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Dokumentenidentifikation DE102007023682A1 29.11.2007
Titel Linearmotor
Anmelder Okuma Corporation, Niwa, Aichi, JP
Erfinder Miyaji, Masashi, Aichi, JP;
Kawai, Yoichi, Aichi, JP
Vertreter Weber & Heim Patentanwälte, 81479 München
DE-Anmeldedatum 22.05.2007
DE-Aktenzeichen 102007023682
Offenlegungstag 29.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse H02K 41/02(2006.01)A, F, I, 20070522, B, H, DE
Zusammenfassung In einem Linearmotor ist die Anordnung von Statoren und Läufern derart eingestellt, dass sie eine vorbestimmte Beziehung aufweisen. In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen jeweils zwei Statoren eine Vielzahl an in eine Bewegungsrichtung von Läufern angeordneten Statorblöcken, so dass vorstehende Pole an vorbestimmten Intervallen gehalten werden. Grenzflächen sind in benachbarten Statorblöcken gebildet, um in Bezug aufeinander zwischen den zwei gegenüberliegenden Blöcken um einen Abstand Ld in die Bewegungsrichtung der Läufer verschoben zu werden. Wird ein Abstand zwischen Endflächen der Läuferblöcke als L definiert und die Gesamtlänge eines Statorblocks als L0 definiert, sind die Komponenten derart angeordnet, dass Ld > L/3 und (L0 - Ld) > L/3 ist.

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Linearmotoren zur Verwendung bei industriellen Vorrichtungen wie Werkzeugmaschinen.

Beschreibung des Stands der Technik

In industriellen Vorrichtungen wie Werkzeugmaschinen werden Linearmotoren als Mittel zum Realisieren hoher Geschwindigkeiten und hoher Genauigkeiten verwendet. Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2005-137140 offenbart einen Linearmotor für eine Maschine mit einem langen Hub, in welcher die teuren Permanentmagnete in einem Läufer enthalten sind, wodurch die Menge an im Motor verwendeten Permanentmagnete und folglich dessen Kosten reduziert sind.

3 zeigt die Grundkonfiguration eines Linearmotors. Der Linearmotor weist einen Läufer 51 mit Permanentmagneten 59 und 64, die in eine Bewegungsrichtung angeordnet sind, und durch das Stapeln von elektromagnetischen Stahlplatten gebildete Statoren 52a und 52b auf. Die Statoren 52a und 52b sind z.B. an ein Bett einer Werkzeugmaschine fixiert, und jeder weist vorstehende Pole 50 auf, die derart mit einer Teilung P gebildet sind, dass sie aus einem magnetischen Statorjoch 61 vorstehen. Der Stator 52a ist um eine Teilung P/2, die einem elektrischen Winkel von 180° entspricht, vom Stator 52b in eine in der Figur dargestellte X-Achsenrichtung verschoben. Der Läufer 51 ist z.B. an einem Tisch der Werkzeugmaschine fixiert. Der Tisch ist durch eine zwischen dem Bett und dem Tisch vorgesehene Rollenführung oder dergleichen gestützt, um in die X-Achsenrichtung von 3 bewegbar zu sein. Drehblöcke 53, 54 und 55 sind durch Stapeln von elektromagnetischen Stahlplatten gebildet, um einen aus einer Änderung im Magnetfluss resultierenden Kernverlust zu reduzieren. Die Läuferblöcke 53, 54 und 55 in einer U-Phase, einer V-Phase bzw. einer W-Phase sind in Bezug aufeinander um 120° in X-Achsenrichtung, die Richtung in die sich der Läufer 51 bewegt, d.h. um ein Drittel der Magnetpolteilung P der Statoren 52a und 52b, entsprechend einem elektrischen Winkel von 120°, verschoben. Wechselstrom-Wicklungen 56, 57 und 58 in den U-, V- und W-Phasen sind um die Läuferblöcke 53, 54 bzw. 55 gewickelt. Die Permanentmagnete 59 und 64 sind abwechselnd an einer Läuferblockoberfläche des Läufers 51 in der Reihenfolge von S und N angeordnet. Wie in 4 und 5 dargestellt, sind die Permanentmagnete 59 und 64 mit einer Teilung P angeordnet, um Paare an Permanentmagneten S und N zu bilden.

Wird Strom an die Wicklungen 56, 57 und 58 in eine Richtung von U zu V und W angelegt, d.h. wenn Strom durch die Wechselstrom-Wicklung 56 in eine veranschaulichte Wicklungsrichtung geleitet wird, während Strom durch die Wechselstrom-Wicklungen 57 und 58 in eine der veranschaulichten Wicklungsrichtung entgegengesetzte Richtung geleitet wird, erhöht diese Konfiguration den Magnetfluss von denjenigen Permanentmagneten 59 und 64, die in der gleichen Magnetrichtung liegen, wie diejenigen, in denen die Wechselstrom-Wicklungen erregt sind, und schwächt den Magnetfluss von den übrigen Permanentmagneten, denjenigen, die in einer der Erregungsrichtung entgegengesetzten Magnetrichtung liegen. In 3 ist der Läuferblock 53 derart erregt, dass eine SEITE-A als S-Pol wirkt, während eine SEITE-B als N-Pol wirkt. Im Gegensatz dazu sind die Läuferblöcke 54 und 55 derart erregt, dass die SEITE-A als N-Pol wirkt, während die SEITE-B als S-Pol wirkt. Dies führt zu einem Magnetweg 62, der, wie in 3 dargestellt, durch die Läuferblöcke 53, 54 und 55 und die Statoren 52a und 52b verläuft. Daraufhin wirkt eine magnetische Anziehungskraft sowohl an der SEITE-A als auch der SEITE-B des Läufers 51 in die gleiche X-Achsenrichtung, wodurch eine Schubkraft erzeugt wird. Selbst dann, wenn, wie in 6 dargestellt, Magnetkopplungen 60 zwischen den drei Läuferblöcken 53, 54 und 55 vorgesehen sind, ist die Dichte des durch die N- und S-Pole erzeugten Magnetflusses sowohl an der SEITE-A als auch der SEITE-B des gleichen Läuferblocks die gleiche, was zu einem magnetischen Gleichgewicht führt. Dies minimiert das Austreten von Magnetfluss zum benachbarten Läuferblock, wobei die Möglichkeit einer Schubkraftabnahme in hohem Maße reduziert wird.

Des Weiteren kann mit diesem Linearmotor ein bewegbarer Bereich mit einem langen Hub einfach durch wiederholtes Anordnen von Statorblöcken mit einer durch Stapeln billiger elektromagnetischer Stahlplatten gebildeten einfachen Struktur bereitgestellt werden. Außerdem können die teuren Permanentmagnete 59 und 64 am Läufer 51 liegen, um die Menge an im Linearmotor erforderlichen Permanentmagneten und folglich dessen Herstellungskosten zu reduzieren.

8 ist ein Diagramm, das die Grundkonfiguration eines Linearmotors darstellt, der sich von demjenigen in 3 unterscheidet. Im in 8 dargestellten Motor ist ein Stator 12 z.B. durch Stapeln von elektromagnetischen Stahlplatten mit an ihren Oberflächen vorstehenden Polen 10 gebildet, die derart mit einer Teilung P angeordneten sind, dass sie von einem magnetischen Statorjoch 21 vorstehen. Gleichermaßen wie der Stator 12 ist ein Läufer 11, z.B. durch Stapeln elektromagnetischer Stahlplatten, gebildet und weist Zähne 13, 14 und 15 in einer U-Phase, einer V-Phase bzw. einer W-Phase auf. Die drei Zähne 13, 14 und 15 sind in Bezug auf die vorstehenden Pole 10 um P/3 entsprechend einem elektrischen Winkel von 120° in die X-Achsenrichtung verschoben. Die Wechselstrom-Wicklungen 16, 17 und 18 in den U-, V- und W-Phasen sind um die Zähne 13, 14 bzw. 15 gewickelt. Permanentmagnete 19 sind abwechselnd an einer Zahnoberfläche des Läufers 11 in der Reihenfolge von S und N angeordnet. Die Permanentmagnete 59 und 64, insbesondere die Permanentmagnete 19, sind derart mit einer Teilung P angeordnet, dass sie, wie in 9 dargestellt, Paare an Permanentmagneten S und N bilden. 8 zeigt einen Magnetweg 22, an dem Strom an die Wechselstrom-Wicklungen 16, 17 und 18 in die Richtung von U zu V und W angelegt ist. Wie mit dem in 3 dargestellten Linearmotor erhöht diese Konfiguration den Magnetfluss von den Permanentmagneten 19, die in der gleichen Magnetrichtung liegen, wie diejenigen, in welchen die Wechselstrom-Wicklungen 16, 17 und 18 erregt sind, und schwächt den Magnetfluss von den übrigen Permanentmagneten, denjenigen, die in einer Magnetrichtung entgegen der Erregungsrichtung liegen. Dies erregt jeden der Zähne 13, 14 und 15 als ein Magnetpol, wobei ein langer Magnetweg 22 gebildet wird, der den ganzen Läufer abdeckt. Daraufhin wirkt eine magnetische Anziehungskraft in die X-Achsenrichtung an der näher am Stator 12 liegenden Seite des Läufers 11 unter Erzeugung einer Schubkraft. Wie mit dem in 3 dargestellten herkömmlichen Linearmotor kann mit dem in 8 dargestellten herkömmlichen Linearmotor ein bewegbarer Bereich mit einem langen Hub einfach durch wiederholtes Anordnen von Statorblöcken mit einer durch Stapeln günstiger elektromagnetischer Stahlplatten gebildeten einfachen Struktur bereitgestellt werden. Außerdem können die teuren Permanentmagnete 19 am Läufer liegen, um die Menge an im Linearmotor erforderlichen Permanentmagneten und folglich dessen Herstellungskosten zu reduzieren.

Diese Linearmotoren werten die folgenden Probleme auf. In 3 und 8 variieren, während sich die Läufer 51 und 11 um die Teilung P bewegen, auf die Wechselstrom-Wicklungen 56, 57 und 58 oder 16, 17 und 18 aufgebrachte Wechselströme für drei Phasen, wie in 10 dargestellt. Dies variiert deutlich die in den Läuferblöcken 53, 54und 55 und Statoren 52a und 52b und in den Zähnen 13, 14 und 15 und dem Stator 12 erzeugten Magnetwege 62 und 22. Andererseits bieten, falls die Statorblöcke in Bewegungsrichtung der Läufer, wie in 7 dargestellt, angeordnet sind, wenn eine Lücke in der Grenzfläche 65 zwischen den Statorblöcken vorliegt, die Lücken einen höheren magnetischen Widerstand als das Innere der elektromagnetischen Stahlplatten der Statorblöcke. Folglich variiert die im Linearmotor erzeugte Menge an Magnetfluss je nachdem, ob eine Bewegung eines Läufers einen die Grenzfläche 65 kreuzenden Magnetweg erzeugt oder nicht; dies führt zu einer Schubkraftwelligkeit.

Es wird eine Beschreibung eines Mechanismus, der eine Schubkraftwelligkeit erzeugt, bereitgestellt. 11 bis 14 zeigen, dass eine Statorblockgrenzfläche in der Nähe der Mitte des W-Phasenläuferblocks 54 in 3 liegt. Die Figuren zeigen die in 3 dargestellten Statoren 52a und 52b und Läuferblöcke 53, 54 und 55. Die Komponenten, die die gleichen sind, wie diejenigen in 3, sind zur Vereinfachung weggelassen. Eine Bewegung der Läufer um die Teilung P variiert die Richtungen der an die Wechselstrom-Wicklungen 56, 57 und 58 angelegten Ströme, wie in 10 dargestellt, in der folgenden Reihenfolge,: (1) U→V, W, (2) U→W, (3) U, V→W, (4) V→W, (5) V→W, U, (6) V→U, (7) V, W→U, (8) W→U, (9) W→U, V, (10) W→V, (11) W, U→V, (12) U→V und (13) U→V, W. Zum Beispiel wird in einem Zustand (3) der Magnetweg 62 erzeugt, um die Grenzflächen wie in 11 dargestellt, zu vermeiden, wobei eine gewünschte Schubkraft ausgegeben wird. Verlagert sich jedoch der Vorgang zu einem Zustand (6), kreuzt der Magnetweg 62, wie in 12 dargestellt, die Grenzfläche vollständig, wobei die Schubkraft minimiert wird. Anschließend wird, wenn sich der Vorgang zu einem Zustand (9) verlagert, der Magnetweg 62 erzeugt, um die Grenzfläche, wie in 13 dargestellt, erneut zu vermeiden, wobei die gewünschte Schubkraft ausgegeben wird. In einem Zustand (12) kreuzt der Magnetweg, wie in 14 dargestellt, die Grenzfläche vollständig, wobei die Schubkraft minimiert wird. Folglich verringert sich, während sich der Läufer um die Teilung P bewegt, die Schubkraft zweimal, um eine Schubkraftwelligkeit an der Teilung P/2 zu erzeugen. Die Schubkraftwelligkeit an der Teilung P/2 wird durch das Kreuzen zwischen dem Magnetweg 62 und der Grenzfläche erzeugt. Demgemäß kann selbst dann, wenn die herkömmlichen üblichen Statoren und Läufer in Bezug auf die Bewegungsrichtung der Läufer um die Teilung P/2 abgeschrägt sind, das Phänomen, dass der Magnetweg 62 die Grenzfläche kreuzt, nicht vermieden werden. Dies verhindert, dass die Schubkraftwelligkeit entfernt wird.

Zusammenfassung

Ein Linearmotor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist zwei Statoren auf, wobei jeder an gegenüberliegenden Oberflächen davon in vorbestimmten Intervallen angeordnete vorstehende Pole aufweist, wobei sich die Statoren parallel zueinander erstrecken, drei Typen an als Magnetpole für drei Phasen auf der Basis von Wechselstrom-Wicklungen für drei Phasen wirkende Läuferblöcke und einen Läufer mit auf zwei Oberflächen von jedem der Läuferblöcke angeordneten Permanentmagneten, die gegenüber den zwei Statoren liegen, um abwechselnde Polaritäten bereitzustellen, wobei die Läufer zwischen den zwei Statoren entlang einer Ausdehnungsrichtung der Statoren bewegbar sind. Die zwei Statoren weisen jeweils eine Vielzahl an in die Bewegungsrichtung der Läufer angeordneten Statorblöcken auf, so dass die vorstehenden Pole bei vorbestimmten Intervallen gehalten werden. Grenzflächen sind in benachbarten Statorblöcken gebildet, um in Bezug aufeinander zwischen den zwei gegenüberliegenden Blöcken um einen Abstand Ld in die Bewegungsrichtung der Läufer verschoben zu sein. Wenn ein Abstand zwischen Endflächen der Läuferblöcke als L definiert wird und die Gesamtlänge von einem Statorblock als L0 definiert wird, sind die Komponenten derart angeordnet, dass Ld > L/3 und (L0 – Ld) > L/3 ist.

Ein Linearmotor gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist zwei Statoren auf, wobei jeder an gegenüberliegenden Oberflächen davon in vorbestimmten Intervallen angeordnete vorstehende Pole aufweist, wobei sich die Statoren parallel zueinander erstrecken, drei Typen an als Magnetpole für drei Phasen auf der Basis von Wechselstrom-Wicklungen für drei Phasen wirkende Läuferblöcke und einen Läufer mit auf zwei Oberflächen von jedem der Läuferblöcke angeordneten Permanentmagneten, die gegenüber den zwei Statoren liegen, um abwechselnde Polaritäten bereitzustellen, wobei die Läufer zwischen den zwei Statoren entlang einer Ausdehnungsrichtung der Statoren bewegbar sind. Die zwei Statoren weisen jeweils eine Vielzahl an in die Bewegungsrichtung der Läufer angeordneten Statorblöcken auf, so dass die vorstehenden Pole bei vorbestimmten Intervallen gehalten werden. Jeder der Statorblöcke ist des Weiteren in zwei Segmente in eine zur Bewegungsrichtung der Läufer senkrechte Richtung geteilt. In zwei benachbarten Statorblöcken gebildete Grenzflächen sind in Bezug aufeinander zwischen den zwei benachbarten Segmenten um einen Abstand Ld in Bewegungsrichtung der Läufer verschoben. Wenn ein Abstand zwischen Endflächen der Läuferblöcke als L definiert wird und die Gesamtlänge von einem Statorblock als L0 definiert wird, sind die Komponenten derart angeordnet, dass Ld > L/3 und (L0 – Ld) > L/3 ist.

Ein Linearmotor gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen Stator auf, der entlang einer geraden Linie in vorbestimmten Intervallen angeordnete vorstehende Pole aufweist, drei Typen an Läuferzähnen, die gegenüber den vorstehenden Polen angeordnet sind und als Magnetpole für drei Phasen auf der Basis von Wechselstrom-Wicklungen für drei Phasen wirken, und einen Läufer mit auf einer Oberfläche von jedem der Läuferzähne angeordneten Permanentmagneten, die gegenüber dem Stator liegen, um abwechselnde Polaritäten bereitzustellen, wobei der Läufer entlang einer Ausdehnungsrichtung des Stators bewegbar ist. Der Stator weist eine Vielzahl an in die Bewegungsrichtung der Läufer angeordneten Statorblöcken auf, so dass die vorstehenden Pole bei vorbestimmten Intervallen gehalten werden. Jeder der Statorblöcke ist des Weiteren in zwei Segmente in eine zur Bewegungsrichtung der Läufer senkrechte Richtung geteilt. In zwei benachbarten Statorblöcken gebildete Grenzflächen sind in Bezug aufeinander zwischen den zwei benachbarten Segmenten um einen Abstand Ld in die Bewegungsrichtung der Läufer verschoben. Wenn ein Abstand zwischen Endflächen der Läuferblöcke als L definiert wird und die Gesamtlänge von einem Statorblock als L0 definiert wird, sind die Komponenten derart angeordnet, dass Ld > L/3 und (L0 – Ld) > L/3 ist.

Vorzugsweise sind die Komponenten des Linearmotors derart konfiguriert, dass die Beziehungen Ld > L und (L0 – Ld) > L erfüllt werden.

Ein Linearmotor gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist zwei Statoren auf, wobei jeder an gegenüberliegenden Oberflächen davon in vorbestimmten Intervallen angeordnete vorstehende Pole aufweist, wobei sich die Statoren parallel zueinander erstrecken, drei Typen an als Magnetpole für drei Phasen auf der Basis von Wechselstrom-Wicklungen für drei Phasen wirkende Läuferblöcke und einen Läufer mit auf zwei Oberflächen von jedem der Läuferblöcke angeordneten Permanentmagneten, die gegenüber den zwei Statoren liegen, um abwechselnde Polaritäten bereitzustellen, wobei die Läufer zwischen den zwei Statoren entlang einer Ausdehnungsrichtung der Statoren bewegbar sind. Die zwei Statoren weisen jeweils eine Vielzahl an in die Bewegungsrichtung der Läufer angeordneten Statorblöcken mit unterschiedlichen Längen auf, so dass die vorstehenden Pole bei vorbestimmten Intervallen gehalten werden. Wenn ein Minimalwert für einen Abstand zwischen in den Statorblöcken gebildeten Grenzflächen als Ld definiert wird und ein Abstand zwischen Endflächen der Läuferblöcke als L definiert wird, sind die Komponenten derart angeordnet, dass Ld > L/3 ist.

Ein Linearmotor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist zwei Statoren auf, wobei jeder an gegenüberliegenden Oberflächen davon in vorbestimmten Intervallen angeordnete vorstehende Pole aufweist, wobei sich die Statoren parallel zueinander erstrecken, drei Typen an als Magnetpole für drei Phasen auf der Basis von Wechselstrom-Wicklungen für drei Phasen wirkende Läuferblöcke und einen Läufer mit auf zwei Oberflächen von jedem der Läuferblöcke angeordneten Permanentmagneten, die gegenüber den zwei Statoren liegen, um abwechselnde Polaritäten bereitzustellen, wobei die Läufer zwischen den zwei Statoren entlang einer Ausdehnungsrichtung der Statoren bewegbar sind. Die zwei Statoren weisen jeweils eine Vielzahl an in die Bewegungsrichtung der Läufer angeordneten Statorblöcken auf, so dass die vorstehenden Pole bei vorbestimmten Intervallen gehalten werden. Jeder der Statorblöcke ist des Weiteren in zwei Segmente in eine zur Bewegungsrichtung der Läufer senkrechte Richtung geteilt. Die zwei Statorblocksegmente weisen unterschiedliche Längen auf. Wenn ein Minimalwert für einen Abstand zwischen in den Statorblöcken gebildeten Grenzflächen als Ld definiert wird und ein Abstand zwischen Endflächen der Läuferblöcke als L definiert wird, sind die Komponenten derart angeordnet, dass Ld > L/3 ist.

Ein Linearmotor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen Stator auf, der entlang einer geraden Linie in vorbestimmten Intervallen angeordnete vorstehende Pole aufweist, drei Typen an Läuferzähnen, die gegenüber den vorstehenden Polen liegen und als Magnetpole für drei Phasen auf der Basis von Wechselstrom-Wicklungen für drei Phasen wirken, und einen Läufer mit auf einer Oberfläche von jedem der Läuferzähne angeordneten Permanentmagneten, die gegenüber dem Stator liegen, um abwechselnde Polaritäten bereitzustellen, wobei der Läufer entlang einer Ausdehnungsrichtung des Stators bewegbar ist. Der Stator weist eine Vielzahl an in die Bewegungsrichtung der Läufer angeordneten Statorblöcken auf, so dass die vorstehenden Pole bei vorbestimmten Intervallen gehalten werden. Jeder der Statorblöcke ist des Weiteren in zwei Segmente in eine zur Bewegungsrichtung der Läufer senkrechte Richtung geteilt. Die zwei Statorblocksegmente weisen unterschiedliche Längen auf. Wenn ein Minimalwert für einen Abstand zwischen in den Statorblöcken gebildeten Grenzflächen als Ld definiert wird und ein Abstand zwischen Endflächen der Läuferblöcke als L definiert wird, sind die Komponenten derart angeordnet, dass Ld > L/3 ist.

Vorzugsweise sind die Komponenten des Linearmotors derart konfiguriert, dass die Beziehung Ld > L erfüllt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind detailliert auf der Basis der folgenden Figuren beschrieben, wobei:

1 ein Diagramm ist, das Ausführung 1 eines erfindungsgemäßen Linearmotors darstellt;

2 ein Diagramm ist, das Ausführung 2 eines erfindungsgemäßen Linearmotors darstellt;

3 ein Diagramm ist, das schematisch die Grundstruktur des Linearmotors darstellt;

4 ein Diagramm ist, das zeigt, wie Permanentmagnete an einer Oberfläche eines Läuferblocks angeordnet sind;

5 ein Diagramm ist, das zeigt, wie Permanentmagnete an der Oberfläche eines Läuferblocks angeordnet sind;

6 ein Diagramm ist, das schematisch die Konfiguration eines Läufers im Linearmotor darstellt;

7 ein Diagramm ist, das die Anordnung von Statoren im Linearmotor darstellt;

8 ein Diagramm ist, das schematisch die Grundstruktur eines Linearmotors darstellt;

9 ein Diagramm ist, das zeigt, wie Permanentmagnete an einer Oberfläche eines Zahns angeordnet sind;

10 ein Diagramm ist, das einen Strom zeigt, der durch Wechselstrom-Wicklungen für drei Phasen fließt;

11 ein Diagramm ist, das beobachtete Magnetflüsse zeigt, wenn Strom in eine Richtung U, V→W angelegt wird;

12 ein Diagramm ist, das beobachtete Magnetflüsse zeigt, wenn Strom in eine Richtung V→U angelegt wird;

13 ein Diagramm ist, das beobachtete Magnetflüsse zeigt, wenn Strom in eine Richtung W→U, V angelegt wird;

14 ein Diagramm ist, das beobachtete Magnetflüsse zeigt, wenn Strom in eine Richtung U→V angelegt wird;

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Erste Ausführungsform

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

1 ist ein Diagramm, das einen Linearmotor gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt. Ein Läufer 51 weist eine ähnliche Struktur wie diejenige in 3 auf. Läuferblöcke für eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase, die den Läufer 51 bilden, sind derart angeordnet, dass ein Abstand L zwischen den Endflächen der Läuferblöcke beibehalten wird. Demgegenüber sind die Statoren 52a und 52b aus Statorblöcken, jeder mit einer Länge L0, zusammengesetzt und weisen auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen in vorbestimmten Intervallen angeordnete vorstehende Pole auf. Grenzflächen 65 sind zwischen den Statorblöcken gebildet, so dass die Grenzflächen 65 im Stator 52a in Bezug auf die Grenzflächen 65 in Stator 52b um Ld in die Bewegungsrichtung des Läufers 51 verschoben sind. Für den Abstand L zwischen den Endflächen der Läuferblöcke, die Gesamtlänge L0 des Statorblocks und den Abstand Ld zwischen den Grenzflächen, wenn Ld > L und (L0 – Ld) > L ist, kreuzt ein Magnetweg 62 die Grenzfläche 65 zweimal, einmal im Stator 52a und einmal im Stator 52b in 12 und 14, wobei die Magnetflussmenge minimiert ist. Wenn jedoch Ld > L und (L0 – Ld) > L ist, kreuzt der Magnetweg 62 die Grenzfläche 65 nur einmal im Stator 52b. Dies reduziert theoretisch die Geschwindigkeit des Abfalls im Magnetfluss um die Hälfte und folglich die Schubkraftwelligkeit um die Hälfte.

Eine detaillierte Beschreibung von Ld, L, L0 und der Menge an Schubkraftwelligkeit wird bereitgestellt. (1) Für Ld > L/3 und (L0 – Ld) > L/3 ist die Anzahl an Kreuzungen zwischen den Grenzflächen 65 und die Anzahl an Magnetwegen 62 die gleiche, wie diejenige, die erhalten wird, wenn die Grenzflächen zwischen den Statoren nicht in Bezug aufeinander verschoben sind. Folglich übt das Verschieben der Grenzflächen 65 in Bezug aufeinander keine Wirkung aus. Die maximale Amplitude der Schubkraftwelligkeit ist die gleiche wie diejenige des herkömmlichen Linearmotors. Demgegenüber ist (2) für L > Ld > L/3 und L > (L0 – Ld) > L/3 der Magnetweg 62 derart teilweise gebildet, dass er die Grenzfläche 65 nicht kreuzt. Dies reduziert weiter den Abfall in der Gesamtmenge an Magnetfluss, verglichen mit Fall (1), in welchem der Magnetfluss 62 die Grenzfläche 65 zweimal kreuzt. Dies wiederum ermöglicht, dass die maximale Amplitude der Schubkraftwelligkeit niedriger eingestellt wird als diejenige des herkömmlichen Linearmotors.

Außerdem kreuzt (3) für Ld > L und (L0 – Ld) > L der Magnetweg 62 die Grenzfläche 65 höchstens einmal. Dies reduziert die maximale Amplitude der Schubkraftwelligkeit bis auf die Hälfte derjenigen des herkömmlichen Linearmotors.

Zweite Ausführungsform

2 ist ein Diagramm, das einen Linearmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Stator 12 weist in vorbestimmten Intervallen vorstehende Pole auf. Grenzflächen 65 in den Stator 12 bildenden Statorblöcken sind in zwei Stufen geteilt, die in Bezug aufeinander um Ld in Bewegungsrichtung (die Richtung, in die sich der Stator 12 erstreckt) eines Läufers (nicht dargestellt) verschoben. Der Stator 12 mit den aneinander angrenzend liegenden Statorblöcken ersetzt jeden der Statoren 52a und 52b unter Bildung des Linearmotors in 3.

Für den Abstand L zwischen den Endflächen der Läuferblöcke, die Gesamtlänge L0 eines Statorblocksegments, und den Abstand Ld zwischen den Grenzflächen, wenn Ld > L und (L0 – Ld) > L ist, kann der Verbindungsbereich zwischen der Grenzfläche 65 und dem Magnetweg 62 um die Hälfte reduziert sein. Dies reduziert theoretisch die Abfallgeschwindigkeit im Magnetfluss um die Hälfte und folglich die Schubkraftwelligkeit um die Hälfte.

Des Weiteren kann, wenn der den Linearmotor in 8 bildende Stator durch den Stator 12 in 2 ersetzt wird und für den Abstand L zwischen den Endflächen der Läuferzähne, die Gesamtlänge L0 des Statorblockelements und den Abstand Ld zwischen den Grenzflächen, Ld > L und (L0 – Ld) > L, der Verbindungsbereich zwischen der Grenzfläche 65 und dem Magnetweg 62 auf eine Hälfte reduziert sein. Dies reduziert theoretisch die Abfallgeschwindigkeit im Magnetfluss um die Hälfte und folglich die Schubkraftwelligkeit um die Hälfte.

Eine detaillierte Beschreibung wird für Ld, L, L0 und die Größe der Schubkraftwelligkeit bereitgestellt. (1) Für Ld < L/3 und (L0 – Ld) < L/3 ist der Kreuzungsabschnitt der Grenzfläche 65, wo die Magnetwege 62 und 22 kreuzen, der gleiche wie derjenige, der erhalten wird, wenn die Grenzflächen zwischen den Statoren nicht in Bezug aufeinander verschoben sind. Folglich übt das Verschieben der Grenzflächen 65 in Bezug aufeinander keine Wirkung aus. Die maximale Amplitude der Schubkraftwelligkeit ist die gleiche wie diejenige des herkömmlichen Linearmotors. Demgegenüber sind (2) für L > Ld > L/3 und L > (L0 – Ld) > L/3 die Magnetwege 62 und 22 teilweise derart gebildet, dass sie die Grenzfläche 65 nicht kreuzen. Dies reduziert den Abfall in der Gesamtmenge des Magnetflusses im Vergleich mit dem Fall (1), in welchem die Magnetwege 62 und 22 die Grenzfläche 65 vollständig kreuzen. Dies wiederum ermöglicht es, dass die maximale Amplitude der Schubkraftwelligkeit geringer eingestellt wird als diejenige des herkömmlichen Linearmotors. Außerdem ist (3) für Ld > L und (L0 – Ld) > L der Verbindungsquerschnitt zwischen der Grenzfläche 65 und den Magnetwegen 62 und 22 um die Hälfte reduziert. Dies reduziert die maximale Amplitude der Schubkraftwelligkeit auf so niedrig wie die Hälfte von derjenigen des herkömmlichen Linearmotors.

In der ersten und zweiten Ausführungsform kann eine Reduktion der Schubkraftwelligkeit auf der Basis der Verschiebung der Grenzflächen 65 in die Bewegungsrichtung des Läufers selbst dann erzielt werden, wenn einzelne Statorblöcke oder Statorblocksegmente unterschiedliche Gesamtlängen aufweisen. In diesem Fall ist der Abstand in die Bewegungsrichtung des Läufers zwischen einer Kombination von zwei der gesamten zwischen den Statorblöcken oder Statorblocksegmenten gebildeten Grenzflächen als Ld definiert. Daraufhin übt, wie es mit dem vorstehenden Linearmotor der Fall ist, (1) für Ld > L/3 die Verschiebung der Grenzflächen 65 in Bezug aufeinander keine Wirkung aus. (2) Für L > Ld > L/3 kann die Schubkraftwelligkeit reduziert werden. (3) Für Ld > L ist die maximale Amplitude auf so niedrig wie die Hälfte von derjenigen des herkömmlichen Linearmotors reduziert.


Anspruch[de]
Linearmotor mit:

zwei Statoren, wobei jeder an gegenüberliegenden Oberflächen davon in bestimmten Abständen angeordnete vorstehende Pole aufweist, wobei sich die Statoren parallel zueinander erstrecken;

drei Typen an als magnetische Pole für drei Phasen wirkenden Läuferblöcken auf der Basis von Wechselstrom-Wicklungen für drei Phasen; und

einem Läufer mit an zwei Oberflächen von jedem der Läuferblöcke angeordneten Permanentmagneten, die gegenüber den zwei Statoren liegen, um abwechselnde Polaritäten bereitzustellen, wobei der Läufer zwischen den zwei Statoren entlang einer Ausdehnungsrichtung der Statoren bewegbar ist,

wobei die zwei Statoren jeweils eine Vielzahl an in die Bewegungsrichtung der Läufer angeordneten Statorblöcken aufweisen, so dass die vorstehenden Pole in vorbestimmten Intervallen gehalten werden,

Grenzflächen in angrenzenden Statorblöcken gebildet sind, um in Bezug aufeinander zwischen den zwei gegenüberliegenden Blöcken um einen Abstand Ld in die Bewegungsrichtung der Läufer verschoben zu werden, und

wenn ein Abstand zwischen Endflächen der Läuferblöcke als L definiert wird und die Gesamtlänge von einem Statorblock als L0 definiert wird, die Komponenten derart angeordnet sind, dass Ld > L/3 und (L0 – Ld) > L/3 ist.
Linearmotor mit:

zwei Statoren mit jeweils an gegenüberliegenden Oberflächen davon in vorbestimmten Intervallen angeordneten vorstehenden Polen, wobei sich die Statoren parallel zueinander erstrecken;

drei Typen an als magnetische Pole für drei Phasen wirkenden Läuferblöcken auf der Basis von Wechselstrom-Wicklungen für drei Phasen; und

einem Läufer mit an zwei Oberflächen von jedem der Läuferblöcke angeordneten Permanentmagneten, die gegenüber den zwei Statoren liegen, um abwechselnde Polaritäten bereitzustellen, wobei der Läufer zwischen den zwei Statoren entlang einer Ausdehnungsrichtung der Statoren bewegbar ist,

wobei die zwei Statoren jeweils eine Vielzahl an in die Bewegungsrichtung der Läufer angeordneten Statorblöcken aufweisen, so dass die vorstehenden Pole in vorbestimmten Intervallen gehalten werden,

jeder der Statarblöcke des Weiteren in zwei Segmente in eine zur Bewegungsrichtung der Läufer senkrechte Richtung geteilt ist und in zwei angrenzenden Statorblocksegmenten gebildete Grenzflächen in Bezug aufeinander zwischen den angrenzenden Segmenten um einen Abstand Ld in die Bewegungsrichtung der Läufer verschoben sind, und

wenn ein Abstand zwischen Endflächen der Läuferblöcke als L definiert wird und die Gesamtlänge von einem Statorblocksegment als L0 definiert wird, die Komponenten derart angeordnet sind, dass Ld > L/3 und (L0 – Ld) > L/3 ist.
Linearmotor mit:

einem Stator mit entlang einer geraden Linie in vorbestimmten Intervallen angeordneten vorstehenden Polen;

drei Typen an gegenüber den vorstehenden Polen liegenden und als magnetische Pole für drei Phasen wirkenden Läuferzähnen auf der Basis von Wechselstrom-Wicklungen für drei Phasen; und

einem Läufer mit an einer Oberfläche von jedem der Läuferzähne angeordneten Permanentmagneten, die gegenüber dem Stator liegt, um abwechselnde Polaritäten bereitzustellen, wobei der Läufer entlang einer Ausdehnungsrichtung des Stators bewegbar ist,

wobei der Stator jeweils eine Vielzahl an in die Bewegungsrichtung der Läufer angeordneten Statorblöcken aufweist, so dass die vorstehenden Pole in vorbestimmten Intervallen gehalten werden,

jeder der Statorblöcke des Weiteren in zwei Segmente in eine zur Bewegungsrichtung der Läufer senkrechte Richtung geteilt ist und in zwei angrenzenden Statorblocksegmenten gebildete Grenzflächen in Bezug aufeinander zwischen den angrenzenden Segmenten um einen Abstand Ld in die Bewegungsrichtung der Läufer verschoben sind, und

wenn ein Abstand zwischen Endflächen der Läuferblöcke als L definiert wird und die Gesamtlänge von einem Statorblocksegment als L0 definiert wird, die Komponenten derart angeordnet sind, dass Ld > L/3 und (L0 – Ld) > L/3 ist.
Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Beziehungen Ld > L und (L0 – Ld) > L erfüllt sind. Linearmotor mit:

zwei Statoren, wobei jeder an gegenüberliegenden Oberflächen davon in bestimmten Intervallen angeordnete vorstehende Pole aufweist, wobei sich die Statoren parallel zueinander erstrecken;

drei Typen an als magnetische Pole für drei Phasen wirkenden Läuferblöcken auf der Basis von Wechselstrom-Wicklungen für drei Phasen; und

einem Läufer mit an zwei Oberflächen von jedem der Läuferblöcke angeordneten Permanentmagneten, die gegenüber den zwei Statoren liegen, um abwechselnde Polaritäten bereitzustellen, wobei der Läufer zwischen den zwei Statoren entlang einer Ausdehnungsrichtung der Statoren bewegbar ist,

wobei die zwei Statoren jeweils eine Vielzahl an in die Bewegungsrichtung der Läufer angeordneten Statorblöcken mit unterschiedlichen Längen aufweisen, so dass die vorstehenden Pole in vorbestimmten Intervallen gehalten werden, und wenn ein Minimalwert für einen Abstand zwischen in den Statorblöcken gebildeten Grenzflächen als Ld definiert wird und ein Abstand zwischen Endflächen der Läuferblöcke als L definiert wird, die Komponenten derart angeordnet sind, dass Ld > L/3 ist.
Linearmotor mit:

zwei Statoren, wobei jeder an gegenüberliegenden Oberflächen davon in bestimmten Intervallen angeordnete vorstehende Pole aufweist, wobei sich die Statoren parallel zueinander erstrecken;

drei Typen an als magnetische Pole für drei Phasen wirkenden Läuferblöcken auf der Basis von Wechselstrom-Wicklungen für drei Phasen; und

einem Läufer mit an zwei Oberflächen von jedem der Läuferblöcke angeordneten Permanentmagneten, die gegenüber den zwei Statoren liegen; um abwechselnde Polaritäten bereitzustellen, wobei der Läufer zwischen den zwei Statoren entlang einer Ausdehnungsrichtung der Statoren bewegbar ist,

wobei die zwei Statoren jeweils eine Vielzahl an in die Bewegungsrichtung der Läufer angeordneten Statorblöcken aufweisen, so dass die vorstehenden Pole in vorbestimmten Intervallen gehalten werden;

eder der Statorblöcke des Weiteren in zwei Segmente in eine zur Bewegungsrichtung der Läufer senkrechte Richtung geteilt ist und die zwei Statorblocksegmente unterschiedliche Längen aufweisen, und

wenn ein Minimalwert für einen Abstand zwischen in den Statorblöcken gebildeten Grenzflächen als Ld definiert wird und ein Abstand zwischen Endflächen der Läuferblöcke als L definiert wird, die Komponenten derart angeordnet sind, dass Ld > L/3 ist.
Linearmotor mit:

enem Stator mit entlang einer geraden Linie in vorbestimmten Intervallen angeordneten vorstehenden Polen;

drei Typen an den vorstehenden Polen gegenüber angeordneten und als magnetische Pole für drei Phasen wirkenden Läuferzähnen auf der Basis von Wechselstrom-Wicklungen für drei Phasen; und

einem Läufer mit an einer Oberfläche von jedem der Läuferzähne angeordneten Permanentmagneten, die gegenüber dem Stator liegt, um abwechselnde Polaritäten bereitzustellen, wobei der Läufer entlang einer Ausdehnungsrichtung des Stators bewegbar ist,

wobei der Stator jeweils eine Vielzahl an in die Bewegungsrichtung der Läufer angeordneten Statorblöcken aufweist, so dass die vorstehenden Pole in vorbestimmten Intervallen gehalten werden,

jeder der Statorblöcke des Weiteren in zwei Segmente in eine zur Bewegungsrichtung der Läufer senkrechte Richtung geteilt ist und die zwei Statorblocksegmente unterschiedliche Längen aufweisen, und

wenn ein Minimalwert für einen Abstand zwischen in den Statorblöcken gebildeten Grenzflächen als Ld definiert wird und ein Abstand zwischen Endflächen der Läuferblöcke als L definiert wird, die Komponenten derart angeordnet sind, dass Ld > L/3 ist.
Linearmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Beziehung Ld > L erfüllt ist.






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