DE112006002849T5

DE112006002849T5 - Zylindrischer Linearmotor

Info

Publication number: DE112006002849T5
Application number: DE112006002849T
Authority: DE
Inventors: Akihiko Kitakyushu Maemura; Takeo Kitakyushu Suzuki; Yuto Kitakyushu Fukuma; Yosuke Kitakyushu Kawazo
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2008-09-25
Also published as: KR101181044B1; KR20080064970A; CN101292414A; TWI307994B; JPWO2007046161A1; CN101292414B; JP4419151B2; US7825548B2; WO2007046161A1; TW200717973A; US20090033157A1

Abstract

Zylindrischer Linearmotor, der umfasst:
einen Ständer, der eine Vielzahl von Spulen umfasst, die in einer zylindrischen Form gewickelt sind und als elektrische Ladeeinrichtung dienen, wobei die Vielzahl von Spulen in einer Axialrichtung auf einer Innenseite eines Metallrohrs aus einem zylindrischen Magnetmaterial angeordnet sind,
einen Läufer, der einer Innenseite des Ständers mit dazwischen einem Magnetspalt zugewandt ist und eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, die als magnetische Ladeeinrichtungen dienen, wobei die Vielzahl von Permanentmagneten in der Axialrichtung in eine zylindrische dünne Dose eingesteckt sind, die aus Edelstahl ausgebildet ist und sich in der Axialrichtung erstreckt,
Haltemechanismen, die in den Läufer eingesteckte Wellen und Wellenhalteglieder zum derartigen Halten der Wellen umfassen, dass der Läufer in der Axialrichtung zu beiden axialen Enden des Metallrohrs des Ständers bewegen kann, und
Wellenaufnahmeglieder, die an beiden Enden im Inneren der Dose in Nachbarschaft zu den Permanentmagneten angeordnet sind, wobei die Wellenaufnahmeglieder einen konkaven...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen zylindrischen Linearmotor mit einer beweglichen Magnetstruktur einschließlich eines zylindrischen Felds und eines Ankers.
Stand der Technik
Ein allgemeiner zylindrischer Linearmotor mit einem zylindrischen Feld und einem Anker ist in 12 gezeigt.
12 ist eine seitliche Schnittansicht, die eine Konfiguration des bekannten zylindrischen Linearmotors zeigt.
In 12 gibt das Bezugszeichen 1 einen Ständer an, gibt das Bezugszeichen 2 einen Läufer an, gibt das Bezugszeichen 3 einen Haltemechanismus an, gibt das Bezugszeichen 5 eine Spule an, gibt das Bezugszeichen 6 einen Permanentmagneten an, gibt das Bezugszeichen 7 ein Wellenhalteglied an, gibt das Bezugszeichen 8 eine Welle an, gibt das Bezugszeichen 9 eine Dose an und gibt das Bezugszeichen 12 ein Joch an.
Der Ständer 1 ist derart konfiguriert, dass eine Vielzahl von zylindrischen Spulen 5, die als elektrische Ladeeinrichtungen dienen, entlang einer Axialrichtung auf der Innenseite des Jochs 12 angeordnet sind, das aus einem magnetischen Material ausgebildet ist. Der Läufer 2 ist derart konfiguriert, dass eine Vielzahl von Permanentmagneten 6, die als magnetische Ladeeinrichtungen dienen, in eine Dose 9, die sich in der Axialrichtung erstreckt, eingesteckt und entlang der Axialrichtung angeordnet sind. Der Haltemechanismus 3 ist derart konfiguriert, dass die Welle 8 in den Permanentmagneten 6 des Läufers 2 eingesetzt und dort fixiert ist, wobei sich die Welle 8 durch das Wellenhalteglied 7 des Ständers 1 erstreckt.
13 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen Fixierungsmechanismus zum Fixieren des zylindrischen Linearmotors von 12 an einer externen Einrichtung zeigt.
In 13 gibt das Bezugszeichen 13 einen Rahmen wieder und gibt das Bezugszeichen 14 eine Gewindebohrung wieder.
Um den Ständer 1 an der externen Einrichtung zu befestigen, ist der Rahmen 13 an einen Außenumfang des Jochs 12 gepasst, wobei ein Ende des Rahmens 13 mit der Gewindebohrung 14 versehen ist und eine Schraube (nicht gezeigt) in die Gewindebohrung eingeschraubt ist, um den Linearmotor an der externen Einrichtung (nicht gezeigt) zu fixieren.
14 ist eine seitliche Schnittansicht, die eine Konfiguration zeigt, in der ein linearer Codierer zusätzlich an dem bekannten zylindrischen Linearmotor angebracht ist. Der Ständer 1 und der Läufer 2 weisen dieselbe Konfiguration wie in 12 und 13 auf.
In 14 gibt das Bezugszeichen 16 eine Linearskala wieder, gibt das Bezugszeichen 17 einen Detektor wieder, gibt das Bezugszeichen 18 einen Linearcodierer wieder, gibt das Bezugszeichen 31 einen Wellenhaltemechanismus wieder, geben die Bezugszeichen 71 und 72 Kugelkeilmuttern wieder und gibt das Bezugszeichen 81 eine Keilwelle wieder.
Der Wellenhaltemechanismus 31 umfasst die Keilwelle 81, die mit dem Läufer 2 verbunden ist, und die Kugelkeilmuttern 71 und 72, die als Wellenhalteglieder zum Halten der Welle 8 an beiden Enden eines Metallrohrs 4 des Ständers 1 in der Axialrichtung dienen, um eine Bewegung des Läufers 2 in der Axialrichtung zu ermöglichen.
Die optische Linearskala 16 des Linearcodierers 18 ist an einem Ende der Keilwelle 81 angeordnet, an der der Läufer 2 befestigt ist, und der Detektor 17 zum Erfassen der Linearskala 16 ist an dem Ständer 1 gegenüber der Linearskala 16 angeordnet. Bei einer derartigen Konfiguration wird die Position des Läufers 2 relativ zu dem Ständer 1 in einer Gleitrichtung durch den Codierer 18 erfasst.
Wenn bei einer derartigen Konfiguration ein Strom von einer externen Stromversorgung (nicht gezeigt) zu der elektrischen Ladeeinrichtung des Ständers fließt, wird eine Schubkraft in der Axialrichtung zwischen der elektrischen Ladeeinrichtung des Läufers und der magnetischen Ladeeinrichtung des Ständers erzeugt, wobei der Läufer derart durch den Haltemechanismus gehalten wird, dass er durch einen Spalt des Ständers in der Axialrichtung bewegt werden kann, und wobei die Schubkraft durch die Welle des Läufers ausgegeben wird (siehe z. B. die Patentdokumente 1 und 2).
Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Gebrauchsmusteranmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 6-62787 (siehe Seite 2 der Beschreibung und 1 bis 4).
Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2000-4575 (siehe Seite 9 der Beschreibung und 5A bis 5C).
Beschreibung der Erfindung
Problemstellung
Der bekannte zylindrische Linearmotor weist jedoch die folgenden Probleme (1) bis (3) auf.

(1) Der Läufer und die als Haltemechanismus dienende Welle werden miteinander verbunden, indem die Welle in den zylindrischen Permanentmagneten des Läufers eingesetzt wird. Wenn also der Außendurchmesser des Läufers wie in 12 gezeigt ausreichend größer als der Außendurchmesser der Welle ist, kann ein Raum für die Anordnung des Permanentmagneten sichergestellt werden, der als magnetische Ladeeinrichtung in der Dose dient. Wenn jedoch der Außendurchmesser des Läufers so klein wie der Außendurchmesser der Welle ist, ist es schwierig, den Raum für die Anordnung des Permanentmagneten sicherzustellen.

Um dieses Problem zu lösen, kann die Welle wie in 12 gezeigt in beide Enden der Dose eingesetzt und installiert werden, um den Läufer und die Welle zu fixieren. Bei dieser Konfiguration ist jedoch eine Welle mit einem Außendurchmesser erforderlich, der für den Innendurchmesser der Dose geeignet ist, sodass es schwierig ist, einfach erhältliche standardisierte Teile zu verwenden. Dadurch werden die Kosten erhöht.
Wenn der Durchmesser des Läufers so klein ist, dass der Durchmesser der Welle ein Problem wird, ist die Dose allgemein sehr dünn und aus einem nicht-magnetischen Edelstahl ausgebildet, um den Verlust des durch den Permanentmagneten erzeugten Magnetflusses so klein wie möglich zu halten. Aus diesem Grund sind die Dose und die Welle allgemein durch Kleben miteinander verbunden, weil die Dose klein ist und keine ausreichende Stärke für eine Presspassung aufweist und die Bindungsstärke gering ist. Bei einem Kleben sind jedoch die Variationen in der Bindungsstärke groß, sodass sich das Problem einer unzureichenden Zuverlässigkeit des Produkts ergibt.
Weiterhin ist ein Verfahren zum Einsetzen der Welle in die Dose und zum Schweißen der Welle denkbar. Es ist jedoch technisch schwierig, verschiedene Metalle miteinander zu verschweißen, wobei es insbesondere schwierig ist, eine ausreichende Bindungsstärke durch ein derartiges Schweißen zu erzielen. Aus diesem Grund muss die Welle aus demselben nicht-magnetischen Edelstahl ausgebildet werden wie die Dose. Weil die meisten einfach erhätlichen, standardisierten Teile allgemein aus Stahl sind, müssen Teile aus Edelstahl eigens geordert werden, wodurch die Kosten erhöht werden.

(2) In dem bekannten zylindrischen Motor wird allgemein ein Metallrohr aus etwa Stahl mit einer magnetischen Eigenschaft in einem Joch des Ständers verwendet. Das Stahlrohr kann als Strukturmaterial verwendet werden, wobei das Stahlrohr an einer Einrichtung befestigt werden kann, indem das Stahlrohr mit einem Gewindeloch versehen wird.

Wenn bei einem kleinen zylindrischen Linearmotor (z. B. beträgt der Außendurchmesser eines Ständers 10 mm) die Dicke eines Metallrohrs eines Jochs ungefähr 0,5 mm beträgt, reicht die Dicke als Strukturmaterial aus, um den durch einen Permanentmagneten erzeugten Magnetfluss durchzulassen. Bei dieser Dicke ist es jedoch schwierig, eine Gewindebohrung vorzusehen (wenn zum Beispiel eine M2-Schraube verwendet wird, muss die Bohrtiefe doppelt so tief wie der Durchmesser der Schraube sein).
Aus diesem Grund ist bei dem bekannten zylindrischen Linearmotor und insbesondere bei einem kleinen Motor (13) ein Rahmen außerhalb des Jochs vorgesehen und ist der Rahmen mit einer Gewindebohrung versehen, um ihn an einer Fixierungsfläche befestigten zu können.
Der Hauptzweck des Rahmens besteht darin, eine Gewindebohrung für die Befestigung an der Fixierungsfläche der externen Einrichtung vorzusehen. Wenn bei einem kleinen Linearmotor das Metallrohr des Jochs mit einem Mechanismus für die direkte Befestigung an einer Fixierungsfläche versehen ist, können die Kosten reduziert werden.
Wie oben beschrieben ist bei dem bekannten zylindrischen Linearmotor und insbesondere einem kleinen Motor der Rahmen mit der Gewindebohrung versehen, wobei der Motor unter Verwendung des Rahmens an der Fixierungsfläche befestigt wird. Dementsprechend werden die Kosten des zylindrischen Linearmotors um die Kosten für den Rahmen erhöht.

(3) Wenn sich bei dem bekannten zylindrischen Linearmotor von 4 der Läufer 2 in einem Hub an den Positionen der Wellenhalteglieder 71 und 72 zum Halten der beiden Enden der Keilwelle 81 bewegt, fließt Luft von einem Raum S1 zu einem Raum S3 über einen Raum 52, der als Zwischenraum dient.

Bei dem kleinen zylindrischen Linearmotor (z. B. beträgt der Außendurchmesser eines Ständers 10 mm) ist das Volumen des Raums S2 sehr klein. Dementsprechend fließt sehr wenig Luft von dem Raum S1 zu dem Raum S3.
15A und 15B sind schematische Ansichten, die den Luftfluss zeigen, während sich der Linearmotor von 14 in einem Hub bewegt. 15A zeigt, dass sich der Läufer an dem linken Ende befindet, und 15B zeigt, dass sich der Läufer an dem rechten Ende befindet.
Wenn sich wie in 15A gezeigt der Läufer zu dem linken Ende des Bewegungshubs bewegt, wird der Raum S1 unter Druck gesetzt und wird der Raum S3 entspannt. Ein zu dem Wellenhalteglied 7 geführtes Fett kann aufgrund des Luftdrucks in dem Raum S1 herausfließen, und ein zu dem Wellenhalteglied 7 geführtes Fett kann aufgrund des Luftunterdrucks in dem Raum S3 in den Raum S3 fließen.
Wenn sich wie in 15B gezeigt der Läufer zu dem rechten Ende des Bewegungshubs bewegt, wird der Raum S1 entspannt und wird der Raum S3 unter Druck gesetzt. Das zu dem Wellenhalteglied 7 geführte Fett kann aufgrund des Luftunterdrucks in dem Raum S1 in den Raum S2 fließen, und das zu dem Wellenhalteglied 7 geführte Fett kann aufgrund des Luftdrucks in dem Raum S3 in den Raum S4 fließen.
Um wie oben beschrieben den Läufer zu bewegen, muss die Luft in dem Motor unter Druck gesetzt oder entspannt werden. In Übereinstimmung mit der Variation des Luftdrucks in dem Motor erhöht sich die für die Bewegung erforderliche Schubkraft, wobei die zu dem Wellenhalteglied geführten Fette herausfließen und die Lebensdauer des Haltemechanismus verkürzt wird. Wenn das Fett außerdem in den Raum S4 fließt, wird eine Linearskala oder ein Detektor verschmutzt, wodurch die Zuverlässigkeit eines Linearcodierers beeinträchtigt wird.
Die Erfindung bezweckt, die vorstehend geschilderten Probleme zu beseitigen. Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen zylindrischen Linearmotor anzugeben, bei dem ein Haltemechanismus eines Läufers kostengünstig und mit hoher Zuverlässigkeit vorgesehen werden kann und bei dem ein Raum für die Anordnung eines Permanentmagneten in dem Läufer sichergestellt werden kann, auch wenn es schwierig ist, den Außendurchmesser des Läufers größer als denjenigen der Welle vorzusehen. Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen zylindrischen Linearmotor mit einem rahmenlosen Aufbau vorzusehen, indem ein Joch als Ständer mit einem Befestigungsmechanismus für eine Fixierungsfläche vorgesehen wird. Eine dritte Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen zylindrischen Linearmotor mit einer langen Lebensdauer und mit einer Detektoreinrichtung mit einer hohen Zuverlässigkeit vorzusehen, indem das Lecken eines zu einem Wellenhaltemechanismus zugeführten Fetts verhindert wird.
Problemlösung
Um die vorstehenden Probleme zu lösen, weist die Erfindung den folgenden Aufbau auf.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein zylindrischer Linearmotor:
einen Ständer, der eine Vielzahl von Spulen umfasst, die in einer zylindrischen Form gewickelt sind und als elektrische Ladeeinrichtung dienen, wobei die Vielzahl von Spulen in einer Axialrichtung auf einer Innenseite eines Metallrohrs aus einem zylindrischen Magnetmaterial angeordnet sind,
einen Läufer, der einer Innenseite des Ständers mit dazwischen einem Magnetspalt zugewandt ist und eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, die als magnetische Ladeeinrichtungen dienen, wobei die Vielzahl von Permanentmagneten in der Axialrichtung in eine zylindrische dünne Dose eingesteckt sind, die aus Edelstahl ausgebildet ist und sich in der Axialrichtung erstreckt,
Haltemechanismen, die in den Läufer eingesteckte Wellen und Wellenhalteglieder zum derartigen Halten der Wellen umfassen, dass sich der Läufer in der Axialrichtung zu beiden axialen Enden des Metallrohrs des Ständers bewegen kann, und
Wellenaufnahmeglieder, die an beiden Enden im Inneren der Dose in Nachbarschaft zu den Permanentmagneten angeordnet sind, wobei die Wellenaufnahmeglieder einen konkaven Teil aufweisen, in den ein Kegel der Welle gepasst werden kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung und nach dem ersten Aspekt sind die Wellenaufnahmeglieder aus Edelstahl ausgebildet, wobei die Wellenaufnahmeglieder in die Dose eingesteckt und dann durch Schweißen fixiert werden.
Gemäß einem dritten Aspekt und nach dem zweiten Aspekt wird das Schweißen durch ein TIG-Schweißen (Wolframinertgasschweißen) bewerkstelligt wird.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung und nach dem dritten Aspekt wird das Schweißen durch ein Laserschweißen bewerkstelligt.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung und nach dem zweiten Aspekt wird das Schweißen durch ein Elektronenstrahlenschweißen bewerkstelligt.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung und nach dem ersten Aspekt verwendet wenigstens einer der Haltemechanismen an beiden axialen Enden eine Kugelkeilmutter als Wellenhalteglied und eine Keilwelle als Welle.
Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung und nach dem ersten Aspekt umfasst das Metallrohr:
einen konvexen Teil, der an einem Teil eines Umfangs des Metallrohrs entlang der Axialrichtung vorgesehen ist und geformt ist, um Verbindungsdrähte der Spulen aufzunehmen, und
Durchgangslöcher, die an axialen Enden des konvexen Teils ausgebildet sind, um das Metallrohr mittels Schrauben an einer externen Einrichtung zu befestigen.
Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung und nach dem siebten Aspekt weist der konvexe Teil des Metallrohrs aus der Axialrichtung betrachtet einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf,
wobei ein Außengewinde und ein Schraubenkopf der Schraube aus zylindrischen Gliedern ausgebildet sind und senkrecht zueinander angeordnet sind, und
wobei sich der Schraubenkopf entlang der Axialrichtung in dem konvexen Teil erstreckt.
Gemäß einem neunten Aspekt der Erfindung und nach dem siebten oder achten Aspekt ist die Schraube aus einem nicht-magnetischen Material ausgebildet.
Gemäß einem zehnten Aspekt der Erfindung und nach dem siebten Aspekt weisen die Durchgangslöcher eine geschlitzte Form auf, die sich in der Axialrichtung erstreckt.
Gemäß einem elften Aspekt der Erfindung und nach dem siebten oder zehnten Aspekt sind die Durchgangslöcher jeweils ausgeschnittene Löcher, die durch Ausschneiden eines Endes des Metallrohrs ausgebildet werden.
Gemäß einem zwölften Aspekt der Erfindung und nach dem ersten Aspekt ist ein Luftloch, das sich in einer Durchmesserrichtung erstreckt, in wenigstens einer Seite des Metallrohrs nahe dem Wellenhalteglied ausgebildet, um den Luftdruck in dem Linearmotor konstant zu halten.
Wenn gemäß einem dreizehnten Aspekt der Erfindung und nach dem ersten oder zwölften Aspekt der Läufer des zylindrischen Linearmotors vertikal bewegt werden kann, ist ein Fettreservoir konzentrisch mit der Welle auf einer vertikal oberen Fläche der Kugelkeilmutter des Wellenhalteglieds vorgesehen.
Vorteil der Erfindung
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sind die Wellenaufnahmeglieder vorgesehen, um innerhalb der Dose und außerhalb der Wellen zwischen der Dose und den Wellen angeordnet zu werden, wobei die Wellen in die konkaven Teile der Wellenaufnahmeglieder eingepasst und fixiert werden. Also auch wenn es schwierig ist, den Außendurchmesser des Läufers größer als den Außendurchmesser der Welle vorzusehen, kann der Raum für die Anordnung des Permanentmagneten in dem Läufer sichergestellt werden und können einfach erhältliche Produkte unabhängig von der Größe des Innendurchmessers der Dose verwendet werden, wodurch die Kosten reduziert werden können.
Weil gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die Wellenaufnahmeglieder aus demselben Material wie die Dose ausgebildet sind, können die Wellenaufnahmeglieder und die dünne Edelstahldose durch Schweißen miteinander verbunden werden, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert werden kann.
Weil gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung die Wellenaufnahmeinrichtungen und die Dose durch ein weit verbreitetes TIG-Schweißen aneinander geschweißt werden, kann der zylindrische Linearmotor hergestellt werden, ohne dass hierfür eine neue Schweißausstattung angeschafft werden muss.
Weil gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung die Wellenaufnahmeglieder und die Dose durch ein Laserschweißen mit hoher Energiedichte aneinander geschweißt werden, nimmt nur der geschweißte Teil eine hohe Temperatur an, wobei keine Wärme auf die anderen Teile wirkt. Deshalb kann eine thermische Verformung während des Schweißens verhindert werden und können die Dose und die Wellenaufnahmeglieder mit hoher Präzision miteinander verbunden werden.
Weil gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung die Wellenaufnahmeglieder und die Dose durch ein Elektronenstrahlschweißen mit der höchsten Energiedichte aneinander geschweißt werden, nimmt nur der geschweißte Teil eine hohe Temperatur an und wirkt keine Wärme auf die anderen Teile. Deshalb kann eine thermische Verformung unterdrückt werden und können die Dose und die Wellenaufnahmeglieder mit hoher Präzision miteinander verwendet werden, wobei weiterhin die Schmelzeindringtiefe und die Verbindungsstärke vergrößert werden können.
Weil gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung die Wellen an beiden axialen Enden einzeln mit dem Läufer verbunden sind, kann nur einer der Haltemechanismen durch eine Kugelkeilmutter und eine Keilwelle mit einem Drehverhinderungsmechanismus für die Welle ausgebildet sein. Die Kugelkeilhalterung einer Welle kann kostengünstig im Vergleich zu dem Fall konfiguriert werden, dass beide Wellen als Kugelkeile ausgebildet sind.
Gemäß dem siebten Aspekt der Erfindung wird ein konvexer Teil verwendet, der sich über die Verbindungsdrähte für die Spulen des Metallrohrs aus einem zylindrischen Magnetmaterial erstreckt, sodass eine Schraube für die Befestigung desselben an der Fixierungsfläche vorgesehen werden kann. Deshalb ist kein Rahmen erforderlich, sodass die Kosten reduziert werden können.
Weil gemäß dem achten Aspekt der Erfindung der konvexe Teil in dem Metallrohr einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, ist der Schraubenkopf der Schraube aus einem zylindrischen Glied entlang der Axialrichtung in dem Kreisinnenseite des konvexen Teils ausgebildet. Wenn also das Metallrohr an der Fixierungsfläche der externen Einrichtung durch die Schraube befestigt wird, muss der Schraubenkopf nicht gegriffen werden, sodass die Befestigung einfach vorgenommen werden kann.
Weil gemäß dem neunten Aspekt der Erfindung die Schraube aus dem nicht-magnetischen Material ausgebildet ist, kann eine Stockung, die durch eine Variation im magnetischen Leitwert in der Axialrichtung und damit der Bewegungsrichtung des Läufers verursacht wird, beseitigt werden, wodurch eine Wellung der Schubkraft während der Bewegung unterdrückt werden kann.
Wenn gemäß dem zehnten Aspekt der Erfindung die Schraube in das Durchgangsloch in dem konvexen Teil des Metallrohrs eingesteckt wird, tritt die Schraube an der Innenseite des Metallrohrs durch das Durchgangsloch nach außen aus. Wenn also das Durchgangsloch eine Schlitzlochform in der Axialrichtung aufweist, kann die Schraube einfach eingesetzt werden, wodurch der Arbeitsaufwand vermindert werden kann.
Gemäß dem elften Aspekt der Erfindung kann die Schraube von dem Ende des Metallrohrs entlang des Ausschnittlochs eingesetzt werden und einfach befestigt werden, wodurch der Arbeitsaufwand weiter vermindert wird.
Weil gemäß dem zwölften Aspekt der Erfindung die Luft in dem Linearmotor in und aus den Luftlöchern fließt, kann der Luftdruck in dem Motor konstant gehalten werden, sodass die für die Bewegung erforderliche Schubkraft reduziert werden kann. Weil außerdem das zu der Kugelkeilmutter des Haltemechanismus zugeführte Fett nicht aufgrund einer Druckvariation in dem Motor herausfließt, kann die Lebensdauer des Haltemechanismus verlängert werden. Wenn weiterhin ein Positionsdetektor zum Erfassen der Position des Läufers in der Nähe des Haltemechanismus des Motors vorgesehen ist, wird der Positionsdetektor nicht durch das Fett beschmutzt, wodurch die Zuverlässigkeit der Detektoreinrichtung verbessert wird.
Wenn gemäß dem dreizehnten Aspekt der Erfindung der Läufer des zylindrischen Linearmotors vertikal beweglich ist, wird das Fett in dem Fettreservoir an der vertikal oberen Fläche der Mutter des Haltemechanismus akkumuliert. Deshalb ist es unnötig, Fett zuzuführen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen zylindrischen Linearmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen zylindrischen Linearmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen zylindrischen Linearmotor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen zylindrischen Linearmotor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5A bis 5C sind Ansichten, die einen Ständer des zylindrischen Linearmotors von 4 zeigen, wobei 5A eine vordere Schnittansicht entlang der Linie A-A' von 4 ist, 5B eine vordere Schnittansicht entlang der Linie B-B' von 4 ist und 5C eine perspektivische Ansicht einer an dem Ständer befestigten Schraube ist.
6 ist eine Seitenansicht, die einen Ständer eines zylindrischen Linearmotors gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung von der Seite eines konvexen Teils aus betrachtet zeigt.
7 ist eine Seitenansicht eines Ständers eines zylindrischen Linearmotors gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung von der Seite eines konvexen Teils aus betrachtet.
8A und 8B sind Ansichten, die eine Konfiguration zeigen, in der ein Linearcodierer an einem zylindrischen Linearmotor gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung befestigt ist, wobei 8A eine Draufsicht ist und 8B eine seitliche Schnittansicht ist.
9A und 9B sind schematische Ansichten, die einen Luftfluss während einer Hubbewegung des in 8A und 8B gezeigten zylindrischen Linearmotors zeigen, wobei 9A einen Läufer am linken Ende zeigt und 9B den Läufer am rechten Ende zeigt.
10 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Fläche eines Luftlochs und einer Schubkraft beim Starten zeigt.
11 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen zylindrischen Linearmotor gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
12 ist eine seitliche Schnittansicht, die eine Konfiguration eines bekannten zylindrischen Linearmotors zeigt.
13 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen Fixierungsmechanismus zum Fixieren des zylindrischen Linearmotors von 12 an einer externen Einrichtung zeigt.
14 ist eine seitliche Schnittansicht, die eine Konfiguration zeigt, in dem ein Codierer an einem bekannten zylindrischen Linearmotor zeigt.
15A und 15B sind schematische Ansichten, die einen Luftfluss während einer Hubbewegung des in 14 gezeigten zylindrischen Linearmotors zeigt, wobei 15A einen Läufer am linken Ende zeigt und 15B den Läufer am rechten Ende zeigt.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Schnittansicht, die einen zylindrischen Linearmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Auf eine wiederholte Beschreibung von Komponenten, die mit denjenigen aus dem Stand der Technik identisch sind, wird hier verzichtet, und es werden nur die Unterschiede beschrieben.
In 1 gibt das Bezugszeichen 4 ein Metallrohr 4 an, gibt das Bezugszeichen 10 ein Wellenaufnahmeglied an, gibt das Bezugszeichen 10a einen konkaven Teil an und gibt das Bezugszeichen 11 Stahlteile an.
Die Erfindung ist wie folgt gekennzeichnet.
Der Ständer 1 weist eine Vielzahl von Spulen 5 auf, die in einer zylindrischen Form gewickelt sind und als elektrische Ladeeinrichtungen dienen, wobei die Vielzahl von Spulen 5 in einer Axialrichtung in einem Metallrohr 4 angeordnet sind, das als Joch dient und aus einem zylindrischen Magnetmaterial ausgebildet ist.
Der Läufer 2 ist der Innenseite des Ständers 1 mit dazwischen einem Magnetspalt zugewandt, wobei eine Vielzahl von Permanentmagneten auf dem Umfang als magnetische Ladeeinrichtungen (magnetisiert in den durch die Pfeile angegebenen Richtungen) in der Axialrichtung in eine zylindrische, dünne Edelstahldose 9, die sich in der Axialrichtung erstreckt, eingesetzt sind und dieselbe Polarität aufweisen, wobei dazwischen auf dem Umfang Stahlteile 11 angeordnet sind, die miteinander durch Kleben verbunden sind. Die Stahlteile 11 sind zwischen den Permanentmagneten 6 vorgesehen, die in der Axialrichtung angeordnet sind und dieselbe Polarität aufweisen, um die Permanentmagneten 6 fest in der dünnen Edelstahldose 9 zu halten, indem die zwischen den Permanentmagneten 6 und den Stahlteilen 11 wirkende Absorptionskraft genutzt wird.
Der Haltemechanismus 3 umfasst Wellen 8, die in den Läufer 2 eingesetzt sind, und Wellenhalteglieder 7 zum Halten der Wellen 8, sodass sich der Läufer 2 in der Axialrichtung zu beiden axialen Enden des Metallrohrs 4 des Ständers 1 bewegen kann.
An beiden Enden der Innenseite der Dose 9 sind Wellenaufnahmeglieder 10 in Nachbarschaft zu den Permanentmagneten 6 angeordnet. Jedes der Wellenaufnahmeglieder 10 ist mit einem konkaven Teil 10a versehen, der um einen Festziehabstand kleiner als der Außendurchmesser der Welle 8 ist, sodass ein Kegel (ein geneigter, spitz zulaufender Teil eines vorderen Endes) der Welle 8 eingepasst werden kann. Das Wellenaufnahmeglied 10, an dem die Wellen 8 befestigt sind, und der Ständer 2, werden miteinander verbunden, indem das Wellenaufnahmeglied 10 in beide Enden der Dose 9 des Läufers 2 eingesteckt wird.
In der ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Wellenaufnahmeglieder 10 vorgesehen, um innerhalb der Dose 9 und außerhalb der Welle 8 zwischen dem Läufer 2 und der Welle 8 vorgesehen zu werden. Wenn also der Außendurchmesser des Läufers beinahe gleich dem Außendurchmesser der Welle ist, können Wellen zum Halten des Läufers kostengünstig hergestellt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind wie oben beschrieben die Wellen 8 des Haltemechanismus 3 an dem Läufer 2 befestigt, wobei Strom in die Spule 5 des Ständers 1 fließt, um eine Schubkraft in dem durch die Permanentmagneten 6 des Läufers 2 erzeugten Magnetfluss zu erzeugen, wobei die Kraft über die Wellen 8 ausgegeben werden kann.
Zweite Ausführungsform
2 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen zylindrischen Linearmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Die Konfiguration des Ständers 1 ist identisch mit derjenigen der ersten Ausführungsform, sodass hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich wie nachfolgend beschrieben von der ersten Ausführungsform.
Die Verbindung der Welle 8 und des Wellenaufnahmeglieds 10 ist insofern identisch, als das Wellenaufnahmeglied 10 mit einem konkaven Teil 10a versehen ist, der um einen Festziehabstand kleiner als der Außendurchmesser der Welle 8 ist, sodass der Kegel der Welle 8 in den konkaven Teil 10a eingepasst ist. Das Wellenaufnahmeglied 10, an dem die Wellen 8 befestigt sind, und die Dose 9 werden miteinander verbunden, indem das Wellenaufnahmeglied 10 in beide Enden einer Innenseite des Nockens 9 eingesteckt und geklebt werden, wobei dann der Verbindungsteil W zwischen der Dose 9 und dem Wellenaufnahmeglied 10 durch einen Laser geschweißt wird.
In der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist das Wellenaufnahmeglied 10 aus demselben Edelstahl wie die Dose 9 ausgebildet. Dementsprechend kann das Wellenaufnahmeglied durch Schweißen mit der dünnen Edelstahldose verbunden werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert wird.
Weil in der vorliegenden Ausführungsform das Wellenaufnahmeglied und die dünne Edelstrahldose durch Laserschweißen verbunden werden, nimmt nur der geschweißte Teil eine hohe Temperatur an und wirkt keine Wärme auf die andren Teile. Dementsprechend kann eine thermische Verformung während des Schweißens unterdrückt werden. Deshalb können die Dose und das Wellenaufnahmeglied mit hoher Präzision miteinander verbunden werden.
Es konnte bestätigt werden, dass ein Wellenaufnahmeglied und eine dünne Edelstahldose durch ein TIG-Schweißen (Wolframinertgasschweißen) oder ein Elektronenstrahlschweißen verbunden werden können. Das TIG-Schweißen weist den Vorteil auf, dass keine neuen Geräte angeschafft werden müssen, weil das TIG-Schweißen ein sehr verbreitetes Schweißverfahren ist. Das Elektronenstrahlschweißen kann die Zuverlässigkeit verbessern, weil eine thermische Verformung während des Schweißens unterdrückt wird und die Schmelzeindringtiefe vergrößert wird, um die Verbindungskraft zu erhöhen. Wenn in einem Experiment die Verbindungskraft des Laserschweißens bei 1 lag, lag die Verbindungskraft bei dem TIG-Schweißen bei 0,6, weil die Schweißfläche aufgrund der thermischen Verformung reduziert war. Bei dem Elektronenschweißen lag die Verbindungskraft bei 1,3, weil die Schmelzeindringtiefe groß war.
In der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform werden die Wellen 8 des Haltemechanismus 3 an dem Läufer 2 befestigt und fließt ein Strom in der Spule 5 des Ständers 1, um eine Schubkraft in dem durch die Permanentmagneten 6 des Läufers 2 erzeugten Magnetfluss zu erzeugen, wobei die Kraft über die Wellen 8 ausgegeben werden kann.
Dritte Ausführungsform
3 ist eine Schnittansicht, die einen zylindrischen Linearmotor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
In 3 gibt das Bezugszeichen 31 einen Haltemechanismus an, gibt das Bezugszeichen 71 eine Kugelkeilmutter an und gibt das Bezugszeichen 81 eine Keilwelle an.
Die Konfiguration des Ständers 1 ist identisch mit derjenigen der ersten und der zweiten Ausführungsform, sodass hier auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich wie folgt von der ersten Ausführungsform.
Wenigstens eine Seite des Haltemechanismus an beiden axialen Enden wird durch einen Kugelkeilmechanismus vorgesehen, der eine Kugelkeilmutter 71 als Wellenhalteglied und eine Keilwelle 81 als Keil verwendet.
Es wird eine Drehung der Welle verhindert, weil wenigstens eine Welle als Keilwelle ausgebildet ist, wobei der Vorteil der Erfindung genutzt wird, dass nämlich einzelne Wellen 8 und 81 an dem Läufer 2 befestigt werden können.
In der dritten Ausführungsform der Erfindung mit dem oben beschriebenen Aufbau kann ein Haltemechanismus konfiguriert werden, um zu verhindern, dass sich die Welle dreht, ohne dass teuere Spiralwellen für beide Wellen verwendet werden müssen.
Vierte Ausführungsform
4 ist eine Schnittansicht, die einen zylindrischen Linearmotor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und 5A bis 5C sind Ansichten, die einen Ständer des zylindrischen Linearmotors zeigen, wobei 5A eine vordere Schnittansicht entlang der Linie A-A' von 4 ist, 5B eine vordere Schnittansicht entlang der Linie B-B' von 4 ist und 5C eine perspektivische Ansicht einer an dem Ständer montierten Schraube ist.
Es wird hier auf eine wiederholte Beschreibung von Komponenten der Erfindung verzichtet, die identisch mit denjenigen der ersten bis dritten Ausführungsform sind, wobei im Folgenden nur die Unterschiede erläutert werden.
In 4 gibt das Bezugszeichen 4a einen konvexen Teil an, gibt das Bezugszeichen 4b ein Durchgangsloch an, gibt das Bezugszeichen 5a einen Verbindungsdraht an, gibt das Bezugszeichen 15 eine Schraube an und gibt das Bezugszeichen 15a einen Schraubenkopf an.
Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich wie folgt von der ersten und dritten Ausführungsform.
Das Metallrohr 4 umfasst einen konvexen Teil 4a, der auf einem Teil des Umfangs des Metallrohrs 4 entlang der axialen Richtung vorgesehen ist und geformt ist, um einen Verbindungsdraht 5a der Spule 5 aufzunehmen, und kreisrunde Durchgangslöcher 4b, die an axialen Enden des konvexen Teils 4a ausgebildet sind, um das Metallrohr 4 an einer externen Einrichtung (nicht gezeigt) durch Schrauben 15 zu befestigen. Der konvexe Teil 4a, der an dem Metallrohr 4 des Ständers 1 ausgebildet ist, weist einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt entlang der Axialrichtung auf, wie in der Schnittansicht A-A' von 5A gezeigt.
Wie in 5C gezeigt, sind ein Außengewinde 15b und ein Schraubenkopf 15a der Schraube 15 als zylindrische Glieder senkrecht zueinander ausgebildet. Der Schraubkopf 15a ist entlang der Axialrichtung in dem konvexen Teil 4a befestigt und konfiguriert, um eine Drehung der Schraube 15 während der Befestigung an einer Fixierungsfläche einer externen Einrichtung (nicht gezeigt) zu verhindern.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Schraube 15 aus einem nicht-magnetischen Edelstahl und Messing ausgebildet. Während eines Betriebstests konnte bestätigt werden, dass keine Stockung durch eine Variation der im magnetischen Leitwert in der Axialrichtung und damit der Bewegungsrichtung des Läufers verursacht wird, wenn die Schraube 15 aus Edelstahl und Messing ausgebildet ist.
Im Folgenden wird die Montage des Ständers beschrieben.
Der Ständer 1 wird ausgebildet, indem das Metallrohr 4 aus einem zylindrischen Magnetmaterial durch Hydroformen erweitert wird, wobei ein Teil des Metallrohrs 4 zu dem konvexen Teil 4a geformt wird, der entlang der Axialrichtung vorsteht. Eine Vielzahl von in einer zylindrischen Form gewickelten Spulen 5 sind an einem Zentrum innerhalb des Metallrohrs 4 angeordnet und montiert, wobei die Verbindungsdrähte 5a auf einer Oberfläche des konvexen Teils 4a gegenüber den Spulen 5 aufgenommen sind. Wenn der Ständer 1 an einer externen Einrichtung (nicht gezeigt) befestigt wird, werden die Schrauben 15 von innerhalb des Metallrohrs 4 in die Durchgangslöcher 4b nahe an beiden axialen Enden des konvexen Teils 4a eingesteckt und werden die Schrauben 15 an der Fixierungsfläche der externen Einrichtung (nicht gezeigt) befestigt, um den Ständer 1 an der externen Einrichtung zu fixieren.
In der vierten Ausführungsform der Erfindung ist ein Teil des Metallrohrs 4 des Ständers 1 zu einem konvexen Teil 4a entlang der Axialrichtung geformt, wobei der Ständer 1 einfach durch die Schrauben 15 an der Fixierungsfläche der externen Einrichtung befestigt werden kann. Deshalb kann ein kostengünstiger Aufbau ohne Rahmen vorgesehen werden.
Ausführungsform 5
6 ist eine Seitenansicht, die einen Ständer eines zylindrischen Linearmotors von einem konvexen Teil aus betrachtet gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Grundkonfiguration des Ständers 1 ist identisch mit derjenigen der vierten Ausführungsform, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird und nur die Unterschiede erläutert werden.
Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich wie folgt von der vierten Ausführungsform.
Die Durchgangslöcher 4b an dem konvexen Teil 4a des Metallrohrs 4 des Ständers 1 weisen eine geschlitzte Lochform auf, die sich in der Axialrichtung erstreckt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein kleiner Linearmotor vorgesehen, der ein Metallrohr 4 mit einem Durchmesser von ungefähr 10 mm aufweist. Wenn die Schrauben in die Durchgangslöcher 4b eingesetzt sind, muss sich jede Schraube 15 von der Innenseite zu der Außenseite des Metallrohrs 4 erstrecken können, wobei der Schraubenkopf der Schraube 15 durch eine Zange oder ähnliches gegriffen wird. Dazu steckt ein Arbeiter die Schraube 15 durch das Durchgangsloch 4b und blickt dabei von dem Querschnitt des Metallrohrs 4 auf die Innenfläche des Metallrohrs 4 wie in 6 gezeigt. Dabei kann er einfach erkennen, ob die Schraube 15 mit einem rechten Winkel zu der Axialrichtung des Metallrohrs 4 ausgerichtet ist, während es schwierig ist, zu erkennen, ob die Schraube 15 in der Axialrichtung des Metallrohrs 4 ausgerichtet ist. Das Durchgangsloch 4b weist allgemein eine etwas größere Größe auf als die Schraube 15. Wenn das Durchgangsloch 4b eine kreisrunde Form aufweist und die Schraube 15 in der Axialrichtung gekippt ist, kann die Schraube 15 schwierig hindurchgeführt werden, wodurch die Arbeit erschwert wird.
In der fünften Ausführungsform ist das Durchgangsloch 4b mit einer geschlitzten Lochform in der Axialrichtung vorgesehen. Also auch wenn die Schraube 15 während des Arbeitens in der Axialrichtung des Metallrohrs 4 gekippt ist, kann die Schraube 15 einfach durch das Durchgangsloch 4b geführt werden. Dementsprechend kann die Arbeit während des Befestigens des Metallrohrs 4 an der externen Einrichtung wesentlich verbessert werden, indem die Schraube 14 durch das Durchgangsloch 4b geführt wird. Es konnte bestätigt werden, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die Arbeitszeit im Vergleich zu der vierten Ausführungsform um ungefähr 20% verkürzt werden kann.
Sechste Ausführungsform
7 ist eine Seitenansicht, die einen zylindrischen Linearmotor gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
In 7 gibt das Bezugszeichen 4c ein ausgeschnittenes Loch an.
Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich wie folgt von der fünften Ausführungsform.
Die ausgeschnittenen Löcher 4c werden ausgebildet, indem die Enden des Metallrohrs 4 ausgeschnitten werden, anstatt Durchgangslöcher wie in der fünften Ausführungsform vorzusehen.
In der vorliegenden Ausführungsform sind ausgeschnittene Löcher 4c an beiden Enden des Metallrohrs 4 des Ständers 1 ausgebildet. In diesem Fall können die Schrauben 15 sehr einfach in die ausgeschnittenen Löcher 4c eingesetzt werden, wobei die Schrauben 15 dann problemlos an einer externen Einrichtung befestigt werden können. Es konnte bestätigt werden, dass die Arbeitszeit im Vergleich zu der vierten Ausführungsform um ungefähr 60% verkürzt werden konnte.
Siebte Ausführungsform
8A und 8B sind Ansichten, die eine Konfiguration zeigen, in der ein Linearcodierer an einem zylindrischen Linearmotor gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung befestigt ist, wobei 8A eine Draufsicht ist und 8B eine seitliche Schnittansicht ist. 9A und 9B sind schematische Ansichten, die einen Luftfluss während eines Bewegungshubs des zylindrischen Linearmotors von 8A und 8B zeigen, wobei 9A den Läufer an dem linken Ende zeigt und 9B den Läufer an dem rechten Ende zeigt. 10 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Fläche eines Luftlochs und einer für die Bewegung erforderlichen Schubkraft zeigt, wobei die horizontale Achse das Verhältnis zwischen dem Querschnitt S [mm²] und dem Volumen Q [mm³] in einem Motor wiedergibt und die vertikale Achse die für die Bewegung erforderliche Kraft wiedergibt.
Es wird auf eine wiederholte Beschreibung der Komponenten verzichtet, die identisch mit denjenigen aus dem Stand der Technik von 14 und der ersten Ausführungsform von 1 identisch sind, wobei hier nur die Unterschiede erläutert werden.
In 8 und 9 gegen die Bezugszeichen 19 und 20 jeweils Luftlöcher an.
Die Erfindung ist wie folgt gekennzeichnet.
Wellenhaltemechanismen 31 und 32 umfassen Keilwellen 81 und 82, die mit dem Läufer 2 verbunden sind, und Kugelkeilmuttern 71 und 72, die als Wellenhalteglieder zum Halten der Keilwellen 81 und 82 dienen, sodass sich der Läufer 2 in der Axialrichtung zu beiden axialen Enden des Metallrohrs 4 des Ständers 1 bewegen kann. Bei einer derartigen Konfiguration wird eine Schubkraft in der axialen Richtung zwischen der elektrischen Ladeeinrichtung des Ständers 1 und der magnetischen Ladeeinrichtung des Ständers 2 erzeugt, wobei die Schubkraft durch den an einer Einrichtung montierten Ständer 1 und den Zwischenraum ausgegeben wird, indem der Läufer 2 in der Axialrichtung beweglich gehalten wird.
Luftlöcher 19 und 20 sind in einer Durchmesserrichtung an dem Metallrohr 4 nahe zu den Kugelkeilmuttern 71 und 72 ausgebildet und dienen als Wellenhalteglieder, wobei Luft zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Linearmotors nach innen und nach außen fließt, um den Luftdruck in dem Linearmotor konstant zu halten.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Luftlöcher 19 und 20 an dem Metallrohr 4 in der Nähe der als Wellenhalteglieder dienenden Kugelkeilmuttern 71 und 72 ausgebildet, wobei der Luftfluss während der Hubbewegung des Linearmotors in 9A und 9B gezeigt ist. Wenn sich der Läufer wie in 9A gezeigt nach unten bewegt, fließt Luft durch ein Luftloch 20 nach innen und von dem anderen Luftloch 29 nach außen, um den Luftdruck in dem Motor gleichmäßig zu halten. Wenn sich der Läufer außerdem wie in 9B gezeigt nach außen bewegt, fließt Luft von einem Luftloch 19 nach innen und von dem anderen Luftloch 20 nach außen, um den Luftdruck in dem Motor konstant zu halten.
Wenn man annimmt, dass der Querschnitt des Luftlochs durch S [mm²] wiedergegeben wird und das Volumen des Motors durch Q [mm³] wiedergegeben wird, und dass ein Luftloch (S/Q = 0,015) mit einer entsprechenden Größe vorgesehen ist, kann im Vergleich zu dem Fall, in dem kein Luftloch vorgesehen ist (S/Q = 0), wie in 10 gezeigt, die für eine Bewegung erforderliche Schubkraft um ungefähr 1/3 reduziert werden. Weiterhin konnte in einem Experiment bestätigt werden, dass die durch eine Variation in dem Luftdruck in dem Motor verursachte Erhöhung der Schubkraft beseitigt ist und die Lebensdauer des Haltemechanismus ungefähr verdoppelt ist.
Achte Ausführungsform
11 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen zylindrischen Linearmotor gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Die Konfiguration des Ständers 1, des Läufers 2 und des Detektors 18 ist identisch wie in der siebten Ausführungsform sodass hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird.
In 11 gibt das Bezugszeichen 21 ein Fettreservoir an.
Die achte Ausführungsform unterscheidet sich dadurch von der siebten Ausführungsform, dass der Läufer des zylindrischen Linearmotors vertikal bewegt werden kann, wobei ein Fettreservoir 21 konzentrisch mit der Welle auf einer vertikal oberen Fläche der Kugelkeilmutter der Wellenhalteglieds ausgebildet ist.
Wenn der Läufer des zylindrischen Linearmotors vertikal bewegt werden kann, ist das Fettreservoir auf einer vertikal oberen Fläche der Mutter 71 ausgebildet, um Fett zu akkumulieren. Deshalb muss kein Fett zugeführt werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Bei dem zylindrischen Linearmotor der Erfindung kann der Raum für die Anordnung des Permanentmagneten in dem Läufer sichergestellt werden und kann ein rahmenloser Aufbau vorgesehen werden, in dem der Mechanismus für eine Befestigung an einer Fixierungsfläche einer externen Einrichtung in dem als Ständer dienenden Joch vorgesehen ist. Deshalb kann der zylindrische Linearmotor der Erfindung zum Beispiel auf eine Flüssigkeiten-/Halbleiterbauelement-Herstellungsmaschine oder eine entsprechend Prüfvorrichtung angewendet werden, wo eine hochpräzise Positionierung und ein genauer Transport erforderlich sind. Weiterhin kann der zylindrische Linearmotor der Erfindung auf einen Kopf eines Spitzenmontierers angewendet werden, indem eine Vielzahl von zylindrischen Linearmotoren angeordnet werden.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung gibt einen zylindrischen Linearmotor an, in dem ein Haltemechanismus eines Läufers kostengünstig und hoher Zuverlässigkeit vorgesehen werden kann und ein ausreichender Raum zum Anordnen eines Permanentmagneten in dem Läufer auch dann sichergestellt werden kann, wenn es schwierig ist, den Außendurchmesser des Läufers größer als denjenigen der Welle vorzusehen. Der zylindrische Motor umfasst: einen Ständer 1, der eine Vielzahl von Spulen 5 umfasst, die in einer zylindrischen Form gewickelt sind und in einer Axialrichtung auf einer Innenseite eines Metallrohrs 4 aus einem zylindrischen Magnetmaterial angeordnet sind; einen Läufer 2, der einer Innenseite des Ständers 1 mit dazwischen einem Magnetspalt zugewandt ist und eine Vielzahl von Permanentmagneten 6 umfasst, die in der Axialrichtung in eine zylindrische Dose 9 eingesteckt sind; Wellen 8, die in den Läufer 2 eingesteckt sind; Wellenhalteglieder 7 zum Halten der Wellen 8 an beiden axialen Enden des Metallrohrs 4; und Wellenaufnahmeglieder 10, die an beiden Enden einer Innenseite der Dose 9 in Nachbarschaft zu den Permanentmagneten 6 angeordnet sind und einen konkaven Teil 10a aufweisen, in den ein Kegel der Welle 8 eingepasst werden kann.

1: Ständer
2: Läufer
3, 31: Haltemechanismus
4: Metallrohr
4a: konvexer Teil
4b: Durchgangsloch
4c: ausgeschnittenes Loch
5: Spule
5a: Verbindungsdraht
6: Permanentmagnet
7: Wellenhalteglied
8: Welle
71: Kugelkeilmutter
81: Keilwelle
9: Dose
10: Wellenaufnahmeglied
10a: konkaver Teil
11: Stahlteil
12: Joch
13: Rahmen
14: Durchgangsloch
15: Schraube
15a: Schraubenkopf
15b: Außengewinde
16: Linearskala
17: Detektor
19, 20: Luftloch
21: Fettreservoir
S1 bis S4: Raum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 6-62787 U [0014]
- JP 2000-4575 [0015]

Claims

Zylindrischer Linearmotor, der umfasst: einen Ständer, der eine Vielzahl von Spulen umfasst, die in einer zylindrischen Form gewickelt sind und als elektrische Ladeeinrichtung dienen, wobei die Vielzahl von Spulen in einer Axialrichtung auf einer Innenseite eines Metallrohrs aus einem zylindrischen Magnetmaterial angeordnet sind, einen Läufer, der einer Innenseite des Ständers mit dazwischen einem Magnetspalt zugewandt ist und eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, die als magnetische Ladeeinrichtungen dienen, wobei die Vielzahl von Permanentmagneten in der Axialrichtung in eine zylindrische dünne Dose eingesteckt sind, die aus Edelstahl ausgebildet ist und sich in der Axialrichtung erstreckt, Haltemechanismen, die in den Läufer eingesteckte Wellen und Wellenhalteglieder zum derartigen Halten der Wellen umfassen, dass der Läufer in der Axialrichtung zu beiden axialen Enden des Metallrohrs des Ständers bewegen kann, und Wellenaufnahmeglieder, die an beiden Enden im Inneren der Dose in Nachbarschaft zu den Permanentmagneten angeordnet sind, wobei die Wellenaufnahmeglieder einen konkaven Teil aufweisen, in den ein Kegel der Welle gepasst werden kann.
Zylindrischer Linearmotor nach Anspruch 1, wobei die Wellenaufnahmeglieder aus einem Edelstahl ausgebildet sind und wobei die Wellenaufnahmeglieder in die Dose eingesteckt und dann durch Schweißen fixiert werden.
Zylindrischer Linearmotor nach Anspruch 2, wobei das Schweißen durch ein TIG-Schweißen (Wolframinertgasschweißen) bewerkstelligt wird.
Zylindrischer Linearmotor nach Anspruch 2, wobei das Schweißen durch ein Laserschweißen bewerkstelligt wird.
Zylindrischer Linearmotor nach Anspruch 2, wobei das Schweißen durch ein Elektronenstrahlschweißen bewerkstelligt wird.
Zylindrischer Linearmotor nach Anspruch 1, wobei wenigstens einer der Haltemechanismen an beiden axialen Enden eine Kugelkeilmutter als Wellenhalteglied und eine Keilwelle als Welle verwendet.
Zylindrischer Linearmotor nach Anspruch 1, wobei das Metallrohr umfasst: einen konvexen Teil, der an einem Teil eines Umfangs des Metallrohrs entlang der Axialrichtung vorgesehen ist und geformt ist, um Verbindungsdrähte der Spulen aufzunehmen, und Durchgangslöcher, die an axialen Enden des konvexen Teils ausgebildet sind, um das Metallrohr mittels Schrauben an einer externen Einrichtung zu befestigen.
Zylindrischer Linearmotor nach Anspruch 7, wobei der konvexe Teil des Metallrohrs aus der Axialrichtung betrachtet einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei ein Außengewinde und ein Schraubenkopf der Schraube jeweils aus zylindrischen Gliedern ausgebildet und senkrecht zueinander angeordnet sind, und wobei sich der Schraubenkopf entlang der Axialrichtung in dem konvexen Teil erstreckt.
Zylindrischer Linearmotor nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schraube aus einem nicht-magnetischen Material ausgebildet ist.
Zylindrischer Linearmotor nach Anspruch 7, wobei die Durchgangslöcher eine geschlitzte Form aufweisen, die sich in der Axialrichtung erstreckt.
Zylindrischer Linearmotor nach Anspruch 7 oder 10, wobei die Durchgangslöcher jeweils ausgeschnittene Löcher sind, die durch Ausschneiden eines Endes des Metallrohrs ausgebildet werden.
Zylindrischer Linearmotor nach Anspruch 1, wobei ein Luftloch, das sich in einer Durchmesserrichtung erstreckt, in wenigstens einer Seite des Metallrohrs nahe dem Wellenhalteglied ausgebildet ist, um den Luftdruck in dem Linearmotor konstant zu halten.
Zylindrischer Linearmotor nach Anspruch 1 oder 12, wobei wenn der Läufer des zylindrischen Linearmotors vertikal bewegt werden kann, ein Fettreservoir konzentrisch mit der Welle auf einer vertikal oberen Fläche der Kugelkeilmutter des Wellenhalteglieds vorgesehen ist.