlosen Linearmotor 100 der vierten Ausgestaltung dieselben Wirkungen erhalten, wie mit denen der kernlosen Linearmotoren der ersten bis dritten Ausgestaltungen.
• Das ortsfeste Element und das bewegliche Element des kernlosen Linearmotors der vierten Ausgestaltung wirken umgekehrt im Vergleich zu dem ortsfesten Element und dem beweglichen Element in den kernlosen Linearmotoren der ersten bis dritten Ausgestaltungen, aber selbst wenn das ortsfeste Element und das bewegliche Element umgekehrt werden, werden dieselben Wirkungen erhalten, wie mit denen der ersten bis dritten Ausgestaltungen. Gemäß der vorliegenden Erfindung können das bewegliche Element und das ortsfeste Element beweglich relativ zueinander ausgebildet werden.
• Bei dem kernlosen Linearmotor der vierten Ausgestaltung ist die Spulenanordnung 103 fest, so dass die Verdrahtung der Spulenanordnung 103 leicht wird.
• Bei dem kernlosen Linearmotor der vierten Ausgestaltung ist das Versteifungselement 120 in dem ortsfesten Element, so dass Kühlen einfach ist.
• Ein Beispiel des Kühlverfahrens des kernlosen Linearmotors der vierten Ausgestaltung wird mit Bezug auf 15 erklärt.
• Eine Versorgungsquelle 300 zur Zufuhr von Kühlmedium ist mit einem Ende der Durchgangsöffnung (Strömungsdurchlass) 120p verbunden, die in dem Versteifungselement 120 ausgebildet ist. Ein Kühlmedium CL wird durch die Durchgangsöffnung 120p zugeführt. In der vorliegenden Ausgestaltung ist das Versteifungselement 120 in dem befestigten Element 101 angeordnet, so dass als das Kühlmedium CL zum Beispiel eine Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser, mit einer hohen Wärmekapazität im Vergleich zu Luft verwendet werden kann. Das einem Ende der Durchgangsöffnung 120p zugeführte Kühlmedium CL fließt durch die Durchgangsöffnung 120p, nimmt effizient die Wärme des Versteifungselements 120 auf um erwärmt zu werden und wird von dem anderen Ende der Durchgangsöffnung 120p abgeführt. Als ein Ergebnis kann die Temperatur des kernlosen Linearmotors 100 der vierten Ausgestaltung leicht und ausreichend gesteuert werden und der gesamte kernlose Linearmotor ist nicht von einem Temperaturanstieg betroffen. Wenn ein solcher kernloser Linearmotor verwendet wird, liegt der Vorteil insbesondere in der Nano-Lagesteuerung oder anderer Genauigkeitssteuerung.
• 16 ist eine Darstellung, die eine Ausgestaltung eines kernlosen Linearmotors einer fünften Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Die grundsätzliche Ausgestaltung eines kernlosen Linearmotors 100A gemäß der fünften Ausgestaltung ist dieselbe wie die des kernlosen Linearmotors 100 der vierten Ausgestaltung. In 16 werden die selben Bezugszeichen für die selben Merkmale wie die des kernlosen Linearmotors der vierten Ausgestaltung verwendet, der mit Bezug auf die 11 bis 15 erklärt wurde.
• Bei dem in 16 dargestellten kernlosen Linearmotor 100A wirken auf dieselbe Weise wie bei dem kernlosen Linearmotor 100 der vierten Ausgestaltung das ortsfeste Element mit dem Versteifungselement 120 und der Spulenanordnung 103 als der Läufer. Dieser Motor weist ein Joch 151 mit einem nicht dargestellten Verbindungsjochteil, ersten und zweiten gegenüberliegende Jochteile 151A und 151B und ein bewegliches Element mit ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten 106AA und 106BB auf.
• In den ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteilen 151A und 151B sind zwei Paare, das heißt vier Permanentmagneten N und S, angeordnet, die die erste Gruppe von Permanentmagneten 106AA und die zweite Gruppe von Permanentmagneten 106BB bilden. Diese sind so angeordnet, dass die Polungen der Permanentmagneten N und S entlang der direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 alternierend umgekehrt sind, und sind so angeordnet, dass die Polungen der Permanentmagneten N und S in der gegenüberliegenden ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 106AA und 106BB dieselben werden.
• Die Spulenanordnung 103 in dem kernlosen Linearmotor 100A weist eine erste Spulenanordnung 103A mit einer Vielzahl von Gruppen, die jeweils aus 3-phasigen Spulen 103A, 103B und 103C gebildet sind, und eine zweite Spulenanordnung 103B mit einer Vielzahl von Gruppen auf, die jeweils aus 3-phasigen Spulen 103A2, 103B2 und 103C2 gebildet sind. Die Spulen 103A1 und 103A2, die Spulen 103B1 und 103B2 und die Spulen 103C1 und 103C2 sind aneinander angrenzend angeordnet. Die Spule 103A2 ist zwischen den Spulen 103A1 und 103B1 angeordnet, die Spule 103B2 ist zwischen den Spulen 103B1 und 103C1 angeordnet und die Spule 103C2 ist zwischen den Spulen 103C1 und 103A1 angeordnet.
• Die Spulen 103A2, 103B2 und 103C2 erzeugen magnetische Felder, die in den Phasen um 180° in Bezug auf die Spulen 103A1, 103B1 und 103C1 verschieden sind.
• Die 3-phasigen Spulen 103A1, 103B1 und 103C1 und die 3-phasigen Spulen 103A2, 103B2 und 103C2 liegen einander als zwei Paare gegenüber, das heißt vier anliegenden Permanentmagneten N und S. Die Längen der vier Permanentmagneten N und S und die Längen der sechs Spulen in den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 sind im wesentlichen dieselben.
• Wenn die dreiphasigen Wechselströme der U-Phase, V-Phase und W-Phase, die in Phasen um 120° versetzt sind, an die dreiphasigen Spulen 103A1, 103B1 und 103C1 angelegt werden, und wenn dreiphasige Wechselströme der –U-Phase, –V-Phase und –W-Phase, die in ihren Phasen um 180° zu der U-Phase, V-Phase und W-Phase versetzt sind, an die dreiphasigen Spulen 103A2, 103B2 und 103C2 angelegt werden, werden in den Spulen 103A1 und 103A2, in den Spulen 103B1 und 103B2 und in den Spulen 103C1 und 103C2 magnetische Felder in umgekehrten Richtungen erzeugt. Als ein Ergebnis sind das ortsfeste Element und das bewegliche Element umgekehrt, aber die Art des Betriebs und Wirkungen werden dieselben erhalten, wie die für den kernlosen Linearmotor der zweiten Ausgestaltung, der in 7 dargestellt ist.
• Ein kernloser Linearmotor einer sechsten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 17 und 18 erläutert.
• 17 ist eine Darstellung, die die Ausgestaltung eines kernlosen Linearmotors 100B der sechsten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 18 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des beweglichen Elements und des ortsfesten Elements des in der 17 dargestellten kernlosen Linearmotors zeigt.
• In dem kernlosen Linearmotor 100B ist ein Joch 151-A mit vier Jochseiten 151A bis 151D zu einer quadratischen oder rechtwinkligen hohlen Form ausgebildet. An den inneren Wänden der vier Jochseiten sind eine erste Gruppe von Permanentmagneten 106A, eine zweite Gruppe von Permanentmagneten 106B, eine dritte Gruppe von Permanentmagneten 106C und eine vierte Gruppe von Permanentmagneten 106D angeordnet. Die erste Gruppe von Permanentmagneten 106A und die zweite Gruppe von Permanentmagneten 106B liegen einander gegenüber, während die dritte Gruppe von Permanentmagneten 106C und die vierte Gruppe von Permanentmagneten 106D einander gegenüberliegen. Diese Gruppen von Permanentmagneten liegen vier äußeren Umfangsflächen der Spulenanordnung 103 gegenüber.
• In dem kernlosen Linearmotor 100B kann durch Anwenden einer Ausgestaltung, bei der die vier Flächen der Spulenanordnung 103 den vier Gruppen von Permanentmagneten 106A, 106B, 106C und 106D gegenüber liegen, die Effizienz der Verwendung der magnetischen Felder der Gruppen von Permanentmagneten 106A, 106B, 106C und 106D, die von der Spulenanordnung 103 verwendet wird, steigen und der Schub, etc. des beweglichen Elements, das aus dem Joch 151A-1 und Gruppen von Permanentmagneten 106A, 106B, 106C und 106D ausgebildet ist, erhöht werden.
• Das Versteifungselement 120 und die Durchgangsöffnung 120a ergeben dieselbe Kühlwirkung, wie die des Versteifungselements 120 und der Durchgangsöffnung 120a, die ist mit Bezug auf 13 erklärt wurde.
• Bei den oben genannten ersten bis sechsten Ausgestaltungen war der Querschnitt der Spulen von quadratischer oder rechtwinkliger Form und die Querschnitte der Permanentnmagneten waren flach, plattenförmig gebildet, aber die Form des kernlosen Linearmotors der vorliegenden Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Querschnitt der Spulen quadratisch, kreisförmig, oval oder in anderer Form gemacht sein. Die Permanentnmagneten können gekrümmt sein entsprechend diesen Formen. Zudem können die Formen der Joche geändert werden, um dazu zu passen.
• Zudem wurde bei den oben genannten ersten bis sechsten Ausgestaltungen eine Ausführung angewendet, bei der das Versteifungselement nach Bilden der Spulen in dem hohlen Zustand in die Spulen eingesetzt wurde, aber der elektrisch isolierte, leitende Draht kann direkt um den Umfang des Versteifungselements gewickelt werden.
• Ein kernloser Linearmotor einer siebten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 19 bis 22 erläutert.
• Bei den kernlosen Linearmotoren der oben erläuterten Ausgestaltungen wurde zur Erhöhung der Steifigkeit der Spulen das Versteifungselement 20 verwendet. Aber es besteht die Möglichkeit, dass die Masse des beweglichen Elements wegen der Verwendung des Versteifungselements 20 groß wird, und die Steuerbarkeit des kernlosen Linearmotors wird reduziert. Zudem erzeugt, wenn nichtrostender Stahl oder anderes nicht magnetisches Metall für die Halteplatte der Spulen verwendet wird, da die Halteplatte sich in dem Weg des Magnetflusses der magnetischen Schaltung befindet, der Fluss des Induktionsstroms in der Halteplatte, wenn die Halteplatte von dem beweglichen Abschnitt gerade bewegt wird, eine Kraft in der umgekehrten Richtung zum Schub. Daraus wird manchmal ein Grund für Schubfluktuation. Die unten erläuterte Ausgestaltung löst dieses Problem. Bei dem kernlosen Linearmotor gemäß der folgenden Ausgestaltung ist der Läufer nämlich gewichtsreduziert und die Schubfluktuation reduziert.
• 19 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur des kernlosen Linearmotors der siebten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Ein kernloser Linearmotor 1F der siebten Ausgestaltung weist ein bewegliches Element 2F auf, das als der Läufer wirkt, und ein ortsfestes Element 50F.
• Das ortsfeste Element 50F weist ein Joch 51 und erste und zweite Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B auf.
• Die Struktur und Anordnung des Jochs 51 und der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B sind dieselben wie die der ersten bis dritten Ausgestaltungen. Die direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 sind die Richtungen, in denen sich das bewegliche Element 2F bewegt.
• Bei dem in 21 dargestellten Joch 51 sind, auf dieselbe Weise wie bei dem mit Bezug auf 4 erläuterten Joch 51, die ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 51A und 51B und das verbindende Jochteil 51C einteilig gebildet und die Außenflächen sind an der Basis, etc. befestigt. Die ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 51A und 51B und das verbindende Jochteil 51C können als unterschiedliche Elemente gebildet sein. In dem Fall kann auf dieselbe Weise wie bei dem Joch 51 der ersten Ausgestaltung, eine Ausgestaltung verwendet werden, die ein ferromagnetisches Element für die ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 51A und 51B und ein nicht magnetisches Element für das verbindende Jochteil 51C verwendet. Für das Joch 51 kann vom Standpunkt der Gewichtsreduktion Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder anderes hochfestes, leichtgewichtiges Metall oder ein verstärkter Kunststoff oder anderes nicht magnetisches Material verwendet werden.
• Die erste und zweite Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B weisen auf dieselbe Weise, wie die der ersten bis dritten Ausgestaltungen, eine Vielzahl von Paaren von Permanentmagneten N und S auf. Die Bedingungen der Anordnung der magnetischen Pole, äußere Form und Bedingungen der Abmessungen sind dieselben, wie die der ersten bis dritten Ausgestaltungen.
• Wie in 19 dargestellt, weist das bewegliche Element 2F eine Spulenanordnung 3 mit Spulen 3A, 3B und 3C, ein Halteelement 10 mit einer Spulenanordnung 3 und ein Befestigungselement 11 auf. Bei diesem beweglichen Element 2F ist das Versteifungselement 20 wie bei dem kernlosen Linearmotor der ersten Ausgestaltung oder ähnlichem nicht in den hohlen Abschnitt 3H der Spulen 3A, 3B und 3C eingepasst. Das Halteelement 10 ist dasselbe wie das Halteelement 10 in dem kernlosen Linearmotor der ersten Ausgestaltung und ist zum Beispiel aus nichtrostendem Stahl, Aluminiumlegierung oder anderem Metall gebildet. Das Halteelement 10 dient zum Halten der Spulenanordnung 3 und ist in den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 von einem nicht dargestellten Führungsmechanismus beweglich gehalten, und zwar auf dieselbe Weise, wie bei der ersten Ausgestaltung.
• Die 3-phasigen Spulen 3A, 3B und 3C, die die Spulenanordnung 3 bilden, werden auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausgestaltung erhalten, zum Beispiel durch Aufbringen eines nassen Binders auf leitende Drähte, die mit dem elektrisch isolierenden Material 9 bedeckt sind, wobei diese sind in vielen Schichten in einem hohlen Zustand angeordnet und gewickelt, und durch Vulkanisieren des Binders zum Befestigen. In den Spulen 3A, 3B und 3C ist der Umriss des Querschnitts rechtwinklig. Auch das Verfahren der Herstellung ist dasselbe, wie bei der ersten Ausgestaltung. Nach Bilden der 3-phasigen Spulen 3A, 3B, zum Beispiel in jeweils hohler Formen, werden die Endflächen mit dem nicht magnetischen, elektrisch isolierenden Element 9 miteinander verbunden, um so die Spulenanordnung 3 zu bilden. Das elektrisch isolierende Element 9 ist zum Beispiel ein Glasepoxikunststoff oder eine mit Hartalumit behandelte Aluminiumlegierung.
• In der Querschnittsform der Spulen 3A, 3B und 3C, wie in Bezug auf 4 erläutert, ist die Länge a von jeder der Seiten, die der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B gegenüberliegend angeordnet sind, länger als die Länge b der Seiten, die andere sind.
• Die Spulenanordnung 3 weist einen hohlen Abschnitt 3H mit quadratischem Umriss auf, der entlang der longitudinalen Richtung durch sie läuft. Die Wicklungsrichtungen der 3-phasigen Spulen 3A, 3B und 3C sind dieselben.
• Durch Aufprägen der obigen Ausgestaltung auf die 3-phasigen Spulen 3A, 3B und 3C auf dieselbe Weise, wie bei der ersten Ausgestaltung, kann das bereichsweise Sekundärmoment weitgehend erhalten werden und die Steifigkeit der Spulen 3A, 3B und 3C, insbesondere deren Biege- und Schubsteifigkeit, steigen an. Zudem steigt die Steifigkeit der Spulen 3A, 3B und 3C an sich und gleichzeitig weisen die Spulen 3A, 3B und 3C den hohlen Abschnitt 3H auf. Da es kein Versteifungselement 20 gibt, ist das bewegliche Element 2F leichtgewichtig.
• Zur Befestigung der Spulenanordnung 3 an dem Halteelement 10, wie in 21 gezeigt, werden die äußeren Umfangsflächen 3f1, die dem Halteelement 10 gegenüberliegen, an dem Halteelement 10 mit einem elektrisch isolierenden Binder 350 befestigt. In einem Zustand, in dem die äußeren Umfangsflächen 3f3 und 3f4, die der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B der Spulenanordnung 3 gegenüberliegend angeordnet sind, von den Befestigungselementen 11 befestigt werden, werden die Befestigungselemente 11 an dem Halteelement 10 mit Bolzen 30 befestigt. Auf Grund dessen ist die Spulenanordnung 3 fest an dem Halteelement 10 befestigt.
• In den 3-phasigen Spulen 3A, 3B und 3C sind die Umrisse der Querschnitte quadratisch oder rechtwinklig, so dass, wie in 22 gezeigt, die gegenüberliegenden Oberflächen 60f der gegenüberliegenden ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B den äußeren Umfangsflächen 3f3 und 3f4 der Spulenanordnung 3 unter einem vorbestimmten Abstand gegenüber liegen. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen 60f und die äußeren Umfangsflächen 3f3 und 3f4 sind im wesentlichen parallel. Zwischen der einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 60A und 60B ist nur die Spulenanordnung 3, die die Spulen 3A, 3B und 3C verbindet, angeordnet. Entsprechend gibt es in dem hohlen Abschnitt 3H der Spulenanordnung 3 weder das Versteifungselement 20 noch ein magnetisches Element, noch ein leitendes Element der ersten Ausgestaltung.
• Der Betrieb des kernlosen Linearmotors 1F der siebten Ausgestaltung wird mit Bezug auf 23 erklärt. Auf dieselbe Weise wie der kernlose Linearmotor der ersten Ausgestaltung stimmen die Längen anliegender Paare von Permanentmagneten N und S und die Längen der dreiphasigen Spulen 3A, 3B und 3C in den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 im wesentlichen überein.
• Unter den Spulen 3A, 3B und 3C erstreckt sich beinahe kein Magnetfluss BF der Permanentmagneten N und N und S und S in den gegenüberliegenden ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B von einem der gegenüberliegenden Permanentmagneten N und N und S und S zu dem anderen. Er erstreckt sich hauptsächlich von den anliegenden Permanentmagneten N nach S, da die Polungen der Magneten dieselben sind.
• Wenn die dreiphasigen Wechselströme der U-Phase, V-Phase und W-Phase, die in ihrer Phase um 120° zueinander versetzt sind, an die dreiphasigen Spulen 3A, 3B und 3C angelegt werden, sind die Richtungen der Ströme, die in den Spulen 3A, 3B und 3C auf der Seite des ersten gegenüberliegenden Jochteil 51 As fließen, und die Richtung der Ströme, die in den Spulen 3A, 3B und 3C auf der zweiten Seite des gegenüberliegenden Jochteils 51B fließen, zueinander umgekehrt und die Richtung des Magnetflusses BF, der durch die Spulen 3A, 3B und 3C auf der zweiten gegenüberliegenden Jochteil 51B Seite fließt, sind umgekehrt. Aus diesem Grund werden auf der ersten Seite des gegenüberliegenden Jochteils 51A und auf der zweiten Seite des gegenüberliegenden Jochteils 51B Schübe mit derselben Richtung erzeugt. Auf Grund dieser Schübe bewegt sich das bewegliche Element 2F entlang den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2.
• Wie in 23 gezeigt, werden die Magnetflüsse BF der Permanentmagneten N und S hauptsächlich nahe den Oberflächen 60f der Permanentmagneten N und S verteilt und erreichen nicht leicht die inneren Abschnitte der Spulen 3A, 3B und 3C. Entsprechend können, selbst wenn die leitenden Drähte sich bis zu den Kernen der Spulen 3A, 3B und 3C erstrecken, die Magnetflüsse BF der Permanentmagneten N und S nicht verwendet werden. Bei der vorliegenden Ausgestaltung wird gleichzeitig mit der Erhöhung der Effizienz der Verwendung der Magnetflüsse BF der Permanentmagneten N und S durch Bestimmen des Bereichs, wo der Magnetfluss nicht in die Spulenanordnung 3 des hohlen Abschnitts 3H reicht, eine Gewichtsverringerung der Spulen 3A, 3B und 3C erreicht. Als ein Ergebnis kann die Masse des beweglichen Elements reduziert werden und es wird eine hohe Regelung erreicht.
• Die Spulenanordnung 3 weist den hohlen Abschnitt 3H auf, so dass die in den Spulen 3A, 3B und 3C erzeugte Wärme leicht durch diesen hohlen Abschnitt 3H nach außen abgegeben werden kann.
• Wenn Luft oder ein anderes Kühlmedium durch den hohlen Abschnitt 3H strömt, kann das Kühlen effizienter ausgeführt werden. Als ein Ergebnis kann der Temperaturanstieg des kernlosen Linearmotors 1F unterdrückt werden und die Reduktion der Positioniergenauigkeit der Komponenten des kernlosen Linearmotors auf Grund von Wärmeverformung kann verhindert werden.
• In der Spulenanordnung 3 gibt es keinen Leiter in dem hohlen Abschnitt 3H, so dass auf Grund der magnetischen Felder, die von den Spulen 3A, 3B und 3C erzeugt werden, kein Induktionsstrom erzeugt wird und eine Kraft in umgekehrter Richtung zu dem Schub des beweglichen Elements 2F wird nicht erzeugt. Als ein Ergebnis tritt auf Grund des Induktionsstroms keine Schubfluktuation des kernlosen Linearmotors 1F auf. Zudem wird kein Induktionsstrom erzeugt, so dass die Reduktion der Effizienz des kernlosen Linearmotors verhindert werden kann.
• Es können auch exzessive Stromverluste vermieden werden und so eine Reduktion der Effizienz des Motors verhindert werden.
• Auf Grund des oben Gesagten wird gemäß der siebten Ausgestaltung ein kernloser Linearmotor erhalten, bei dem Schubfluktuation weitgehend unterdrückt ist.
• Ein kernloser Linearmotor einer achten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 24 und 25 erläutert.
• 24 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines beweglichen Abschnitts 2G des kernlosen Linearmotors der achten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Die grundsätzliche Ausgestaltung des kernlosen Linearmotors 1A der achten Ausgestaltung ist dieselbe, wie die des kernlosen Linearmotors der siebten Ausgestaltung, die mit Bezug auf die 19 bis 22 erläutert wurde. Dieselben Bezugszeichen werden für die selben Merkmale wie die der siebten Ausgestaltung verwendet.
• Das bewegliche Element 2G weist eine Spulenanordnung 30G auf, die aus einer ersten Gruppe von 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 und einer zweiten Gruppe von 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 besteht, und zwar auf dieselbe Weise, wie das mit Bezug auf die 6 erläutert wurde.
• Der Betrieb des kernlosen Linearmotors 1G der achten Ausgestaltung wird mit Bezug auf 25 erklärt.
• Die Längen der anliegenden vier Permanentmagneten N, S, N und S und die Längen der sechs Spulen in den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 sind im wesentlichen dieselben.
• Die Beziehungen und Zustände der 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der ersten Gruppe und der 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der zweiten Gruppe sind dieselben wie die Beziehungen und Zustände der 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der ersten Gruppe und der 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der zweiten Gruppe in dem beweglichen Element, das mit Bezug auf die 6 erläutert wurde. Die 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der ersten Gruppe erzeugen magnetische Felder in umgekehrten Phasen mit Bezug auf die 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der zweiten Gruppe, das heißt unterschiedlich in Phase um 180 Grad. Wenn zum Beispiel die Wicklungsrichtungen der 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der ersten Gruppe und die 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der zweiten Gruppe dieselben sind, falls die dreiphasigen Wechselströme der U-Phase, V-Phase und W-Phase an die 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der ersten Gruppe angelegt werden und die dreiphasigen Wechselströme der U-Phase, V-Phase und W-Phase, die in Phase um 180° versetzt sind von den vorigen dreiphasigen Wechselströmen, an die 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der zweiten Gruppe angelegt werden, werden magnetische Felder in umgekehrten Richtungen in den 3-phasigen Spulen 3A1 und 3A2 und den Spulen 3B1 und 3B2 der ersten Gruppe und in den Spulen 3C1 und 3C2 der zweiten Gruppe erzeugt. Diese haben umgekehrte Phasenbeziehungen, so dass die Magnetflüsse der magnetischen Felder gegeneinander aufgehoben werden. Als ein Ergebnis werden die Magnetflüsse, die von dem Inneren der Spulen 3A1 und 3A2, Spulen 3B1 und 3B2 und Spulen 3C1 und 3C2 durchdringen, unterdrückt, so dass die Störung der magnetischen Felder, die von den Permanentmagneten N und S gebildet werden, reduziert werden kann und die magnetische Sättigung des Jochs 51 (erste und zweite sich gegenüberliegende Jochteile 51A und 51B) auf Grund der von den Spulen erzeugten Magnetflüsse verhindert werden kann.
• Das Verfahren zum Aufprägen umgekehrter Phasen auf magnetische Felder, die von den 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der ersten Gruppe und den 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der zweiten Gruppe erzeugt werden, ist das selbe, wie bei dem Fall, der mit Bezug auf die 6 erläutert wurde. Zum Beispiel können die Wicklungsrichtungen der 3-phasigen Spulen 3A1, 3B1 und 3C1 der ersten Gruppe und die 3-phasigen Spulen 3A2, 3B2 und 3C2 der zweiten Gruppe umgekehrt werden und die dreiphasigen Wechselströme mit derselben Phase können angelegt werden oder das Verfahren der Verbindung der Spulen kann geändert werden.
• Eine Abänderung des kernlosen Linearmotors der achten Ausgestaltung wird mit Bezug auf die 26 erläutert.
• Wie mit Bezug auf 26 erläutert, sind die Längen der Gruppen der anliegenden Spulen 3A1 und 3A2, Spulen 3B1 und 3B2 und der Spulen 3C1 und 3C2 und die Längen (Breiten) L2 der Spulen 3A, 3B und 3C im wesentlichen gleich wie die Längen der anliegenden zwei Permanentmagneten N und S. Die Gruppen der Spulen sind mit Phasen angeordnet, die sich um genau π/3 Radians (60°) oder um 2π/3 Radians (120°) unterscheiden, abhängig von der Lage der Magneten. Durch Erzeugen der magnetischen Felder in den Gruppen von Spulen auf dieselbe Weise, wie bei dem Linearmotor der siebten Ausgestaltung, werden die selbe Art von Betrieb und Wirkungen wie die der siebten Ausgestaltung erhalten.
• Ein kernloser Linearmotor einer neunten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 27 erläutert.
• Die grundsätzliche Ausgestaltung eines in 27 dargestellten kernlosen Linearmotors 1H ist dieselbe wie der in 21 dargestellte kernlose Linearmotor 1F. Aber bei dem kernlosen Linearmotor 1H ist ein Versteifungselement 20H in den hohlen Abschnitt 3H der Spulenanordnung 3 eingepasst.
• Das Versteifungselement 20H weist eine Querschnittsform auf, die mit der Querschnittsform des hohlen Abschnitts 3H der Spulenanordnung 3 zusammen passt und ist über die gesamte Länge des hohlen Abschnitts 3H in den inneren Umfang des hohlen Abschnitts 3H eingepasst. Das Versteifungselement 20H ist mit der Spulenanordnung 3 verbunden.
• Das Versteifungselement 20H ist vorgesehen, um die Steifigkeit der Spulenanordnung 3 auf dieselbe Weise wie das Versteifungselement 20 der ersten Ausgestaltung zu verbessern. Das Versteifungselement 20 ist mit einem hohlen Abschnitt 20H versehen. Dieser hohle Abschnitt 3H ist zur Gewichtsreduktion des Versteifungselements 20H und zur Erhöhung der Kühlwirkung der Spulenanordnung 3 gebildet.
• Als Material zur Bildung des Versteifungselements 20H auf dieselbe Weise wie für das Versteifungselement 20 der ersten Ausgestaltung wird ein nicht magnetisches, elektrisch isolierendes Material verwendet. Als ein bevorzugtes Material des Versteifungselements 20H wird ein Material mit einem geringeren Gewicht als ein Metall und einer hohen Steifigkeit bevorzugt. Ein Material wie zum Beispiel FRP, das Glasepoxikunststoff, Kohlefaser oder andere Faserverstärkung verwendet, wird bevorzugt.
• Die Form des Versteifungselements 20H wurde hohl ausgeführt. Aber die Form ist darauf nicht beschränkt. Verschiedene Formen können angewendet werden. Zum Beispiel kann die Form des Versteifungselements 20H als flache Platte ausgeführt werden. Zudem kann eine Ausgestaltung verwendet werden, bei der das Versteifungselement 20H nicht entlang dem ganzen Umfang in der Spulenanordnung 3 vorgesehen ist, sondern Versteifungselemente als flache Platten vorgesehen sind, zum Beispiel auf dem gegenüberliegenden Paar von Seitenflächen. Weiter ist es auch möglich, ein festes Element als das Versteifungselement zu verwenden und den ganzen hohlen Abschnitt 3H zum Versteifungselement 20H zu machen.
• Ein kernloser Linearmotor einer zehnten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 28 bis 31 erläutert.
• Ein in 28 dargestellter kernloser Linearmotor 100D weist ein bewegliches Element 150D und ein ortsfestes Element 101D auf. In der vorliegenden Ausgestaltung wirkt das befestigte Element 101D als Läufer.
• Das ortsfeste Element 101D weist eine Spulenanordnung 103D und ein Halteelement 110D auf.
• Das Halteelement 110D ist als flache Platte ausgeführt, genau wie das mit Bezug auf 12 dargestellte Halteelement 110 und ist aus einem nicht magnetischen Material gebildet, wie zum Beispiel auf einem Metall, wie beispielsweise nichtrostender Stahl oder einer Aluminiumlegierung.
• Das Halteelement 110D wirkt als Halter für die Spulenanordnung 103D und ist an einer nicht dargestellten Basis oder ähnliches befestigt.
• Die Spulenanordnung 103D ist durch Zusammensetzen einer Vielzahl von Gruppen von 3-phasigen Spulen 103A, 103B und 103C ausgebildet. Die Spulen 103A, 103B und 103C von jeder Gruppe sind über die elektrischen Isolierelemente 109 verbunden. Die Spulenanordnung 103D ist mit demselben Verfahren zur Bildung der Spulenanordnungen 3 und 30 gebildet, das in den ersten und sechsten Ausgestaltungen erklärt wurde. Es ist darauf hinzuweisen, dass es sich in dem Punkt unterscheidet, dass eine große Anzahl von 3-phasigen Spulen 103A, 103B und 103C verbunden sind und die gesamte Länge lang ist.
• Wie in 29 dargestellt, hält das Halteelement 110D die gegenüberliegenden äußeren Umfangsflächen der Spulenanordnung 103D über die gesamte Oberfläche. Aus diesem Grund nimmt die Steifigkeit des ortsfesten Elements 101D mit einer relativ langen Gesamtlänge schnell zu.
• Der hohle Abschnitt 103H der Spulenanordnung 3D geht entlang der direkt wirkenden Richtungen A1 und A2.
• Das bewegliche Element 150D weist ein Joch 151 und erste und zweite Gruppen von Permanentmagneten 106A und 106B auf, die an gegenüberliegenden Flächen der ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 151A und 151B des Jochs 151 angeordnet sind. Das bewegliche Element 150D ist in den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 von einem nicht dargestellten Führungsmechanismus beweglich gehalten.
• Die Ausgestaltung des in 29 gezeigten Jochs 151 ist dieselbe, wie die Ausgestaltung des mit Bezug auf 13 erklärten Jochs 151 und ist mit demselben Material hergestellt. Es ist darauf hinzuweisen, dass das mit Bezug auf 13 erklärte Joch 151 ortsfest ist und sich nicht bewegt, aber das in 29 gezeigte Joch 151 bewegt sich zusammen mit den ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten 106A und 106B.
• Das Joch 151 der vorliegenden Ausgestaltung kann aus Eisen oder einem anderen magnetischen Material ausgebildet sein. Aber vom Standpunkt der Gewichtsreduktion des beweglichen Elements 150D kann eine Aluminiumlegierung oder anderes hochfestes, leichtgewichtiges Metall verwendet werden. Alternativ kann ein magnetisches Material für die ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteile 151A und 151B verwendet werden, und Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ein anderes, nicht magnetisches Material kann für das Verbindungsjochteil 151C verwendet werden.
• Die Zustände, etc. der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 106A und 106B sind dieselben, wie die oben erklärten.
• In den 3-phasigen Spulen 103A, 103B und 103C von jeder Gruppe werden die Querschnittsprofile rechteckig, so dass, wie in 30 und 31 gezeigt, einander gegenüberliegende Flächen 106f der gegenüberliegenden ersten und zweite Gruppen von Permanentmagneten 106A und 106B unter einem vorbestimmten Abstand den äußeren Umfangsflächen 103f der Spulenanordnung 103 gegenüberliegen und die gegenüberliegende Flächen 106f und die äußere Umfangsfläche 103f sind im wesentlichen parallel angeordnet.
• Der Betrieb des kernlosen Linearmotors 100H wird mit Bezug auf 31 erklärt.
• Der Betrieb des kernlosen Linearmotors 100H ist grundsätzlich derselbe wie der Betrieb des mit Bezug auf 14 erklärten kernlosen Linearmotors 100 außer, dass das ortsfeste Element und das bewegliche Element umgekehrt sind. Unten wird der Betrieb des kernlosen Linearmotors 100H einfach erklärt.
• Die Längen der anliegenden zwei Permanentmagneten N und S und die Abmessungen der 3-phasigen Spulen 103A, 103B und 103C in den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2 sind im wesentlichen dieselben.
• Beinahe kein Magnetfluss BF von den sich gegenüberliegenden Permanentmagneten N und N und Permanentmagneten S und S erstreckt sich von einem zu dem anderen. Der Fluss erstreckt sich hauptsächlich zu anliegenden Permanentmagneten N und S. Entsprechend sind die Magnetflüsse BF von den Permanentmagneten N und S hauptsächlich nahe den Oberflächen der anliegenden Permanentmagnete N und S verteilt und erreichen nicht leicht die inneren Abschnitte der Spulen 103A, 103B und 103C.
• Wenn dreiphasige Wechselströme der U-Phase, V-Phase und W-Phase, die in ihrer Phase um 120° zueinander versetzt sind, an die dreiphasigen Spulen 103A, 103B und 103C angelegt werden, werden Schübe mit denselben Richtungen auf der ersten Seite des gegenüberliegenden Jochteils 151A und auf der zweiten Seite des gegenüberliegenden Jochteils 151B erzeugt. Auf Grund dieses Schubs bewegen sich das Joch 151 und das bewegliche Element 150D mit der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 106A und 106B entlang den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2.
• Ein Beispiel des Kühlverfahrens des in 31 dargestellten kernlosen Linearmotors 100D wird mit Bezug auf 32 erklärt.
• Luft wird einem Ende des hohlen Abschnitts 103H der Spulenanordnung 103D unter Verwendung eines Gebläses 300 zugeführt. Die einem Ende des hohlen Abschnitts 103H zugeführte Luft strömt durch den hohlen Abschnitt 103H, nimmt die Wärme effizient auf und wird von dem anderen Ende des hohlen Abschnitts 103H abgeführt.
• In der vorliegenden Ausgestaltung ist die Spulenanordnung 103D ortsfest, so dass ein zwangweises Kühlen leicht durch geführt werden kann, indem dem hohlen Abschnitt 103H konstant ein Kühlmedium wie Luft oder Wasser zugeführt wird, und die Temperatur des kernlosen Linearmotors 100D kann leicht gesteuert werden.
• Ein kernloser Linearmotor einer elften Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 32 erklärt.
• Bei dem kernlosen Linearmotor 100E ist das ortsfeste Element 2F der Läufer und das bewegliche Element weist ein Joch 51 und eine erste und zweite Gruppe von Permanentmagneten 106A und 106B auf, die in den ersten und zweiten, einander gegenüberliegenden Jochteile 151A und 151B angeordnet sind.
• Die Ausgestaltung des kernlosen Linearmotors 100E der elften Ausgestaltung ist dieselbe, wie der kernlose Linearmotor 100A der mit Bezug auf die 16 erklärt wurde, mit der Ausnahme, dass die Beziehungen des ortsfesten Elements und des beweglichen Elements umgekehrt sind.
• Die 3-phasigen Spulen 103A2, 103B2 und 103C2 erzeugen magnetische Felder mit Phasenunterschieden von 180° relativ zu den 3-phasigen Spulen 103A1, 103B1 und 103C1.
• Wenn bei dem kernlosen Linearmotor 100E 3-phasige Wechselströme der U-Phase, V-Phase und W-Phase an die 3-phasigen Spulen 103A1, 103B1 und 103C1 angelegt werden und die 3-phasigen Wechselströme der U-Phase, V-Phase und W-Phase, die sich in den Phasen von den vorigen 3-phasigen Wechselströmen um 180° unterscheiden, an die 3-phasigen Spulen 103A2, 103B2 und 103C2 angelegt werden, werden in den Spulen 103A1 und 103A2, in den Spulen 103B1 und 103B2 und in den anliegenden Spulen 103C1 und 103C2 magnetische Felder in umgekehrten Richtungen erzeugt und das bewegliche Element mit dem Joch 151 und die erste und zweite Gruppe von Permanentmagneten 106A und 106B bewegen sich relativ zu der Spulenanordnung 103E in den direkt wirkenden Richtungen A1 und A2.
• Ein kernloser Linearmotor einer zwölften Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 34 und 35 erklärt.
• 34 ist eine Darstellung, die die Ausgestaltung des kernlosen Linearmotors der zwölften Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 35 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des beweglichen Elements und des ortsfesten Elements des in 34 dargestellten kernlosen Linearmotors zeigt.
• Bei dem kernlosen Linearmotor 100F der vorliegenden Ausgestaltung ist das ortsfeste Element der Läufer und das bewegliche Element ist mit ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 106A bis 106D von vier Gruppen versehen. Die Beziehungen des ortsfesten Elements und des beweglichen Elements sind umgekehrt, aber die Struktur des Jochs 151-A und das Vorhandensein der vier Gruppen von Permanentmagneten 106A bis 106D in dem Joch 151-A sind dieselben, wie mit Bezug auf 19 erklärt.
• Durch Anordnen von vier Gruppen von Permanentmagneten 106A bis 106D an dem Joch 151-A kann die Effizienz der Anwendung der Permanentmagneten, die von den Spulen verwendet werden, erhöht werden und der Schub, etc. kann verbessert werden.
• Bei der obigen Ausgestaltung war der Querschnitt der Spulen rechtwinklig oder quadratisch gemacht worden und die Gruppen von Permanentmagneten 60A und 60B der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten 106A und 106B wurden in der Form flacher Platten hergestellt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können für den Querschnitt der Spulen andere Formen, wie quadratische, kreisförmige und ovale Formen verwendet werden. Die Permanentnmagneten können entsprechend diesen Formen gekrümmt sein.
• Das obige Versteifungselement kann auch auf die Spule eines kernlosen Linearmotors von einem Typ angewendet werden, bei dem ein Zentraljoch in die Spule eingesetzt ist.
• Die Wirkungen des kernlosen Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden erklärt.
• Die als Läufer verwendete Spule ist durch Wickeln des Leitungsdrahts in den hohlen Zustand gebildet, so dass das bereichsweise Sekundärmoment der Spule weitgehend erhalten werden kann und die Steifigkeit der Spule, insbesondere deren Biege- und Schubsteifigkeit, steigt an. Zudem steigt die Steifigkeit der Spulen durch Ausrichten und Wickeln der Leitungsdrähte in vielen Schichten in einem hohlen Zustand, durch Befestigen mit einem Binder und Verbinden der Endflächen miteinander über elektrisch isolierenden Elemente schnell an. Insbesondere wenn die Spulenanordnungen 3 und 30 als die Befestigungselemente des kernlosen Linearmotors verwendet werden, brauchen die Versteifungselemente 20 und 120 nicht verwendet werden. Durch Ausgestalten der Spulen wie oben erläutert und deren Befestigung nur an dem Halteelement 110 durch Verwenden der Halteelemente 11 kann eine ausreichende Steifigkeit erreicht werden.
• Durch Anordnen von Magneten zur Bildung der magnetischen Schaltungen, so dass diese sich in Stellungen gegenüber liegen, die den äußeren Umfangsflächen der 3-phasigen Spulen, die auf diese Weise gebildet sind, gegenüber liegen und durch Anordnen so, dass magnetische Pole mit derselben Polung sich gegenüber liegen, werden die Richtungen der Magnetflüsse der sich gegenüber liegenden Magnete umgekehrt, so dass die Magnetflüsse die Spulen erreichen, die an den Positionen nahe den Magneten angeordnet sind, aber die magnetische Dichte innerhalb der 3-phasigen Spulen wird sehr klein.
• Die Richtung der Kraft, die zwischen dem Magnetfluss von einem der gegenüber liegenden Magnete und der Spule erzeugt wird, und die Richtung der Kraft, die zwischen dem Magnetfluss des anderen Magneten und der Spule erzeugt wird, wird gleich. Dies wird der Schub des beweglichen Elements.
• Das nicht magnetische, leitende Versteifungselement trägt den inneren Umfang der 3-phasigen Spulen und verstärkt weiter die hinsichtlich Steifigkeit verbesserten Spulen. Dieses Versteifungselement weist eine Leitfähigkeit auf. Ein Magnetfluss, der von den 3-phasigen Spulen erzeugt wird, fließt durch dieses. Deshalb fließt ein Induktionsstrom. Das Element ist jedoch innerhalb der Spulen, wohin der Magnetfluss von den Magneten nicht gelangt, so dass beinahe keine Kraft in der zum Schub umgekehrten Richtung erzeugt wird. Das Versteifungselement wirkt auch als eine Wärme abgebende Einrichtung zur Abgabe der Wärme der Spulen. Das Versteifungselement ist wünschenswert gewichtsreduziert. Deshalb wird eine Aluminiumlegierung, etc. für das Versteifungselement verwendet.
• Wenn 3-phasige Spulen der zweiten Gruppe mit umgekehrten Phasenbeziehungen hinsichtlich der 3-phasigen Spulen der ersten Gruppe anliegend angeordnet werden zu den Phasenspulen, werden Magnetflüsse in umgekehrten Richtungen innerhalb der gegenseitig anliegenden Spulen erzeugt, sie werden gegeneinander aufgehoben, der Magnetfluss, der durch das Versteifungselement fließt, ist sehr verringert und es beginnt beinahe kein Induktionsstrom in dem Versteifungselement zu fließen. Als ein Ergebnis kann, selbst wenn der Magnetfluss von den Magneten das Versteifungselement erreicht, das Erzeugen einer Kraft in der zum Schub umgekehrten Richtung größtenteils unterdrückt werden. Zudem kann exzessiver Stromverlust vermieden werden und eine Verminderung der Effizienz des Motors kann verhindert werden.
• Das oben genannte ortsfeste Element und bewegliche Element können umgekehrt werden. Wo die Spulenanordnungen 3, 103 etc. als die befestigten Elemente verwendet werden, wird es leicht, das Kühlmedium zu den hohlen Abschnitten, etc. der Spulenanordnungen 3, 103 zu bringen und die Wirkung der Maßnahmen zur Wärmeabgabe des kernlosen Linearmotors steigt.

Claims (12)

1. Linearmotor mit einem ortsfesten Element (50), das als Stator wirkt; und einem beweglichen Element (2), das als Läufer wirkt; wobei das ortsfeste Element (50) ein Joch (51), eine erste Gruppe von Permanentmagneten (60A) und eine zweite Gruppe von Permanentmagneten (60B) aufweist, die an dem Joch (51) befestigt sind, das bewegliche Element (2) eine Spulenanordnung (3) mit einem hohlen, rechteckförmigen Innenprofil und ein säulenförmiges Versteifungselement (20) aufweist, das Versteifungselement (20) ein rechteckförmiges Außenprofil aufweist und in das hohle, rechteckförmige Innenprofil der Spulenanordnung (3) eingepasst ist, um deren Steifigkeit zu erhöhen, sich in einer Längsrichtung des Linearmotors erstreckt, nicht in dem Magnetfeld zwischen der Spulenanordnung (3) und der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten (60A, 60B) angeordnet ist und aus einem nichtmagnetischen, elektrisch leitenden und wärmeleitenden Material ausgebildet ist, um Wärme, die in der Spulenanordnung (3) erzeugt wird, nach außen abzuleiten, das Joch (51) erste und zweite einander gegenüberliegende Jochteile (51A, 51B), die einander unter einem ersten Abstand gegenüberliegen und aus magnetischen Materialien ausgebildet sind, und ein Verbindungsjochteil (51C) aufweist, das erste Enden der ersten und zweiten einander gegenüberliegenden Jochteile (51A, 51B) verbindet, um einen Raum auszubilden, durch den das bewegliche Element (2) in der Längsrichtung bewegbar ist, wobei die ersten und zweiten Jochteile (51A, 51B) und das Verbindungsjochteil (51C) aus einem magnetischen Material ausgebildet sind, die erste und zweite Gruppe von Permanentmagneten (60A, 60B) so angeordnet sind, dass sie den Oberflächen der ersten und zweiten einander gegenüberliegenden Jochteilen (51A, 51B) gegenüberliegen, wobei die erste und zweite Gruppe von Permanentmagneten (60A, 60B) eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, die entlang der longitudinalen Richtung des Jochs (51) mit alternierender Polung so angeordnet sind, dass N-Pole der Permanentmagnete der ersten Gruppe von Permanentmagneten (60A) N-Polen der Permanentmagnete der zweiten Gruppe von Permanentmagneten (60B) gegenüberliegen und S-Pole der Permanentmagnete der ersten Gruppe von Permanentmagneten (60A) S-Polen der Permanentmagnete der zweiten Gruppe von Permanentmagneten (60B) gegenüberliegen, die Spulenanordnung (3) mindestens drei Spulen (3A, 3B, 3C) aufweist, an denen um 120° phasenverschobene Wechselströme anliegen, die hohl und mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet sind, die das Versteifungselement (20) umgeben und die relativ zu der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten (60A, 60B) entlang der longitudinalen Richtung des Jochs (51) beweglich angeordnet sind, jede Spule (3A, 3B, 3C) durch Wickeln eines leitenden Drahts zu einer hohlen Form mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist, und die mindestens drei Spulen (3A, 3B, 3C) jeweils in mehreren Schichten gewickelt und dann mit einem Bindemittel verfestigt sind, wobei Endflächen benachbarter Spulen miteinander über ein elektrisches Isolierelement (109) verbunden sind, sodass die Spulenanordnung (3) und das Versteifungselement (20) in dem Raum zwischen den sich gegenüber liegenden ersten und zweiten Gruppen von Permanentmagneten (60A, 60B) entlang der longitudinalen Richtung des Jochs (51) bewegbar sind.
2. Linearmotor gemäß Anspruch 1, wobei in der Querschnittsform von jeder Spule (3A, 3B, 3C) eine Länge (a) eines ersten Abschnitts der Oberfläche von jeder der Spulen (3A, 3B, 3C), die der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten (60A, 60B) gegenüber liegt, länger ist als eine Länge (b) eines zweiten Abschnitts, der senkrecht zu dem ersten Abschnitt ist.
3. Linearmotor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die äußeren Abmessungen des Versteifungselements (20) mit den Abmessungen der inneren Wände der Spulen (3A, 3B, 3C) übereinstimmen.
4. Linearmotor gemäß Anspruch 3, wobei eine Öffnung, durch die ein Kühlmittel fließt, innerhalb des Versteifungselements (20) ausgebildet ist.
5. Linearmotor gemäß Anspruch 3, wobei Kühlrippen in einer Öffnung innerhalb des Versteifungselements (20) ausgebildet sind.
6. Linearmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Versteifungselement (20) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist.
7. Linearmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das bewegliche Element (2) zudem versehen ist mit einem Halteelement (10) und Abstandhaltern (25) und die zwei Enden (20e) des Versteifungselements (20) über die Abstandhalter (25) an dem Halteelement (10) befestigt sind.
8. Linearmotor gemäß Anspruch 7, wobei das Versteifungselement (20) und die Abstandhalter (25) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt sind.
9. Linearmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Versteifungselement (20) so angeordnet ist, dass es von den Oberflächen der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten (60A, 60B) unter genau dem Abstand beabstandet angeordnet ist, bei dem die Dichte des Magnetflusses, die auf der Oberfläche des Versteifungselements (20) vorkommt, 1/2 oder weniger der Dichte des Magnetflusses der Permanentmagnete der ersten und zweiten Gruppe von Permanentmagneten (60A, 60B) im Zentrum der Oberflächen ist.
10. Linearmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Längen der drei Spulen (3A, 3B und 3C) in der longitudinalen Richtung des Jochs (51) und die Längen von zwei anschließenden Permanentmagneten der ersten Gruppe von Permanentmagneten (60A, 60B) gleich sind.
11. Linearmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spulenanordnung (103) des beweglichen Elements (102) einen ersten Satz von 3-phasigen Spulen (103A1, 103B1, 103C1) und einen zweiten Satz von 3-phasigen Spulen (103A2, 103B2, 103C2) umfasst, die magnetische Felder entgegengesetzter Phasen erzeugen und die Spulen unterschiedlicher Phasen, die dem ersten und zweiten Satz von 3-phasigen Spulen entsprechen, aneinander anschließend angeordnet sind.
12. Linearmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Joch weiterhin dritte und vierte einander gegenüberliegende Jochteile (151C, 151D) aufweist, die senkrecht zu den ersten und zweiten gegenüberliegenden Jochteilen angeordnet sind und aus magnetischen Materialien ausgebildet sind, die Gruppen von Permanentmagneten weiterhin dritte und vierte Gruppen von Permanentmagneten (106C, 106D) umfassen, die so angeordnet sind, dass sie den Oberflächen der dritten und vierten einander gegenüberliegenden Jochteilen (151C, 151D) gegenüberliegen, und die dritte und vierte Gruppe von Permanentmagneten (106C, 106D) eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, die entlang einer longitudinalen Richtung des Jochs mit alternierender Polung so angeordnet sind, dass N-Pole der Permanentmagnete der dritten Gruppe von Permanentmagneten (106C) N-Polen der Permanentmagnete der vierten Gruppe von Permanentmagneten (106D) gegenüberliegen und S-Pole der Permanentmagnete der dritten Gruppe von Permanentmagneten (106C) S-Polen der Permanentmagnete der vierten Gruppe von Permanentmagneten (106D) gegenüberliegen.

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