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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearmotor mit einem zweiten Glied, das relativ zu einem ersten Glied in einer Richtung bewegt werden kann.
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STAND DER TECHNIK
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Es ist ein Linearmotor des Synchronisationstyps bekannt, der einen Magnet als ein Feldsystem verwendet. Dieser Linearmotor umfasst ein bewegliches Element mit einem Magnet und einen Ständer (stationäres Element) mit einem Kern und einer um den Kern gewickelten Spule. Der Kern weist einen vorstehenden Pol auf, der dem Magnet des beweglichen Elements zugewandt ist. Eine Spule ist um den vorstehenden Pol gewickelt. Eine typische Spule ist eine dreiphasige Spule. Wenn ein dreiphasiger Wechselstrom mit einer Differenz von 120 Grad zwischen jeweils zwei Phasen durch die dreiphasige Spule fließt, veranlasst eine Interaktion zwischen einem in dem Magnet erzeugten Magnetfluss und einem in dem Kern erzeugten Magnetfluss, dass sich das bewegliche Element relativ zu dem Ständer in einer Richtung bewegt.
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In einem herkömmlichen Linearmotor ist der Kern des Ständers dem Magnet des beweglichen Elements zugewandt, wodurch sich das Problem ergibt, dass eine magnetische Anziehungskraft, die größer als die Antriebskraft ist, zwischen dem Kern und dem Magnet wirkt. Um die magnetische Anziehungskraft zu reduzieren, gibt das Patentliteraturdokument 1 einen so genannten Linearmotor des Tunneltyps an, der ein bewegliches Element aufweist, das sich in einem durch einen Kern eines Ständers geschlossenen Raum bewegt. Dieser Linearmotor ist durch den Aufbau des Kerns gekennzeichnet. Insbesondere umfasst der Kern des Ständers einen ersten Zuwendungsteil, in dem obere Magnetpolzähne und untere Magnetpolzähne einander zugewandt sind, und einen zweiten Zuwendungsteil, in dem obere Magnetpolzähne und untere Magnetpolzähne einander zugewandt sind. Der erste Zuwendungsteil und der zweite Zuwendungsteil sind alternierend ausgebildet, sodass die Polarität des ersten Zuwendungsteils derjenigen des zweiten Zuwendungsteils entgegengesetzt ist. Wenn ein Strom durch die Spule fließt, wird ein alternierend nach oben und nach unten gehender Magnetfluss in dem zwischen den oberen Magnetpolzähnen und den unteren Magnetpolzähnen der ersten und zweiten Zuwendungsteile eingeschlossenen Raum erzeugt. Das bewegliche Element bewegt sich durch diesen Magnetflusstunnel.
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Als einen anderen Ansatz zum Reduzieren der Anziehungskraft, die auf den Kern des Ständers und den Magnet des beweglichen Elements wirkt, gibt das Patentliteraturdokument 2 einen Linearmotor an, der zwei Ständer oberhalb und unterhalb des beweglichen Elements aufweist (siehe das Patentliteraturdokument 2, 8). Das bewegliche Element umfasst ein Joch, das aus einem Magnetmaterial ausgebildet ist, und einen auf dem Joch angeordneten Magnet. Jeder der zwei Ständer umfasst einen Kern und eine um einen vorstehenden Pol des Kerns gewickelte Spule. Weil die zwei Ständer jeweils oberhalb und unterhalb des beweglichen Elements angeordnet sind, kann die zwischen dem oberen Ständer und dem beweglichen Element wirkende Anziehungskraft durch eine zwischen dem unteren Ständer und dem beweglichen Element wirkende Anziehungskraft ausgeglichen werden.
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REFERENZLISTE
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PATENTLITERATURDOKUMENTE
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- Patentliteraturdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2002-125360
- Patentliteraturdokument 2: Offengelegte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2004-172557
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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PROBLEMSTELLUNG
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Der in dem Patentliteraturdokument 1 beschriebene Linearmotor des Tunneltyps weist jedoch das Problem auf, dass der Magnetkreis des Kerns lang ist und eine Neigung zum Auftreten einer magnetischen Sättigung in dem Kern gegeben ist (d. h. der Magnetfluss auch dann nicht stark wird, wenn der in der Spule fließende Strom größer wird). Wenn die magnetische Sättigung in dem Kern auftritt, kann die Antriebskraft unabhängig davon, wie viel Strom durch die Spule fließt, nicht vergrößert werden.
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In dem in dem Patentliteraturdokument 2 beschriebenen Linearmotor tritt ein Cogging bzw. eine Fluktuation in der Antriebskraft des Linearmotors auf. Dadurch ergibt sich das Problem, dass es schwierig ist, den Tisch mit einer großen Präzision zu positionieren.
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Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearmotor vorzusehen, der eine große Antriebskraft ausüben und das Cogging reduzieren kann.
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PROBLEMLÖSUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Linearmotor mit einem ersten Glied und einem zweiten Glied, das sich relativ zu dem ersten Glied in einer Richtung bewegen kann, vorgesehen, wobei das erste Glied eine Vielzahl von Kerneinheiten in der Richtung enthält, wobei jede Kerneinheit einen ersten Kern mit einem ersten Magnetpol und einem zweiten Magnetpol, dessen Polarität verschieden von derjenigen des ersten Magnetpols ist, Spulen, die um den ersten Kern gewickelt sind, einen zweiten Kern mit einem dritten Magnetpol und einem vierten Magnetpol, dessen Polarität verschieden von derjenigen des dritten Magnetpols ist, und Spulen, die um den zweiten Kern gewickelt sind, umfasst, wobei der dritte Magnetpol dem ersten Magnetpol zugewandt ist und der vierte Magnetpol dem zweiten Magnetpol zugewandt ist, und wobei das zweite Glied zwischen den ersten Magnetpolen und den dritten Magnetpolen und zwischen den zweiten Magnetpolen und den vierten Magnetpolen eingeschlossen ist.
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VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Pfad eines Magnetflusses der ersten und zweiten Kerne reduziert werden, weil die ersten Kerne und die zweiten Kerne, die dazwischen das zweite Glied einschließen, die Magnetkreise bilden. Weil die Spulen um jeden der ersten und zweiten Kerne gewickelt sind, kann die Antriebskraft vergrößert werden. Weil eine auf die ersten Kerne wirkende Anziehungskraft und eine auf die zweiten Kerne wirkende Anziehungskraft im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen und in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind und weil das zweite Glied zwischen den ersten Kernen und den zweiten Kernen angeordnet ist, kann die Anziehungskraft insgesamt beinahe aufgehoben werden. Dadurch kann ein Cogging reduziert werden. Und weil kaum ein Magnetkreis zwischen jeweils zwei benachbarten ersten Kernen in der Richtung oder zwischen zwei benachbarten Kernen in der Richtung gebildet wird, kann ein auf ein magnetisches Lecken zurückzuführendes Rauschen reduziert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Linearmotors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Ansicht (Draufsicht) aus der Richtung des Pfeils C in 1.
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3 ist eine Ansicht (Seitenansicht) aus der Richtung des Pfeils A in 1.
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4 ist eine Ansicht (Seitenansicht) aus der Richtung des Pfeils B in 1.
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5 ist eine perspektivische Ansicht eines beweglichen Elements des Linearmotors gemäß der Ausführungsform.
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6 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie D-D von 5.
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7 ist ein Satz von perspektivischen Ansichten, die Kerneinheiten eines Ständers und zwei Reihen von Magneten des beweglichen Elements in dem Linearmotor gemäß der Ausführungsform zeigen (7A ist eine Gesamtansicht, und 7B ist eine vergrößerte Ansicht in Entsprechung zu 7A).
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8 ist ein Satz von perspektivischen Ansichten, die Kerneinheiten eines Ständers und Magnete eines beweglichen Elements in einem herkömmlichen Linearmotor zeigen (8A ist eine Gesamtansicht, 8B ist eine vergrößerte Ansicht in Entsprechung zu 8A und 8C ist eine Seitenansicht).
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9 ist eine Seitenansicht eines Linearmotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einer Hubrichtung des Linearmotors gesehen.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Im Folgenden wird ein Linearmotor gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass der Linearmotor der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Weise realisiert werden kann und nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die Ausführungsformen sollen den Erfindungsumfang für den Fachmann verdeutlichen.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Linearmotors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Ansicht (Draufsicht) aus der Richtung des Pfeils C in 1. 3 ist eine Ansicht (Seitenansicht) aus der Richtung des Pfeils A in 1. 4 ist eine Ansicht (Seitenansicht) aus der Richtung des Pfeils B in 1. In der Beschreibung und in den Zeichnungen werden durchgehend gleiche Bezugszeichen verwendet, um einander entsprechende Elemente und Komponenten anzugeben.
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Wie in 1 gezeigt, enthält der Linearmotor einen Ständer (stationäres Element) 1, das ein erstes Glied ist, und ein bewegliches Element 2, das ein zweites Glied ist. Der Ständer 1 ist fix an einer Basis 3 befestigt. Das bewegliche Element 2 wird an der Basis 3 derart gehalten, dass sich das bewegliche Element 2 in einer Richtung (in der Richtung des Pfeils B, die nachfolgend als „Hubrichtung” bezeichnet wird) bewegen kann. Es ist zu beachten, dass in der folgenden Beschreibung die Konfiguration des Linearmotors unter Verwendung von Richtungsangaben beschrieben wird, die mit Bezug auf die Hubrichtung des beweglichen Elements 2 definiert sind, d. h. unter Verwendung der Richtungen nach rechts und nach links, der Richtungen nach oben und nach unten sowie der Richtungen nach vorne und nach hinten, die in 1 gezeigt sind. Natürlich ist die Anordnung des Linearmotors nicht auf die gezeigten Richtungen nach rechts und nach links, die gezeigten Richtungen nach oben und nach unten sowie die gezeigten Richtungen nach vorne und nach hinten beschränkt.
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Das bewegliche Element 2 weist die folgende Konfiguration auf. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des beweglichen Elements 2. Das bewegliche Element 2 enthält zwei Reihen von Magneten 4-1 und 4-2, wobei jede Reihe eine Vielzahl von Magneten 4a und 4b umfasst, die in einer Reihe angeordnet sind. Die zwei Reihen von Magneten 4-1 und 4-2 sind parallel zueinander. In jeder der Reihen von Magneten 4-1 und 4-2 sind die Magnete 4a und 4b mit konstanten Abständen P in der Hubrichtung (in der Vorne-Hinten-Richtung von 5) angeordnet. Die Positionen der Magnete 4a und 4b in der oberen Reihe von Magneten 4-1 in der Vorne-Hinten-Richtung entsprechen den Positionen der Magnete 4a und 4b in der unteren Reihe von Magneten 4-2 in der Vorne-Hinten-Richtung.
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Jeder der Magnete 4a und 4b ist als eine quadratische oder rechteckige Platte ausgebildet und in der Dickenrichtung des Magneten (Rechts-Links-Richtung in 5) magnetisiert. Die rechte Fläche des Magneten 4a ist ein N-Pol und die linke Fläche des Magneten 4a ist ein S-Pol. Die rechte Fläche des Magneten 4b ist ein S-Pol und die linke Fläche des Magneten 4b ist ein N-Pol. In 5 ist das Punktmuster an dem S-Pol des Magneten 4b gezeigt. Die Polaritäten der oberen Reihe von Magneten 4-1 sind N, S, N, S, N ... in der Vorne-Hinten-Richtung. Die Polaritäten der unteren Reihe von Magneten 4-2 sind S, N, S, N, S ... in der Vorne-Hinten-Richtung. Zwei benachbarte Magnete 4a und 4b in der Vorne-Hinten-Richtung weisen also entgegengesetzte Polaritäten auf. Entsprechend weisen zwei benachbarte Magnete in der Oben-Unten-Richtung entgegengesetzte Polaritäten auf. Es ist zu beachten, dass die Magnete 4a und 4b auch schräg (geneigt) angeordnet sein können.
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Ein Basisglied 6 mit einer rechteckigen Plattenform weist Öffnungen 7 zum Aufnehmen der Magnete 4a und 4b auf. Das Basisglied 6 ist aus einem nicht-magnetischen Material wie etwa Duralumin ausgebildet. Das Basisglied 6 ist an gegenüberliegenden Enden 6a und 6b in der Breitenrichtung (Oben-Unten-Richtung in 5) dicker als an einem mittleren Teil. Linearführungen 8 und 9 (siehe 4), die als Haltemechanismen dienen, sind jeweils an gegenüberliegenden Enden 6a und 6b befestigt. Zum Beispiel ist eine Schiene 9a der Linearführung 9 an dem oberen Ende 6b des Basisglieds 6 befestigt. Ein Block 8b der Linearführung 8 (siehe 4) ist an dem unteren Ende 6a des Basisglieds 6 über eine Klammer 10, die in einer Querschnittansicht eine S-Form aufweist, befestigt.
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6 zeigt eine Querschnittansicht des beweglichen Elements 2 entlang der Linie D-D. Wie weiter oben beschrieben, sind die Magnete 4a und 4b in den Öffnungen 7 des Basisglieds 6 aufgenommen (in diese gepasst). Ein Plattenglied bzw. Schichtglied 11 ist an der Oberfläche des Basisglieds 6 mittels eines Klebers fixiert. Das Plattenglied oder Schichtglied 11 ist aus einem Kohlefaser-verstärkten Kunststoff ausgebildet. Auch wenn jeder der Magnete 4a, 4b in die assoziierte Öffnung 7 des Basisglieds 6 gepasst ist, wird die Haftungsfläche zwischen dem Magnet 4a, 4b und dem Basisglied 6 nur durch die Fläche des Rahmens (Rands) der Öffnung 7 des Basisglieds 6, das dem Magnet 4a, 4b zugewandt ist, gebildet. Indem das Plattenglied oder Schichtglied 11 an dem Basisglied 6 haftet, kann verhindert werden, dass die Magnete 4a und 4b von dem Basisglied 6 abfallen.
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Wie in 1 gezeigt, ist eine Skala 12 zwischen der oberen Reihe von Magneten 4-1 und der unteren Reihe von Magneten 4-2 des beweglichen Elements 2 angeordnet, um die Position des beweglichen Elements 2 zu erfassen. Ein Sensor 13 ist an dem Ständer 1 derart befestigt, dass der Sensor in Verbindung mit der Skala 12 betrieben wird, um ein Positionssignal zu erzeugen. Die Skala 12 und der Sensor 13 bilden in Kombination einen Codierer. Das Positionssignal des Sensors 13 wird zum Beispiel in einer bekannten Regelung verwendet.
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Der Ständer 1 weist die folgende Konfiguration auf. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Ständer 1 eine Vielzahl von Kerneinheiten 21a–21c, die in der Hubrichtung (Vorne-Hinten-Richtung in 1) angeordnet sind. Die Kerneinheiten 21a–21c sind an einem L-förmigen Ständer oder Rahmen 23, der an der Basis 3 angebracht ist, montiert.
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In dieser Ausführungsform sind zwei Anker 21-1 und 21-2 in dem Ständer 1 angeordnet. Der Linearmotor ist ein dreiphasiger Linearmotor, wobei die Kerneinheiten jedes der Anker 21-1 und 21-2 in eine U-Phasen-Kerneinheit 21a, eine V-Phasen-Kerneinheit 21b und eine W-Phasen-Kerneinheit 21c kategorisiert werden. Wenn der Polabstand der Magnete 4a und 4b gleich P ist (siehe 5), ist der Abstand P1 (siehe 2) zwischen benachbarten Kerneinheiten 21a und 21b gleich 2P/3, 4P/3 usw. Der Abstand zwischen den benachbarten Kerneinheiten 21b und 21c ist ebenfalls gleich P1. Es ist zu beachten, dass die Anzahl der Phasen des Linearmotors nicht auf drei beschränkt ist, wobei der Linearmotor auch ein zweiphasiger Linearmotor, ein vierphasiger Linearmotor, ein fünfphasiger Linearmotor usw. sein kann. Weiterhin ist die Anzahl der Anker 21-1, 21-2 nicht auf zwei beschränkt, wobei auch nur ein oder aber drei, vier usw. Anker vorgesehen sein können.
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Wie in 4 gezeigt, umfasst die Kerneinheit 21a einen ersten Kern 31 und einen zweiten Kern 32, die das bewegliche Element 2 einschließen. Der erste Kern 31 weist eine „C”-Form auf und umfasst einen Basisteil 31c und zwei vorstehende Pole 31a und 31b, die von dem Basisteil 31c zu dem beweglichen Element 2 vorstehen. Wie in 1 gezeigt, sind die ersten Kerne 31 voneinander in der Hubrichtung (Vorne-Hinten-Richtung in 1) beabstandet. Es ist zu beachten, dass eine nicht-magnetische Substanz jeweils zwischen zwei benachbarten ersten Kernen 31 platziert sein kann. Der erste Kern 31 ist aus einer laminierten Stahlplatte ausgebildet.
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Wie in 4 gezeigt, sind zwei Spulen 41a und 41b jeweils um die zwei vorstehenden Pole 31a und 31b des ersten Kerns 31 gewickelt. Insbesondere sind wie in 7A gezeigt U-Phase-Spulen 41a und 41b um den ersten Kern 31 der U-Phase-Kerneinheit 21a gewickelt, sind V-Phase-Spulen 41a und 41b um den ersten Kern 31 der V-Phase-Kerneinheit 21b gewickelt und sind W-Phase-Spulen 41a und 41b um den ersten Kern 31 der W-Phase-Kerneinheit 21c gewickelt. Wenn wie in 4 gezeigt ein Strom durch die Spule 41a fließt, wird ein erster Magnetpol 34a (zum Beispiel ein N-Pol) an einem freien Ende des vorstehenden Pols 31a gebildet und wird ein zweiter Magnetpol 34b (zum Beispiel ein S-Pol) an einem freien Ende des vorstehenden Pols 31b gebildet. Ein Wechselstrom der gleichen Phase fließt in die zwei Spulen 41a und 41b, um die ersten und zweiten Magnetpole 34a und 34b zu verstärken. Die Polaritäten der ersten und zweiten Magnetpole 34a und 34b werden periodisch invertiert.
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Wie in 4 gezeigt, weist auch der zweite Kern 32 eine „C”-Form auf und umfasst einen Basisteil 32c und zwei vorstehende Pole 32a und 32b, die von dem Basisteil 32c zu dem beweglichen Element 2 vorstehen. Die zweiten Kerne 32 sind voneinander in der Hubrichtung beabstandet (siehe 7A). Es ist zu beachten, dass eine nicht-magnetische Substanz jeweils zwischen zwei benachbarten zweiten Kernen 32 platziert sein kann. Der zweite Kern 32 ist aus einer laminierten Stahlplatte ausgebildet.
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Zwei Spulen 42a und 42b sind jeweils um die zwei vorstehenden Pole 32a und 32b des zweiten Kerns 32 gewickelt. Insbesondere sind wie in 7A gezeigt U-Phase-Spulen 42a und 42b um den zweiten Kern 32 der U-Phase-Kerneinheit 21a gewickelt, sind V-Phase-Spulen 42a und 42b um den zweiten Kern 32 der V-Phase-Kerneinheit 21b gewickelt und sind W-Phase-Spulen 42a und 42b um den zweiten Kern 32 der W-Phasen-Kerneinheit 21c gewickelt. Wenn wie in 4 gezeigt ein Strom durch die Spulen 42a und 42b fließt, wird ein dritter Magnetpol 35a (zum Beispiel ein S-Pol) an einem freien Ende des vorstehenden Pols 32a gebildet und wird ein vierter Magnetpol 35b, dessen Polarität verschieden ist von derjenigen des dritten Magnetpols 35a (zum Beispiel ein N-Pol), an einem freien Ende des vorstehenden Pols 32b gebildet. Ein Wechselstrom der gleichen Phase fließt in die zwei Spulen 42a und 42b, um die dritten und vierten Magnetpole 35a und 35b zu verstärken. Die Polaritäten der dritten und vierten Magnetpole 35a und 35b werden periodisch invertiert.
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Der erste Magnetpol 34a weist eine andere Polarität auf als der dritte Magnetpol 35a, und ein Magnetfluss fließt zwischen dem ersten Magnetpol 34a und dem dritten Magnetpol 35a. Der zweite Magnetpol 34b weist eine andere Polarität auf als der vierte Magnetpol 35b, und ein Magnetfluss fließt zwischen dem zweiten Magnetpol 34b und dem vierten Magnetpol 35b. Die Richtung des Magnetflusses zwischen dem ersten Magnetpol 34a und dem dritten Magnetpol 35a ist der Richtung des Magnetflusses zwischen dem zweiten Magnetpol 34b und dem vierten Magnetpol 35b entgegengesetzt. Der erste Kern 31 und der zweite Kern 32 bilden in ihrer Kombination einen Magnetkreis 51 (siehe 7B).
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Das bewegliche Element 2 ist zwischen den ersten Kernen 31 und den zweiten Kernen 32 eingeschlossen. Die obere Reihe von Magneten 4-1 des beweglichen Elements 2 (siehe 5) ist zwischen den ersten Magnetpolen 34a und den dritten Magnetpolen 35a eingeschlossen. Die untere Reihe von Magneten 4-2 des beweglichen Elements 2 (siehe 5) ist zwischen den zweiten Magnetpolen 34b und den vierten Magnetpolen 35b eingeschlossen.
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Wie in 4 gezeigt, sind die Linearführungen 8 und 9 an den gegenüberliegenden Enden des beweglichen Elements 2 in der Breitenrichtung (Oben-Unten-Richtung in 4) derart angebracht, dass die Linearführungen 8 und 9 die Bewegungen des beweglichen Elements 2 führen. Die Linearführungen 8 und 9 umfassen Schienen 8a und 9a und Blöcke 8b und 9b, die sich jeweils entlang der Schienen 8a und 9a bewegen. Die Linearführungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei es viele Rollelemente zwischen der Schiene 8a und dem Block 8b und zwischen der Schiene 9a und dem Block 9b gibt, sodass die Rollelemente die Rollbewegung durchführen können. Die gegenüberliegenden Enden 6a und 6b des beweglichen Elements 2 in der Breitenrichtung (Oben-Unten-Richtung von 4) stehen von den ersten und zweiten Kernen 31 und 32 nach außen vor. Die an den gegenüberliegenden Enden 6a und 6b des beweglichen Elements 2 angebrachten Linearführungen 8 und 9 sind auch außerhalb der ersten und zweiten Kerne 31 und 32 positioniert. Es ist zu beachten, dass auch Wellenführungen, Kugelbuchsen oder ähnliches anstelle der Linearführungen 8 und 9 verwendet werden könnten.
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7A ist eine perspektivische Ansicht, die die Kerneinheiten 21a–21c des Ständers 1 und die zwei Reihen von Magneten 4-1 und 4-2 des beweglichen Elements 2 zeigen. 7B ist eine vergrößerte Ansicht von 7A. Wie weiter oben beschrieben, weist der erste Magnetpol 34a des ersten Kerns 31 eine andere Polarität auf als der zweite Magnetpol 34b des ersten Kerns. Entsprechend weist der dritte Magnetpol 35a des zweiten Kerns 32 eine andere Polarität auf als der vierte Magnetpol 35b des zweiten Kerns. Weiterhin weist der dritte Magnetpol 34a eine andere Polarität auf als der dritte Magnetpol 35a und weist der zweite Magnetpol 34b eine andere Polarität auf als der vierte Magnetpol 35b. Wenn der Strom in den vier Spulen 41a, 41b, 42a und 42b jeder der Kerneinheiten fließt, fließt der Magnetfluss von dem ersten Magnetpol 34a zu dem dritten Magnetpol 35a und fließt der Magnetfluss von dem vierten Magnetpol 35b zu dem zweiten Magnetpol 34b. Dabei wird der Magnetkreis 51 durch den ersten Kern 31 und den assoziierten zweiten Kern 32 gebildet. Wenn der Wechselstrom in der U-Phase-Kerneinheit 21a, der V-Phase-Kerneinheit 21b und der W-Phase-Kerneinheit 21c mit jeweils einer Phasendifferenz von 120 Grad fließt, veranlasst die Interaktion der Magnetkreise 51 und der Magnetflüsse der Magnetreihen 4-1 und 4-2 des beweglichen Elements 2, dass sich das bewegliche Element 2 in der Hubrichtung bewegt.
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Der Linearmotor dieser Ausführungsform weist die folgenden Vorteile auf. Weil jeder der Magnetkreise 51 durch den ersten Kern 31 und den assoziierten zweiten Kern 32, die das bewegliche Element 2 einschließen, gebildet wird, kann der Pfad des Magnetflusses der ersten und zweiten Kerne 31 und 32 verkürzt werden. Weil die Spulen 41a, 41b, 42a und 42b jeweils um die ersten und zweiten Kerne 31 und 32 gewickelt sind, kann die Antriebskraft verstärkt werden. Weil die auf die ersten Kerne 31 und die auf die zweiten Kerne 32, zwischen denen das bewegliche Element 2 eingeschlossen ist, wirkenden Anziehungskräfte im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen, aber in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind, können die Anziehungskräfte insgesamt im Wesentlichen aufgehoben werden. Deshalb kann ein Cogging reduziert werden. Und weil es unwahrscheinlich ist, dass der Magnetkreis zwischen jeweils zwei benachbarten ersten Kernen 31 in der Hubrichtung des beweglichen Elements 2 oder zwischen jeweils zwei benachbarten zweiten Kernen 32 in der Hubrichtung des beweglichen Elements 2 gebildet wird, kann ein auf ein magnetisches Lecken zurückzuführendes Rauschen reduziert werden.
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Im Folgenden wird mit Bezug auf ein in 8 gezeigtes Vergleichsbeispiel erläutert, warum das Cogging reduziert werden kann. 8A zeigt einen herkömmlichen Linearmotor. Ein Ständer 60 des Linearmotors umfasst ein Joch 61, das aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, und eine Vielzahl von Magneten 62, die an dem Joch 61 angeordnet sind. Ein bewegliches Element 65 umfasst einen Kern 63, der vorstehende Pole 63a–63c der U-Phase, V-Phase und W-Phase aufweist und dem Magneten 62 gegenüberliegt, sowie weiterhin Spulen 64a–64c der U-Phase, V-Phase und W-Phase, die jeweils um die vorstehenden Pole 63a–63 gewickelt sind. In dem herkömmlichen Linearmotor wirkt wie in 8C gezeigt eine Magnetkraft zwischen den Magneten 62 und dem Kern 63. Wenn sich die Magnete 62 unmittelbar unter dem Kern 63 befinden (siehe die linke Abbildung in 8C), ist die Anziehungskraft magnetisch stabil und tritt also kein Cogging auf. Wenn sich jedoch der Kern 63 von der stabilen Position verschiebt (siehe die rechte Abbildung in 8C), versucht der Kern 63 zu der ursprünglichen Position zurückzukehren und tritt das Cogging auf. In dem Linearmotor dieser Ausführungsform sind wie in 7B gezeigt die ersten Kerne 31 und die zweiten Kerne 32 derart angeordnet, dass sie das bewegliche Element 2 einschließen, sodass die magnetischen Anziehungskräfte aufgehoben werden und ein Cogging reduziert wird.
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In dem herkömmlichen Linearmotor wird wie in der vergrößerten Ansicht von 8B gezeigt ein Magnetkreis 71 durch jeweils zwei benachbarte vorstehende Pole aus den vorstehenden Polen 63a–63c der U-Phase, V-Phase und W-Phase in der Hubrichtung des beweglichen Elements 65 gebildet und wird Rauschen durch ein Lecken des Magnetflusses erzeugt. In dem Linearmotor dieser Ausführungsform wird wie in 7B gezeigt kaum ein Magnetkreis durch jeweils zwei benachbarte erste Kerne 31 oder jeweils zwei benachbarte zweite Kerne 32 in der Hubrichtung des beweglichen Elements 2 gebildet. Dadurch wird ein durch ein Lecken des Magnetflusses verursachtes Rauschen reduziert.
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Der Linearmotor dieser Ausführungsform bietet wie weiter unten beschrieben weitere Vorteile. Das bewegliche Element 2 umfasst die zwei Magnetreihen 4-1 und 4-2, wobei die eine Magnetreihe 4-1 zwischen den ersten Magnetpolen 34a und den dritten Magnetpolen 35a angeordnet ist und die andere Magnetreihe 4-2 zwischen den zweiten Magnetpolen 34b und den vierten Magnetpolen 35b angeordnet ist. Weil die Magnetkreise 51 orthogonal zu der Hubrichtung gebildet werden und keine Magnetkreise 51 in der Hubrichtung vorhanden sind, wird das Cogging stärker reduziert.
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Die ersten Kerne 31 der Kerneinheiten 21a–21c sind voneinander beabstandet, und die zweiten Kerne 32 der Kerneinheiten 21a–21c sind voneinander beabstandet. Weil die Kerneinheiten 21a–21c unabhängig voneinander sind, kann verhindert werden, dass eine Kerneinheit einer bestimmten Phase (z. B. der U-Phase-Kerneinheit 21a) durch den leckenden Magnetfluss von Kerneinheiten anderer Phasen (z. B. der V-Phase-Kerneinheit 21b und der W-Phase-Kerneinheit 21c) beeinflusst wird.
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Weil das Basisglied 6 des beweglichen Elements 2 aus einem nicht-magnetischen Material ausgebildet ist, können die ersten Kerne 31 und die zweiten Kerne 32, zwischen denen das bewegliche Element 2 angeordnet ist, einfach die Magnetkreise bilden.
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Weil das Plattenglied bzw. Schichtglied 11 an dem Basisglied 6 haftet, kann verhindert werden, dass die Magnete 4a und 4b von dem Basisglied 6 abfallen.
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Wenn der Linearmotor von der Hubrichtung betrachtet wird, stehen die gegenüberliegenden Enden 6a und 6b des beweglichen Elements 2 in der Breitenrichtung von den ersten und zweiten Kernen 31 und 32 nach außen vor und sind die Linearführungen 8 und 9, die konfiguriert sind, um die Bewegungen des beweglichen Elements 2 zu führen, jeweils an gegenüberliegenden Enden 6a und 6b des beweglichen Elements 2 angeordnet. Dadurch kann verhindert werden, dass der Magnetfluss zu den Linearführungen 8 und 9 leckt, sodass die Linearführungen 8 und 9 die Bewegungen des beweglichen Elements 2 stabil führen können.
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Die zwei Spulen 41a und 41b sind um die zwei vorstehenden Pole 31a und 31b jedes der C-förmigen ersten Kerne 31 gewickelt, und die zwei Spulen 42a und 42b sind um die zwei vorstehenden Pole 32a und 32b jedes der C-förmigen zweiten Kerne 32 gewickelt. Deshalb können die Spulen 41a, 41b, 42a und 42b nah an dem beweglichen Element 2 positioniert werden, wodurch der Pfad des Magnetflusses verkürzt werden kann.
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Weil dies Skala 12 zwischen den zwei Reihen von Magneten 4-1 und 4-2 des beweglichen Elements 2 angeordnet ist, kann die Position des beweglichen Elements 2 mit einer hohen Präzision gemessen werden. Der Grund hierfür ist, dass die Skala 12 in Nachbarschaft zu einem Bereich angeordnet ist, in dem die Kraft des beweglichen Elements 2 ausgeübt wird.
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9 zeigt einen Linearmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 ist eine Seitenansicht des Linearmotors von der Hubrichtung gesehen. In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist der Ständer 1 fix an der Basis 3 befestigt und bewegt sich das bewegliche Element 2. In der zweiten Ausführungsform bewegt sich der Ständer 1 und ist das bewegliche Element 2 fix an der Basis 3 befestigt. Ansonsten sind die Konfigurationen des Linearmotors der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen gleich denjenigen des Linearmotors der ersten Ausführungsform. Das untere Ende des beweglichen Elements 2 ist fix an der Basis 3 befestigt. Zwischen dem oberen Ende des beweglichen Elements 2 und dem Ständer 1 ist eine Linearführung 72 vorgesehen. Zwischen dem unteren Ende des Ständers 1 und der Basis 3 sind Linearführungen 73 vorgesehen. Die Bewegungen des Ständers 1 werden durch die Linearführungen 72 und 73 geführt.
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Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Zum Beispiel sind in den oben beschriebenen Ausführungsformen die zwei Spulen jeweils um die ersten und zweiten Kerne in dem Linearmotor gewickelt, wobei jedoch auch nur eine Spule um die ersten und zweiten Kerne gewickelt sein kann.
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen sind eine Vielzahl von ersten Kernen in dem Linearmotor in der Hubrichtung beabstandet, wobei die ersten Kerne jedoch auch durch magnetische Materialien miteinander verbunden sein kann, wenn dadurch die Herstellung der ersten Kerne vereinfacht wird. Das gleiche gilt auch für eine Vielzahl von zweiten Kernen.
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In den oben beschriebenen Ausführungsforme sind die Magnete an dem beweglichen Element in dem Linearmotor angeordnet, wobei auch die Spulen an dem beweglichen Element anstelle der Magnete angeordnet sein können oder eine Platte mit Vorsprüngen, die aus einem magnetischen Material ausgebildet sind, an dem beweglichen Element angeordnet sein kann.
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird beispielhaft eine Regelung beschrieben, in dem das Positionssignal zurückgeführt wird. Alternativ dazu kann auch eine Steuerung verwendet werden, wobei der Linearmotor als ein linearer Schrittmotor verwendet werden kann. Es kann auch eine Steuerung ohne einen Positionssensor verwendet werden.
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Die vorliegende Anmeldung beruht auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-262179 vom 25. Dezember 2014, deren gesamter Inhalt hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
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LISTE DER BEZUGSZEICHEN
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- 1 ... Ständer (erstes Glied), 2 ... bewegliches Glied (zweites Glied), 3 ... Basis, 4-1 ... eine Reihe von Magneten, 4-2 ... die andere Reihe von Magneten, 4a, 4b ... Magnet, 6 ... Basisglied, 6a, 6b ... gegenüberliegende Enden des beweglichen Elements, 7 ... Öffnung, 8, 9 ... Linearführung (Haltemechanismus), 11 ... Plattenglied bzw. Schichtglied, 12 ... Skala, 21-1, 21-2 ... Anker, 21a–21c Kerneinheit, 31 ... erster Kern, 31a, 31b ... vorstehender Pol des ersten Kerns, 32 ... zweiter Kern, 32a, 32b ... vorstehender Pol des zweiten Kerns, 34a ... erster Magnetpol, 34b ... zweiter Magnetpol, 35a ... dritter Magnetpol, 35b ... vierter Magnetpol, 41a, 41b, 42a, 42b ... Spule, 51 ... Magnetschaltung, 72, 73 ... Linearführung (Haltemechanismus)
