DE10231190A1 - Linearmotor - Google Patents

Abstract

Eine Linearmotoranordnung umfasst gegenüberliegende erste und zweite Magnetanordnungen; ein längliches erstes Joch, das angepasst ist, um die erste Magnetanordnung aufzunehmen; ein längliches zweites Joch, das angepasst ist, um die zweite Magnetanordnung aufzunehmen; und eine Zwischenmagnetanordnung, die zwischen dem länglichen ersten Joch und dem länglichen zweiten Joch positioniert ist, wobei die erste Magnetanordnung, die zweite Magnetanordnung und die Zwischenmagnetanordnung angepasst sind, um die erste und die zweite Spule auf beiden Seiten der Zwischenmagnetanordnung ohne einen Zwischenraum zwischen denselben verschiebbar aufzunehmen.

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor.
• Linearmotoren bieten viele Vorteile, wie z. B. eine sehr hohe Beschleunigung (bis zu 10 g) und eine Positionierungsgenauigkeit im Sub-Mikrometerbereich, und können für neue Maschinen oder Aufrüstungen ideal sein. Andere Vorteile umfassen das Besitzen von lediglich einem beweglichen Teil, was zu einer Einfachheit und Zuverlässigkeit ohne Spiel und ohne hohe Steifigkeit bzw. Schwergängigkeit führt. Ein Betrieb ohne Berührung reduziert ferner den Verschleiß, was zu einer langen Lebensdauer und einer Reduzierung der Wartung führt. Linearmotoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet. Dieselben werden beispielsweise bei einer Ausrüstung zur Halbleiterherstellung, bei Fabrikautomatisierungsmaschinen, bei mikrolithographischen Geräten, und bei anderen Präzisionsbewegungsvorrichtungen zum genauen Steuern der Position von Vorrichtungen und Geräten verwendet.
• Ein herkömmlicher Synchronlinearmotor umfasst eine Magnetanordnung, die elektromagnetisch mit einer Spulenanordnung wechselwirkt. Elektromagnetische Kräfte (die Lorentz-Kräfte genannt werden) werden in der Spulenanordnung in Zusammenwirkung mit der Magnetanordnung erzeugt, und die elektromagnetischen Kräfte in der Spulenanordnung bewirken, dass die Spulenanordnung hinsichtlich der Magnetanordnung angetrieben wird oder umgekehrt. Linearmotoren können daher eine feststehende Magnetanordnung (bei der die Spulenanordnung angetrieben wird) oder eine feststehende Spulenanordnung (bei der die Magnetanordnung angetrieben wird) enthalten. Die Spulenanordnung ist typischerweise an einer Übersetzungsstufe (oder einem Wagen), der verschiebbar mit einem Satz von Schienen in Eingriff ist, befestigt.
• Ein herkömmlicher Linearmotor mit bewegbarer Spule ist typischerweise mit Permanentmagneten auf beiden Seiten einer bewegbaren Spulenanordnung versehen. Die Magneten sind an inneren Oberflächen von zwei Schienen derart befestigt, dass dieselben einander gegenüberliegen. Die Magneten sind nahe zueinander angebracht, wobei jeder folgende Magnet eine Polausrichtung aufweist, die entgegengesetzt zu derselben des vorhergehenden Magneten ist.
• Die Spulenanordnung besteht aus mehreren Spulen, die in einer Epoxidharzplatte vergossen sind. Jede Spule umfasst einen Draht, der um einen allgemein rechteckigen Rahmen mit einer Öffnung in der Mitte des Rahmens gewickelt ist. Der Draht ist in einer Richtung senkrecht zu den magnetischen Flüssen des Magnetfelds gewickelt, das durch die Permanentmagneten erzeugt wird. Eine Serie von Spulen ist benachbart zueinander und zwischen zwei gegenüberliegenden Permanentmagnetanordnungen platziert. Die Drähte, die auf die Spulen gewickelt sind, schneiden die Flusslinien zwischen den gegenüberliegenden Permanentmagnetanordnungen, und ein Anlegen von Strom an die Drähte erzeugt eine Lorentz-Kraft, um die Spulen zu bewegen.
• Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Linearmotor 10. Der Motor 10 umfasst ein im wesentlichen U-förmiges Joch 14 mit zwei gegenüberliegenden Magneten 16, die an der Innenseite des U- förmigen Jochs angebracht sind. Das Joch 14 und die Magneten 16 bilden einen Stator bzw. Ständer 17. Eine Spule 18 ist verschiebbar zwischen den zwei gegenüberliegenden Magneten 16des Stators 17 positioniert. Ein Ende der Spule 18 ist an einem Bewegungsvorrichtungsträger 20 befestigt, der seinerseits an einer Bewegungsvorrichtung 22 befestigt ist. Das Joch 14 ist fest an einem Träger 12 befestigt. Oberhalb eines erhöhten Abschnitts des Trägers 12 befindet sich eine Linearbewegungsführung 24. Ein zweiter Stator und eine Spulenanordnung (nicht gezeigt) können rechts von der Linearbewegungsführung 24 vorgesehen sein, um die verfügbare Kraft zu erhöhen, um Lasten auf der Bewegungsvorrichtung 22 zu bewegen. Die gesamte Anordnung des Linearmotors 10 ist durch Abdeckungsabschnitte 26 geschützt. Das untere Ende der Spule 18 liegt oberhalb des unteren Endes des Jochs 14 in einem Abstand, der als H1 bezeichnet ist und typischerweise doppelt so groß wie die Dicke des Jochs 14 aufgrund der Doppelfaltung des Jochs 14 ist, während sich das untere Ende der Magneten 16 oberhalb des unteren Endes des Jochs 14 in einem Abstand befindet, der mit H2 bezeichnet ist.
• Fig. 2 zeigt einen zweiten herkömmlichen Linearmotor 10'. Der Linearmotor 10' ist im wesentlichen gleich dem Motor 10 von Fig. 1 mit lediglich einem Unterschied, dass eine zweite Linearbewegungsführung existiert, die derart positioniert ist, dass sich die zwei Linearbewegungsführungen 24R' und 24L' außerhalb von zwei benachbarten Statoren 17R', 17L' befinden. Der Stator 17R' ist von dem Stator 17L' mit einem kleinen Abstand D1 getrennt. Da die zwei Statoren 17L' und 17R' hinsichtlich der Anordnung ähnlich sind, wird lediglich einer derselben erörtert. Der Stator 17L' umfasst ein im wesentlichen U-förmiges Joch 14L' mit zwei gegenüberliegenden Magneten 16L', die an der Innenseite des U-förmigen Jochs angebracht sind. Eine Spule 18L' ist verschiebbar zwischen den zwei gegenüberliegenden Magneten 16L' des Stators 17L' positioniert. Die Enden der Spulen 18R' und 18L' sind an einem Bewegungsvorrichtungsträger 20' befestigt, der seinerseits an einer Bewegungsvorrichtung 22' befestigt ist. Die Joche 14R' und 14L' sind fest an einem Träger 12' befestigt. Die gesamte Anordnung des Linearmotors 10' ist durch Abdeckungsabschnitte 26' geschützt. Die unteren Enden der Spulen 18R' und 18L' befinden sich oberhalb des unteren Endes der Joche 14R' und 14L' in einem Abstand, der als H1' bezeichnet ist, während sich das untere Ende der Magneten 16R' und 16L' oberhalb des unteren Endes der Joche 14R' und 14L' in einem Abstand, der mit H2' bezeichnet ist, befindet.
• Zusammenfassung
• Eine Linearmotoranordnung umfasst gegenüberliegende erste und zweite Magnetanordnungen; ein längliches erstes Joch, das angepasst ist, um die erste Magnetanordnung aufzunehmen; ein längliches zweites Joch, das angepasst ist, um die zweite Magnetanordnung aufzunehmen; und eine Zwischenmagnetanordnung, die zwischen dem länglichen ersten Joch und dem länglichen zweiten Joch positioniert ist, wobei die erste Magnetanordnung, die zweite Magnetanordnung und die Zwischenmagentanordung angepasst sind, um verschiebbar eine erste und eine zweite Spule auf beiden Seiten der Zwischenmagnetanordnung aufzunehmen.
• Implementationen der Linearmotoranordnung können eines oder mehrere der folgenden Elemente umfassen. Die Anordnung kann ein längliches Zwischenjoch umfassen, das zwischen dem länglichen ersten Joch und dem länglichen zweiten Joch positioniert ist. Die Zwischenmagnetanordnung ist auf einer ersten Fläche des länglichen Zwischenjochs positioniert. Eine Einrichtung, wie z. B. ein Bolzen oder Epoxidharz, befestigt die Zwischenmagnetanordnung an der ersten Fläche. Eine zweite Zwischenmagnetanordnung ist geeignet auf einer zweiten Fläche des länglichen Zwischenjochs positioniert. Eine Basisplatte ist mit dem länglichen ersten Joch und dem länglichen zweiten Joch gekoppelt; und das längliche Zwischenjoch ist an der Basisplatte befestigt. Sowohl die erste als auch die zweite Magnetanordnung weisen Magnetelemente auf, die in einer Reihe ausgerichtet sind und in wechselnden Magnetpolausrichtungen positioniert sind. Eine Bewegungsvorrichtung kann mit der ersten und der zweiten Spule verbunden sein. Eine Basisplatte kann mit dem länglichen ersten und dem länglichen zweiten Joch verbunden sein. Ein erster Trägerarm kann mit der Basisplatte verbunden sein, wobei der Träger einen Schlitz aufweist, um das längliche erste Joch verschiebbar aufzunehmen. Ein zweiter Trägerarm ist dementsprechend mit der Basisplatte verbunden, wobei der Träger einen Schlitz aufweist, um das längliche zweite Joch verschiebbar aufzunehmen. Der Schlitz und das längliche erste Joch können verriegelnde Trapezoidformen aufweisen. Der Schlitz kann ein offenes Ende (offene Enden) aufweisen. Eine Platte kann den mit einem offenen Ende versehenen Schlitz schließen und das erste Joch an dem ersten Trägerarm mittels einer Einrichtung zum Befestigen der Platte an dem Schlitz befestigen. Die Befestigungseinrichtung befestigt die Platte horizontal oder vertikal. Eines oder mehrere zusätzliche Zwischenjochs können ferner in dem Motor verwendet werden, wobei jedes Zwischenjoch angepasst ist, um eine dritte und eine vierte Zwischenmagnetanordnung zu befestigen. Die Magnetanordnungen umfassen mindestens acht Magneten, wobei der magnetische Flussweg acht Magneten in einer einzigen Schleife durchquert.
• Vorteile des Systems können einen oder mehrere der folgenden Vorteile umfassen. Der Linearmotor besitzt einen kleinen Querschnitt und ist kompakt. Die Doppelfaltung des Jochs ist eliminiert, um die Motorbreite zu reduzieren. Aufgrund der Trägerarme muss das Joch zusätzlich nicht steif sein, und daher kann die Dicke des Jochs reduziert werden, um die Motorbreite zu reduzieren. Bei Ausführungsbeispielen, die das Zwischenjoch eliminieren, ist die Motorbreite weiter reduziert.
• Die integrierte Doppelstatoranordnungskonfiguration ermöglicht, dass magnetische Flusslinien durch das gesamte Joch fließen, in die Seitenoberflächen des Jochs eintreten und aus denselben austreten und durch alle Magnetanordnungen fließen. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Linearmotoren, bei denen die Flusslinien als ein Flussliniensatz in gegenüberliegende Magnetanordnungen eintreten und aus denselben austreten und als ein weiterer Flussliniensatz in gegenüberliegende Magnetanordnungen eintreten und aus denselben austreten. Zur Darstellung fließt daher der magnetische Fluss durch acht Magneten und nicht durch vier Magneten, wie es bei herkömmlichen Linearmotoren der Fall ist. Der integrierte Doppeljochentwurf ermöglicht, dass gegenüberliegende Magnetanordnungen nahe zu einander bewegt werden, um den magnetischen Flussweg zu reduzieren. Der reduzierte Abstand erhöht die Flussdichte, um einen leistungsfähigen Linearmotor zu unterstützen. Der reduzierte Abstand ermöglicht ferner, dass dünne Magneten aufgrund der Wegform verwendet werden.
• Als ein zusätzlicher Vorteil ermöglichen die Abmessungen des Motors, dass der Linearmotor bei Anwendungen mit Größenbeschränkungen verwendet wird. Bei Anwendungen, bei denen eine zusätzliche Leistung erwünscht ist, kann der Motor skaliert werden, um mehr als zwei Doppelstatoranordnungen aufeinander zu stapeln. Bei solchen Fällen können die Magneten sogar dünner sein als die Magneten der Doppelmotoruntereinheiten, die oben erörtert sind. Der Motor ist ferner effizient und besitzt einen niedrigen Betriebsaufwand. Der Motor reagiert außerdem sehr schnell auf die Anforderungen der Anwendung.
• Weitere Vorteile und Merkmale sind aus der folgenden Beschreibung, die die Zeichnungen und Ansprüche umfasst, offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Linearmotor.
• Fig. 2 zeigt einen weiteren herkömmlichen Linearmotor.
• Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Linearmotors gemäß der Erfindung.
• Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Joch/Magnet- Anordnung von Fig. 3.
• Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Linearmotors.
• Fig. 6 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Linearmotors.
Beschreibung
• Nun detaillierter Bezug nehmend auf die Zeichnungen sind darin Strukturdiagramme für einen Linearmotor dargestellt. Es ist offensichtlich, dass die verbesserte Leistung des Motors durch eine Spulenanordnung erreicht wird, die eine Zahl von Spulen in einer Konfiguration aufeinanderstapelt, deren Dicke eine Spulendicke an dem Punkt beträgt, bei dem die Spulenanordnung mit den Permanentmagnetanordnungen wechselwirkt. Die Leistung des Motors ist ferner dadurch verbessert, dass Motorteileinheiten in einem integrierten Joch aufeinandergestapelt sind, wie es aus einer Untersuchung der Diagramme ohne weiteres offensichtlich ist.
• Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Linearmotors 30. Der Motor 30 weist eine integrierte Doppelstatoranordnung auf, die ein linkes Joch 44L, ein mittleres Joch oder Zwischenjoch 48 und ein rechtes Joch 44R umfasst. Ein Magnet 52L ist an einer Seite des linken Jochs 44L angebracht, und ein gegenüberliegender Magnet 52L' ist an einer Seite des mittleren Jochs 48 angebracht. An der anderen Seite des mittleren Jochs 48 ist ein Magnet 52R' angebracht, der zu einem gegenüberliegenden Magneten 52R gerichtet ist. Das mittlere Joch 48 weist ein vergrößertes unteres Ende 48z auf, das eine Schraube oder einen Bolzen 50 aufnimmt, um das mittlere Joch 48 an einer Basis 38 physisch zu befestigen. Von einer Seite der Basis 38 erstreckt sich ein erster oberer Trägerarm 40 mit einer Öffnung, um einen Bolzen 46L aufzunehmen. Von der anderen Seite der Basis 38 erstreckt sich in ähnlicher Weise ein zweiter oberer Trägerarm 42 mit einer Öffnung, um einen Bolzen 46R aufzunehmen. Die Joche 44L, 44R und 48, entsprechende Magneten 52R, 52R', 52L und 52L' und der Rahmen 36 definieren zusammen einen Stator 32. Die Bolzen 46L und 46R klemmen jeweils das linke Joch 44L und das rechte Joch 44R der integrierten Doppelstatoranordnung fest, während der Bolzen 50 das mittlere Joch 48 festklemmt, wodurch die Joche 44L, 44R und 48 der integrierten Doppelstatoranordnung an dem Rahmen 36 befestigt sind. Im Gegensatz zu dem getrennten Stator 17, 17L', und 17R' des Linearmotors 10 und des Linearmotors 10' gibt es keinen Zwischenraum zwischen benachbarten Statoranordnungen. Der Linearmotor 30 besitzt einen kleinen Querschnitt und ist kompakt. Die Doppelfaltungen der Joche, wie bei dem herkömmlichen Motor, werden eliminiert, um die Motorbreite zu reduzieren. Aufgrund der Trägerarme muss zusätzlich jedes Joch nicht steif sein, und daher kann die Dicke des Jochs reduziert werden, um die Motorbreite zu reduzieren.
• Zwischen den Jochen 44L und 48 ist eine erste Spule 58L positioniert, und zwischen den Jochen 48 und 44R ist eine zweite Spule 58R positioniert. Die Spulen 58R und 58L sind an einem Spulenträger 56 befestigt. Der Spulenträger 56 nimmt seinerseits eine Bewegungsvorrichtung 34 in Eingriff. Eine erste Linearbewegungsführung 60L und eine zweite Linearbewegungsführung 60R sind oberhalb der Arme 40 bzw. 42 positioniert und nehmen die Bewegungsvorrichtung 34 in Eingriff. Die Linearbewegungsführungen oder Lager 60L und 60R wirken als Schienen für den Linearmotor 30. Die Lager 60L und 60R befinden sich oberhalb länglicher Platten an dem oberen Ende des Arms 40 bzw. 42. Die Lager 60L und 60R können Schublager bzw. Gleitlager sein, die ermöglichen, dass eine Last, wie z. B. ein Wagen oder eine Stufe bzw. Plattform einen Abstand unter Verwendung des Linearmotors 30 durchqueren. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Bewegungsvorrichtung 34 U-förmig, und eine Abdeckung ist zwischen den Armen der U-förmigen Bewegungsvorrichtung 34 positioniert.
• Der Linearmotor 30 umfasst eine lineare Skala bzw. einen linearen Maßstab oder einen Codierer 66 und einen Grenzsensor 68, der an einer Seite des Motors 30 angebracht ist. Die gesamte Motoranordnung ist durch eine Abdeckung 62 geschützt. Der Codierer 66 erfasst die aktuelle Position der Linearbewegungsvorrichtung 34. Verschiedene Typen von Positionssensoren können verwendet werden, die optische Positionssensoren, resistive (potentiometrische) Positionssensoren und magnetische Positionssensoren (inductosyn) umfassen. Bei einem optischen Sensor besteht eine bewegbare Codeplatte aus einer Glasplatte, auf der Chrom aufgedampft ist, oder aus einer Metallplatte, wie z. B. rostfreiem Stahl, Nickel, Kupfer oder dergleichen, und Licht-durchlassende Abschnitte sind durch Einätzen von Abschnitten ringförmiger Regionen gebildet, die durch ein Licht emittierendes Element (LED) einer Lichtquelle abgetastet werden. Die Lichtquelle und der Licht-empfangende Abschnitt sind an einer Seite der bewegbaren Codeplatte vorgesehen. Die Lichtquelle und der Licht-empfangende Abschnitt bestehen jeweils aus einer vorbestimmten Zahl Licht- emittierender Elemente (die aus der Zeichnung weggelassen sind) und Photorezeptorelementen. Wenn ein Licht- durchlassender Abschnitt vor den Photorezeptorelementen positioniert ist, wird Licht, das von der Lichtquelle zu der bewegbaren Codeplatte projiziert wird, durch den Licht- durchlassenden Abschnitt durchgelassen und tritt in das entsprechende Photorezeptorelement ein, und ein Signal, das das empfangene Licht darstellt, wird durch das Photorezeptorelement ausgegeben. Ein potentiometrischer Sensor ist im wesentlichen ein Spannungsteiler, der einen Schleifkontakt aufweist, der einen Kohlenstofffilmstreifen oder eine andere elektrisch resistive Einrichtung in Eingriff nimmt, die elektrisch mit einer Versorgungsspannung verbunden ist. Die Ausgangsspannung von dem Sensor ist die Spannung an dem Schleifkontakt oder ein Bruchteil derselben. Die Position beeinflusst die Position des Schleifkontaktes relativ zu der resistiven Einrichtung, und daher kann der Wert der Ausgangsspannung von dem Sensor verwendet werden, um eine Anzeige der erfassten oder gemessenen Position zu liefern. Der magnetische Positionssensor verwendet eine Mehrzahl von Rechteckwellenwicklungen, die an der Oberfläche eines feststehenden Elements angebracht sind, und eine Spule, die mit einer Wechselstromquelle, die an einem bewegbaren Element angebracht ist, verbunden ist. Die Rechteckwellenwicklungen weisen jeweils eine Mehrzahl von "hohen" und "niedrigen" Teilen auf und besitzen unterschiedliche Perioden. Das System bestimmt die Position des bewegbaren Elements relativ zu dem feststehenden Element, indem die Variation der Gegeninduktivität zwischen der Spule und der Mehrzahl der Rechteckwellenwicklungen erfasst wird. Wenn die Stromquelle die Spule erregt, wird ein großer Strom in einer Rechteckwellenwicklung induziert, wenn die Spule benachbart zu einem hohen Teil derselben ist. Lediglich ein kleiner Strom wird in einer Wicklung induziert, wenn die Spule zu einem niedrigen Teil derselben benachbart ist. Die Position des bewegbaren Elements entlang der Länge des feststehenden Elements kann daher aus den Signalen in den Wicklungen bestimmt werden.
• Die Struktur von Fig. 3 ist gegenüber dem in den Fig. 1-2 beispielhaft dargestellten Stand der Technik in mehrerer Hinsicht vorteilhaft. Zunächst sind die getrennten Statoren 17R' und 17L' von Fig. 2 unabhängige Strukturen, die leicht voneinander beabstandet positioniert sind. Die getrennten Statoren erfordern mehr Raum. Die getrennten Statoren von Fig. 1 und 2 haben es ferner mit zwei getrennten Flussschleifen zu tun. Wenn die Dicke der Wände von jedem herkömmlichen Stator reduziert ist, ziehen sich die gegenüberliegenden Magneten aneinander an und stören die Form der Statoren und beeinflussen die Leistung. Im Gegensatz dazu ist die Struktur von Fig. 3 mit entgegenwirkenden Magnetkräften der vier Magnetanordnungen verbunden und begegnet einer solchen Störung nicht. Die Weglänge der magnetischen Flussschleife ist außerdem reduziert. Aufgrund des reduzierten Flussweges wird die Magnetfeldstärke erhöht und die Motorleistung wird verbessert. Aufgrund des erhöhten Magnetfelds können außerdem die Magnetanordnungen 52L, 52L', 52R und 52R' zusätzlich dünner ausgelegt werden.
• Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer der Kombinationen mit integriertem Joch und Magnet in Fig. 3, bei diesem Fall das integrierte Joch 44 und den Magneten 52. Die integrierte Doppeljoch- und Magnet-Anordnung umfasst die Joche 44R, 48 und 44L. An einer Fläche des Jochs 44L ist eine Permanentmagnetanordnung 524 von Magnetstreifen angebracht, die Enden aufweisen, die in einer wechselnden Nord/Süd-Pol- Konfiguration platziert sind. An einer Fläche des Jochs 48, die der Magnetanordnung 524 gegenüberliegt, ist eine Permanentmagnetanordnung 523 von Magnetstreifen angebracht, die Enden aufweisen, die in einer wechselnden Nor/Süd-Pol- Konfiguration platziert sind. An der anderen Fläche des Jochs 48 ist ferner ein Permanentmagnetarray 522 von Magnetstreifen, die Enden aufweisen, die in einer wechselnden Nord/Süd- Pol-Konfiguration platziert sind, angebracht. An einer Fläche des Jochs 44L, die dem Magnetarray 522 gegenüberliegt, ist eine Permanentmagnetanordnung 521 von Magnetstreifen angeordnet, die Enden aufweisen, die in einer wechselnden Nord/Süd- Pol-Konfiguration platziert sind.
• Das Joch kann aus einem Material zusammengesetzt sein, das eine hohe magnetische Durchlässigkeit bzw. Permeabilität und einen hohen Sättigungspegel, wie z. B. Permalloy oder Supermalloy, aufweist. Die Permanentmagnetanordnungen 521-524 können jede Zahl von Permanentmagnetstreifen umfassen, und wechselnde Permanentmagnetstreifen sind angeordnet, um wechselnde Polaritäten aufzuweisen. Bei einem Ausführungsbeispiele weist jeder der Magnetstreifen in den Permanentmagnetstreifen im wesentlichen die gleiche Breite auf. Die Permanentmagnetstreifen können aus jedem Permanentmagnetmaterial gebildet sein, wie z. B. Neodym-Eisen-Bor (NdFeB). Die Permanentmagnetstreifen können an den Jochen 44R, 44L und 48 auf jede Art und Weise, umfassend Klebstoff oder Epoxidharz, befestigt sein. Zusätzliche Einrichtungen zum Befestigen von Permanentmagnetstreifen an den Jochen 44R, 44L und 48 umfassen das mechanische Festklemmen und die Magnetanziehung. Die Magnetanordnungen besitzen eine gleichmäßige Dicke, derart, dass sich die Oberflächen derselben in einem konstanten Abstand oberhalb der Oberflächen von Spulenanordnungen einer Läuferanordnung (nicht gezeigt) befinden. Die Magneten sind entworfen, um entlang einer Bewegungsachse eine allgemein sinusförmige Flussverteilung zur Wechselwirkung mit Feldern zu erzeugen, die durch die Spulenanordnungen erzeugt werden.
• Zurück Bezugnehmend auf Fig. 3 sind im wesentlichen längliche Spulen 58R und 58L in den Hohlräumen positioniert. Die Spulen 58R und 58L sind in einer Richtung senkrecht zu den Magnetflüssen des Magnetfelds gewickelt, das durch die Permanentmagneten erzeugt wird. Wenn Ströme an das Spulenarray angelegt sind, wird eine Lorentz-Kraft erzeugt und treibt die Bewegungsvorrichtung 34 an, um sich zu bewegen. Weitere Details eines spezifischen Ausführungsbeispiels des Jochs und der Spule können in der US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 09/968,468, eingereicht am 29. September 2001, mit dem Titel "LINEAR MOTOR", an Yong-yil Kim, der chinesischen Patentanmeldung mit der Anmeldungs-Nr. 0113039.X, eingereicht am 28. November 2001, mit dem Titel "LINEAR MOTOR" und in der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldungs-Nr. 101 58 562.4, eingereicht am 29. November 2001, mit dem Titel "LINEAR MOTOR" vorgefunden werden, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Eine andere herkömmliche Spule und ein anderes herkömmliches Joch können ebenso verwendet werden.
• Fig. 4 zeigt exemplarische Magnetflusslinien 497 und 499, die durch magnetisch wechselnde Abschnitte der Joche 44L, 48 und 44R fließen. Die Flusslinien 479 und 499 besitzen den gleichen Fluss, wenn dieselben zueinander benachbart sind. Die Flusslinien 497 und 499 laufen durch die Joche 44L, 48 und 44R, treten in die Joche 44L, 44R und 48 ein und treten aus denselben aus und fließen durch alle Magnetanordnungen 521, 524. Bei jedem Statorabschnitt reduziert die einzelne Flusslinie über alle Magneten 521-524 den Flussweg. Der Flussweg wird ferner reduziert, indem das dicke zweistückige Jochgehäuse von herkömmlichen Teilmotoren eliminiert wird. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Linearmotoren mit verlängerten Flusswegen aufgrund des Aufeinanderstapelns von zwei getrennten Motorgehäusen und ferner aufgrund des Mehrflussliniensatzes. Die Weglänge der Magnetflussschleife ist ebenfalls reduziert. Bei dem Flussweg 497 sind ferner die breiten Wege 496a und 496b (die als gestrichelte Linien gezeigt sind) eliminiert, und der kombinierte Weg 497 ist verkürzt. Aufgrund des reduzierten Flusswegs wird die Magnetfeldstärke erhöht und die Motorleistung verbessert. Aufgrund des erhöhten Magnetfelds können die Magnetanordnungen 521-524 zusätzlich dünner gemacht werden. Durch Reduzieren des Flusswegs wird daher die Flussstärke erhöht, was zu einem leistungsfähigen Motor führt.
• Die Joch- und Spulen-Kombination bietet eine hohe Magnetflussdichte und erzeugt große Kräfte des Linearmotors. Obwohl der exemplarische Motor 30 lediglich eine Zwei-Stator- Konfiguration mit zweiseitigen Joch-Magnet-Anordnungen 33R und 33L und einer Zwischenjoch-Magnet-Anordnung aufweist, kann jede beliebige Zahl von N-Statoren aufgestapelt werden, um die Motorleistung zu erhöhen, indem eine oder mehrere mittlere Joch-Magnet-Anordnungen hinzugefügt werden. Bei einem solchen Aufeinanderstapeln von N-Statoren kann die Dicke der Magneten reduziert werden, da die Flusswegform verkürzt ist.
• Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Linearmotors, bei dem die Öffnung an dem ersten oberen Trägerarm 40a und dem entsprechenden Bolzen (Bolzen 46L von Fig. 3) eliminiert ist. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 wird ein Joch 44a mit einer Schwalbenschwanzquerschnittsform verwendet. Das Joch 44a mit dem Schwalbenschwanzquerschnitt weist einen ersten Abschnitt 45a mit einer Breite auf, die kleiner als die Breite eines zweiten Abschnitts 45b ist. Die Seiten 45c und 45d sind von dem ersten Abschnitt 45a zu dem zweiten Abschnitt 45b geneigt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt des Jochs 44a trapezoidförmig. Die Invertierung dieses Ausführungsbeispiels kann ebenfalls dort verwendet werden, wo der erste Abschnitt 45a breiter als der zweite Abschnitt 45b ist. Ein Magnet 52a ist an dem ersten Abschnitt 45a unter Verwendung eines geeigneten Epoxidharzes oder Klebstoffs befestigt und liegt einer Spule gegenüber. Das Joch 44a bildet einen Schwalbenschwanz mit einer entsprechenden Rille 41a in dem oberen Trägerarm 40a. Während des Zusammenbaus wird der Magnet an dem Joch 44a befestigt, und die resultierende Kombination wird in die Rille eingeführt.
• Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Linearmotors, für den der Bolzen 46L von Fig. 3 nicht erforderlich ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der obere Arm 40b eine Rille 41b mit offenem Ende auf, um die Reibung zu minimieren, die auftritt, wenn die Kombination des Magnets und des Jochs 44b in dem oberen Arm 40b eingeführt wird. Während des Zusammenbaus wird die Kombination des Magnets und des Jochs in der Rille 41b mit offenem Ende platziert und eine Platte 43b wird bei dem offenen Ende der Rille 41b platziert. Die Platte 43b kann an dem Arm 41b unter Verwendung eines Bolzens oder einer Schraube 430 befestigt sein. Eine Schraube kann alternativ bei einem Punkt 431 platziert sein, um die Platte 43b vertikal an dem Joch 44b zu befestigen. Eine Schraube kann bei einem Punkt 432 platziert sein, um die Platte 43b an dem Joch 44b horizontal zu befestigen.
• Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Linearmotors weist der Motor eine integrierte Doppelstatoranordnung auf, die das linke Joch und das rechte Joch jedoch kein mittleres Joch umfassen.
• Ein Magnet ist an einer Seite des linken Jochs angebracht, ein Magnet ist an einer gegenüberliegenden Seite des rechten Jochs angebracht und ein Zwischenmagnet ist zwischen den Magneten positioniert. Von einer Seite der Basis erstreckt sich der erste obere Trägerarm mit einer Öffnung, um den Bolzen aufzunehmen. Von der anderen Seite der Basis erstreckt sich in ähnlicher Weise der zweite obere Trägerarm mit einer Öffnung, um den Bolzen aufzunehmen. Die Seitenjoche, die den Seitenmagneten und dem Zwischenmagnet entsprechen, definieren zusammen einen Stator. Die Bolzen 46L und 46R klemmen das linke Joch 44L bzw. das rechte Joch 44R der integrierten Doppelstatoranordnung fest. Der Zwischenmagnet ist an der Basis befestigt. Das im vorhergehenden erwähnte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich daher von dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 dahingehend, dass das mittlere Joch eliminiert ist, was daher weiter zu Querschnitts-, Raum- und Gewichts-Einsparungen beiträgt.
• Die Erfindung ist hierin sehr detailliert beschrieben, um dem Patentgesetz zu entsprechen und um Fachleuten die Informationen zu liefern, die notwendig sind, um die neuen Prinzipien anzuwenden und solche spezialisierten Komponenten, wie erforderlich, aufzubauen und zu verwenden. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Erfindung insbesondere mit einer unterschiedlichen Ausrüstung und unterschiedlichen Vorrichtungen ausgeführt sein kann, und das verschiedene Modifikationen, sowohl der Ausrüstungsdetails als auch der Betriebsprozeduren, durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung selbst abzuweichen.

Claims (20)

1. Linearmotoranordnung mit:
gegenüberliegenden ersten und zweiten Magnetanordnungen;
einem länglichen ersten Joch, das angepasst ist, um die erste Magnetanordnung aufzunehmen;
einem länglichen zweiten Joch, das angepasst ist, um die zweite Magnetanordnung aufzunehmen; und
einer Zwischenmagnetanordnung, die zwischen dem länglichen ersten Joch und dem länglichen zweiten Joch positioniert ist,
wobei die erste Magnetanordnung, die zweite Magnetanordnung und die Zwischenmagnetanordnung angepasst sind, um eine erste und eine zweite Spule auf beiden Seiten der Zwischenmagnetanordnung verschiebbar aufzunehmen.

2. Linearmotoranordnung nach Anspruch 1, die ferner ein längliches Zwischenjoch, das zwischen dem länglichen ersten Joch und dem länglichen zweiten Joch positioniert ist, aufweist.

3. Linearmotoranordnung nach Anspruch 2, bei der die Zwischenmagnetanordnung auf einer ersten Fläche des länglichen Zwischenjochs positioniert ist.

4. Linearmotoranordnung nach Anspruch 3, die ferner eine Einrichtung zum Befestigen der Zwischenmagnetanordnung an der ersten Fläche aufweist.

5. Linearmotoranordnung nach Anspruch 3, die ferner eine zweite Zwischenmagnetanordnung, die auf einer zweiten Fläche des länglichen Zwischenjochs positioniert ist, aufweist.

6. Linearmotoranordnung nach Anspruch 5, die ferner eine Einrichtung zum Befestigen der Zwischenmagnetanordnung an der zweiten Fläche aufweist.

7. Linearmotoranordnung nach Anspruch 3, die ferner eine Basisplatte aufweist, die mit dem ersten länglichen Joch, dem zweiten länglichen Joch und dem länglichen Zwischenjoch gekoppelt ist.

8. Linearmotoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der sowohl die erste als auch die zweite Magnetanordnung Magnetelemente aufweisen, die in einer Reihe ausgerichtet sind und in wechselnden Magnetpolausrichtungen positioniert sind.

9. Linearmotoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Bewegungsvorrichtung aufweist, die mit der ersten Spule und der zweiten Spule gekoppelt ist.

10. Linearmotoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Basisplatte aufweist, die mit dem länglichen ersten Joch und dem länglichen zweiten Joch gekoppelt ist.

11. Linearmotoranordnung nach Anspruch 10, die ferner einen ersten Trägerarm aufweist, der mit der Basisplatte gekoppelt ist, wobei der Träger einen Schlitz aufweist, um das längliche erste Joch aufzunehmen.

12. Linearmotoranordnung nach Anspruch 11, die ferner einen zweiten Trägerarm aufweist, der mit der Basisplatte gekoppelt ist, wobei der Träger einen Schlitz aufweist, um das längliche zweite Joch aufzunehmen.

13. Linearmotoranordnung nach Anspruch 10, bei der der Schlitz und das längliche erste Joch verriegelnde Trapezoidformen aufweisen.

14. Linearmotoranordnung nach Anspruch 10, bei der der Schlitz offene Enden aufweist.

15. Linearmotoranordnung nach Anspruch 14, die ferner eine Platte aufweist, um den Schlitz, der offene Enden aufweist, zu schließen und das erste Joch an dem ersten Trägerarm zu befestigen.

16. Linearmotoranordnung nach Anspruch 15, die ferner eine Einrichtung zum Befestigen der Platte an dem Schlitz aufweist.

17. Linearmotoranordnung nach Anspruch 16, bei der die Befestigungseinrichtung die Platte horizontal oder vertikal befestigt.

18. Linearmotoranordnung nach Anspruch 2, die ferner eines oder mehrere zusätzliche Zwischenjochs aufweist, wobei jedes Joch angepasst ist, um Magnetanordnungen zu befestigen.

19. Linearmotoranordnung nach Anspruch 1, bei der die Magnetanordnungen mindestens acht Magneten umfassen, und bei der der Magnetflussweg acht Magneten in einer einzigen Schleife durchquert.

20. Linearmotoranordnung mit:
einer ersten Spulenanordnung und einer zweiten Spulenanordnung, wobei jede Spulenanordnung aus einer Mehrzahl von Spulen gebildet ist;
gegenüberliegenden ersten und zweiten Magnetanordnungen;
einem länglichen ersten Joch, das angepasst ist, um die erste Magnetanordnung aufzunehmen;
einem länglichen zweiten Joch, das angepasst ist, um die zweite Magnetanordnung aufzunehmen; und
einer Zwischenmagnetanordnung, die zwischen dem länglichen ersten Joch und dem länglichen zweiten Joch positioniert ist,
wobei die erste Magnetanordnung, die zweite Magnetanordnung und die Zwischenmagnetanordnung angepasst sind, um die erste Spule und die zweite Spule auf beiden Seiten der Zwischenmagnetanordnung verschiebbar aufzunehmen.