DE10220822A1

DE10220822A1 - Linearmotor

Info

Publication number: DE10220822A1
Application number: DE10220822A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Yajima; Kazuya Tamura; Nobuhiro Fujiwara; Hiroyuki Wakiwaka; Norhisam Misron
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: US6674186B2; DE10220822B4; JP4788986B2; US20020167230A1; KR20020086275A; KR100439076B1; JP2002335666A

Abstract

Eine Vielzahl von Permanentmagneten (2-0, 2-1, 2-3, ...) ist mit festgelegten Teilungen Ðp in einer Längsrichtung in einem Feldjoch (1), das aus einer magnetischen Substanz besteht, so eingebettet, dass benachbarte Magnetpole entgegengesetzte Polaritäten haben. Eine Vielzahl von Elektromagneten (3, 4) mit magnetischen Polteilungen Ðe APPROX (2n + 1)Ðp mit festgelegten Intervallen, wobei n = 0, 1, 2, ..., die an festgelegte Teilungen Ðg APPROX (2s + 1/m)Ðe in Längsrichtung des Feldjoches (1) angeordnet sind, wobei m die Zahl der Erregerphasen ist und s = 1, 2, 3, ..., sind von dem Feldjoch (1) um eine festgelegte Lücke beabstandet, wobei sie dem Feldjoch (1) gegenüberliegen. Das Feldjoch (1) wird durch aufeinanderfolgendes Erregen der Elektromagneten (3, 4) angetrieben (Fig. 1).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor mit Permanent magneten, die in ein Dauermagnetjoch eingebettet sind.

Es sind bereits verschiedene Linearmotoren oder Pulsmotoren, die mit Perma nentmagneten versehen sind, vorgeschlagen worden. Hinsichtlich der Verfahren zum Vorsehen der Permanentmagneten erscheinen die nachfolgenden Linear motoren und Impulsmotoren als repräsentativ.

Ein Linearpulsmotor mit variabler Reluktanz (magnetischer Widerstand) umfasst einen mit einem Eisenkern verbundenen Permanentmagneten, wobei der Per manentmagnet nahe einem oberen Abschnitt des Eisenkernes, der eine Erre gerspule aufweist, angeordnet ist, und eine magnetische Polplatte, die den Per manentmagneten zusammen mit dem Eisenkern umgibt (vgl. die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 63-294 252). Ein anderer Linearpulsmotor mit va riabler Reluktanz umfasst Permanentmagneten, die aufgeteilt angeordnet sind (vgl. japanische Patentoffenlegungsschriften Nr. 2-307 356 und 2-32 750).

Bei allen in den japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 63-294 252, 2-307 356 und 2-32 750 beschriebenen Linearpulsmotoren kann jedoch der Ei senkern nicht miniaturisiert werden, da der Permanentmagnet an der oberer Er regungsseite angeordnet ist.

Ein anderer Linearpulsmotor umfasst erste und zweite Rotoren oder Reaktions platten, die an oberen und unteren Flächen eines Stators angeordnet und me chanisch befestigt sind, wobei die ersten und zweiten Rotoren jeweils einen U-förmigen Kern aufweisen, der in zwei Teile unterteilt ist, um einen Perma nentmagneten dazwischen anzuordnen, sodass der magnetische Fluß von dem einem zu dem anderen Element fließt. Der Kern ist außerdem mit einer Erreger spule umwickelt (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 64-47 258).

Bei dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 64-47 258 beschrie benen Linearpulsmotor ist der Permanentmagnet jedoch an dem Feldjoch vor gesehen und es ist unmöglich, das Feldjoch zu miniaturisieren.

Ein weiterer Linearpulsmotor umfasst einen Permanentmagneten, der an Eisen kernzähnen vorgesehen ist, die an der Erregungsseite eines Rotors angeordnet sind, und einen Schlitz, der an einem nicht-magnetisierten Abschnitt vorgesehen ist. Der Linearpulsmotor umfasst außerdem einen Permanentmagneten, der an Eisenkernzähnen eines Stators vorgesehen ist, und eine Schlitzplatte, die an einem nicht-magnetisierten Bereich einen Schlitz aufweist (japanische Patent offenlegungsschrift Nr. 1-298 945).

Bei dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 1-298 945 beschrie benen Linearpulsmotor kann aber der Eisenkern mit der Schlitzplatte nicht minia turisiert werden.

Ein weiterer Linearpulsmotor umfasst an einem vorderen Ende eines magneti schen Poles, der einen Elektromagneten eines Rotors bildet, einen Permanent magneten, der eine magnetomotorische Kraft (magnetische Spannung) in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung der durch den Elektromagneten erzeugten magnetischen Spannung erzeugt, oder einen Permanentmagneten, der eine magnetische Spannung in einer Richtung parallel zu der durch den Elektro magneten erzeugten magnetischen Spannung erzeugt (japanische Patentoffenle gungsschrift Nr. 2-114 852).

Bei dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 2-114 852 beschriebenen Linearpulsmotor kann jedoch der Elektromagnet nicht miniaturisiert werden, da der Permanentmagnet an dem vorderen Ende des Magnetpoles vorgesehen ist.

Ein anderer Linearpulsmotor umfasst magnetische Polblöcke, die an einem Au ßenumfang in Axialrichtung kleine Zähne aufweisen, Permanentmagneten zum Magnetisieren der magnetischen Polblöcke, um festgelegte magnetische Pole zu erreichen, wobei die magnetischen Polblöcke durch die Permanentmagneten so magnetisiert werden, dass sie zueinander unterschiedliche Magnetisierungen aufweisen. Spitzen der Zähne eines magnetischen Polblockes liegen den Spit zen von Zähnen eines vorstehenden magnetischen Poles eines Stators gegen über, während die Spitzen des anderen magnetischen Polblockes dem Boden von Zähnen des vorstehenden magnetischen Poles des Stators gegenüberlie gen (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 6-197 517).

Bei dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 6-197 517 beschrie benen Linearpulsmotor kann der Linearpulsmotor aufgrund des magnetischen Polblockes aber nicht miniaturisiert werden.

Ein weiterer Linearpulsmotor umfasst einen Rotor mit einem Rotoreisenkern, der eine Vielzahl von kleinen Rotorzähnen aufweist, welche mit gleichem Abstand (Teilung) in Axialrichtung angeordnet sind, wobei sie kleinen Statorzähnen an einer äußeren Umfangsfläche gegenüberliegen. Ein zylindrisches Element aus einem nicht-magnetischen Material ist zwischen einer Welle des Rotors und dem Eisenkern des Rotors vorgesehen (japanische Patentoffenlegungsschriften Nr. 7-170 719 und 8-96 23).

Bei dem in den japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 7-170 719 und 8-96 23 beschriebenen Linearpulsmotoren kann dieser jedoch nicht miniaturisiert werden, weil das zylindrische Element zwischen der Welle des Rotors und dem Eisenkern des Rotors angeordnet ist.

Ein weiterer Linearpulsmotor umfasst einen Permanentmagneten zum Magneti sieren von Rotoreisenkernen, die voneinander um festgelegte axiale Strecken beabstandet sind, in N-magnetische Pole und S-magnetische Pole, wobei eine Rotorwelle aus einem magnetischen oder einem nicht-magnetischen Material besteht. Der Permanentmagnet ist zylindrisch und zwischen dem Rotoreisen kern und der Rotorwelle angeordnet (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 7-288 969).

Bei dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 7-288 969 beschrie benen Linearpulsmotor kann dieser wegen der Gegenwart des Permanent magneten jedoch nicht miniaturisiert werden.

Ein weiterer Linearpulsmotor umfasst Permanentmagneten, die in einer Axial richtung magnetisiert sind, wobei die Permanentmagneten zwischen Rotorker nen angeordnet sind, die voneinander um festgelegte axiale Strecken beabstandet sind (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 8-163 857).

Bei dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 8-163 857 beschrie benen Linearpulsmotor kann dieser wegen der Gegenwart des Permanent magneten jedoch nicht miniaturisiert werden.

Ein anderer Linearpulsmotor umfasst magnetische Poleinheiten als Rotoren, die Zähne aus Permanentmagneten und magnetischen Substanzen aufweisen, wel che mit festgelegter Teilung abwechselnd angeordnet sind und durch eine fest gelegte Lücke relativ zu einer Vielzahl von Erregereinheiten, welche mit Abstän den von 1/8 Teilung angeordnet sind, getrennt werden, um als Stator zu dienen. Eine der Erregereinheiten weist magnetische Pole auf, die zwischen der magne tischen Poleinheit auf beiden Seiten angeordnet sind. Eine magnetische Sub stanz verbindet die magnetischen Pole. Eine Ankerspule ist um die magnetische Substanz gewunden (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-327 571).

Bei dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-327 571 beschrie benen Linearpulsmotor kann dieser wegen des Permanentmagneten jedoch nicht miniaturisiert werden.

Ein weiterer Linearpulsmotor umfasst einen Permanentmagneten, der in einem Rotor mit einer Vielzahl von kleinen Rotorzähnen angeordnet ist, wobei die klei nen Rotorzähne mit Abständen von der Hälfte der Teilung kleiner Statorzähne angeordnet sind, um Paare von Rotorkernen mit dem in einer Axialrichtung magnetisierten Permanentmagneten zwischen einem kleinen Zahn und einem anderen kleinen Zahn zu bilden. Die Paare sind voneinander elektrisch durch eine Lücke oder eine nicht-magnetische Substanz isoliert (japanische Patent offenlegungsschrift Nr. 11-41 905).

Bei dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 11-41 905 beschrie benen Linearpulsmotor kann der Rotor jedoch nicht miniaturisiert werden. Außerdem hat der oben beschriebene Linearpulsmotor mit Permanentmagnet zusätzlich zu der Schwierigkeit bei der Miniaturisierung keine ausreichende Schubkraft.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearmotor mit einfa chem Aufbau vorzuschlagen, der miniaturisiert werden kann und eine ausrei chende Schubkraft aufweist.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Linearmotor vorgesehen, bei dem eine Schubkraft zwischen einem Feldjoch (Dauermagnetjoch) und Elektro magneten durch die Anziehung und Abstoßung auf der Basis von Polaritäten erzeugt wird, die durch magnetische Pole von Permanentmagneten, die mit festgelegter Teilung in dem Feldjoch eingebettet sind, magnetische Pole, die an Feldjochab schnitten zwischen den Permanentmagneten ausgebildet sind, und magneti schen Polen, die an den Elektromagneten durch Magnetisierung ausgebildet sind, verursacht werden, sodass das Feldjoch oder eine Einheit einschließlich der Elektromagneten relativ zueinander angetrieben werden.

Bei dem Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung gelten die folgenden Beziehungen:

τe ≈ (2n+1) τp
τg ≈ (25+1/m) τe

wobei τp für den Abstand der Teilung (Pitch) der Permanentmagneten, die in dem Feldjoch eingebettet sind, τe für die magnetische Polteilung der Elektro magneten, τg für den Abstand der Teilung der Elektromagneten und m für die Zahl der Erregerphase oder -phasen steht, sowie n = 0, 1, 2, 3, . . . und s = 1, 2, 3, . . .

Bei dem Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Permanent magneten mit Teilung τp ≈ τe/(2n+1) in dem Feldjoch eingebettet und die Elektro magneten sind an den Positionen der Teilung τg, d. h. τg = (25+1/m) τe, aus gebildet. In dem Linearmotor werden das Feldjoch oder die Elektromagneten in einer Richtung mit Stufenbreite τe/m angetrieben.

Wird bei dem Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung der elektrische Strom auf eine Spule aufgebracht, die um einen Jochabschnitt zum Verbinden der jeweiligen Beine gewunden ist, können die jeweiligen Beine mit entgegen gesetzten magnetischen Polaritäten polarisiert werden.

Der Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung weist auch folgendes Merkmal auf: Ein Kern des Elektromagneten hat zwei Beine, die durch ein Joch zur Erzeugung magnetischer Pole mit entgegengesetzten magnetischen Polari täten verbunden werden. Ein Draht ist um die jeweiligen Beine in entgegenge setzten Richtungen gewunden, um dadurch eine Differentialspule zu bilden. Die jeweiligen Beine werden durch das Aufbringen von elektrischer Energie auf die Differentialspule mit entgegengesetzten magnetischen Polaritäten magnetisiert.

Bei dem erfindungsgemäßen Linearmotor können die Beine mit entgegenge setzten magnetischen Polaritäten magnetisiert werden, indem die elektrische Energie auf die Differentialspule aufgebracht wird.

In Weiterbildung der Erfindung können die Beine, die an beiden Außenpositio nen des Elektromagneten angeordnet sind, mit entgegengesetzten magneti schen Polaritäten magnetisiert werden, indem elektrischer Strom auf eine Spule aufgebracht wird, die um ein zentrales Bein der drei Beine gewunden wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Anordnung eines Linearmotors gemäß einer Ausführungs form der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2A zeigt die Ursprungsposition in nicht-erregtem Zustand des Linear motors.

Fig. 2B zeigt die Anziehung, die durch das magnetische Feld verursacht wird, welches bei Aufbringen eines elektrischen Stromes auf eine Erreger phase A erzeugt wird.

Fig. 2C zeigt ein Feldmagnetjoch, das durch die Schubkraft, die durch die An ziehung erzeugt wird, welche bei Aufbringen des elektrischen Stromes auf die Erregerphase A verursacht wird, um eine Stufe verschoben ist.

Fig. 3A zeigt den Ursprungszustand in dem nicht-erregten Zustand des Linear motors gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3B zeigt die Anziehung, die durch das magnetische Feld verursacht wird, das bei Aufbringen des elektrischen Stromes auf eine Erregerphase B erzeugt wird.

Fig. 4 zeigt schematisch die gegenseitigen Positionsbeziehungen der Per manentmagneten und die Positionsbeziehungen der Elektromagneten bei dem erfindungsgemäßen Linearmotor.

Fig. 5 zeigt eine Schubkraftcharakteristik relativ zu der Verschiebung in dem Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 zeigt schematisch Charakteristiken zum Vergleich zwischen der Schubkraftcharakteristik des erfindungsgemäßen Linearmotors und der Schubkraftcharakteristik eines herkömmlichen Linearmotors.

Fig. 7 zeigt schematisch eine andere Anordnung des Elektromagneten in dem erfindungsgemäßen Linearmotor.

Fig. 8A zeigt einen Fall, bei dem der erfindungsgemäße Linearmotor einer Zwei-Phasen-Erregung mit Hilfe eines gepulsten Zwei-Phasen- Antriebsstromes (vgl. Fig. 11A und 11B) mit Phasen, die voneinander um 90° abweichen, unterworfen wird, um die Anziehung und die Ab stoßung zu zeigen, die verursacht wird, wenn der Zwei-Phasen- Antriebsstrom in dem "Intervall a" in den Fig. 11A und 11B aufge bracht wird.

Fig. 8B zeigt die Anziehung und die Abstoßung, die verursacht wird, wenn der Zwei-Phasen-Antriebsstrom in dem "Intervall b" in den Fig. 11A und 11B aufgebracht wird.

Fig. 8C zeigt die Anziehung und die Abstoßung, die verursacht wird, wenn der Zwei-Phasen-Antriebsstrom in dem "Intervall c" in den Fig. 11A und 11B aufgebracht wird.

Fig. 9A zeigt den Fall, bei dem der erfindungsgemäße Linearmotor der Zwei- Phasen-Erregung mit Hilfe des gepulsten Zwei-Phasen- Antriebsstromes (vgl. Fig. 11A und 11B) mit um 90° verschobenen Phasen unterworfen wird, um die Anziehung und die Abstoßung zu verdeutlichen, die verursacht wird, wenn der Zwei-Phasen- Antriebsstrom in dem "Intervall d" in den Fig. 11A und 11B aufge bracht wird.

Fig. 9B zeigt die Anziehung und die Abstoßung, die verursacht wird, wenn der Zwei-Phasen-Antriebsstrom in dem "Intervall e" in den Fig. 11A und 11B aufgebracht wird.

Fig. 9C zeigt die Anziehung und die Abstoßung, die verursacht wird, wenn der Zwei-Phasen-Antriebsstrom in dem "Intervall f" in den Fig. 11A und 11B aufgebracht wird.

Fig. 10A zeigt den Fall, bei dem der erfindungsgemäße Linearmotor der Zwei- Phasen-Erregung mit Hilfe des gepulsten Zwei-Phasen- Antriebsstromes (vgl. Fig. 11A und 11B) mit um 90° verschobenen Phasen unterworfen wird, um die Anziehung und die Abstoßung zu zeigen, die verursacht wird, wenn der Zwei-Phasen-Antriebsstrom in dem "Intervall g" in den Fig. 11A und 11B aufgebracht wird.

Fig. 10B zeigt die Anziehung und die Abstoßung, die verursacht wird, wenn der Zwei-Phasen-Antriebsstrom in dem "Intervall h" in den Fig. 11A und 11B aufgebracht wird.

Fig. 11A und 11B zeigen schematisch Wellenformen des Erregerstromes, der verwendet wird, wenn der erfindungsgemäße Linearmotor der Zwei- Phasen-Erregung unterworfen wird.

Fig. 12 zeigt die Schubkräfte, die in den jeweiligen Phasen erzeugt werden, wenn der Linearmotor der Zwei-Phasen-Erregung unterworfen wird.

Fig. 13 zeigt eine Schubkraft relativ zu der Verschiebung in dem erfindungs gemäßen Linearmotor und eine Schubkraft relativ zu einer Verschie bung in einem herkömmlichen Linearmotor mit variabler Reluktanz.

Fig. 14 zeigt die Schubkraft relativ zu der Verschiebung in dem erfindungs gemäßen Linearmotor, die erhalten wird, wenn die Einbettlänge des Permanentmagneten geändert wird.

Fig. 15 zeigt die Normalkraft relativ zu der Verschiebung bei dem erfindungs gemäßen Linearmotor, die erhalten wird, wenn die Einbettlänge des Permanentmagneten geändert wird.

Fig. 16 zeigt die Normalkraft relativ zu der Änderung der Einbettlänge des Permanentmagneten in dem erfindungsgemäßen Linearmotor.

Fig. 17 zeigt die Schubkraft relativ zu der Änderung der Einbettlänge des Permanentmagneten in dem erfindungsgemäßen Linearmotor.

Fig. 18 zeigt das Verhältnis der Schubkraft/Hemmkraft relativ zu der Ände rung der Einbettlänge des Permanentmagneten in dem erfindungs gemäßen Linearmotor.

Fig. 19 zeigt das Verhältnis der Schubkraft/Normalkraft relativ zu der Ände rung der Einbettlänge des Permanentmagneten in dem erfindungs gemäßen Linearmotor.

Fig. 20A zeigt eine Anordnung eines Elektromagneten, der einen Elektro magnetkern mit einem E-förmigen Querschnitt verwendet, in einem erfin dungsgemäßen Linearmotor, wobei keine elektrische Kraft auf eine Spule aufgebracht wird.

Fig. 20B zeigt einen Zustand, in dem eine elektrische Kraft auf die Spule auf gebracht wird.

Fig. 21A zeigt eine Anordnung eines Elektromagneten, der einen Elektro magnetkern mit einem E-förmigen Querschnitt verwendet, wobei die Posi tionsbeziehung zwischen dem Elektromagneten und dem Dauermagnet joch im Vergleich zu der in Fig. 20A gezeigten Anordnung geändert ist, wobei keine elektrische Kraft auf die Spule aufgebracht wird.

Fig. 21B zeigt einen Zustand, bei dem eine elektrische Kraft auf die Spule auf gebracht ist.

Fig. 22 zeigt schematisch eine Anordnung eines Elektromagneten, der einen beispielhaft modifizierten Elektromagnetkern mit einem E-förmigen Querschnitt verwendet, in einem Linearmotor gemäß einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 23 zeigt schematisch eine Anordnung, die verwendet wird, wenn ein er findungsgemäßer Linearmotor einem Drei-Phasen-Antrieb unterwor fen wird.

Fig. 24 zeigt schematisch eine Anordnung, die verwendet wird, wenn ein er findungsgemäßer Linearmotor einem Fünf-Phasen-Antrieb unterwor fen wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines Linearmotors gemäß der vorlie genden Erfindung erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung des Linearmotors 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Der Linearmotor 10 umfasst einen Statorblock 14, welcher auf einem Grundkör per 12 befestigt ist, und ein Feldjoch (Magnetjoch) 1, das durch den Statorblock 14 hindurchtritt und geführt durch eine nichtdargestellte Führung in Richtung des Pfeiles Z verschiebbar ist.

Die Fig. 2A bis 2C und 3A, 3B zeigen schematisch die Anordnung des Line armotors 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.

Das Feldjoch 1 besteht bspw. aus einem laminierten Kern oder einer laminierten Siliziumstahlplatte als magnetischem Material. Ringförmige Permanentmagne ten 2-0, 2-1, 2-2, . . ., 2-n sind in dem Feldjoch 1 mit festgelegten konstanten Ab ständen eingebettet, bspw. mit einer Teilung rp, sodass die Permanentmagne ten 2-0, 2-1, 2-2, . . ., 2-n zusammen mit der Oberfläche des Feldjoches 1 eine Fläche bilden. Der Permanentmagnet 2-(n-1) und der Permanentmagnet 2-n, die nebeneinander liegen, sind mit zueinander entgegengesetzten Polaritäten magnetisiert, bspw. mit NS, SN, NS, SN usw. Daher werden die S magnetischen Pole und die N-magnetischen Pole abwechselnd auf Projektionen des Feldjoches 1, das zwischen den Permanentmagneten angeordnet ist, er zeugt.

Der Linearmotor 10 umfasst einen Elektromagneten 3 mit einem Elektromagnet kern 3-1, der aus einer laminierten Siliziumstahlplatte mit U-förmigem Quer schnitt, die an der Seite des Feldjoches 1 offen ist und dem Feldjoch 1 zuge wandt eine Lücke mit festgelegtem Abstand aufweist, und einer um den Elektro magnetkern 3-1 gewundenen Spule 3-2 besteht, und einen Elektromagneten 4 mit einem Elektromagnetkern 4-1, der aus einer laminierten Siliziumstahlplatte mit U-förmigem Querschnitt, die an der Seite des Feldjoches 1 offen ist und dem Feldjoch 1 zugewandt eine Lücke mit festgelegtem Abstand aufweist, und einer Spule 4-2 besteht, die um den Elektromagnetkern 4-1 gewunden ist.

Mit Bezug auf die Fig. 2A bis 2C und 3A, 3B sind zwei Erregerphasen vor gesehen, um beispielhaft den Fall der Ein-Phasen-Erregung zu erläutern. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Elektromagnet 3 auch als "Erregerphase A" und der Elektromagnet 4 auch als "Erregerphase B" bezeichnet.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind die Teilungen des Permanentmagneten 2-0, 2-1, 2-2, . . ., die in das Feldjoch 1 eingebettet sind, auf τp gesetzt. Die Teilung zwischen Beinen des Elektromagnetkernes 3-1, d. h. die magnetische Polteilung als Abstand zwischen den mittleren Positionen der magnetischen Pole, die an den Beinen des Elektromagnetkernes 3-1 durch die Magnetisierung erzeugt werden, die durch Erregen des Elektromagneten 3 verursacht wird, und die Tei lung zwischen den Beinen des Elektromagnetkernes 4-1, d. h. die magnetische Polteilung als dem Abstand zwischen zentralen Positionen der magnetischen Pole, die an den Beinen des Elektromagnetkernes 4-1 durch die Magnetisierung erzeugt werden, die durch Erregen des Elektromagneten 4 verursacht wird, ist auf τe gesetzt. Es ergibt sich die nachfolgende Beziehung zwischen der magne tischen Polteilung τe und der Teilung τp zwischen den Permanentmagneten.

τe ≈(2n+1) τp (1)

In der Gleichung gilt, n = 0, 1, 2, 3, . . .. Der Ausdruck "≈" bedeutet, dass auch solche Fälle erfasst werden, bei denen eine gewisse Abweichung auftritt, um die Fluktuationen der Schubkraft zu unterdrücken.

Im Gegensatz dazu wird die Teilung τg zwischen dem Elektromagneten 3 und dem Elektromagneten 4 wie folgt eingestellt:

τg = (2s+1/m) τe (2)

In der Gleichung gilt s = 1, 2, 3, . . .; m bezeichnet die Zahl der Erregungsphase oder -phasen.

Der Abstand τd zwischen dem Elektromagneten 3 und dem benachbarten Elektro magneten 4 begibt sich unter der Voraussetzung, dass die Breite des Beines des Elektromagnetkernes gleich τe/m ist, wie folgt: τd = τe gilt, wenn die Zahl der Phasen m = 2; τd = 2τe/3 gilt, wenn die Zahl der Phasen m = 3; τd = 2τe/5 gilt, wenn die Zahl der Phasen m = 5.

Der Abstand τd zwischen dem Elektromagneten 3 und dem benachbarten Elektro magneten 4 ergibt sich unter der Vorraussetzung, dass die Breite des Beines des Elektromagnetkernes gleich τe/2 wie folgt: τd = τe gilt, wenn die Zahl der Phasen m = 2; τd = 5τe/6 gilt, wenn die Zahl der Phasen m = 3; und τd = 7τe/10, wenn die Zahl der Phasen m = 5.

Wie in Fig. 2A gezeigt ist, wird angenommen, dass an der Ursprungsposition, an welcher die Elektromagneten 3, 4 nicht erregt sind, die Beine des Elektro magneten 3 etwa dem Permanentmagneten 2-1 und dem Permanentmagneten 2-2 gegenüberliegen, dass ein Bein des Elektromagneten 4 etwa dem Magnet jochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-3 und dem Permanentmag neten 2-4 gegenüberliegt, und dass das andere Bein des Elektromagneten 4 etwa dem Magnetjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-4 und dem Permanentmagneten 2-5 gegenüberliegt.

Das Magnetfeld ϕp wird in der Richtung von dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-1 und dem Permanentmagneten 2-2 über ein Bein des Elektromagnetkernes 3-1 zu dem S-Magnetpol des Permanentmagneten 2-1 erzeugt. Das magnetische Feld ϕp wird in der Richtung von dem Feldjoch bereich zwischen dem Permanentmagneten 2-1 und dem Permanentmagneten 2-2 über das andere Bein des Elektromagnetkernes 3-1 zu dem S-Magnetpol des Permanentmagneten 2-2 erzeugt. Das Magnetfeld ϕp wird in der Richtung von dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-3 und dem Permanentmagneten 2-4 zu dem S-Magnetpol des Permanentmagneten 2-4 über den Elektromagnetkern 4-1 erzeugt.

Ausgehend von dem in Fig. 2A gezeigten Zustand, bei dem die Erregerphase A in der Ursprungsposition ist, wird die elektrische Energie auf die Spule 3-2 auf gebracht, d. h. die Erregerphase A in der in Fig. 2B gezeigten Richtung. Der Elektromagnet 3 wird durch Aufbringen der elektrischen Energie magnetisiert und das magnetische Feld ϕc wird in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn er zeugt. Die Anziehung wird zwischen einem Bein des Elektromagnetkernes 3-1 und dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-0 und dem Permanentmagneten 2-1 ausgeübt. Die Anziehung wird ferner zwischen dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 3-1 und dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-1 und dem Permanentmagneten 2-2 ausgeübt. Da durch wird die Schubkraft erzeugt.

Die Anziehung, die durch Erregung der Erregerphase A in der oben beschriebe nen Weise verursacht wird, erlaubt es dem Feldjoch 1, sich nach rechts um eine Stufenbreite, die durch τe/m festgelegt wird, zu bewegen, wie es in Fig. 2C ge zeigt ist. Anschließend wird die Erregung einmal angehalten. Wie in Fig. 3A ge zeigt ist, besteht dieser Zustand in der Vervollständigung der Aufbringung der elektrischen Energie auf die Erregerphase A, d. h. dem Zustand der Ursprungs position der Erregerphase B. Dieser Zustand kann durch Analogie zu dem Fall der Ursprungsposition der Erregerphase A leicht abgeschätzt werden. Sie ist die gleiche wie in dem Fall der Ursprungsposition der Erregerphase A.

Die Erregerphase B wird anschließend an die Ursprungsposition der Erreger phase B gemäß Fig. 3A erregt. Ausgehend von dem Zustand, in welchem die Erregerphase B in der Ursprungsposition ist, wird die elektrische Energie auf die Spule 2 aufgebracht, d. h. die Erregerphase B in der Richtung gemäß Fig. 3B. Das magnetische Feld ϕc wird in der Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeiger sinn in dem Elektromagnetkern 4-1 durch die elektrische Energie erzeugt. Die Anziehung wird zwischen einem Bein des Elektromagnetkernes 4-1 und dem Feldjochbereich zwischen den Permanentmagneten 2-2 und dem Permanent magneten 2-3 ausgeübt. Die Anziehung wird außerdem zwischen dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 4-1 und dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-3 und dem Permanentmagneten 2-4 ausgeübt. Dadurch wird Schubkraft erzeugt. Anschließend wird das Feldjoch 1 um eine Stufen breite, die durch τe/m festgelegt wird, nach rechts bewegt.

Die Schubkraft wird in dem Linearmotor 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben erzeugt, sodass das Feldjoch 1 angetrieben wird.

Bei diesem Vorgang wird die Schubkraft relativ zu der in dem Feldjoch 1 erzeug ten Verschiebung durch eine durchgezogene Linie in Fig. 5 dargestellt. Die Hemmkraft wird durch die gestrichelte Linie in Fig. 5 dargestellt.

Die Beziehung zwischen der magnetischen Spannung, die durch den Elektro magneten verursacht wird, und der Schubkraft wurde untersucht, um den Fall des Linearmotors 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, den Fall eines Hybrid linearmotors und den Fall eines Linearmotors mit variabler Reluktanz zu verglei chen. Die Resultate ergeben sich aus Fig. 6. In Fig. 6 ist der Fall des Linearmo tors 10 gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine durchgezogene Linie dar gestellt. Der Fall des Hybrid-Linearmotors ist durch eine gestrichelte Linie darge stellt, während der Fall des Linearmotors mit variabler Reluktanz durch eine Strich-Punkt-Linie dargestellt ist.

Wie oben beschrieben wurde, sind bei dem Linearmotor 10 gemäß der vorlie genden Erfindung die Permanentmagneten in das Feldjoch 1 eingebettet. Hier durch werden folgende Vorteile erreicht:

a) Die Richtung der Schubkräfte, die an den Beinen der Elektromagnetkerne 3-1, 4-1 der Elektromagneten 3, 4 erzeugt werden, kann ausgerichtet oder ver einheitlicht werden. Es ist möglich, eine Schubkraft zu erreichen, die etwa zwei mal so groß ist wie die des herkömmlichen Linearmotors mit variabler Reluktanz oder des Hybridlinearmotors.
b) Wenn die Permanentmagneten in das Feldjoch 1 eingebettet sind, kann die Reluktanzkraft, d. h. die Schubkraft des Linearmotors mit variabler Reluk tanz, auch zusätzlich zu der Kraft auf der Basis der Fleming'schen Regel als Schubkraft des Gleichstrommotors erzeugt werden. Die Kräfte wirken, um bei der kompakten Größe des Linearmotors 10 gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem herkömmlichen Linearmotor eine große Schubkraft zu er zeugen.
c) Die Elektromagneten 3, 4 werden hintereinander auf der Basis der Zahl der Erregerphasen angeordnet, sodass der Magnetkreis des Elektromagneten unabhängig von jeder einzelnen Phase ist. Dadurch ist es beispielsweise mög lich, eine Vielzahl von Erregerverfahren, wie eine Ein-Phasen-Erregung oder die 1/2-Phasen-Erregung einzusetzen. Außerdem ist es nicht notwendig, ein Joch für die magnetische Kopplung der jeweiligen Phasen vorzusehen. Dadurch ist es möglich, eine kompakte Größe zu erreichen.

Die oben beschriebene Ausführungsform verdeutlicht den Fall, bei dem das Feldjoch 1 bewegt wird. Es ist jedoch auch möglich, irgendeine Einheit mit den Elektromagneten 3, 4 zu bewegen.

Anstelle der in Fig. 4 für die Elektromagneten 3, 4 gezeigten Anordnung kann auch eine in Fig. 7 gezeigte Anordnung verwendet werden. Hierbei wird eine Spule 3-2a (4-2a) um ein Bein des Elektromagnetkernes 3-1 (4-1) gewunden, eine Spule 3-2b (4-2b) wird um das andere Bein des Elektromagnetkernes 3-1 (4-1) gewunden und beide Spulen 3-2a (4-2a), 3-2b (4-2b) werden in Reihe ge schaltet, um eine Differentialspule 3-2c (4-2c) zu bilden. Wenn die Elektroener gie auf die Differentialspule 3-2c (4-2c) aufgebracht wird, werden ein Bein des Elektromagnetkernes 3-1 (4-1) und das andere Bein des Elektromagnetkernes 3-1 (4-1) mit einander entgegengesetzter magnetischer Polarität magnetisiert.

Nachfolgend wird mit Bezug auf die Fig. 8 bis 10 der Zwei-Phasen-Antrieb erläutert.

In den Fig. 8A bis 10B bezeichnen die Pfeile, die in den Lücken zwischen dem Feldjoch 1 und den Elektromagneten 3, 4 dargestellt sind, die Richtung der Erzeugung der Schubkraft. Die Pfeile, die nach oben gerichtet sind, bezeichnen die Anziehung, während die Pfeile, die nach unten gerichtet sind, die Abstoßung bezeichnen.

Die Anordnung, die beim Zwei-Phasen-Antrieb verwendet wird, ist im Wesent lichen die gleiche wie die in den Fig. 2A bis 2C gezeigte. Ein zweiphasiger Strom mit Phasen, die zueinander um 90° verschoben sind, fließt durch die Er regerphase A und die Erregerphase B, um die Elektromagneten 3 bzw. 4 zu er regen. Bei dieser Ausführungsform wird angenommen, dass der durch die Erre gerphasen A, B fließende Strom ein konstanter Strom auf einem konstanten Ni veau ist. D. h., dass die Ströme α, β, die durch die Erregerphasen A, B fließen, rechteckige Wellen mit zueinander um 90° verschobenen Phasen sind (vgl. Fig. 11A, 11B).

In der nachfolgenden Beschreibung werden, wie in den Fig. 11A und 11B gezeigt, die Phasen des Erregerstromes alle 45° unterteilt, um entsprechende Stromintervalle a, b, c, d, e, f, g, h zu erzeugen, die den Fig. 8A, 8B, 8C, 9A, 9B, 9C, 10A bzw. 10B entsprechen. Eine Erläuterung wird auf der Basis der Fig. 8A, 8B, 8C, 9A, 9B, 9C, 10A, 10B gegeben.

In dem Stromintervall a, wie es in Fig. 8A gezeigt ist, wird der Elektromagnet kern 3-1 magnetisiert, um das Magnetfeld ϕca durch Aufbringen der Elektro energie auf die Erregerphase A zu erzeugen, und der Elektromagnetkern 4-1 wird magnetisiert, um das Magnetfeld ϕcb durch Aufbringen der Elektroenergie auf die Erregerphase B zu erzeugen.

Dadurch wird der N-magnetische Pol an einem Bein des Elektromagnetkernes 3-1 generiert, während der S-magnetische Pol an dem anderen Bein des Elektro magnetkernes 3-1 generiert wird. Die Anziehung wird zwischen dem Feld jochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-0 und dem Permanent magneten 2-1 und einem Bein des Elektromagnetkernes 3-1 sowie zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-1 und dem Permanent magneten 2-2 und dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 3-1 erzeugt. Die Abstoßung wird zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanent magneten 2-1 und dem Permanentmagneten 2-2 und einem Bein des Elektromagnet kernes 3-1 sowie zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanent magneten 2-2 und dem Permanentmagneten 2-3 und dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 3-1 erzeugt.

Gleichzeitig wird der N-magnetische Pol an einem Bein des Elektromagnetker nes 4-1 und der S-magnetische Pol an dem anderen Bein des Elektromagnet kernes 4-1 generiert. Die Abstoßung wird zwischen dem Feldjochbereich zwi schen dem Permanentmagneten 2-3 und dem Permanentmagneten 2-4 und ei nem Bein des Elektromagnetkernes 4-1 sowie zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-4 und dem Permanentmagneten 2-5 und dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 4-1 erzeugt.

Als Folge hiervon wird das Feldjoch 1 bewegt, um einen in Fig. 8B gezeigten Zustand zu erreichen.

In dem Stromintervall b, wie es in Fig. 8B gezeigt ist, wird der Elektromagnet kern 3-1 magnetisiert, um das Magnetfeld ϕca durch Aufbringen der Elektro energie auf die Erregerphase A zu erzeugen, und der Elektromagnetkern 4-1 wird magnetisiert, um das Magnetfeld ϕcb durch Aufbringen der Elektroenergie auf die Erregerphase B zu erzeugen.

Dadurch wird der N-magnetische Pol an einem Bein des Elektromagnetkernes 3-1 und der S-magnetische Pol an dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 3-1 generiert. Die Anziehung wird zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-0 und dem Permanentmagneten 2-1 und einem Bein des Elektromagnetkernes 3-1 sowie zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-1 und dem Permanentmagneten 2-2 und dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 3-1 erzeugt. Die Abstoßung wird zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-1 und dem Permanent magneten 2-2 und einem Ende des Elektromagnetkernes 3-1 sowie zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-2 und dem Perma nentmagneten 2-3 und dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 3-1 er zeugt.

Gleichzeitig wird der N-magnetische Pol an einem Bein des Elektromagnetker nes 4-1 und der S-magnetische Pol an dem anderen Bein des Elektromagnet kernes 4-1 generiert. Die Anziehung wird zwischen dem Feldjochbereich zwi schen dem Permanentmagneten 2-2 und dem Permanentmagneten 2-3 und ei nem Bein des Elektromagnetkernes 4-1 sowie zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-3 und dem Permanentmagneten 2-4 und dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 4-1 erzeugt. Die Abstoßung wird zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-3 und dem Permanentmagneten 2-4 und einem Ende des Elektromagnetkernes 4-1 sowie zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-4 und dem Permanentmagneten 2-5 und dem anderen Bein des Elektromagnet kernes 4-1 erzeugt.

Als Folge hiervon wird das Feldjoch 1 einmal angehalten, wie es in Fig. 8C ge zeigt ist. Das Feldjoch 1 wird von dem in Fig. 8A gezeigten Zustand über den in Fig. 8B gezeigten Zustand um eine Stufenbreite, die durch τe/m festgelegt wird, nach rechts zu dem in Fig. 8C gezeigten Zustand bewegt.

In dem Stromintervall c, wie es in Fig. 8C dargestellt ist, wird der Elektro magnetkern 3-1 des Elektromagneten 3 durch Aufbringen der Elektroenergie auf die Erregerphase A in einer dem in Fig. 8A gezeigten Fall entgegengesetzten Rich tung mit entgegengesetzter Polarität magnetisiert, um das Magnetfeld ϕca zu erzeugen, während der Elektromagnetkern 4-1 durch Aufbringen der Elektro energie auf die Erregerphase B magnetisiert wird, um das Magnetfeld ϕcb zu erzeugen.

Dadurch wird der S-magnetische Pol an einem Bein des Elektromagnetkernes 3-1 und der N-magnetische Pol an dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 3-1 generiert. Die Abstoßung wird zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-0 und dem Permanentmagneten 2-1 an einem Bein des Elektromagnetkernes 3-1 und zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-1 und dem Permanentmagneten 2-2 und dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 3-1 erzeugt.

Gleichzeitig wird der N-magnetische Pol an einem Bein des Elektromagnetker nes 4-1 und der S-magnetische Pol an dem anderen Bein des Elektromagnet kernes 4-1 generiert. Die Anziehung wird zwischen dem Feldjochbereich zwi schen dem Permanentmagneten 2-2 und dem Permanentmagneten 2-3 und ei nem Bein des Elektromagnetkernes 4-1 sowie zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-3 und dem Permanentmagneten 2-4 und dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 4-1 erzeugt. Die Abstoßung wird zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-3 und dem Permanentmagneten 2-4 und einem Bein des Elektromagnetkernes 4-1 sowie zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-4 und dem Permanentmagneten 2-5 und dem anderen Bein des Elektromagnet kernes 4-1 erzeugt.

Als Folge hiervon wird das Feldjoch 1 bewegt, um den in Fig. 9A gezeigten Zu stand zu erreichen.

In dem Stromintervall d, wie es in Fig. 9A gezeigt ist, wird der Elektromagnet kern 3-1 durch Aufbringen der Elektroenergie auf die Erregerphase A in der Richtung entgegengesetzt zu der des in Fig. 8A gezeigten Falles, magnetisiert, um das Magnetfeld ϕca zu erzeugen. Der Elektromagnetkern 4-1 wird durch Aufbringen der Elektroenergie auf die Erregerphase B magnetisiert, um das Magnetfeld ϕcb zu erzeugen.

Dadurch wird der S-magnetische Pol an einem Bein des Elektromagnetkernes 3-1 und der N-magnetische Pol an dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 3-1 generiert. Die Anziehung wird zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-(-1) und dem Permanentmagneten 2-0 und einem Bein des Elektromagnetkernes 3-1 sowie zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-0 und dem Permanentmagneten 2-1 und dem an deren Bein des Elektromagnetkernes 3-1 erzeugt. Die Abstoßung wird zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-0 und dem Perma nentmagneten 2-1 und einem Bein des Elektromagnetkernes 3-1 sowie zwi schen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-1 und dem Permanentmagneten 2-2 und dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 3-1 erzeugt.

Als Folge hiervon wird das Feldjoch 1 bewegt, um anzuhalten, wie es in Fig. 9B gezeigt ist. Das Feldjoch 1 wird von dem in Fig. 8C gezeigten Zustand über den in Fig. 9A gezeigten Zustand um eine Stufenbreite, die durch τe/m festgelegt wird, nach rechts zu dem in Fig. 9B gezeigten Zustand bewegt.

In dem Stromintervall e, wie es in Fig. 9B gezeigt ist, wird der Elektromagnet kern 3-1 durch Aufbringen der Elektroenergie auf die Erregerphase A in der Richtung entgegengesetzt zu der des in Fig. 8A gezeigten Falles magnetisiert, um das Magnetfeld ϕca zu erzeugen. Der Elektromagnetkern 4-1 wird durch Aufbringen der Elektroenergie auf die Erregerphase B in der Richtung entge gengesetzt zu der des in Fig. 8A gezeigten Falles magnetisiert, um das Magnet feld ϕcb zu erzeugen.

Gleichzeitig wird der S-magnetische Pol an einem Bein des Elektromagnetker nes 4-1 und der N-magnetische Pol an dem anderen Bein des Elektromagnet kernes 4-1 generiert. Die Abstoßung wird zwischen dem Feldjochbereich zwi schen dem Permanentmagneten 2-2 und dem Permanentmagneten 2-3 und ei nem Bein des Elektromagnetkernes 4-1 sowie zwischen dem Feldjochbereich zwischen dem Permanentmagneten 2-3 und dem Permanentmagneten 2-4 und dem anderen Bein des Elektromagnetkernes 4-1 erzeugt.

Als Folge hiervon wird das Feldjoch 1 bewegt, um einen in Fig. 9C gezeigten Zustand zu erreichen.

Der Vorgang wird auch für die Stromintervalle f, g, h durchgeführt, wie es in den Fig. 9C, 10A und 10B gezeigt ist. Die Funktion in diesen Fällen kann durch Analogie von den Funktionen in den Stromintervallen a, b, c, d, e leicht abgelei tet werden.

Wenn der Antrieb mit Hilfe der in den Fig. 8A bis 10B gezeigten Zwei- Phasen-Erregung durchgeführt wird, ist die Schubkraft, die durch jede Phase erzeugt wird, wie in Fig. 12 gezeigt.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ebenfalls ergibt, kann der Linearmotor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mit Hilfe des Ein-Phasen-Antriebs und des Zwei-Phasen-Antriebs angetrieben werden (vgl. Fig. 3A bis 3B bzw. 8A bis 10B).

Wenn die Schubkraftcharakteristik relativ zu der Verschiebung des Linearmotors 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Schubkraftcharakteristik relativ zu der Verschiebung des Linearmotors mit variabler Reluktanz verglichen wird, er gibt sich das in Fig. 13 gezeigte Ergebnis. Die Schubkraftcharakteristik relativ zu der Verschiebung des Linearmotors 10 gemäß der vorliegenden Erfindung war bei weitem zufriedenstellend. In Fig. 13 bezeichnet die durchgezogene Linie die Schubkraft relativ zu der Verschiebung des Linearmotors 10 gemäß der vorlie genden Erfindung, während die gestrichelte Linie die Schubkraft relativ zu der Verschiebung des Linearmotors mit variabler Reluktanz darstellt.

Die Schubkraftcharakteristik relativ zu der Verschiebung des Linearmotors 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, die erhalten wird, wenn die Einbettlänge des in das Feldjoch 1 eingebetteten Permanentmagneten (dieser Begriff wird als "Einbettlänge des Permanentmagneten" bezeichnet, obwohl die Einbettlänge des Permanentmagneten auch die Einbetttiefe ist, da der Permanentmagnet so eingebettet ist, dass sich die gleiche Oberfläche ergibt wie die Oberfläche des Feldjoches 1) geändert wird, wie es in Fig. 14 gezeigt ist. In Fig. 14 bezeichnet die durchgezogene Linie einen Fall, bei dem die Einbettlänge des in das Feld joch 1 eingebetteten Permanentmagneten bspw. 2,5 mm beträgt. Die gestrichel te Linie bezeichnet einen Fall, bei dem die Einbettlänge des in das Feldjoch 1 eingebetteten Permanentmagneten bspw. 1,0 mm beträgt. Es ergibt sich jedoch die Tendenz, dass eine Sättigung erreicht wird, wenn die Einbettlänge des Per manentmagneten nicht weniger als 3 mm ist.

Die Normalkraft (Anziehungskraft zwischen dem Feldjoch 1 und dem Elektro magnetkern 3-1, 4-1) relativ zu der Verschiebung des Feldjoches 1 des Linear motors 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 15 dargestellt. In Fig. 15 bezeichnet die durchgezogene Linie einen Fall, bei dem die Einbettlänge des in das Feldjoch 1 eingebetteten Permanentmagneten bspw. 2,5 mm beträgt. Die durchgezogene Linie c bezeichnet einen Fall, bei dem die Einbettlänge des in das Feldjoch 1 eingebetteten Permanentmagneten bspw. 1,0 mm beträgt. Die gestrichelten Linien b, d zeigen entsprechend die Normalkräfte, die erhalten werden, wenn keine Elektroenergie auf die Spule aufgebracht wird.

Die Normalkraftcharakteristik, die erhalten wird, wenn die Einbettlänge des in das Feldjoch 1 eingebetteten Permanentmagneten bei dem Linearmotor 10 ge mäß der vorliegenden Erfindung geändert wird, ergibt sich aus Fig. 16.

Die Schubkraftcharakteristik und die Hemmkraftcharakteristik, die erreicht wer den, wenn die Einbettlänge des in das Feldjoch 1 eingebetteten Permanent magneten bei dem Linearmotor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung geändert wird, ergibt sich aus Fig. 17. In Fig. 17 bezeichnet die durchgezogene Linie die Schubkraft, während die gestrichelte Linie die Hemmkraft zeigt.

Das Verhältnis von Schubkraft zu Hemmkraft, dass erreicht wird, wenn die Ein bettlänge des in das Feldjoch 1 eingebetteten Permanentmagneten bei dem Li nearmotor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung geändert wird, ergibt sich aus Fig. 18.

Das Verhältnis von Schubkraft zu Normalkraft, das erhalten wird, wenn die Ein bettlänge des in das Feldjoch 1 eingebetteten Permanentmagneten bei dem Li nearmotor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung geändert wird, ergibt sich aus Fig. 19.

Entsprechend den oben beschriebenen Charakteristiken existiert eine geeignete Länge für die Einbettlänge des in das Feldjoch 1 eingebetteten Permanentmag neten, die durch das Verhältnis bspw. für das Material des Feldjoches 1, das Material des Permanentmagneten und das Material des Elektromagnetkernes bestimmt wird.

Für die Elektromagnetkerne 3-1, 4-1 der Elektromagneten 3, 4 des Linearmotors 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen die Fig. 2A bis 3B und 8A bis 10B den Fall, in dem der Querschnitt U-förmig ist. Anstelle des Elektromagnet kernes 3-1 (4-1) kann aber auch ein Elektromagnetkern 3-5 (4-5) mit einem E-förmigen Querschnitt verwendet werden, d. h., der elektromagnetische Kern 3-5 (4-5) kann drei Beine haben, wobei eine Spule 3-2 (4-2) um das mittlere Bein 3-6 (4-6) gewunden ist.

Beispielhafte Anordnungen sind in den Fig. 20A bis 22 zusammen mit Teilen der Permanentmagnete dargestellt.

Fig. 20A zeigt einen Zustand, bei dem die jeweiligen Positionen der beiden äu ßeren Beine 3-7 (4-7), 3-8 (4-8) und des mittleren Beines 3-6 (4-6) des Elektro magnetkernes 3-5 (4-5) etwa gegenüber den Positionen der Permanentmagne ten liegen und keine Elektroenergie auf die Spule 3-2 (4-2) aufgebracht wird.

Fig. 20B zeigt einen Zustand, bei dem in der in Fig. 20A gezeigten Anordnung Elektroenergie auf die Spule 3-2 (4-2) aufgebracht wird. Die S-magnetischen Pole werden durch die Magnetisierung mit Hilfe der Elektroenergie an den bei den äußeren Beinen 3-7 (4-7), 3-8 (4-8) des Elektromagnetkernes 3-5 (4-5) er zeugt, während der N-magnetische Pol an dem mittleren Bein 3-6 (4-6) erzeugt wird. Die Anziehung und die Abstoßung, die durch die Pfeile angedeutet wer den, werden zwischen den Beinen und den Feldjochbereichen zwischen den Permanentmagneten erzeugt.

Fig. 21A zeigt einen Zustand, bei dem die beiden äußeren Beine 3-7 (4-7), 3-8 (4-8) und das mittlere Bein 3-6 (4-6) des Elektromagnetkernes 3-5 (4-5) etwa gegenüber den Feldjochabschnitten zwischen den benachbarten Permanent magneten liegen und keine Elektroenergie auf die Spule 3-2 (4-2) aufgebracht wird.

Fig. 21B zeigt bei der Anordnung gemäß Fig. 21 A einen Zustand, in dem die Elektroenergie auf die Spule 3-2 (4-2) aufgebracht wird. Die S-magnetischen Pole werden durch die Magnetisierung mit Hilfe der Elektroenergie an den bei den äußeren Beinen 3-7 (4-7), 3-8 (4-8) des Elektromagnetkernes 3-5 (4-5) ge neriert, während der N-magnetische Pol an dem mittleren Bein 3-6 (4-6) gene riert wird. Lediglich die durch die Pfeile angedeutete Abstoßung wird zwischen den Beinen und den Bereichen des Feldjoches 1 zwischen den Permanentmag neten erzeugt.

Fig. 22 zeigt eine beispielhafte modifizierte Ausführungsform des Elektro magnetkernes mit E-förmigem Querschnitt.

Der Elektromagnetkern gemäß Fig. 22 ist wie folgt aufgebaut: Der Elektro magnetkern weist ein Paar von Beinen 3-11, 3-12 und ein Paar von Beinen 3-13, 3-14 auf, die miteinander über ein Joch verbunden sind. Die Beine 3-11, 3-12 ha ben eine magnetische Polteilung, die etwa die gleiche ist wie die Teilung der Permanentmagneten. Die Beine 3-13, 3-14 haben eine magnetische Polteilung, die etwa die gleiche ist wie die Teilung der Permanentmagneten. Die magneti sche Polteilung der Beine 3-12, 3-13 entspricht dem Abstand, der etwa zwei mal so groß ist wie die Teilung der Permanentmagneten.

Wenn der Elektromagnetkern, wie in Fig. 22 dargestellt, aufgebaut ist, werden die Anziehung und die Abstoßung zwischen den Beinen des Elektromagnetker nes und dem Feldjoch 1 erzeugt, wenn die Elektroenergie aufgebracht wird. Re lativ zu der magnetischen Polteilung kann ein großes Spulenvolumen erhalten werden. Somit ist es möglich, eine große Schubkraft zu erreichen.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 23 ein Linearmotor mit Drei-Phasen-Antrieb erläutert:
Bei dieser Anordnung sind die Permanentmagneten 2-1, 2-2, 2-3, . . . in dem Feldjoch 1 mit der Teilung τp gemäß der oben beschriebenen Gleichungen (1) und (2) eingebettet. Die Teilung zwischen den elektromagnetischen Polen be trägt τe, die Teilung zwischen den Elektromagneten beträgt τg und die Breite des Beines des Elektromagnetkernes ist τe/2. Die drei Elektromagneten 3, 4, 5, die voneinander um den Abstand τd = 5τe/6 beabstandet sind, bilden die Erre gerphase A, die Erregerphase B und die Erregerphase C zu bilden, sodass die Erregerphase A, die Erregerphase B und die Erregerphase C dem Drei-Phasen- Antrieb unterworfen werden.

In Fig. 23 bezeichnen die Bezugszeichen 3-1, 4-1, 5-1 die Elektromagnetkerne und die Bezugszeichen 3-2, 4-2, 5-2 die Spulen.

Die Funktion des Drei-Phasen-Antriebs ist die gleiche wie bei dem Zwei- Phasen-Antrieb, wobei eine große Schubkraft erreicht wird.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 24 der Fünf-Phasen-Antrieb erläutert:
Bei dieser Anordnung sind die Permanentmagneten 2-1, 2-2, 2-3, . . . in dem Feldjoch 1 mit der Teilung τp gemäß den oben beschriebenen Gleichungen (1) und (2) eingebettet. Die Teilung zwischen den Elektromagnetpolen beträgt τe, die Teilung zwischen den Elektromagneten beträgt τe und die Breite des Beines des Elektromagnetkernes ist τe/2. Die fünf Elektromagneten 3, 4, 5, 6, 7, die voneinander um den Abstand τd = 7τe/10 beabstandet sind, bilden die Erreger phase A, die Erregerphase B, die Erregerphase C, die Erregerphase D und die Erregerphase E zur Durchführung des Fünf-Phasen-Antriebes.

In Fig. 24 bezeichnen die Bezugszeichen 3-1, 4-1, 5-1, 6-1, 7-1 die Elektro magnetkerne und die Bezugszeichen 3-2, 4-2, 5-2, 6-2, 7-2 die Spulen.

Die Funktion des Fünf-Phasen-Antriebs ist ebenfalls die gleiche wie bei dem Zwei-Phasen-Antrieb und dem Drei-Phasen-Antrieb, wobei eine große Schub kraft erreicht wird.

Claims

1. Linearmotor mit:
einer Vielzahl von Permanentmagneten (2-0, 2-1, 2-3, . . .), die mit festgelegten Teilungen τp in Längsrichtung in einem aus einer magnetischen Substanz be stehenden Feldjoch (1) eingebettet sind, und
einer Vielzahl von Elektromagneten (3, 4, 5, . . .), die magnetische Polteilungen τe ≈ (2n+1)τp aufweisen, die an Teilungen τg = (2s+1/m)τe in Längsrichtung des Feldjoches (1) vorgesehen sind, und die von dem Feldjoch (1) um eine festge legte Lücke beabstandet sind, wobei sie dem Feldjoch (1) gegenüberliegen, wo bei die Zahl der Erregerphase oder -phasen = m, n = 0, 1, 2, 3, . . . und s = 1, 2, 3, . . ., wobei
die Permanentmagneten, die nebeneinander angeordnet sind, mit einander ent gegengesetzten Polaritäten magnetisiert sind.

2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kern des Elektromagneten zwei Beine hat, die über ein Joch verbunden sind, um magnetische Pole mit entgegengesetzter magnetischer Polarität zu erzeugen, und dass eine Spule um einen Jochbereich zum Verbinden der jeweiligen Beine gewunden ist.

3. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kern des Elektromagneten zwei Beine hat, die über ein Joch verbunden sind, um magnetische Pole mit entgegengesetzter magnetischer Polarität zu erzeugen, dass ein Draht um die jeweiligen Beine in entgegengesetzten Richtungen ge wunden ist, um dadurch eine Differentialspule (3-2c) zu bilden, und dass die jeweiligen Beine durch Aufbringen von Elektroenergie auf die Differentialspule (3-2c) so magnetisiert sind, dass sie entgegengesetzte Polaritäten aufweisen.

4. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kern des Elektromagneten drei Beine mit einer um das mittlere Bein gewundenen Spule (3-2, 4-2) aufweist, und dass die Beine, die an den beiden äußeren Posi tionen so angeordnet sind, dass das mittlere Bein dazwischen liegt, durch Auf bringen von Elektroenergie auf die Spule (3-2, 4-2) mit entgegengesetzten magnetischen Polaritäten magnetisiert sind.