DE102005047819A1

DE102005047819A1 - Linearmotor

Info

Publication number: DE102005047819A1
Application number: DE102005047819A
Authority: DE
Inventors: Yoichi Kawai
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2025-10-07
Also published as: US20060076839A1; DE102005047819B4; US7154198B2; JP4473088B2; JP2006109653A

Abstract

In einem Linearmotor mit an einem Schlitten platzierten Permanentmagneten verfügt der Schlitten über Schlittenblöcke, die auf solche Weise angeordnet sind, dass Relativpositionen zwischen Vorderenden derselben in einer Schlittenlaufrichtung und vorstehenden Polen zweier den Schlittenblöcken gegenüberstehender Statoren um ungefähr 120 bis 230 elektrische Grad gegeneinander versetzt sind. Da die Positionen der Vorderenden der Schlittenblöcke in der Schlittenlaufrichtung relativ zu den vorstehenden Statorpolen einer Seite-A gegenüber denen einer Seite-B um P/2, entsprechend 180 elektrischen Grad versetzt sind, zeigen auf der Seite-A und der Seite-B auftretende Schubwelligkeiten eine solche Beziehung, dass sie um P/2 versetzt sind. Im Ergebnis werden die Schubwelligkeiten auf der Seite-A und der Seite-B aufgehoben, um dadurch eine Schubwelligkeit mit der Periodizität P/3 zu verringern.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE EINSCHLÄGIGE ANMELDUNG
Hiermit wird durch Bezugnahme die gesamte Offenbarung der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-294998, einschließlich der Beschreibung, der Ansprüche, der Zeichnungen und der Zusammenfassung eingeschlossen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Linearmotor, wie er bei Industriemaschinen, wie einer Werkzeugmaschine, verwendet wird.

BESCHREIBUNG DER EINSCHLÄGIGEN TECHNIK

Herkömmlicherweise werden Linearmotoren in Industriemaschinen, wie Werkzeugmaschinen, als Einrichtungen zum Realisieren einer Geschwindigkeitsverbesserung und eines hohen Genauigkeitsgrads verwendet. Ein derartiger Linearmotor ist in der Japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 2002-238241 offenbart, bei dem teure Permanentmagnete an einem Schlitten ersetzt sind; insbesondere wird dadurch bei einer Maschine mit langem Hub die Verwendung von Permanentmagneten minimiert, um dadurch die Motorkosten zu senken.

Die 2A zeigt den herkömmlichen Linearmotor, wie er in der oben genannten Japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 2002-238241 offenbart ist.

Die 2B zeigt Magnetisierungsrichtungen von Permanentmagneten beim herkömmlichen Linearmotor, und die 3 zeigt den Anschluss von Wechselstromwicklungen beim herkömmlichen Linearmotor.

Genauer gesagt, wird, gemäß der 2A, ein Stator 12, der z.B. am Bett einer Werkzeugmaschine befestigt wird, dadurch hergestellt, dass flach gewalzte Magnetstahlbleche aufeinander laminiert werden, und er verfügt über vorstehende Statorpole 10, die an einer seiner Flächen mit einer Schrittweite P ausgebildet sind. Ferner wird ein Schlitten 11, der z.B. am Tisch der Werkzeugmaschine befestigt wird, durch eine Rollenführung oder dergleichen, die zwischen dem Bett und dem Tisch der Werkzeugmaschine vorhanden ist, entlang einer X-Achsenrichtung, wie es in der 2A dargestellt ist, beweglich gelagert. Ähnlich wie der Stator 12 wird der Schlitten 11 dadurch hergestellt, dass z.B. flach gewalzte Magnetstahlbleche aufeinander laminiert werden, und er verfügt über Zähne 13, 15 und 14 für die Phasen U, V und W, die entlang der X-Achsenrichtung um P/3, entsprechend einem elektrischen Winkel von 120 Grad, gegeneinander versetzt sind. Wechselstromwicklungen 16, 18 und 17 für die Phasen U, V und W sind um die Zähne gewickelt. Mehrere Permanentmagnete 19 sind mit abwechselnder Reihenfolge N, S, N, S, ... auf der Oberfläche des Schlittens 11 angeordnet. Wenn S und N als ein Paar verstanden werden, verfügt, wie es in der 2B dargestellt ist, jeder der Zähne 13, 14 und 15 über drei Paare von Permanentmagneten, die an ihm mit der Schrittweite P angebracht sind. Die Bezugszahl 12 repräsentiert den magnetischen Fluss in einem Magnetjoch 20 des Schlittens und einem Magnetjoch 21 des Stators, wenn den Wechselstromwicklungen 16, 17 und 18 ein Strom in der Richtung von U nach V und W zugeführt wird. Die Wechselstromwicklungen 16, 18 und 17 sind so verbunden, dass für eine Sternverbindung betreffend die Phasen U, V und W gesorgt ist.

Wenn hierbei den Wechselstromwicklungen 16, 17 und 18 ein Strom zugeführt wird, werden die die drei Phasen bildenden Zähne 13, 14 und 15 in positiver und negativer Richtung entlang der Y-Achsenrichtung erregt, wie es in der 2A dargestellt ist. Dabei wird der magnetische Fluss in einem Teil der Permanentmagnete 19 mit einer magnetischen Richtung identisch mit der Erregungsrichtung der Wechselstromwicklungen 16, 17 und 18 verstärkt, während der magnetische Fluss des anderen Teils der Permanentmagnete 19 mit einer magnetischen Richtung entgegengesetzt zur Erregungsrichtung geschwächt wird. Im Ergebnis werden die Zähne 13, 14 und 15 so erregt, dass sie entweder die Polarität N oder S zeigen, um dadurch große Nord- oder Süd-Magnetpole zu bilden. Der durch die Zähne 13, 14 und 15 und den Stator laufende magnetische Fluss 22 bildet eine geschlossene Schleife, wie es in der 2A dargestellt ist. Daher wird eine magnetische Anziehungskraft entsprechend der Position des Schlittens 11 in Beziehung zum Stator 12 erzeugt, um dadurch eine Schubkraft für den Schlitten 11 zu erzeugen.

Der Verlauf des magnetischen Flusses 22 wird nachfolgend detailliert beschrieben. Wenn ein Strom in einer Richtung von der Phase U zu den Phasen V und W zugeführt wird, anders gesagt, wenn ein Strom in der dargestellten Wicklungsrichtung durch die Wechselstromwicklung 16 geschickt wird und durch die Wechselstromwicklungen 17 und 18 in einer Richtung entgegengesetzt zur dargestellten Wicklungsrichtung geschickt wird, wird der Zahn 13 zu einem Südpol, wohingegen die Zähne 14 und 15 in der 2A zu Nordpolen werden. Ferner bildet der magnetische Fluss 22 einen magnetischen Pfad vom Zahn 13 zu den Zähnen 14 und 15 und dann zurück durch den Stator 12 zum Zahn 13. Im Ergebnis wirkt die magnetische Anziehungskraft in der X-Achsenrichtung auf den Schlitten 11, wodurch die Schubkraft für den Schlitten 11 erzeugt wird.

Der in den 2A und 2B dargestellte herkömmliche Linearmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Kostenverringerung für denselben dadurch erzielt ist, dass teure Permanentmagnete am Schlitten angebracht sind, um dadurch den Gebrauch der Permanentmagnete 19 zu verringern; was insbesondere im Fall eines langen Hubs gilt. Außerdem zeigt der Linearmotor die Eigenschaft, dass mehrere Magnetpole aus den Zähnen 13, 14 und 15 und die mehreren Permanentmagnete 19 durch eine einzelne Wicklung erregt werden, wodurch diese kürzer werden kann und dadurch der Effekt erzielt werden kann, dass Verluste aufgrund des elektrischen Widerstands verringert werden, wie sie auftreten, wenn Ströme durch die Wicklung laufen, d.h. die sogenannten Kupferverluste, wodurch eine verbesserte Effizienz erzielt ist.

Es sei darauf hingewiesen, dass als Verfahren zum Verbinden der Wechselstromwicklungen eine Dreiecksschaltung anstelle der in der 3 dargestellten Sternschaltung verwendet werden kann.

Bei einer Werkzeugmaschine, bei der Tische mittels einer durch einen Linearmotor angetriebenen Vorschubstange verstellt werden, besteht ein wesentlicher Faktor darin, dass der Linearmotor die Tische mit konstanter Schubkraft antreiben sollte, um eine gleichmäßig bearbeitete Oberfläche zu erzeugen. Um dieser Forderung zu genügen, müssen Schubwelligkeiten des Linearmotors minimiert werden. Jedoch leidet der in den 2A und 2B dargestellte herkömmliche Linearmotor unter dem problematischen Auftreten einer relativ großen Schubwelligkeit, die sich aus der Positionsbeziehung zwischen den Vorderenden der am Schlitten 11 vorhandenen Zähne 13, 14 und 15 in deren Verstellrichtung und den am Stator 12 angebrachten vorstehenden Einsteck-Anschlussteilen 10 ergibt.

Da die Zähne 13, 14 und 15 so angebracht sind, dass sie um P/3, entsprechend 120 elektrischen Grad, versetzt sind, sorgt eine Bewegung des Schlittens 11 relativ zum Stator 12 dafür, dass eines der Vorderenden der Zähne 13, 14 und 15 über einen Rand eines der vorstehenden Einsteck-Anschlussteile 10 auf derselben Seite mit dem Intervall P/3 läuft, was zu einer Änderung der Permeanz führt. Aus dieser Permeanzänderung wird die Periodizität des Auftretens der Schubwelligkeit zu P/3 bestimmt.

Die 4 zeigt einen anderen herkömmlichen Linearmotor, wie er in der Japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 2002-101636 offenbart ist, und der eine Konstruktion zum Verringern der Welligkeit mit der Periodizität P/3 verwendet.

In der 4 verfügt ein Anker A über eine Struktur ähnlich derjenigen des Schlittens 11 beim in der 2A dargestellten herkömmlichen Linearmotor, sowie einen Anker B, der mit dem Anker A mit der Ausnahme identisch ist, dass die Permanentmagnete, die an den Zähnen für die Phasen U, V und W angebracht sind, in der Reihenfolge N, S, N, ... angeordnet sind, d.h. so angeordnet sind, dass sie entgegengesetzt zur Richtung des magnetischen Pols am Anker A verlaufen. Die Anker A und B sind auf solche Weise an einer Klemmplatte 23 befestigt, dass ihre Positionen relativ zu den vorstehenden Einsteck-Anschlussteilen um P/2, d.h. um 180 Grad betreffend den elektrischen Winkel, verschoben sind.

Die 5 zeigt eine Schubwelligkeit des auf die oben beschriebene Weise konfigurierten herkömmlichen Linearmotors der 4. Da die Anker A und B um P/2, entsprechend 180 elektrischen Grad, versetzt sind, haben die im Anker A auftretende Schubwelligkeit mit der Periodizität P/3 und die im Anker B auftretende eine solche Beziehung, dass die Schub welligkeiten um 180 Grad außer Phase zueinander sind, jedoch dieselbe Amplitude zeigen. Demgemäß heben die Schubwelligkeiten mit der Periodizität P/3 einander auf. Wie es aus der Beziehung zwischen dem Verstellausmaß der Anker A und B und der Schubwelligkeit, wie in der 6 dargestellt, ersichtlich ist, kann die Schubwelligkeit auf ein Fünftel oder weniger ihres Ursprungswerts verringert werden, solange die Auslenkung 160–200 elektrische Grad beträgt. Aus diesem Grund werden die Anker A und B nicht notwendigerweise mit hohem Genauigkeitsgrad um 180 elektrische Grad versetzt, und es kann ein ausreichender Verringerungseffekt betreffend die Schubwelligkeit erzielt werden, wenn ein Versatz im Bereich von 160 bis 200 elektrischen Grad vorliegt.

Bei einem herkömmlichen Linearmotor, wie er oben beschrieben ist, besteht jedoch ein Problem, das noch zu lösen ist und das nachfolgend beschrieben wird.

Wenn ein Linearmotor dazu verwendet wird, z.B. eine Vorschubstange für einen Tisch bei einer Werkzeugmaschine anzutreiben, sollte der Tisch mit gleichmäßiger Schubkraft gleichmäßig angetrieben werden, um eine gleichmäßig bearbeitete Fläche zu erzeugen; daher muss die mit der Periodizität P/3 auftretende Schubwelligkeit minimiert werden. Da der Linearmotor im Allgemeinen in eine Maschine eingebaut wird und in dieser verwendet wird, wird seine Größe wünschenswerterweise im möglichen Ausmaß verringert. Da jedoch der in der Japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 2002-101636 offenbarte herkömmliche Linearmotor unter Verwendung der zwei Anker A und B aufgebaut ist, wird die Länge des Schlittens in seiner Verstellrichtung größer, was zu Schwierigkeiten beim kompakten Einbau des Linearmotors in eine Maschine führt und zu einer Verlängerung, entsprechend der Länge des Schlittens, der Länge des Stators führt, der auf Grundlage von Hub eines verstellten Körpers + Schlittenlänge konstruiert wird. Ferner geben eine dritte und eine vierte Ausführungsform, wie sie im obigen Patentdokument beschrieben sind, ein Layout an, gemäß dem die Anker A und B um P/2, entsprechend einem elektrischen Winkel von 180 Grad, versetzt werden und am Schlitten parallel zur Schlittenlaufrichtung angeordnet werden. Bei diesem Layout ist die Schlittengröße in der Richtung orthogonal zur Schlittenlaufrichtung erhöht, was es ebenfalls erschwert, den Linearmotor in engen Räumen einer Maschine zu installieren.

Außerdem ist eine andere Forderung hinsichtlich Linearmotoren eine Gewichtsverringerung. Bei einer Werkzeugmaschine wird z.B. ein durch einen Linearmotor angetriebener Tisch mit erhöhten Beschleunigungen und Verzögerungen betrieben, um die Bearbeitungszeit zu verkürzen, was zur Forderung einer weiteren Gewichtsverringerung führt. Beim herkömmlichen Linearmotor wird eine magnetische Anziehungskraft, die einige mal bis zehnmal größer als die Schubkraft ist, zwischen dem Schlitten und dem Stator in einer Richtung orthogonal zur Schlittenlaufrichtung erzeugt. Die magnetische Anziehungskraft in der Richtung orthogonal zur Schlittenlaufrichtung verformt in problematischer Weise eine Konstruktion zum beweglichen Lagern des Linearmotors und/oder eine Rollenführung, was zu verringerter Genauigkeit bei der Bearbeitung eines Werkstücks führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um die oben genannten Probleme zu lösen, ist durch die Erfindung in vorteilhafter Weise ein Linearmotor mit zwei Statoren mit mehreren vorstehenden Polen, die mit einem vorbestimmten Intervall auf einander gegenüberstehenden Flächen angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken, und einem Schlitten mit drei Schlittenblöcken geschaffen, die Magnetpole dreier verschiedener Phasen durch die Wirkung von Wechselstromwicklungen für drei Phasen erzeugen, wobei sich dieser Schlitten entlang der Erstreckungsrichtung für zwei Statoren bewegen kann. Bei diesem Linearmotor verfügt jeder der Schlittenblöcke über zwei Permanentmagnetgruppen, von denen jede aus mehreren Permanentmagneten besteht, die auf einer Fläche des jeweiligen Schlittenblocks angeordnet sind und dem jeweiligen Stator in einer Anordnung abwechselnder Nord- und Südpolaritäten entlang einer Schlittenlaufrichtung gegenüberstehen. Die zwei Permanentmagnetgruppen sind so platziert, dass sie Antriebskräfte erzeugen, die zwischen den nachgiebigen Polen der zwei Statoren und den Schlittenblöcken entlang der Schlittenlaufrichtung wirken. Ferner ist bei diesem Linearmotor eine zwischen die zwei Permanentmagnetgruppen gewickelte Spule so angeordnet, dass sie gleichzeitig an entgegengesetzten Flächen jedes der Schlittenblöcke, die den zwei Statoren zugewandt sind, einen magnetischen Fluss erzeugt. In den Schlittenblöcken sind Positionen von Vorderkanten in der Schlittenlaufrichtung bezogen auf die vorstehenden Pole der Statoren, die den jeweiligen Schlittenblöcken gegenüberstehen, um ungefähr 130 bis 230 elektrische Grad, vorzugsweise um 180 elektrische Grad, gegeneinander versetzt.

Gemäß der Erfindung heben Schubwelligkeiten mit Periodizität P/3 einander auf, um dadurch den Schlitten auf gleichmäßige Weise anzutreiben. Zusätzlich zur Beseitigung eines Magnetjochs des Schlittens kann ein magnetischer Fluss gleichzeitig an zwei entgegengesetzten Flächen des Schlittens, die beide den Statoren zugewandt sind, erzeugt werden, um dadurch eine Verringerung der Größe des Schlittens zu ermöglichen, was wiederum den Einbau in eine Maschine erleichtert. Ferner kann das Gewicht des Schlittens gesenkt werden, um dadurch einen Betrieb bei größeren Beschleunigungen und Verzögerungen zu ermöglichen. Da die zwischen dem Schlitten und dem Stator in der Richtung orthogonal zur Schlittenlaufrich tung wirkende magnetische Anziehungskraft beseitigt ist, kann eine Verformung der den Linearmotor beweglich lagernden Konstruktion der Rollenführung verhindert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nun wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
1A zeigt eine schematische Konfiguration eines Linearmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
1B ist ein Diagramm, das das Layout von Permanentmagneten im Linearmotor gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt;
1C ist ein Diagramm, das ein anderes Layout von Permanentmagneten im Linearmotor gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2A zeigt einen herkömmlichen Linearmotor, bei dem entsprechend der einschlägigen Technik Permanentmagnete an einem Schlitten angeordnet sind;
2B zeigt das Layout des Permanentmagnets gemäß der einschlägigen Technik;
3 veranschaulicht schematisch eine Verbindungsform von Wicklungen beim Linearmotor gemäß der einschlägigen Technik;
4 zeigt einen anderen herkömmlichen Linearmotor mit einer Konstruktion zum Verringern einer Schubwelligkeit und mit an einem Schlitten angebrachten Permanentmagneten;
5 ist eine Zeichnung zum Erläutern eines Prinzips zum Verringern der Schubwelligkeit im Linearmotor der 4; und
6 zeigt die Beziehung zwischen dem Auslenkungswert zweier Anker und der Schubwelligkeit im Linearmotor der 4.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nachfolgend eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Die 1A zeigt einen Linearmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In der 1A sind Statoren 52a und 52b z. B. am Bett einer Werkzeugmaschine befestigt. Die Statoren 52a und 52b werden dadurch hergestellt, dass flach gewalzte Magnetstahlflächen oder dergleichen aufeinander laminiert werden, und sie verfügen über mit einer Schrittweite P ausgebildete vorstehende Pole 50. Ferner sind die Statoren 52a und 52b um P/2, entsprechend 180 elektrischen Grad, in der in der 1A dargestellten X-Achsenrichtung gegeneinander versetzt. Ein Schlitten 51 ist z.B. zwischen dem Bett und einem Tisch der Werkzeugmaschine vorhanden, und er ist verstellbar entlang der X-Achsenrichtung in der 1A durch eine am Tisch angebrachte Rollenführung gelagert. Außerdem verfügt der Schlitten 51 über Schlittenblöcke 53, 55 und 54 für die Phasen U, V und W, die dadurch hergestellt werden, dass flach gewalzte Magnetstahlbleche oder dergleichen aufeinander laminiert werden. Die Schlittenblöcke 53, 54 und 55 sind in der X-Richtung um 120 Grad gegeneinander versetzt; anders gesagt, sind sie hinsichtlich einer Magnetpol-Schrittweite P der Statoren 52a und 52b um P/3, entsprechend 120 elektrischen Grad, gegeneinander versetzt. Um die Statorblöcke sind Wechselstromwicklungen 56, 58 und 57, für die drei Phasen U, V und W gewickelt, und mit abwechselnder Rei henfolge S, N sind mehrere Permanentmagnete 59 und 64 an jeweiligen Flächen der Schlittenblöcke im Schlitten 51 angebracht. Genauer gesagt, sind, wenn ein Paar dahingehend definiert wird, dass es aus zwei benachbarten Permanentmagneten besteht, die Pole S und N, die auf einer Seite liegen, die dem entsprechenden Stator 52a oder 52b gegenübersteht, wie es in den 1B und 1C dargestellt ist, drei Paare jeweils zweier Permanentmagnete mit der Schrittweite P an jedem der Schlittenblöcke 53, 54 und 55 angebracht. Wenn eine Seite des Stators 52a als Seite-A definiert wird, und eine Seite des Stators 52b als Seite-B definiert wird, sind die Permanentmagnete 59 der Seite-A und die Permanentmagnete 64 der Seite-B auf solche Weise angeordnet, dass Polaritätsrichtungen, z.B. von der Position des Stators 52a entsprechend der Seite-A, zu denen passen, wie sie von der Seite-B des Stators 52b aus gesehen werden, um dadurch eine magnetische Anziehungskraft zu erzeugen, die entlang der Schlittenlaufrichtung in derselben Richtung wirkt. Die Bezugszahl 62 kennzeichnet den magnetischen Fluss in einem Magnetjoch 61 des Stators, wie er dadurch erzeugt wird, dass den Wechselstromwicklungen 56, 57 und 58 Ströme in der Richtung von U nach V und W zugeführt werden. Die Wechselstromwicklungen 56, 58 und 57 sind auf solche Weise verbunden, dass die Phasen U, V und W eine Sternschaltung bilden, wie es in der 3 dargestellt ist.
Wenn den Wechselstromwicklungen 56, 57 und 58 ein Strom zugeführt wird, werden hierbei die Schlittenblöcke der drei Phasen entweder in der positiven oder der negativen Richtung der Y-Achse erregt. Unter den mehreren Permanentmagneten 59 und 64 wird der magnetische Fluss von Permanentmagneten, die mit einer magnetischen Orientierung ausgerichtet sind, die identisch mit der Erregungsrichtung der Wechselstromwicklungen ist, verstärkt, wohingegen der magnetische Fluss der anderen Permanentmagnete, die mit einer der Erregungsrich tung entgegengesetzten magnetischen Orientierung platziert sind, verringert wird. Im Ergebnis werden die den Statoren gegenüberstehenden Flächen über die Permanentmagnete 69 und 64 erregt, so dass sie entweder zu N- oder zu S-Polen werden. Demgemäß wird der magnetische Fluss 62 erzeugt, der durch die Schlittenblöcke 53, 54 und 55 und die Statoren, wie es in der 1A dargestellt ist, läuft, um dadurch eine magnetische Anziehungskraft zu erzeugen, die entsprechend den Positionen des Schlittens 51 und der Statoren 52a und 52b in derselben Richtung entlang der X-Achse wirkt.
Der Verlauf des magnetischen Flusses wird nachfolgend detaillierter beschrieben. Durch Zuführen eines Stroms in den Richtungen von U nach V und W, genauer gesagt, durch Hindurchschicken eines Stroms durch die Wechselstromwicklung 56 entlang der in der 1A dargestellten Wicklungsrichtung, und durch die Wechselstromwicklungen 57 und 58 entlang einer Richtung entgegengesetzt zur dargestellten Wicklungsrichtung, zeigt der Schlittenblock 53 der 1A die Polarität S an der Fläche der Seite-A und die Polarität N an der Fläche der Seite-B, wohingegen die Schlittenblöcke 54 und 55 die Polarität N an der Fläche der Seite-A und die Polarität S an der Fläche der Seite-B zeigen. Der magnetische Fluss 62 bildet einen magnetischen Pfad, der vom Schlittenblock 53 über den Stator 52b zu den Schlittenblöcken 54 und 55 verläuft und dann über den Stator 52a zum Schlittenblock 53 verläuft. Demgemäß wirkt die magnetische Anziehungskraft auf die Flächen der Seite-A und der Seite-B des Schlittens 51 in derselben Richtung der X-Achse, um dadurch eine Schubkraft zu liefern.
Die Positionsbeziehung zwischen dem Vorderende in der Schlittenblock-Laufrichtung und den vorstehenden Polen 50 des Stators ist entlang der X-Achsenrichtung um P/2 in Bezug auf die Seite-A und die Seite-B verschoben, was 180 elektri schen Grad entspricht. Demgemäß zeigen, ähnlich der in der 5 dargestellten Beziehung zwischen den durch die Anker A und B erzeugten Schubwelligkeiten, Schubwelligkeiten, wie sie auf der Seite-A und der Seite-B auftreten, eine solche Beziehung, dass sie um P/2 in Bezug zueinander versetzt sind. Durch diesen Versatz werden die auf der Seite-A und der Seite-B auftretenden Schubwelligkeiten zusammen gesetzt, um dadurch eine Schubwelligkeit mit der Periodizität P/3 aufzuheben.
Außerdem sind beide Flächen der Seite-A und der Seite-B jedes der Schlittenblöcke 53, 54 und 55 so konfiguriert, dass sie unter Verwendung derselben Wicklung erregt werden. Bei dieser Konfiguration ist der Wicklungsumfang auf die Hälfte desjenigen verringert, wie er beim herkömmlichen Linearmotor der 2A und 2B verwendet wird, und das beim herkömmlichen Linearmotor vorhandene Magnetjoch 20 des Schlittens ist beseitigt, wodurch eine Verringerung der Größe und des Gewichts des Schlittens 51 erleichtert ist. Daher kann der erfindungsgemäße Linearmotor leicht in einer Maschine installiert werden, und er ermöglicht es, die Maschine, in der er installiert ist, mit größeren Beschleunigungen und Verzögerungen zu betreiben. Da die magnetische Anziehungskraft entlang der Y-Achsenrichtung, wie sie zwischen dem Schlitten 51 und dem Stator 52a der Seite-A auftritt, und diejenige, wie sie zwischen dem Schlitten 51 und dem Stator 52b der Seite-B auftritt, gleiche Stärke und entgegengesetzte Richtung zeigen, heben die magnetischen Anziehungskräfte einander auf, um dadurch eine Verformung der Konstruktion zum beweglichen Lagern des Linearmotors und der Rollenführung zu verhindern.
Ähnlich wie bei den in der 6 dargestellten Beziehungen zwischen dem Versatzwert der Anker A und B und der Schubwelligkeit erreicht ein Versatz von 120–230 elektrischen Grad dazu aus, eine Verringerung der Schubwelligkeit auf die Hälfte zu erzielen. Daher sind Relativpositionen in der Schlittenlaufrichtung zwischen den Vorderenden der Schlittenblöcke und den entsprechenden vorstehenden Polen der zwei Statoren, die den Schlittenblöcken gegenüber stehen, nicht notwendigerweise mit großer Genauigkeit um 180 elektrische Grad gegeneinander zu versetzen; Eine Versetzung der Relativpositionen in einem Bereich von 130 bis 230 elektrischen Grad kann für einen ausreichenden Effekt zum Verringern der Schubwelligkeit sorgen.
Selbst wenn in zwei oder mehr Segmente unterteilte Wicklungen aus Gründen in Zusammenhang mit dem Herstellprozess verwendet werden, können ähnliche Vorgänge und Effekte erzielt werden, solange die Wicklungsrichtungen der Wicklungen um die Schlittenblöcke 53, 54 und 55 gleich sind.
Ferner betragen die Schrittweite P der Permanentmagnete am Schlitten 51 und die Schrittweite der vorstehenden Pole der Statoren 52a und 52b nicht notwendigerweise P/2. Um Schubwelligkeiten mit einer anderen Periodizität als P/3 aufzuheben, können z.B. Intervalle zwischen den mehreren Permanentmagneten 59 und 64 an den Schlittenblöcken und/oder Intervalle zwischen den vorstehenden Statorpolen 50 ungleichmäßig sein und von P/2 abweichen. Bei einer derartigen ungleichmäßigen Anordnung können ähnliche Vorgänge und Effekte erzielt werden, solange die mehreren Permanentmagnete 59 der Seite-A und die mehreren Permanentmagnete 60 der Seite-B, die an den Schlittenblöcken 53, 54 und 55 angeordnet sind, so konfiguriert sind, dass sie gesehen von der Seite-A des Stators und gesehen von der Seite-B des Stators dieselbe Polarität zeigen, um magnetische Anziehungskräfte zu erzeugen, die entlang der Schlittenlaufrichtung in derselben Richtung wirken, und wenn die Statoren 52a und 52b der Seite-A und der Seite-B um ungefähr 130–230 elektrische Grad, vorzugsweise um 180 elektrische Grad, gegeneinander versetzt sind.
Obwohl bei der obigen Ausführungsform die Permanentmagnete 59 und 60 dahingehend beschrieben sind, dass sie aus drei Paaren (insgesamt 6) von Permanentmagneten mit der Polarität S an der dem Stator gegenüberstehenden Fläche sowie Permanentmagneten mit der Polarität N an der dem Stator gegenüber stehenden Fläche verfügen, besteht für die Anzahl der Paare keine Einschränkung auf drei, sondern jede beliebige Anzahl von Paaren von Permanentmagneten kann für Vorgänge und Effekte ähnlich denen bei der Erfindung sorgen.
Ferner kann die Anzahl der Schlitten 51 bei der oben beschriebenen Ausführungsform erhöht werden, um mehrere Schlitten 51 anzubringen, die um eine Schrittweite P gegeneinander versetzt sind, die einem elektrischen Winkel von 360 Grad entspricht. In diesem Fall können Vorgänge und Effekte ähnlich denen bei der Erfindung erzielt werden.

Claims

Linearmotor mit: – zwei Statoren mit mehreren vorstehenden Polen, die mit einem vorbestimmten Intervall auf einander gegenüber stehenden Flächen, die sich parallel zueinander erstrecken, angeordnet sind; und – einem Schlitten mit drei Schlittenblöcken, die durch die Wirkung von Wechselstromwicklungen dreier Phasen Magnetpole dreier verschiedener Phasen bilden, und der sich entlang der Erstreckungsrichtung der zwei Statoren erstrecken kann; wobei – jeder der Schlittenblöcke über zwei Permanentmagnetgruppen verfügt, von denen jede aus mehreren Permanentmagneten besteht, die an einer Fläche des entsprechenden Schlittenblocks angeordnet sind, die dem jeweiligen Stator in einer Anordnung abwechselnder Nord- und Südpolaritäten entlang einer Schlittenlaufrichtung gegenüber steht; – die zwei Permanentmagnetgruppen so platziert sind, dass sie Antriebskräfte erzeugen, die zwischen den vorstehenden Polen der zwei Statoren und den Schlittenblöcken entlang der Schlittenlaufrichtung in derselben Richtung wirken; – eine zwischen die zwei Permanentmagnetgruppen gewickelte Spule so angebracht ist, dass sie an entgegengesetzten Flächen der Schlittenblöcke, die den zwei Statoren zugewandt sind, gleichzeitig einen magnetischen Fluss erzeugt; und – in jedem der Schlittenblöcke Positionen an Vorderrändern in der Schlittenlaufrichtung, bezogen auf die vorstehenden Pole der jeweiligen Statoren, die den Schlittenblöcken gegenüber stehen, um ungefähr 130 bis 230 elektrische Grad gegeneinander versetzt sind.
Linearmotor nach Anspruch 1, bei dem die zwei Statoren um 180 elektrische Grad entlang der Schlittenlaufrichtung gegeneinander versetzt sind.
Linearmotor nach Anspruch 1, bei dem – jeder der Schlittenblöcke über zwei Permanentmagnetgruppen aus jeweils mehreren Permanentmagneten besteht, die an einer Fläche des entsprechenden Schlittenblocks, die dem jeweiligen Stator gegenüber steht, mit einer Anordnung abwechselnder Nord- und Südpolaritäten mit identischer Abfolge entlang einer Schlittenlaufrichtung angebracht sind; und – die Permanentmagnete an gegenüber stehenden Flächen jedes der Schlittenblöcke auf solche Weise angebracht sind, dass Polaritäten der Permanentmagnete, die einem der Statoren zugewandt sind, identisch mit denen sind, die dem anderen der Statoren zugewandt sind.
Linearmotor nach Anspruch 3, bei dem jede der zwei Permanentmagnetgruppen aus drei Paaren aus einem Permanentmagnet mit S-Polarität auf einer dem Stator gegenüber stehenden Seite und einem Permanentmagnet mit N-Polarität auf der dem Stator gegenüber stehenden Seite besteht.