DE102004002922A1

DE102004002922A1 - Linearmotor und Linearführungsgerät

Info

Publication number: DE102004002922A1
Application number: DE102004002922A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Asou; Tomoyuki Aida
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2004-08-19
Also published as: JP4387181B2; KR20040067947A; KR101018521B1; JP2004248490A; TW200425612A; US6977450B2; TWI327405B; US20040207270A1

Abstract

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearmotor der Stabbauart bereitzustellen, der ein stabartiges stationäres Teil mit erhöhter Steifigkeit gegenüber einem Biegemoment aufweist, um die Spannweite des Linearmotors zu erhöhen, und der in der Lage ist, einen größeren Schub zu erhalten, selbst wenn das stabartige stationäre Teil eine relativ geringe Breite hat, und ein Linearführungsgerät bereitzustellen, das diesen Linearmotor als dessen Antriebseinrichtung verwendet. Wie es in Figur 2 gezeigt ist, weist ein Linearmotor (10) ein stabartiges stationäres Teil (11) mit einem zylindrischen Körper (12), das aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist und eine Vielzahl von plattenartigen Segmentmagneten (13), die in dem zylindrischen Körper derart untergebracht sind, dass sie in axialer Richtung des zylindrischen Körpers gestapelt sind, und ein bewegliches Teil (20) mit einer Mehrphasenspule (21) aufweist, wobei das stabartige Teil horizontal angeordnet ist, so dass es durch das bewegliche Teil (20) verläuft. In dem Linearmotor (10) weist das stabartige Teil (11) den zylindrischen Körper mit einem im Wesentlichen ovalen oder im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und weist die Vielzahl der Segmentmagnete (13) mit einer im Wesentlichen ovalen oder einer im Wesentlichen rechteckförmigen Plattenform auf, die in dem zylindrischen Körper untergebracht sind und in axialer Richtung des zylindrischen Körpers gestapelt sind, und der Querschnitt ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearmotor der Stabbauart mit einem Spulenteil, das eine Mehrphasenspule aufweist, und einem stabartigen Teil, das einen aus einem nichtmagnetischen Material hergestellten zylindrischen Körper und eine Vielzahl von plattenartigen Segmentmagneten aufweist, die in dem zylindrischen Körper derart untergebracht sind, dass sie in axialer Richtung des zylindrischen Körpers gestapelt sind, wobei ein Mehrphasen-Wechselstrom der Mehrphasenspule des Spulenteils zugeführt wird, um ein veränderliches (sich verschiebendes) Magnetfeld zu erzeugen, wodurch das stabartige Teil oder das Spulenteil bewegt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Linearführungsgerät, das den Linearmotor als Antriebseinrichtung anwendet.
1(A) und 1(B) zeigen Darstellungen des schematischen Aufbaus eines herkömmlichen Linearmotors der Stabbauart dieser Art. Wie es dargestellt ist, weist ein Linearmotor 100 ein stabartiges stationäres Teil 110 und ein bewegliches Teil 120 auf. Das stabartige stationäre Teil 110 weist einen aus einem nichtmagnetischen Material (beispielsweise aus rostfreiem Stahl bzw. Edelstahl) hergestellten zylindrischen Körper 111 und scheibenartige Segmentmagnete 112 auf, die in dem zylindrischen Körper 111 untergebracht sind und in axialer Richtung des zylindrischen Körpers 111 derart untergebracht sind, dass dieselben Pole der benachbarten Segmentmagneten 112 einander zugewandt sind (die N-Pole der Segmentmagnete sind den N-Polen der jeweiligen benachbarten Segmentmagnete zugewandt, und die S-Pole der Segmentmagnete sind den S-Polen der jeweiligen benachbarten Segmentmagnete zugewandt). Das bewegliche Teil 120 weist eine Mehrphasenspule 121 (in dem veranschaulichten Beispiel eine Drei-Phasen-Spule aus den Phasen U, V und W) auf, die das stabartige stationäre Teil 110 umgibt. 1(A) zeigt eine Längsschnittansicht des Linearmotors, und 1(B) zeigt eine Querschnittsdarstellung des Linearmotors.
In dem Linearmotor der Stabbauart 100 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird, wenn ein Dreiphasenwechselstrom der Mehrphasenspule 121 (der Drei-Phasen-Spule mit den Phasen U, V und W) des beweglichen Teils 120 zugeführt wird, ein veränderliches Magnetfeld erzeugt. Aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem veränderlichen Magnetfeld und den von einer großen Anzahl von Segmentmagneten 112 des stabartigen stationären Teils 110 erzeugten magnetischen Flüsse bewegt sich das bewegliche Teil 120 in Richtungen der Pfeile A und B. Das bewegliche Teil 120 kann einen Kern (Eisenkern) aufweisen oder kann keinen Kern aufweisen, d.h., kann kernlos sein.
In dem Linearmotor der Stabbauart 100 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann das stabartige stationäre Teil 110 aufgrund seines eigenen Gewichts verbogen (abgelenkt) werden, wenn der Linearmotor horizontal angeordnet ist, da das stabartige stationäre Teil 110 die scheibenartigen Segmentmagnete 112 aufweist, die in dem aus einem nichtmagnetischen Material hergestellten zylindrischen Körper 111 untergebracht sind und in axialer Richtung des zylindrischen Körpers 111 gestapelt sind, so dass es ein Problem dahingehend gibt, dass eine Erhöhung der Spannweite (Länge) des Linearmotors 100 nicht möglich ist. Im Fall der Verwendung eines derartigen Linearmotors der Stabbauart 100 als eine Antriebseinrichtung für ein Linearführungsgerät, in dem ein beweglicher Block sich entlang einer Schiene bewegt, ist das stabartige. stationäre Teil 110 oft parallel zu der Schiene und im wesentlichen horizontal angeordnet, so dass das stabartige stationäre Teil 110 verbiegen würde, falls dessen Länge erhöht wird. Es gibt ein Problem dahingehend, dass, falls die Verbiegung erhöht wird, der Spalt zwischen der Mehrphasenspule 121 und dem stabartigen stationären Teil 110 bei Fahrt des beweglichen Teils 120 nicht in geeigneter Weise beibehalten werden kann. Dementsprechend gibt es ein Problem, dass es unmöglich ist, ein Linearführungsgerät mit einem großen Fahrbereich zu verwirklichen.
Im Fall der Verwendung des Linearmotors der Stabbauart als Antriebseinrichtung für ein Linearführungsgerät wie vorstehend beschrieben, ist es zur Erzielung eines großen Schubs notwendig, den Durchmesser der scheibenartigen Segmentmagnete 112 zu erhöhen, um erhöhte Flüsse zu erzeugen. Jedoch gibt es in dem Linearführungsgerät dieser Art eine Beschränkung bei der Erhöhung des Raums zwischen den Schienen, so dass das stabartige stationäre Teil des Linearmotors in einer begrenzten Breite angeordnet werden muss. Daher gibt es ein Problem dahingehend, dass aufgrund der Beschränkung bei der Erhöhung des Durchmessers des Querschnitts des zylindrischen stabartigen stationären Teils kein großer Schub erzielt werden kann.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme gemacht, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Linearmotor der Stabbauart bereitzustellen, dessen stabartiges Teil eine erhöhte Festigkeit gegenüber dem Biegemoment aufweist, wobei eine Erhöhung der Spannweite des Linearmotors (Bewegungsdistanz eines beweglichen Teils) ermöglicht wird, und bei dem zusätzlich ein großer Schub selbst dann erhalten werden kann, wenn die Breite des stabartigen Teils klein ist, und ein Linearführungsgerät bereitzustellen, das diesem Linearmotor als Antriebseinrichtung verwendet.

Zum Lösen dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Linearmotor bereitgestellt mit: einem stabartigen Teil, das einen aus einem nichtmagnetischen Material hergestellten zylindrischen Körper und eine Vielzahl von plattenartigen Segmentmagneten aufweist, die in dem zylindrischen Körper derart untergebracht sind, dass sie in axialer Richtung des zylindrischen Körpers gestapelt sind, und einem Spulenteil, das eine Mehrphasenspule aufweist, wobei das stabartige Teil derart angeordnet ist, dass es sich durch eine zentrale Bohrung des Spulenteils erstreckt, und das stabartige Teil und das Spulenteil durch Zuführen eines Stroms zu der Mehrphasenspule des Spulenteils relativ zueinander bewegt werden, wobei der Linearmotor dadurch gekennzeichnet ist, dass das stabartige Teil den zylindrischen Körper mit einem im wesentlichen ovalen oder im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und die Vielzahl der Segmentmagnete mit einer im wesentlichen ovalen oder einer im wesentlichen rechteckförmigen Plattenform aufweist, die in dem zylindrischen Körper untergebracht sind und in axialer Richtung des zylindrischen Körpers gestapelt sind, und dass der Querschnitt der zentralen Bohrung des Spulenteils im wesentlichen oval oder im wesentlichen rechteckig entsprechend der Form des Querschnitts des stabartigen Teils ist.

Da das stabartige Teil wie vorstehend beschrieben im wesentlichen einen ovalen oder im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt aufweist, ist die Länge der Hauptachse des im wesentlichen ovalen oder die Länge der langen Seite des im wesentlichen rechteckigen erhöht, wohingegen die Breite des stabartigen Teils dieselbe wie die Breite des stabartigen Teils mit einem kreisförmigen Querschnitt ist. Daher ist selbst mit derselben Breite wie des stabartigen Teils mit dem kreisförmigen Querschnitt die Fläche der Oberfläche des Segmentmagneten erhöht, wodurch ein großer Schub des Linearmotors erzielt wird.

Die vorliegende Erfindung ist außerdem dadurch gekennzeichnet, dass das stabartige Teil und das Spulenteil derart angeordnet sind, dass die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die Längsseite des rechteckigen Querschnitts des stabartigen Teils und die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die Längsseite des rechteckigen Querschnitts des Spulenteils beide vertikal verlaufen.

Da das stabartige Teil und das Spulenteil derart angeordnet sind, dass die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die lange Seite des rechteckigen Querschnitts des stabartigen Teils und die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die lange Seite des rechteckigen Abschnitts des Spulenteils sich beide vertikal erstrecken, wie es vorstehend beschrieben ist, ist die Steifigkeit gegen ein vertikales Biegemoment erhöht, wodurch eine größere Spannweite des Linearmotors erzielt wird.

Die vorliegende Erfindung ist außerdem dadurch gekennzeichnet, dass das Spulenteil an dessen äußeren Rand durch ein Gehäuse umgeben ist, das im Querschnitt einen kreisförmigen äußeren Rand aufweist, und durch ein Spulenteilstützabschnitt gestützt ist, und dass ein Stützteil, das das stabartige Teil stützt, und der Spulenteilstützabschnitt entsprechend der Befestigungsbedingung des Linearmotors rotiert werden können, so dass das stabartige Teil und das Spulenteil derart angeordnet sind, dass die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die Längsseite des rechteckigen Querschnitts des stabartigen Teils und die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die Längsseite des rechteckigen Querschnitts des Spulenteils beide in dieselbe Richtung verlaufen.

Da der Stützabschnitt, der das stabartige Teil stützt, und der Spulenteilstützabschnitt entsprechend der Befestigungsbedingung des Linearmotors rotiert werden kann, so dass das stabartige Teil und das Spulenteil derart angeordnet werden, dass die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die lange Seite des rechteckigen Abschnitts des stabartigen Teils und die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die lange Seite des rechteckigen Querschnitts des Spulenteils sich beide in dieselbe Richtung erstrecken, wie es vorstehend beschrieben ist, können die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die lange Seite des rechteckigen Querschnitts des stabartigen Teils und die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die lange Seite des rechteckigen Querschnitts des Spulenteils beide leicht derart angeordnet werden, dass sie in dieselbe Richtung sich erstrecken, selbst wenn die Befestigungsoberfläche für den Linearmotor durch einen Winkel in Bezug auf die horizontale Oberfläche geneigt ist. Daher ist die Steifigkeit gegenüber einem vertikalen Biegemoment erhöht, wodurch eine längere Spannweite des Linearmotors erzielt wird.

Zusätzlich wird erfindungsgemäß ein Linearführungsgerät bereitgestellt mit: einer Linearführungsschiene, einem beweglichen Block, der sich entlang der linearen Führungsschiene bewegen kann, und eine Antriebseinrichtung, die eine Antriebskraft für den beweglichen Block bereitstellt, wobei das Linearführungsgerät dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antriebseinrichtung ein Linearmotor mit dem vorstehene beschriebenen Aufbau ist, das stabartige Teil des Linearmotors derart angeordnet ist, dass dessen axiale Richtung parallel zu der Linearführungsschiene verläuft und der Spulenteil sowie der bewegliche Block vereinigt oder miteinander verbunden sind.

1(A) und 1(B) zeigen schematische Darstellungen eines Beispiels für den Aufbau eines herkömmlichen Linearmotors,
2(A) und 2(B) zeigen schematische Darstellungen eines Beispiels für den Aufbau eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung,
3 zeigt eine teilweise weggeschnittene perspektivische Darstellung des Beispiels für den Aufbau des Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung,
4 zeigt eine teilweise weggeschnittene perspektivische Darstellung des Aufbaus eines Linearführungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung,
5 zeigt eine Querschnittsansicht des Linearführungsgeräts gemäß 4,
6(A) bis 6(C) zeigen Darstellungen von Querschnittkonfigurationen eines stabartigen stationären Teils des Linearmotors,
7 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines Linearführungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung,
8 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines Linearführungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung,
9 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines Linearführungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung,
10 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung,
11 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung,
12 zeigt einen Graphen, der Ergebnisse eines Schubtests des herkömmlichen Linearmotors darstellt,
13 zeigt einen Graphen, der Ergebnisse eines Schubtests eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
14 einen Graphen, der Ergebnisse eines Schubtests eines weiteren Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, und
15(A) bis 15(C) Schnittansichten der stabartigen stationären Teile der in den Schubtests gemäß 12 bis 13 verwendeten Linearmotoren.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. 2(A) und 2(B) zeigen schematische Darstellungen eines Beispiels für den Aufbau eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Linearmotor 10 weist ein stabartiges stationäres Teil 11 und ein bewegliches Teil 20 auf. Das stabartige stationäre Teil 11 weist einen zylindrischen Körper 12, der im wesentlichen einen ovalen Querschnitt aufweist und aus einem nichtmagnetischen Material (beispielsweise rostfreiem Stahl) hergestellt ist, und Segmentmagnete 13 auf, die eine im wesentlichen ovale Plattenform aufweisen, die in axialer Richtung des zylindrischen Körpers 12 derart untergebracht und gestapelt sind, dass dieselben Pole benachbarter Segmentmagnete 13 einander zugewandt sind. Das bewegliche Teil 20 weist eine Mehrphasenspule 21 (in dem veranschaulichten Beispiel eine Dreiphasenspule mit den Phasen U, V und W) auf, die das stabartige stationäre Teil 11 umgibt.
Die Mehrphasenspule 21 ist mit einer zentralen Bohrung 21A mit einem im wesentlichen ovalen Querschnitt entsprechend der Form des Querschnitts des stabartigen stationären Teils 11 versehen. Das stabartige stationäre Teil 11 ist durch die zentrale Bohrung 21A eingesteckt. Das stabartige stationäre Teil 11 ist an beiden Enden durch (nicht gezeigte) Stützteile gestützt, so dass die Hauptachse des ovalen Querschnitts sich vertikal erstreckt. Das bewegliche Teil 20 ist ebenfalls durch ein (nicht gezeigtes) bewegliches Stützteil derart gestützt, dass der äußere Rand des stabartigen stationären Teils 11 und der innere Rand der zentralen Bohrung 21A der Mehrphasenspule 21 voneinander um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind. 2(A) zeigt eine Längsschnittansicht des Linearmotors, und 2(B) zeigt eine Querschnittsansicht des Linearmotors.
In dem Linearmotor der Stabbauart 10 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird, wenn ein Dreiphasenwechselstrom der Mehrphasenspule 21 (der Dreiphasenspule mit den Phasen U, V und W) des beweglichen Teils 20 zugeführt wird, ein veränderliches Magnetfeld erzeugt. Aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem veränderlichen Magnetfeld und den durch eine große Anzahl von Segmentmagneten 13 des stabartigen stationären Teils 11 erzeugten Magnetflüsse bewegt sich das bewegliche Teil 20 in die Richtungen der Pfeile A und B. Das bewegliche Teil 20 kann einen Kern (Eisenkern) aufweisen oder kann keinen Kern aufweisen, d.h., kann kernlos sein.
3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Äußeren und des Aufbaus eines kernlosen Linearmotors. In ähnlicher Weise wie das stabartige stationäre Teil 11 gemäß 2(B) weist ein stabartiges stationäres Teil 11 dieses Linearmotors 10 einen zylindrischen Körper 12, der einen im wesentlichen ovalen Querschnitt aufweist und aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist und Segmentmagnete 13 auf, die eine im wesentlichen ovale Plattenform aufweisen, die in axialer Richtung in dem zylindrischen Körper 12 derart untergebracht und gestapelt sind, dass dieselben Pole der benachbarten Segmentmagnete 13 einander zugewandt sind. Ein bewegliches Teil 20 weist ein Gehäuse 22, das eine Festigkeit aufweist, die in der Lage ist, eine Last zu tragen, und eine Mehrphasenspule 21 auf (in dem veranschaulichten Beispiel, eine Dreiphasenspule mit den Phasen U, V und W), die innerhalb des Gehäuses 22 angeordnet ist. Kühlrippen sind einstöckig in dem Gehäuse 22 geformt.
Das stabartige stationäre Teil 11 ist an beiden Enden durch (nicht gezeigte) Stützteile derart gestützt, dass die Hauptachse des ovalen Querschnitts vertikal verläuft. Das Gehäuse 22 des beweglichen Teils 20 ist ebenfalls durch ein (nicht gezeigtes) bewegliches Stützteil derart gestützt, dass der äußere Rand des stabartigen stationären Teils 11 und der innere Rand der zentralen Bohrung der Mehrphasenspule 21 voneinander um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind. Durch Zuführen eines Mehrphasenwechselstroms (in diesem Fall eines Dreiphasenwechselstroms) zu der Mehrphasenspule 21 in dem Gehäuse 22 wird ein veränderliches Magnetfeld erzeugt. Aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld und den von einer großen Anzahl von Segmentmagneten 13 des stabartigen stationären Teils 11 erzeugten Magnetflüssen wird an der Mehrphasenspule 21 ein Schub erzeugt, weshalb das Gehäuse 22 sich entlang des stabartigen stationären Teils 11 bewegt.
Obwohl gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel das bewegliche Teil 20 mit der Mehrphasenspule 21 derart ausgelegt ist, dass es ein bewegliches Teil ist, und das stabartige stationäre Teil 11 mit der großen Zahl von in dem zylindrischen Körper 12 untergebrachten Segmentmagneten 13 derart ausgelegt ist, dass es ein stationäres Teil (Teil auf der stationären Seite) ist, kann das stabartige (gemäß dem Ausführungsbeispiel stationäre) Teil 11 derart ausgelegt werden, dass es ein bewegliches Teil ist, und kann das (gemäß dem Ausführungsbeispiel bewegliche) Teil 20 derart ausgelegt sein, dass ein stationäres Teil ist. Das heißt, dass das bewegliche Teil 20 fest sein kann, und dass das stabartige stationäre Teil derart aufgebaut sein kann, dass es sich bewegt, wenn ein Mehrphasenwechselstrom der Mehrphasenspule 21 zugeführt wird.
In dem vorstehend beschriebenen Beispiel für den Aufbau weist das stabartige stationäre Teil 11 den zylindrischen Körper 12, der aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist, und einen im wesentlichen ovalen Querschnitt aufweist, und die Segmentmagnete 13 auf, die eine im wesentlichen ovale Plattenform aufweisen, und in dem zylindrischen Körper 12 untergebracht sind und in axialer Richtung des zylindrischen Körpers 12 derart gestapelt sind, dass dieselben Pole der benachbarten Magnete einander zugewandt sind. Beispiele für den zylindrischen Körper 12 mit einem im wesentlichen ovalen Querschnitt weisen einen zylindrischen Körper auf, der einen ovalen Querschnitt aufweist, einen zylindrischen Körper 12, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist, dessen obere und untere Enden derart geformt sind, dass sie Bogen mit einem Radius R sind, wie es in 10 gezeigt ist, und einen zylindrischen Körper auf, der eine elliptische Form aufweist, die leicht gegenüber eine ovale Form verschoben ist. Zur Vervollständigung des stabartigen stationären Teils 11 können Segmentmagnete 13 mit einer Form entsprechend der Form des Querschnitts in dem zylindrischen Körper 12 untergebracht werden und in axialer Richtung des zylindrischen Körpers 12 derart gestapelt werden, dass dieselben Pole der Magneten einander zugewandt sind.
Das stabartige stationäre Teil 11 ist nicht auf ein Teil beschränkt, das einen zylindrischen Körper 12 mit dem vorstehend beschriebenen im wesentlichen ovalen Querschnitt aufweist. Das stabartige stationäre Teil kann ein Teil sein, das einen zylindrischen Körper 12 mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt oder einen Querschnitt, der ein Rechteck ist, dessen vier Ecken derart abgerundet sind, dass sie Bögen eines Radius R sind, und Segmentmagnete 13 aufweist, die eine Form entsprechend der Form des Querschnitts aufweisen und in dem zylindrischen Körper 12 untergebracht sind und in axialer Richtung des zylindrischen Körpers 12 gestapelt sind, wie es in 11 gezeigt ist.
4 und 5 zeigen Beispiele für den Aufbau eines linearen Führungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei 4 eine perspektivische Ansicht davon zeigt und 5 eine Querschnittsansicht davon zeigt. Wie es in den 4 und 5 gezeigt ist, weist ein Linearführungsgerät 30 eine Schiene 31 mit einem U-förmigen Querschnitt und einem beweglichen Block 32 auf, der entlang der Schiene 31 gleiten kann. An beiden Enden der Schiene 31 sind Gehäuse 33 und 34 derart angebracht, dass beide Enden eines stabartigen stationären Teils 11 eines Linearmotors durch die Gehäuse 33 und 34 gestützt sind. Das stabartige stationäre Teil 11 ist parallel zu Kugellaufnuten 31A der Schiene 31 angeordnet. In ähnlicher Weise wie das vorstehend beschriebene Beispiel weist das stabartige stationäre Teil 11 einen zylindrischen Körper 12, der einen im wesentlichen ovalen Querschnitt aufweist und aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist, und Segmentmagnete 13 mit einer im wesentlichen ovalen Plattenform auf, die in den zylindrischen Körper 12 untergebracht sind und in axialer Richtung des zylindrischen Körpers 12 derart gestapelt sind, dass dieselben Pole der benachbarten Segmentmagnete 13 einander zugewandt sind.
In dem beweglichen Block 32 ist eine Mehrphasenspule 21 derart vorgesehen, dass sie das stabartige stationäre Teil 11 umgibt. Wie es in 5 gezeigt ist, ist die Schiene 31 mit vier Kugellaufnuten 31A versehen, die an deren innerer Oberfläche geformt sind. Der bewegliche Block 32 ist mit vier Kugellaufnuten 32A entsprechend den vier Kugellaufnuten 31A der Schiene 31 versehen, die beiden Seitenoberflächen davon geformt sind, und ist weiter mit vier Kugelumlaufsöffnungen 32B versehen. Eine große Anzahl von Kugeln sind zwischen den Kugellaufnuten 31A der Schiene 31 und den Kugellaufnuten 32A des beweglichen Blocks 32 derart angeordnet, dass sie durch die Kugelumlaufsöffnungen 32B entsprechend der Bewegung (der Fahrt) des beweglichen Blocks 32 zirkulieren.
Die innerhalb des beweglichen Blocks 32 angeordnete Mehrphasenspule 21 besteht aus einer Vielzahl von Phasen (beispielsweise drei Phasen U, V und W). Durch Zuführen eines Mehrphasenwechselstroms (in diesem Fall eines Dreiphasenwechselstroms) zu der Mehrphasenspule 21 wird ein sich bewegendes Magnetfeld erzeugt. Aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem veränderlichen Magnetfeld und den durch eine große Zahl von Segmentmagneten erzeugten Magnetflüssen wird dem beweglichen Block 32 ein Schub auferlegt, weshalb er sich entlang der Schiene 31 bewegt. Da das stabartige stationäre Teil 11 die plattenartigen Segmentmagnete 13 aufweist, die in dem aus einem nichtmagnetischen Material hergestellten zylindrischen Körper 12 untergebracht sind und in axialer Richtung des zylindrischen Körpers 12 gestapelt sind, kann das stabartige stationäre Teil 110 aufgrund dessen eigenem Gewicht verbogen werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist jedoch das stabartige stationäre Teil 11 einen ovalen Querschnitt auf und ist derart angeordnet, dass die Hauptachse (lange Achse) des Ovals sich vertikal erstreckt, wodurch eine erhöhte Steifigkeit gegen ein vertikales Biegemoment bereitgestellt wird und somit eine Erhöhung der Länge des stabartigen stationären Teils 11 ermöglicht wird. Das heißt, dass unter der Annahme, dass beide dieselbe Verbiegung aufgrund ihres eigenen Gewichts haben, ein stabartiges stationäres Teil mit einem im wesentlichen ovalen Querschnitt länger als ein stabartiges stationäres Teil mit einem kreisförmigen Querschnitt, dessen Durchmesser in allen Richtungen derselbe ist, geformt werden kann. Unter der Annahme, dass beide dieselbe Verbiegung aufgrund ihres eignen Gewichts haben, ist die Erhöhung ΔL der Länge eines stabartigen stationären Teils, dessen Querschnitt als ein Oval geformt ist, das eine Nebenachse 2r (kurze Achse) aufweist, in Bezug auf ein stabartiges stationäres Teil, dessen Querschnitt als Kreis mit einem Durchmesser von 2r geformt ist, ΔL = L {(a/2r)^1/2 –1}. Für den Anstieg ΔL gilt in Fällen eines Kreises mit einem Durchmesser 2r, eines Ovals mit einer Hauptachse von a = 3r und eines Ovals mit der Hauptachse a = 4r, wie es in 6(A), 6(B) und 6(C) gezeigt ist, ΔL = 0,22 in dem Fall eines Ovals mit der Hauptachse von a = 3r und ΔL = 0,41 in dem Fall eines Ovals mit der Hauptachse a = 4r, d.h., dass die Länge des stabartigen stationären Teils 11 um 22% bzw. 41% erhöht werden kann.
7 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Linearführungsgeräts, das den Linearmotor 10 gemäß 3 als Antriebseinrichtung verwendet. Dieses Linearführungsgerät weist einen U-förmigen Sockel 40 mit Seitenwänden 40-1, 40-1 an beiden Seiten davon, bewegliche Blöcke 42, 42, die sich entlang Schienen 41, 41 bewegen, die auf den Oberseiten der Seitenwände 40-1, 40-1 des Sockels 40 angeordnet sind, und einen Tisch (Platte) 43 auf, die durch die beiden beweglichen Blöcke 42 und 42 gestützt ist. Die beweglichen Blöcke 42 und 42 können derart aufgebaut sein, dass sie auf den Schienen 41 und 41 gleitbar sind, oder können eine Vielzahl von (nicht gezeigten) Kugellaufnuten aufweisen, die darin geformt sind, so dass eine große Anzahl von Kugeln zwischen den Kugellaufnuten der beweglichen Blöcke 42 und 42 sowie (nicht gezeigten) in den Schienen 41 und 41 geformten Kugellaufnuten rollen. Ein Gehäuse 22 ist mit dem Tisch 43 durch Verbindungsteile 45 und 45 über wärmeisolierende Materialien 44 und 44 verbunden.
Ähnlich zu der Darstellung gemäß 3 ist eine Mehrphasenspule 21 (eine Dreiphasenspule aus den Phasen U, V und W) innerhalb des Kreises 22 angeordnet und sind Kühlrippen einstöckig in dem Gehäuse 22 geformt. Ein stabartiges stationäres Teil 11 mit einem ovalen Querschnitt ist in dem Zentrum der Mehrphasenspule 21 an der Mitte zwischen den beiden Seitenwänden 40-1 und 40-1 des Sockels 40 und parallel zu den Schienen 41 und 41 derart angeordnet, dass die Hauptachse (lange Achse) sich vertikal erstreckt.
In dem Linearführungsgerät gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird, wenn ein Mehrphasenwechselstrom (in diesem Fall ein Dreiphasenwechselstrom) der Mehrphasenspule 21 in dem Gehäuse 22 zugeführt wird, ein veränderliches (sich verschiebendes) Magnetfeld erzeugt. Aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem veränderlichen Magnetfeld und den durch die Segmentmagnete 13 des stabartigen stationären Teils 11 erzeugten Magnetflüsse wird ein Schub auf die Mehrphasenspule 21 derart erzeugt, dass das Gehäuse 22 sich entlang des stabartigen stationären Teils 11 bewegt. Der Schub des Gehäuses 22 wird auf den Tisch 43 über die Verbindungsteile 45 und 45 übertragen, so dass die beweglichen Blöcke 42 und 42 sich entlang der Schienen 41 und 41 bewegen. Da der Querschnitt des stabartigen stationären Teils (festen Abschnitts) 11 oval ist, ist im Vergleich zu einem Fall eines stabartigen stationären Teils mit einem kreisförmigen Querschnitt mit derselben Breite eine Erhöhung der Länge des stationären Teils ermöglicht. Zusätzlich kann ein erhöhter Schub erhalten werden, da die Querschnittsfläche der Segmentmagnete erhöht ist.
Die wärmeisolierenden Materialien 44 und 44 sind zur Ausübung einer wärmeisolierenden Funktion vorgesehen, um die Übertragung von an der Mehrphasenspule 21 erzeugten Wärme auf den Tisch 43 zu verhindern und somit eine nachteilige Wirkung auf den Gleitwiderstand und den Rollwiderstand zwischen den beweglichen Blöcken 42 und 42 sowie den Schienen 41 und 41 aufgrund einer Wärmeausdehnung zu verhindern. Daher sind, wenn die von der Mehrphasenspule 21 erzeugte Wärme gering ist, die wärmeisolierenden Materialien 44 und 44 nicht erforderlich.
8 und 9 zeigen ein weiteres Beispiel für den Aufbau eines Linearführungsgeräts, das den Linearmotor 10 gemäß 3 als Antriebseinrichtung anwendet. Wie es in den 8 und 9 gezeigt ist, weist dieser Linearmotor 10 ein Gehäuse 50 (Kasten 50) auf, das im Querschnitt einen kreisförmigen äußeren Rand aufweist, den Rand einer Mehrphasenspule 21 umgibt und durch ein Gehäuse (Spulenstützteil) 22 gestützt ist. Die Mehrphasenspule 21 ist innerhalb des Gehäuses 22 rotierbar und kann bei jedem beliebigen Rotationswinkel gestoppt werden. Ein stabartiges stationäres Teil 11 ist an beiden Enden durch (nicht gezeigte) Stützteile gestützt. Das stabartige stationäre Teil 11 ist ebenfalls in Bezug auf die Stützteile rotierbar und kann bei jedem beliebigen Rotationswinkel gestoppt werden.
Wenn beispielsweise das Linearführungsgerät mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau an einer horizontalen Oberfläche 51 angeordnet ist, wie es in 8 gezeigt ist, ist ein Sockel 40 auf der horizontalen Oberfläche 51 platziert, ist das stabartige stationäre Teil 11 an dessen beiden Enden durch die (nicht gezeigten) Stützteile gestützt und befestigt, die an der horizontalen Oberfläche 51 derart befestigt sind, dass die Hauptachse des ovalen Abschnitts vertikal verläuft, und die Mehrphasenspule 21 ist in dem Gehäuse 22 über das Gehäuse bzw. die Einfassung 50 derart gestützt und befestigt, dass die Hauptachse des ovalen Abschnitts deren zentralen Bohrung 21A vertikal verläuft.
Wenn beispielsweise das Linearführungsgerät an einer vertikalen Oberfläche angeordnet ist, wie es in 9 gezeigt ist, ist der Sockel 40 auf der vertikalen Oberfläche 52 platziert, ist das stabartige stationäre Teil 11 an dessen beiden Enden durch die (nicht gezeigten) Stützteile gestützt und befestigt, die auf der vertikalen Oberfläche 52 derart befestigt sind, dass die Hauptachse des ovalen Querschnitts vertikal verläuft, d.h., dass die Stützteile auf der vertikalen Oberfläche 52 an einer Position befestigt sind, die um 90° relativ zu dem stabartigen stationären Teil 11 von dem Zustand gemäß 8 verdreht ist, und die Mehrphasenspule 21 ist in dem Gehäuse 22 über das Gehäuse bzw. die Einfassung 50 derart gestützt und befestigt, dass die Hauptachse des ovalen Querschnitts von deren zentralen Bohrung 21A vertikal verläuft, d.h., dass die Mehrphasenspule 21 an einer Position befestigt ist, die zusammen mit dem Gehäuse 50 um 90° in Bezug auf das Gehäuse 22 von dem Zustand gemäß 8 verdreht ist.
Da die Mehrphasenspule 21 durch das Spulenstützteil in einem Zustand derart gestützt wird, dass der äußere Rand der Mehrphasenspule 21 durch das Gehäuse 50 mit einem kreisförmigen Rand im Querschnitt umgeben ist, kann das Linearführungsgerät an einer horizontalen Oberfläche, einer vertikalen Oberfläche und selbst an einer um einen beliebigen Winkel geneigten Oberfläche angebracht werden. Das heißt, dass der Sockel 40 an einer Befestigungsoberfläche platziert ist, und die Stützteile zum Stützen der beiden Enden des stabartigen stationären Teils 11 um einen vorbestimmten Winkel rotiert werden und an die Befestigungsoberfläche befestigt werden, und die Mehrphasenspule 21 zusammen mit dem Gehäuse 50 um den vorbestimmten Winkel rotiert wird und in dem Gehäuse 22 befestigt wird, wodurch die Hauptachse des ovalen Querschnitts des stabartigen stationären Teils 11 und die Hauptachse des ovalen Querschnitts der zentralen Bohrung 21A der Mehrphasenspule 21 beide vertikal verlaufen. Daher kann das Linearführungsgerät mit demselben Aufbau an einer Oberfläche angebracht werden, die um einen Winkel in Bezug auf die horizontale Oberfläche geneigt ist, so dass die Hauptachse des ovalen Querschnitts des stabartigen stationären Teils 11 und die Hauptachse des ovalen Querschnitts der zentralen Bohrung 21A der Mehrphasenspule beide vertikal verlaufen.
12 bis 14 zeigen Graphen, die Ergebnisse eines Tests für den Schub (N) von Linearmotoren jeweils darstellen. Ein Linearmotor für 12 weist ein stabartiges stationäres Teil 11 auf, dessen Querschnitt ein Kreis von 25 mm im Durchmesser ist, wie es in 15(A) gezeigt ist, ein Linearmotor für 13 weist ein stabartiges stationäres Teil 11 auf, dessen Querschnitt eine Ellipse (Ellipse 1) mit Halbkreisen von 25 mm im Durchmesser an beiden Enden und mit einer Länge von 50 mm aufweist, wie es in 15(B) gezeigt ist, und ein Linearmotor für 14 weist ein stabartiges stationäres Teil 11 auf, dessen Querschnitt eine Ellipse (Ellipse 2) ist, die Halbkreise von 10,6 mm im Durchmesser an beiden Enden aufweisen und eine Länge von 48,6 mm aufweist, wie es in 15(C) gezeigt ist. In jedem Fall betrug die Anzahl der Spulenwicklungen 121 und wurde ein Wechselstrom von 3A (max) zugeführt. In 12 bis 14 bezeichnet die Ordinate den Schub und bezeichnet die Abszisse den elektrischen Winkel.
Für den Fall von 12 betrug der Widerstand einer Phase der Mehrphasenspule 1,48 (Ω), betrug der Umfang des Magneten 78,54 mm, betrug die Querschnittsfläche des Magneten 419,87 mm², betrug die Spannung (max) 4,5V und betrug der Schubdurchschnitt 35,0 N. Für den Fall von 13 betrug der Widerstand einer Phase der Mehrphasenspule 2,16 (Ω) (Ellipse 1/Kreis = 1,46), betrug der Umfang des Magneten 128,54 mm (Ellipse 1/Kreis = 1,64), betrug die Querschnittsfläche des Magneten 1115,87 mm² (Ellipse 1/Kreis = 2,27), betrug die Spannung (max) 6,60 V (Ellipse 1/Kreis = 1,47) und betrug der Schubdurchschnitt 59,30 N (Ellipse 1/Kreis = 1,69). Für den Fall von 14 betrug der Widerstand einer Phase der Mehrphasenspule 1,90 (Ω) (Ellipse 2/Kreis = 1,28), betrug der Umfang des Magneten 109,30 mm (Ellipse 2/Kreis = 1,39), betrug die Querschnittsfläche des Magneten 491,05 mm² (Ellipse 2/Kreis = 1,00), betrug die Spannung (max) 5,80V (Ellipse 2/Kreis = 1,29) und betrug der Schubdurchschnitt 38,73 N (Ellipse 2/Kreis = 1,11).
Wie aus dem Vergleich zwischen 12 und 13 hervorgeht, ist die Fläche der Oberfläche des Segmentmagneten des stabartigen stationären Teils mit einem elliptischen Querschnitt größer als diejenige des stabartigen stationären Teils mit einem kreisförmigen Querschnitt selbst bei derselben Breite, wodurch ein Linearmotor mit höherem Schub erzielt wird.
Obwohl das stabartige stationäre Teil 11 und die Mehrphasenspule 21 derart angeordnet sind, dass die Hauptachse des ovalen Abschnitts des stabartigen stationären Teils und die Hauptachse des ovalen Abschnitts der zentralen Bohrung der Mehrphasenspule 21 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sich vertikal erstrecken, können in dem Fall, dass die Erhöhung des Schubs erforderlich ist und die Erhöhung der Spannweite des Linearmotors nicht erforderlich ist, das stabartige stationäre Teil 11 und die Mehrphasenspule 21 derart angeordnet werden, dass die Hauptachse des ovalen Querschnitts des stabartigen stationären Teils und die Hauptachse des ovalen Querschnitts der zentralen Bohrung der Mehrphasenspule 21 sich in derselben Richtung erstrecken, die nicht auf vertikal beschränkt ist. Außerdem können in dem Fall eines stabartigen stationären Teils 11 mit einem rechteckigen Querschnitt das stabartige stationäre Teil 11 und die Mehrphasenspule 21 derart angeordnet sein, dass die lange Seite des rechteckigen Querschnitts des stabartigen stationären Teils und die lange Seite der zentralen Bohrung der Mehrphasenspule 21 sich in derselben Richtung erstrecken, die nicht auf vertikal beschränkt ist.
Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und können verschiedene Modifikationen ohne Abweichen von dem Umfang der technischen Idee, wie sie in dem beigefügten Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung definiert ist. Es sei bemerkt, dass Konfigurationen, Aufbauten, Materialien, die dieselben Funktionen und Wirkungen zeigen, obwohl sie nicht direkt in der Beschreibung und den Zeichnungen beschrieben sind, in dem Umfang der technischen Idee der vorliegenden Erfindung enthalten sein können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearmotor der Stabbauart bereitzustellen, der ein stabartiges stationäres Teil mit erhöhter Steifigkeit gegenüber einem Biegemoment aufweist, um die Spannweite des Linearmotors zu erhöhen und der in der Lage ist, einen größeren Schub zu erhalten, selbst wenn das stabartige stationäre Teil eine relativ geringe Breite ist, und ein Linearführungsgerät bereitzustellen, dass diesen Linearmotor als dessen Antriebseinrichtung verwendet.
Wie es in 2 gezeigt ist, weist ein Linearmotor 10 ein stabartiges stationäres Teil 11 mit einem zylindrischen Körper 12, das aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist und eine Vielzahl von plattenartigen Segmentmagneten 13, die in dem zylindrischen Körper derart untergebracht sind, dass sie in axialer Richtung des zylindrischen Körpers gestapelt sind, und ein bewegliches Teil 20 mit einer Mehrphasenspule 21 aufweist, wobei das stabartige Teil horizontal angeordnet ist, so dass es durch das bewegliche Teil 20 verläuft. In dem Linearmotor 10 weist das stabartige Teil 11 den zylindrischen Körper mit einem im wesentlichen ovalen oder im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und weist die Vielzahl der Segmentmagnete 13 mit einer im wesentlichen ovalen oder einer im wesentlichen rechteckförmigen Plattenform auf, die in dem zylindrischen Körper untergebracht sind und in axialer Richtung des zylindrischen Körpers gestapelt sind, und der Querschnitt der zentralen Bohrung der Mehrphasenspule 21 ist im wesentlichen oval oder im wesentlichen rechteckig entsprechend der Form des Querschnitts des stabartigen Teils 11.

Claims

Linearmotor mit: einem stabartigen Teil, das einen aus einem nichtmagnetischen Material hergestellten zylindrischen Körper und eine Vielzahl von plattenartigen Segmentmagneten aufweist, die in dem zylindrischen Körper derart untergebracht sind, dass sie in axialer Richtung des zylindrischen Körpers gestapelt sind, und einem Spulenteil, das eine Mehrphasenspule aufweist, wobei das stabartige Teil derart angeordnet ist, dass es sich durch eine zentrale Bohrung des Spulenteils erstreckt, und das stabartige Teil und das Spulenteil durch Zuführen eines Stroms zu der Mehrphasenspule des Spulenteils relativ zueinander bewegt werden, wobei der Linearmotor dadurch gekennzeichnet ist, dass das stabartige Teil den zylindrischen Körper mit einem im wesentlichen ovalen oder im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und die Vielzahl der Segmentmagnete mit einer im wesentlichen ovalen oder einer im wesentlichen rechteckförmigen Plattenform aufweist, die in dem zylindrischen Körper untergebracht sind und in axialer Richtung des zylindrischen Körpers gestapelt sind, und dass der Querschnitt der zentralen Bohrung des Spulenteils im wesentlichen oval oder im wesentlichen rechteckig entsprechend der Form des Querschnitts des stabartigen Teils ist.
Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das stabartige Teil und das Spulenteil derart angeordnet sind, dass die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die Längsseite des rechteckigen Querschnitts des stabartigen Teils und die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die Längsseite des rechteckigen Querschnitts des Spulenteils beide vertikal verlaufen.
Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulenteil an dessen äußeren Rand durch ein Gehäuse umgeben ist, das im Querschnitt einen kreisförmigen äußeren Rand aufweist, und durch ein Spulenteilstützabschnitt gestützt ist, und dass ein Stützteil, das das stabartige Teil stützt, und der Spulenteilstützabschnitt entsprechend der Befestigungsbedingung des Linearmotors rotiert werden können, so dass das stabartige Teil und das Spulenteil derart angeordnet sind, dass die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die Längsseite des rechteckigen Querschnitts des stabartigen Teils und die Hauptachse des ovalen Querschnitts oder die Längsseite des rechteckigen Querschnitts des Spulenteils beide in dieselbe Richtung verlaufen.
Linearführungsgerät mit: einer Linearführungsschiene, einem beweglichen Block, der sich entlang der linearen Führungsschiene bewegen kann, und eine Antriebseinrichtung, die eine Antriebskraft für den beweglichen Block bereitstellt, wobei das Linearführungsgerät dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antriebseinrichtung ein Linearmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3 ist, das stabartige Teil des Linearmotors derart angeordnet ist, dass dessen axiale Richtung parallel zu der Linearführungsschiene verläuft und der Spulenteil sowie der bewegliche Block vereinigt oder miteinander verbunden sind.