DE112006002332T5

DE112006002332T5 - Linearmotor

Info

Publication number: DE112006002332T5
Application number: DE112006002332T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Aso; Shuhei Yamanaka
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2008-07-10
Also published as: KR20080046688A; KR101241666B1; US20090218894A1; CN101253672B; CN101253672A; JPWO2007026566A1; JP4757261B2; WO2007026566A1; US8143750B2

Abstract

Linearmotor, der einen mit Magneten ausgestatteten Stab, den Stab umgebende Spulen und ein die Spulen bedeckendes Gehäuse umfasst, wobei der Stab durch Magnetfelder von den Magneten und durch den Strom, der durch die Spulen fließt, veranlasst wird, sich relativ zu den Spulen linear zu bewegen,
wobei der Stab eine Außenumfangsfläche aufweist, auf der eine Keilnut so ausgebildet ist, dass sie längs einer Axialrichtung des Stabes verläuft, und
das Gehäuse einen Drehanschlag aufweist, der in die Keilnut passt und den Stab an einer Drehung um seine Axiallinie hindert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor, der mit einem Magneten und einer Spule versehen ist, um eine Schubkraft für lineare Bewegungen auf der Grundlage eines Magnetfeldes vom Magneten und eines Stroms, der durch die Spule fließt, zu erhalten. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Stabtyp-Linearmotor, der einen Stab mit einem Magneten aufweist, der in eine Vielzahl laminierter Spulen eingesetzt ist.
STAND DER TECHNIK
Ein Linearmotor ist mit einem Stator und einem Rotor versehen, die so hergestellt sind, dass sie im Prinzip denjenigen eines Rotationsmotors ähnlich sind, jedoch linear langgestreckt sind. Im Linearmotor wird somit elektrische Energie in eine Schubkraft zur linearen Bewegung umgesetzt. Wegen dieser linearen Schubkraft wird der Linearmotor als einachsiger Antrieb verwendet, um einem bewegten Objekt zu ermöglichen, sich linear zu bewegen.
Hinsichtlich der Formen kann der Linearmotor in einen Stabtyp und einen Flächentyp klassifiziert werden. Der Stabtyp-Linearmotor ist mit einer Vielzahl zylindrischer Spulen versehen, die aneinander laminiert sind, wobei ein Stab mit Magneten in eine Bohrung (Hohlraum) eingesetzt ist, die von den laminierten Spulen gebildet wird. Zum Beispiel sind die mehreren Spulen in Form von drei Phasen ausgebildet, die die Phasen U, V und W umfassen. Wenn den Spulen drei Phasenströme zugeführt werden, deren Phasen sich jeweils um 120° voneinander unterscheiden, werden dementsprechend Magnetfelder erzeugt, die sich längs der Achsenlinienrichtung der Spulen bewegen. Diese bewegten Magnetfelder üben auf den Stab eine Schubkraft aus, was dazu führt, dass sich der Stab relativ zu der Spule synchron mit der Geschwindigkeit der bewegten Magnetfelder linear bewegt. Im Gegensatz hierzu ist der Flächentyp-Linearmotor mit mehreren plattenförmigen Magneten, die auf einer Gleisschiene angeordnet sind, und mehreren Spulen versehen, die so angeordnet sind, dass sie der Gleisschiene zugewandt sind. In Bezug auf die lineare Bewegung der Spulen relativ zu den Magneten folgt dieser Flächentyp-Linearmotor demselben Prinzip wie der Stabtyp-Linearmotor.
Für den Stabtyp-Linearmotor hat der vorliegende Anmelder bereits einen Stabtyp-Linearmotor vorgeschlagen, der im Patentdokument 1 offenbart ist. In diesem Linearmotor ist ein Träger an einer Basis befestigt, wobei ein Stab mit seinen beiden Enden am Träger befestigt ist, und wobei Spulen fähig sind, sich linear relativ zum Stab zu bewegen. Mit anderen Worten, die Stabseite ist fixiert, während die Spulenseite der linearen Bewegung unterliegt. Die Spulen sind durch ein Gehäuse abgedeckt, wobei die Spulen und das Gehäuse gemeinsam linear bewegt werden, wobei als Führung eine Linearführung verwendet wird, die zwischen der Basis und dem Gehäuse angeordnet ist.

Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-248490 .

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Von der Erfindung zu lösende Probleme Wenn es möglich ist, den Stab sowohl mit den Spulen als auch dem befestigten Gehäuse linear zu bewegen, hat der Linearmotor einen weiten Anwendungsbereich als Antrieb. Während der Entwicklungsphase des Linearmotors versuchte der Anmelder, das Gehäuse an der Basis zu befestigen und die Buchse am Gehäuse anzuordnen, um den Stab zu führen und linear zu bewegen.
In dieser Konfiguration ist jedoch der Stab so angeordnet, dass er in den Spulen schwebt und nur die axiale Schubkraft von den Spulen auf den Stab einwirkt. Wenn somit ein Impuls auftritt, der auf den Stab eine Rotationskraft ausübt, wird der Stab gezwungen, sich zu drehen. In einigen Fällen ist ein bewegter Körper am Stab angebracht, oder eine lineare Skala für die Regelung ist am Stab angebracht. Wenn sich dementsprechend der Stab dreht, treten verschiedene Probleme auf. Zum Beispiel wird auch der bewegte Körper gezwungen, sich zu drehen, oder die lineare Skala kann die Geschwindigkeit und die Laufstrecke des Stabes nicht erfassen.
In dem Linearmotor, der im vorangehenden Patentdokument 1 offenbart ist, und in dem sich die Spulenseite linear bewegt, verhindert eine zwischen dem Gehäuse und der Basis angeordnete Linearführung, dass sich die Spulenseite dreht. In Fällen, in denen die Unterstützungstechnik für den Linearmotor, der im Patentdokument 1 beschrieben ist, auf den Linearmotor mit linear bewegter Stabseite angewendet wird, ist es möglich, die Drehung des Stabes zu reduzieren. Mit anderen Worten, sowohl die Spulen als auch das Gehäuse sind an der Basis befestigt und die Linearführung ist zwischen der Basis und dem Stab ange ordnet, wobei der Stab an einer Drehung gehindert werden kann, wenn der Stab veranlasst wird, sich linear zu bewegen. In dieser Anordnung werden jedoch die Abmessungen des Linearmotors durch die zwischen der Basis und dem Stab angeordnete Linearführung zwangsweise vergrößert, wodurch die Hübe des Stabes begrenzt werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearmotor zu schaffen, der eine kompakte Größe aufweist und fähig ist, die Drehung eines Stabes zu begrenzen, der sich relativ zu den Spulen linear bewegt.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Um das vorangehende Problem zu lösen, schafft die Erfindung gemäß Anspruch 1 einen Linearmotor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Linearmotor umfasst: einen mit Magneten ausgestatteten Stab, den Stab umgebende Spulen, und ein die Spulen abdeckendes Gehäuse, wobei der Stab durch Magnetfelder von den Magneten und durch die durch die Spulen fließenden Ströme veranlasst wird, sich relativ zu den Spulen linear zu bewegen, wobei der Stab eine Außenumfangsfläche aufweist, auf der Keilnuten so ausgebildet sind, dass sie längs einer Axialrichtung des Stabes verlaufen, und wobei das Gehäuse einen Drehanschlag aufweist, der in die Keilnuten passt und den Stab an einer Drehung um seine Achslinie hindert, wodurch das vorangehende Problem gelöst werden kann.
Die Erfindung des Anspruchs 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass im Linearmotor nach Anspruch 1 der Drehanschlag umfasst: eine Keilbuchse mit einer Innenumfangsfläche, auf der eine Wälzelementwälznut ausgebildet ist, und einen Wälzelementumlaufdurchlass, längs dem Wälzelemente umlaufen; und Wälzelemente, die im Wälzelementumlaufdurchlass der Keilbuchse angeordnet sind und sich in Reaktion auf eine relative Bewegung der Keilbuchse zu den Keilnuten zwischen den Wälzelement-Wälznuten und den Keilnuten bewegen und abwälzen.
Die Erfindung des Anspruchs 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass im Linearmotor nach Anspruch 1 oder 2 der Stab einen Magnetschaft umfasst, der den Magneten erlaubt, in einen Hohlraum eingesetzt zu werden, und der die Ausbildung von Keilnuten an demselben vermeidet, sowie einen Keilschaft, der mit einem Ende des Magnetschafts verbunden ist und so ausgebildet ist, dass er darauf die Keilnuten aufweist.
Die Erfindung nach Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass im Linearmotor nach Anspruch 3 der Keilschaft mit dem Magnetschaft verbunden wird, indem ein Ende des Keilschafts in ein Ende des Rohres eingesetzt wird.
Die Erfindung des Anspruchs 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass im Linearmotor nach Anspruch 3 oder 4 das Gehäuse mit der Keilbuchse, die den Keilschaft führt, und einer Buchse, die den Magnetschaft führt, ausgestattet ist, wobei der Stab an zwei Unterstützungsstellen unterstützt ist, die von der Keilbuchse und der Buchse bereitgestellt werden.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der in Anspruch 1 beschriebenen vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Stab, der sich relativ zur Spule linear bewegt, an einer Drehung zu hindern, wobei geringe Kosten und eine kompakte Größe beibehalten werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 2 beschrieben ist, wird der Wälzkontakt der Wälzelemente genutzt, so dass der Gleitwiderstand des Stabes, der sich relativ zur Spule linear bewegt, reduziert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 3 beschrieben ist, sind die Keilnuten nicht am Magnetschaft ausgebildet, mit dem Ergebnis, dass die Dicke des Magnetschafts kleiner gemacht werden kann. Somit kann der Linearmotor kompakt ausgeführt werden. Die Tatsache, dass die Dicke des Magnetschafts kleiner gemacht wird, führt zu einer Erhöhung der Stärke der Magnetfelder der Magneten. Im Gegensatz hierzu sollte in Fällen, in denen die Keilnuten am Magnetschaft ausgebildet sind, die Festigkeit der Keilnuten bezüglich einer Abschreckungshärtung und anderer Maßnahmen in Betracht gezogen werden, die dazu führen, dass es schwierig ist, die Dicke des Magnetschafts kleiner zu machen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 4 beschrieben ist, ist es möglich, den Magnetschaft und den Keilschaft in einem Zustand wechselseitig zu verbinden, in dem ihre Achslinien zusammenfallen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 5 beschrieben ist, sind sowohl die Keilbuchse als auch die Buchse fähig, Linearbewegungen des Stabes in stabiler Weise zu führen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Außenansicht eines Linearmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines zerlegten Zustands eines Motorkörperabschnitts, eines Stababschnitts und eines Erfassungsabschnitts des Linearmotors;
3 ist eine Schnittansicht, die einen Magneten und eine Spule des Linearmotors zeigt;
4 ist eine perspektivische Ansicht des Motorkörperabschnitts (in dieser Figur zeigt (A) die perspektivische Ansicht des Motorkörperabschnitts, während (B) eine perspektivische Ansicht eines zerlegten Zustands der Komponenten des Motorkörperabschnitts zeigt);
5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Spuleneinheit zeigt;
6 ist eine perspektivische Ansicht des Stababschnitts (in dieser Figur zeigt (A) die perspektivische Ansicht des Stababschnitts, während (B) eine perspektivische Ansicht eines zerlegten Zustands der Komponenten des Stababschnitts zeigt);
7 ist eine Schnittansicht, die eine Verbindung zwischen einem Magnetschaft und einem Keilschaft zeigt;
8 ist eine perspektivische Ansicht, die den Keilschaft und eine Keilbuchse zeigt;
9 ist eine perspektivische Ansicht, die den Erfassungsabschnitt zeigt (in dieser Figur zeigt (A) die perspektivische Ansicht des Erfassungsabschnitts, während (B) eine perspektivische Ansicht eines zerlegten Zustands der Komponenten des Erfassungsabschnitts zeigt).

4: Spule
5: Gehäuse
7: Buchse
8: Keilbuchse (Drehanschlag)
9: Magnetschaft
10a: Keilnut
10: Keilschaft
11: Stab
13: Magnet
28: Kugel (Wälzelement)
31: Rücklaufbahn (Wälzelementumlaufdurchlass)
32: Richtungsänderungsdurchlass (Wälzelementumlaufdurchlass)

BESTER MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 zeigt eine perspektivische Außenansicht eines Linearmotors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Linearmotor gemäß der Ausführungsform wird als Ein-Schaft-Antrieb hergestellt, der verwendet wird, um ein bewegtes Element, wie z. B. elektronische Bauteile, in einer Ein-Schaft-Richtung zu befördern. Genauer wird dieser Linearmotor in einem Kopfschaft verwendet, der in einem Chiphalter eingesetzt ist, der chip-artige elektronische Bauteile am Ort platziert. Der Linearmotor weist einen langgestreckten rechtwinkligen Festkörper-Motorkörperabschnitt 1 auf, in welchem ein Stababschnitt 2 montiert ist, der sich vor und zurück bewegen kann. Die Geschwindigkeit und die Laufstrecke des Stababschnitts 2 werden von einem Erfassungsabschnitt 3 erfasst, der am hinteren Ende des Motorkörperabschnitts 1 befestigt ist.
2 zeigt den Linearmotor, der in den Motorkörperabschnitt 1, den Stababschnitt 2 und den Erfassungsabschnitt 3 zerlegt ist. Diese Komponenten werden nun zuerst dargestellt.
Der Motorkörperabschnitt 1 ist mit einem Gehäuse 5 versehen, das die mehreren Spulen 4 abdeckt, die aneinander gestapelt sind (siehe 4). An beiden Enden des Gehäuses 5 ist ein einzelnes Paar von Endelementen 6 befestigt. An einem der beiden Endelemente 6 ist eine Buchse 7 angebracht, die den Stababschnitt 2 führt, während am verbleibenden Endelement 6 eine Keilbuchse 8 angebracht ist, die den Stababschnitt 2 führt. Obwohl 2 den Zustand zeigt, indem die Keilbuchse 8 außen auf dem Stababschnitt 2 aufgesetzt ist, ist die Keilbuchse 8 außen auf dem Stababschnitt 2 aufgesetzt und an einem der Endelemente 6 angeordnet. Der Stababschnitt 2, der zu einer linearen Bewegung relativ zum Motorkörperabschnitt 1 veranlasst wird, wird an zwei Unterstützungsstellen unterstützt, die von der Buchse 7 und der Keilbuchse 8 bereitgestellt werden.
Der Stababschnitt 2 umfasst einen Stab 11, der einen mit Magneten ausgestatteten Magnetschaft 9 und einen Keilschaft 10, auf dem eine Keilnut ausgebildet ist, verbindet, sowie eine lineare Skala 12, die mit dem hinteren Ende des langgestreckten Stabes 11 verbunden ist. Die lineare Skala 12 kooperiert mit dem Erfassungsabschnitt 3, um die Geschwindigkeit und die Laufstrecke des Stababschnitts 2 zu erfassen.
Der Erfassungsabschnitt 3 enthält einen Messgeber zum Auslesen einer Skala der linearen Skala 12. Dieser Erfassungsabschnitt 3 ist an der Basis eines zugedachten Abschnitts befestigt, an dem der Motorkörperabschnitt 1 des Linearmotors angeordnet ist. Das heißt, sowohl der Motorkörperabschnitt 1 als auch der Erfassungsabschnitt 3 sind an der Basis befestigt. Als Variation kann der Erfassungsabschnitt 3 am hinteren Ende des Motorkörperabschnitts 1 befestigt sein.
Das Funktionsprinzip des vorangehenden Linearmotors wird im Folgenden beschrieben. 3 zeigt Magneten und Spulen, die im Linearmotor eingebaut sind. Ähnlich dem Rotationstyp-Motor ist der Linearmotor so aufgebaut, dass er Kraft für die Bewegung mittels Magnetfeldern von den Magneten und mittels eines durch die Spulen fließenden Stroms gewinnt. Da sich außerdem der Linearmotor linear bewegen soll, sind die Spulen 4 linear aneinander gestapelt, um somit einen Hohlraum durch diese zu bilden, wobei der Magnetschaft 9 durch den Hohlraum eingesetzt ist.
Durch den Magnetschaft 9 wird der rohrförmige Hohlraum gebildet, der das Einfügen der mehreren Magneten 13 erlaubt. Im Hohlraum sind mehrere Magneten (segmentierte Magneten), die zylindrisch sind, so gestapelt, dass dieselben Polaritäten einander zugewandt sind, d. h. jeweils zwei N-Pole sind einander zugewandt und jeweils zwei S-Pole sind einander zugewandt. Um den Magnetschaft 9 sind die mehreren Spulen 4 angeordnet, um den Magnetschaft 9 abzudecken. Die Spulen 4 umfassen Sätze dreiphasiger Spulen, wobei jeder Satz aus drei Phasenspulen der Phasen U, V und W besteht. Kombinieren der mehreren Spulensätze 4 bildet die Spuleneinheit.
Wenn drei Phasenströme, deren Phasen jeweils um 120° verschieden sind, durch die mehreren Spulen 4 geschickt werden, die in die dreiphasigen Spulen U, V und W unterteilt sind, werden wandernde Magnetfelder erzeugt, die sich in Achsenlinienrichtung der Spulen 4 bewegen. Die wandernden Magnetfelder bewirken eine Schubkraft, so dass der Mag netschaft 9 sich relativ zu den Spulen 4 synchron mit der Geschwindigkeit der wandernden Magnetfelder bewegen kann.
Die jeweiligen Komponenten des Linearmotors, d. h. der Motorkörperabschnitt 1, der Stababschnitt 2 und der Erfassungsabschnitt 3, werden im Folgenden in dieser Reihenfolge mit Bezug auf ihre Konfigurationen genauer beschrieben.
4 zeigt den Motorkörperabschnitt 1. Dieser Motorkörperabschnitt 1 ist ein Teil, in welchem die mehreren Spulen 4 aufgenommen sind. Die Spulen 4 sind Elemente, die durch Wickeln von Kupferdrähten in Schraubenlinienform gebildet werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden zur Begrenzung der Abmessungen des Gehäuses 5 die Spulen 4 in eine Spritzgussform eingesetzt, wobei ein Spritzgießen mit geschmolzenem Kunstharz oder speziellen Keramiken durchgeführt wird, wodurch das Gehäuse 5 hergestellt wird. Nach dem Gießen, wenn die gegossenen Elemente aus der Form entnommen werden, sind die Spulen 4 bereits mit dem Gehäuse 5 umgeben. Dieses Spritzgießen bietet den Vorteil, dass das Gehäuse 5 dünner gemacht werden kann. In Fällen z. B., in denen Linearmotoren in einer parallelen Anordnung verwendet werden, sollte die laterale Breite jedes Linearmotors kleiner sein. Alternativ können ohne Verwendung des Spritzgießens die Spulen 4 am Gehäuse 5 befestigt werden, indem die Spulen 4 im Gehäuse 5 aufgenommen werden, das z. B. aus Aluminium gefertigt ist, und Klebstoff in die Lücken zwischen den Spulen gefüllt wird.
Das Gehäuse 5 kann an einem Abschnitt befestigt werden, der den Linearmotor als Ein-Schaft-Antrieb verwendet. Somit wird für das Gehäuse ein Material mit hoher mechanischer Steifigkeit verwendet. Außerdem sollte das Gehäuse von den Spulen elektrisch isoliert sein, so dass ein Material mit hoher Isolationswirkung für das Gehäuse verwendet wird. Um außerdem die Wärmeableitung der Spulen zu steigern, sind am Gehäuse mehrere Rippen ausgebildet.
In der oberen Fläche des Gehäuses 5 sind Positionierungsstifte 15 und Muttern 16 eingebettet, um den Linearmotor an der Basis eines zugedachten Teils anzubringen. Endelemente 17 sind an beiden Enden des Gehäuses 5 befestigt. Die Endelemente 17 können zusammen mit dem Gehäuse 5 mittels Spritzguss hergestellt werden, oder mit dem Gehäuse 5 unter Verwendung von Verbindungselementen, wie z. B. Schrauben, verbunden werden. Von diesen paarweisen Endelementen 17 wird ein Element an der Buchse 7 angebracht, um den Magnetschaft 9 des Stabes 11 zu führen, während das verbleibende Element an der Keilbuchse 8 angebracht wird, um den Keilschaft 10 des Stabes 11 zu führen. Die Buchse 7 und die Keilbuchse 8 werden jeweils an den Endelementen 17 befestigt, wobei Verbindungsmittel, wie z. B. Schrauben 19, verwendet werden. Positionierungsstifte 20 werden in das eine der Endelemente 17 eingesetzt, um somit den Erfassungsabschnitt 3 zu positionieren.
Wie in 4(A) gezeigt ist, ist die Spuleneinheit (die mehreren Spulen 4) innerhalb nur eines Bereiches des Gehäuses angeordnet, in welchem der Magnetschaft 9 des Stabes 11 zur Bewegung veranlasst wird, und nicht in einem weiteren Bereich des Gehäuses angeordnet, in welchem der Keilschaft 10 zu einer Bewegung veranlasst wird. Diese Anordnung beruht auf der Tatsache, dass der Keilschaft 10 selbst dann keine Schubkraft erzeugen kann, wenn Spulen 4 vorhanden sind, da der Keilschaft 10 keinen Magneten aufweist.
5 zeigt die Spuleneinheit. Diese Spuleneinheit ist ein Element, das mehrere Spulen 4 umfasst, z. B. sieben Dutzend Spulen, die aneinander gestapelt sind und die jeweils durch Wickeln eines Kupferdrahtes in Schraubenlinienform hergestellt werden. Jede Spule 4 weist Verbindungsdrähte 4a auf, wobei die Verbindungsdrähte 4a der Spulen 4 jeweils zwei Spulen überspringend zwischen den U-Phase-Spulen, zwischen den V-Phase-Spulen und zwischen den W-Phase-Spulen verbunden werden. Jede Spule 4 sollte von den anderen Spulen 4 elektrisch isoliert sein, wobei ein aus Harz gefertigter Abstandhalter 14 als Isolator zwischen benachbarten Spulen 4 angeordnet ist. Jeder Abstandhalter 14 ist in Kreisform ausgebildet, die der Vorderansichtsform jeder Spule 4 entspricht.
6 zeigt den Stababschnitt 2. Dieser Stababschnitt 2 weist den Stab 11 auf, der den Magnetschaft 9 und den Keilschaft 10 sowie die am hinteren Ende des Stabes 11 angebrachte lineare Skala 12 umfasst. Der Magnetschaft 9 wird als hohles Element hergestellt, das aus nichtmagnetischen Materialien gefertigt wird, einschließlich eines rostfreien Stahls, und weist ein Rohrelement 23 auf, in welchem die Magneten 13 aufgenommen werden. Im Hohlraum des Rohrelements 23 sind mehrere zylindrische Magneten 13 (segmentierte Magneten) gestapelt, derart, dass die Magneten einander mit derselben Polarität zugewandt sind, wie oben erläutert worden ist. Zwischen den Magneten 13 ist ein Polschuh (magnetischer Block) 24, der z. B. aus einem magnetischen Material wie Eisen gefertigt ist, als Joch angeordnet. Am distalen Ende des Magnetschafts 9 ist ein Magnethalter 25 mittels eines Klebstoffes oder dergleichen befestigt, um die Magneten 13 im Rohrelement 23 zu fixieren.
Ein Keilschaft 10 ist am hinteren Ende des Magnetschafts 9 befestigt. Wie in 7 gezeigt ist, weist der Keilschaft 10 ein Ende auf, das in den Hohlraum des Magnetschafts 9 eingesetzt ist, so dass der Keilschaft 10 mit dem Magnetschaft 9 gekoppelt ist, um somit deren Achsenlinien zusammen fallen zu lassen. Dieses Ende des Keilschafts 10 dient ferner zum Halten der im Magnetschaft 9 aufgenommenen Magneten 13. Wie in 6 gezeigt ist, ist die Keilbuchse 8 auf der Außenumfangsfläche des Keilschafts 10 aufgesetzt. Sowohl der Keilschaft 10 als auch die Keilbuchse 8 begrenzen eine Drehung des Stabes 11 auf seiner Axiallinie.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht des Keilschafts 10 und der Keilbuchse 8. Auf der Außenumfangsfläche des Keilschafts 10 sind mehrere Keilnuten 10a ausgebildet, die in dessen Achsenlinienrichtung verlaufen. Der Keilschaft 10 ist aus einem Material wie z. B. rostfreiem Stahl gefertigt, das nicht magnetisch ist und eine hohe Steifigkeit aufweist. Da die Keilnuten 10a dem Abwälzen der als Wälzelemente dienenden Kugeln ausgesetzt werden sollen, wird während der Herstellung eine Abschreckungshärtung auf die Keilnuten 10a angewendet.
Die Keilbuchse 10 weist einen Außenzylinder 27 auf, der mit Spiel auf dem Keilschaft 10 sitzt, mehrere Kugeln 28, die rollend zwischen dem Keilschaft 10 und dem Außenzylinder 27 angeordnet sind, und einen Halter 29, der im Außenzylinder 27 eingebaut ist und so geformt ist, dass er einen kreislaufartigen Kugelumlaufdurchlass (Wälzelementumlaufdurchlass) zur Verfügung stellt, längs dem die mehreren Kugeln 28 ausgerichtet sind. Der Außenzylinder 27 weist eine Innenumfangsfläche auf, auf der mehrere Kugelwälznuten (Wälzelementwälznuten) ausgebildet sind, so dass sie sich in dessen Axiallinienrichtung erstrecken, um somit den Keilnuten 10a der Keilwelle 10 gegenüberzuliegen. An jedem von beiden Enden des Außenzylinders 27 in Axiallinienrichtung ist ein Anschlagring 30 angeordnet, um den Halter 29 im Außenzylinder 27 zu halten.
Während sich der Keilschaft 10 relativ zur Keilbuchse 8 linear bewegt, rollen die Kugeln 28 ab und bewegen sich längs eines Durchlasses zwischen den Keilnuten 10a des Keilschafts 10 und den Kugelwälznuten des Außenzylinders 27. Jede Kugel, die abgerollt ist und an einem Ende der Kugelwälznut des Außenzylinders 27 angekommen ist, wird dann von der Keilnut 10a mittels des Halters 29 abgeschöpft, wobei die abgeschöpfte Kugel durch einen U-förmigen Richtungsänderungsdurchlass 32 geleitet wird, um die Rollrichtung umzukehren und in die jeweilige Rücklaufbahn 31 einzutreten, die parallel zur Kugelwälznut verläuft. Nach Durchlaufen der Rücklaufbahn 31 wird die Kugel veranlasst, den am gegenüber liegenden Ende angeordneten Richtungsänderungsdurchlass 32 zu durchlaufen, und wird anschließend veranlasst, wieder zu der jeweiligen Keilnut 10a zurückzukehren. In diesem Fall ist die Rücklaufbahn 31 so ausgebildet, dass sie zwischen dem Halter 29 und dem Außenzylinder 27 angeordnet ist, wobei die Kugeln 28 in der Rücklaufbahn 31 daran gehindert werden, die Keilnuten 10a zu berühren.
Da die Kugeln 28 zwischen den Kugelwälznuten, die auf der Keilbuchse 8 ausgebildet sind, und den Keilnuten 10a auf dem Keilschaft 10 vorhanden sind, ist es möglich, dass die Keilbuchse 8 den Keilschaft 10 an einer Drehung um seine Axiallinie hindert. Somit bilden sowohl die Keilbuchse 8 als auch die Kugeln 28 einen Drehanschlag.
Wie in 6 gezeigt ist, ist ein Halter 35 am hinteren Ende des Keilschafts 10 unter Verwendung von Befestigungsmitteln, wie z. B. Schrauben 34, befestigt. An diesem Halter 35 ist die lineare Skala 12 mittels Klebung befestigt. Diese lineare Skala 12 kooperiert mit einem Messgeber des Erfassungsabschnitts, so dass die lineare Skala und der Messgeber als Linearmessgeber dienen. Auf der linearen Skala 12 sind in Intervallen feine Skalen platziert.
9 zeigt den Erfassungsabschnitt 3. Dieser Erfassungsabschnitt 3 weist einen Halter 36 auf, der am hinteren Ende des Gehäuses 5 angeordnet ist, wobei das Endelement 6 dazwischen angeordnet ist und ein Messgeber 37 am Halter 36 befestigt ist. Der Halter 36 weist einen darin ausgebildeten Hohlraum auf, wobei die lineare Skala 12 in diesem Hohlraum eingesetzt ist. In der oberen Oberflächenplatte des Halters 36 ist ein Fenster ausgebildet, durch das der Innenraum des Halters 36 betrachtet werden kann. Ein Messgebersubstrat 38 ist an diesem Fenster unter Verwendung von Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln befestigt. In der oberen Oberflächenplatte des Halters 36 sind Muttern 41 eingebettet, die mit den Schrauben 39 verschraubt werden. Auf der unteren Oberfläche des Messgebersubstrats 38 ist ein Messgeber 37 vorgesehen, um die Skalen der linearen Skala 12 auszulesen. Dieser Messgeber 37 weist eine lichtemittierende Diode auf, die als Lichtquelle dient, sowie eine Photodiode zum Ablesen der Skalen auf der linearen Skala 12. Unter Verwendung von Impulssignalen, die vom Messgeber 37 auf der Grundlage seiner Ablesevorgänge erzeugt werden, wird die Laufstrecke des Stabes 12 erfasst, wobei die erfasste Strecke verwendet wird, um eine Regelung und andere Anwendungen auszuführen. Das Ende des Halters 36 ist durch eine Abdeckung 40 verschlossen.
Im Übrigen ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Aufbau der obigen Ausführungsform beschränkt, sondern kann hin zu einer Vielfalt anderer Bauweisen modifiziert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können die Keilnuten direkt auf der Außenumfangsfläche des Magnetschafts ausgebildet sein, ohne den Stab in den Magnetschaft und den Keilschaft zu unterteilen, solange die Abmessungen des Linearmotors eine solche direkte Ausbildung der Keilnuten erlauben. Anstelle der Platzierung der Kugeln wälzbar und in Kontakt zwischen der Keilbuchse und den Keilnuten, können auf der Keilbuchse Vorsprünge vorgesehen sein, die in die Keilnuten passen und mit diesen in gleitendem Kontakt sind, so dass die Vorsprünge ein Stoppen der Drehung des Stabes bewirken. Ferner ist der Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die Verwendung als Einachsantrieb beschränkt, sondern kann als Mehrachsantrieb verwendet werden, in welchem mehrere Linearmotoren gemäß der vorliegenden Erfindung miteinander kombiniert sind.
Die vorliegende Beschreibung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-251184 , eingereicht am 31. August 2005, dessen gesamte Inhalte hiermit ausdrücklich durch Literaturhinweis eingefügt sind.
Zusammenfassung
Es wird ein kompakter Linearmotor geschaffen, der einen sich relativ zu Spulen linear bewegenden Stab an einer Drehung hindern kann.
Der Linearmotor umfasst: einen mit Magneten (13) ausgestatteten Stab (11), den Stab (11) umgebende Spulen (4), und ein die Spulen (4) bedeckendes Gehäuse (5), wobei der Stab (11) durch Magnetfelder von den Magneten (13) und durch einen durch die Spulen (4) fließenden Strom veranlasst wird, sich relativ zu den Spulen (4) linear zu bewegen. Der Stab (11) umfasst eine Außenumfangsfläche, auf der Keilnuten (10a) so ausgebildet sind, dass sie längs einer Axialrichtung des Stabes (11) verlaufen. Das Gehäuse (5) umfasst eine Keilbuchse (8), die auf die Keilnuten (10a) passt und den Stab (11) an einer Drehung um seine Axiallinie hindert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2004-248490 [0004]
- JP 2005-251184 [0051]

Claims

Linearmotor, der einen mit Magneten ausgestatteten Stab, den Stab umgebende Spulen und ein die Spulen bedeckendes Gehäuse umfasst, wobei der Stab durch Magnetfelder von den Magneten und durch den Strom, der durch die Spulen fließt, veranlasst wird, sich relativ zu den Spulen linear zu bewegen, wobei der Stab eine Außenumfangsfläche aufweist, auf der eine Keilnut so ausgebildet ist, dass sie längs einer Axialrichtung des Stabes verläuft, und das Gehäuse einen Drehanschlag aufweist, der in die Keilnut passt und den Stab an einer Drehung um seine Axiallinie hindert.
Linearmotor nach Anspruch 1, wobei der Drehanschlag umfasst: eine Keilbuchse mit einer Innenumfangsfläche, auf der eine Wälzelementwälznut ausgebildet ist, und mit einem Wälzelementumlaufdurchlass, und Wälzelemente, die im Wälzelementumlaufdurchlass der Keilbuchse angeordnet sind und sich zwischen der Wälzelementwälznut und der Keilnut in Reaktion auf eine relative Bewegung der Keilbuchse zur Keilnut bewegen und abwälzen.
Linearmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stab einen Magnetschaft umfasst, der den Magneten erlaubt, in einen Hohlraum eingesetzt zu werden, und der das Ausbilden einer Keilnut darauf vermeidet, wobei ein Keilschaft mit einem Ende des Magnetschafts verbunden ist und die darauf ausgebildete Keilnut aufweist.
Linearmotor nach Anspruch 3, wobei der Keilschaft mit dem Magnetschaft verbunden ist, indem ein Ende des Keilschafts in ein Ende des Hohlraums des Magnetschafts eingesetzt ist.
Linearmotor nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Gehäuse mit der Keilbuchse, die den Keilschaft führt, und mit einer Buchse, die den Magnetschaft führt, ausgestattet ist, und der Stab an zwei Unterstützungsstellen unterstützt ist, die von der Keilbuchse und der Buchse bereitgestellt werden.