Gebiet der Erfindung und Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen linearen
Schrittmotor des VR-Typs (variabler magnetischer Widerstand).
-
Als üblicher linearer Schrittmotor dieser Art ist ein
zylindrischer linearer Schrittmotor des VR-Typs in der japanischen
Patentoffenlegung-Nr. 5-19282 (Nr. 19282/1993) (mit dem Titel
"Linearer Aktuator") offenbart. Der lineare Schrittmotor
gemäß dieser Patentoffenlegung umfaßt einen Stator, auf den
Wicklungen gewickelt sind, und einen Anker, der gegenüber dem
Stator beweglich in der Richtung seiner Achse gelagert ist.
Der Stator enthält Segmente (Eisenplatten) mit einer Vielzahl
von Magnetpolen und Abstandshaltern, die alternierend
laminiert sind, und die Magnetpole werden durch einen an die
Wicklungen derart angelegten Strom, daß sie alternierend N-
und 5-Pole aufweisen, magnetisiert. Der Anker ist ein Ring,
der auf einer stabförmigen, nicht magnetischen Lagerungsröhre
angebracht ist, und wird in der Achsenrichtung durch den
magnetischen Fluß angetrieben, der durch den Strom erzeugt
wird, welcher selektiv durch die Wicklungen fließt und durch
den Stator und den Anker tritt.
-
Weiterhin offenbart das US-Patent-Nr. 5,093,596 (mit dem
Titel "Kombinierter linearer-rotierender Direktantriebs-
Schrittmotor") einen dreiphasigen zylindrischen linearen
Schrittmotor des VR-Typs. Der lineare Schrittmotor nach dem
US-Patent enthält einen linearen Schrittmotorbereich mit
variablen magnetischen Widerstand und einen sich drehenden
Schrittmotorbereich des Hybridpermanentmagnettyps mit einer
gemeinsamen Ausgangsachse, welche in einem gemeinsamen
Gehäuse untergebracht sind.
-
Jedoch enthält der vorhergehende lineare Schrittmotor davon
einen in der Achsenrichtung angebrachten Stator zur
Ausbildung der Phasen, und es gibt insofern ein Problem, als daß
der Motor in der Achsenrichtung verlängert ist, wenn ein
Mehrphasen-Motor gebaut wird.
-
Andererseits enthält der letztere lineare Schrittmotor einen
Stator bestehend aus Statoreisenplatten und
Abstandshaltereisenplatten, die alternierend laminiert sind, und es gibt
insofern ein Problem als daß zwei Arten von Eisenplatten
alternierend laminiert werden müssen, um einen Statorkern
herzustellen, und die Spitzen der hervorspringenen Pole der
Statoreisenplatten alternierend gebogen sein müssen, so daß der
Statorkern nicht leicht hergestellt werden kann.
-
Die EP-A-0 319 096 offenbart (Ausführungsform der Figuren 3a
bis 3f, 4) einen linearen Schrittmotor mit einem Stator, der
mit einem Statorkern mit einer Vielzahl von hervorspringenden
Polen, welche unter einem gleichen Abstandswinkel radial nach
innen angeordnet sind, und einer Vielzahl von Statorzähnen,
die auf inneren peripherischen Oberflächen der
hervorspringenden Pole in einer Achsenrichtung angeordnet sind, versehen
ist und mit einer Antriebsseinrichtung, die mit einem
Antriebseinrichtungskern, der innerhalb des Stators angeordnet
ist, um beweglich in der Achsenrichtung gelagert zu sein, und
mit einer Vielzahl von Antriebseinrichtungszähnen, die
gegenüberliegend den Statorzähnen auf einer äußeren peripherischen
Oberfläche des Antriebseinrichtungskerns unter einem gleichen
Abstand in der Achsenrichtung angeordnet sind, wobei der
Statorkern durch Laminieren von Statoreisenplatten des
Statorkerns gebildet ist, wobei die Statoreisenplatten sequentiell
um einen vorbestimmten Winkel verdreht sind und wobei, wenn k
eine natürliche Zahl gleich oder größer als 1 ist und m die
Anzahl von Phasen ist, die Statoreisenplatte k
hervorspringende Pole enthält, wobei einer der hervorspringenden Pole
einen kleineren Innenradius an seiner Spitze aufweist und
(n-1) hervorspringende Pole einen größeren Innenradius an ihrer
Spitze gegenüberliegend der Antriebseinrichtung, gesehen von
der Antriebseinrichtung, die Seite an Seite in der
Reihenfolge der Beschreibung angeordnet sind, um einen Satz
hervorspringender Pole zu bilden, wobei der Statorkern derart
gestaltet ist, daß er k Sätze hervorspringender Pole aufweist,
wobei der vorbestimmte Winkel für die Laminierung und die
Rotation (360/k) Grad beträgt.
-
Jedoch sollte bemerkt werden, daß bei diesem Dokument die
Werte von k und m jeweils Vielfache von 2 sind.
Aufgabe und Zusammenfassung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen
Probleme geschaffen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, die obigen Probleme zu lösen und einen
linearen Schrittmotor des VR-Typs (variabler magnetischer
Widerstand) zu schaffen, der einen leicht herstellbaren Statorkern
aufweist und eine Vielzahl von Statorzähnen, gebildet auf
einer inneren peripherischen Fläche davon in einer
Achsenrichtung, und Wicklungen für Phasen aufweist, die in der inneren
peripherischen Richtung des Statorkerns angeordnet werden
können, und der nicht in der Achsenrichtung verlängert ist,
wenn ein linearer Mehrphasen-Schrittmotor gebaut wird.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch
einen linearen Schrittmotor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2
oder Anspruch 3 gelöst.
-
Beim Betrieb der vorliegenden Erfindung kann der lineare
Schrittmotor, der wie oben aufgebaut ist, die
Kernherstellungstechnik verwenden, die bei einem Schrittmotor des
Drehtyps benutzt wird und bei der die Statoreisenplatten
einer Art laminiert werden, während sie sequentiell um einen
vorbestimmten Winkel gedreht werden, wobei der Statorkern,
der eine Vielzahl von Statorzähnen aufweist, die auf der
inneren peripherischen Oberfläche davon in der Achsenrichtung
angeordnet sind, leicht gefertigt werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
In den Figuren zeigen:
-
Figur 1 eine Längsschnittansicht zum Darstellen einer
Ausführungsform eines linearen Schrittmotors nach der
vorliegenden Erfindung;
-
Figur 2 eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der
Linie II-II von Figur 1;
-
Figur 3 eine ebene Ansicht einer Statoreisenplatte zum
Bilden eines Statorkerns;
-
Figur 4 eine vergrößerte Ansicht von Statorzähnen, die
durch Laminieren der Statoreisenplatten von Figur 3
gebildet sind, wobei die Statoreisenplatten um
einen vorbestimmten Winkel, gesehen von einer
Antriebseinrichtung, gedreht sind;
-
Figur 5 ein Schaltungsdiagramm der Statorwicklungen;
-
Figur 6 eine ebene Ansicht einer weiteren Statoreisenplatte
zum Bilden des Statorkerns;
-
Figur 7 eine vergrößerte Ansicht von Statorzähnen, die
durch Laminieren der Statoreisenplatten von Figur 6
gebildet sind, wobei die Statoreisenplatten um 120º
gedreht sind, wenn man sie von der
Antriebseinrichtung betrachtet;
-
Figur 8 ein Schaltungsdiagramm von Statorwicklungen eines
dreiphasigen linearen Schrittmotors in Figur 7;
-
Figur 9 eine vergrößerte Ansicht der Statorzähne, die durch
Laminieren der Statoreisenplatten von Figur 6
gebildet sind, wobei die Statoreisenplatten um 60º
gedreht sind, wenn man sie von der Antriebseinrich
tung betrachtet;
-
Figur 10 ein Schaltungsdiagramm der Statorwicklung eines
sechsphasigen linearen Schrittmotors in Figur 9;
und
-
Figur 11 ein Schaltungsdiagramm von Statorwicklungen eines
dreiphasigen linearen Schrittmotors in Figur 9.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
-
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
werden jetzt detailliert zur Illustration mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben.
-
Figur 1 ist eine Längsschnittansicht zum Darstellen einer
Ausführungsform eines linearen Schrittmotors nach der
vorliegenden
Erfindung, und Figur 2 ist eine Querschnittsansicht,
aufgenommen entlang der Linie II-II in Figur 1.
-
Die Ausführungsform zeigt den Fall, in dem eine natürliche
Zahl k und die Anzahl von Phasen m k=2 und m=3 betragen und
dementsprechend die Anzahl von hervorspringenden Polen eines
Stators k x m = 6 beträgt.
-
In den Figuren 1 und 2 ist eine Vielzahl von Statorzähnen 17
(Zahnspitzen 17a und Zahnböden 17b) in der Achsenrichtung auf
der inneren peripherischen Oberflächen der sechs
vorspringenden Pole 11, 12, 13, ... 16, die in einem Statorkern 10 eines
Stators 1 angeordnet sind, aufgereiht. Die Statorwicklungen
W1, W2, W3, ... W6 sind jeweils um die sechs vorspringenden
Pole 11, 12, 13, ... 16 gewickelt. Der Statorkern 10 ist an
seinen beiden Enden über Endbefestigungseinrichtungen 18 und
19 durch Schrauben, die nicht gezeigt sind, gehaltert.
-
Andererseits ist eine Antriebseinrichtung 2, die innerhalb
des Stators 1 angeordnet ist, beweglich in der Achsenrichtung
über Lager 20a und 20b durch die Endbefestigungseinrichtungen
18 und 19 gehaltert. Ein Magnetpolkern 22 ist auf einer Achse
21 der Antriebseinrichtung 2 angeordnet, und eine Vielzahl
von Antriebseinrichtungszähnen 24 (Zahnspitzen 24a und
Zahnböden 24b) sind in der Achsenrichtung auf einer äußeren
penpherischen Oberfläche des Magnetpolkerns 22 angeordnet.
-
Der Magnetpolkern 22 umfaßt Antriebseinrichtungs-Eisenplatten
25a mit einem größeren Durchmesser zum Bilden der Zahnspitzen
24a und Antriebseinrichtungs-Eisenplatten 25b mit einem
kleineren Durchmesser zum Bilden der Zahnböden 24b und eine
Antriebseinrichtungs-Eisenplatte 25a und zwei
Antriebseinrichtungs-Eisenplatten 25b sind in der Reihenfolge der
Beschreibung alternierend laminiert. Es ist selbstverständlich, daß
der Magnetpolkern 22 durch Ausschneiden von magnetischem
Material, wie z.B. Eisenmaterial, anstelle aus den laminierten
Antriebseinrichtungs-Eisenplatten 25a und 25b hergestellt
werden kann.
-
Figur 3 zeigt ein Beispiel einer Statoreisenplatte 30, die
den Statorkern 10 bildet. In Figur 3 bilden hervorspringende
Pole P1 und P4 der Statoreisenplatte 30 hervorspringende Pole
(einer für jeden) mit einem kleineren Innenradius an seinen
Spitzen und bilden die Zahnspitzen 17a der Statorzähne 17.
Weiterhin bilden hervorspringende Pole P2, P3, P5 und P6
hervorspringende Pole (m-1 = 3-1 = 2 für jeden) mit einem
größeren Innenradius an ihren Spitzen und bilden die Zahnböden 17b
der Statorzähne 17. Figur 3 zeigt den Fall, daß die
natürliche Zahl k = 2 und die Anzahl von Phasen m = 3 ist. D.h. ein
Satz hervorspringender Pole P1, P2 und P3 und ein Satz
hervorspringender Pole P4, P5 und P6 ist sequentiell in der
Umfangsrichtung des Statorkerns 10 angeordnet, so daß zwei
Sätze hervorstehender Pole in der Umfangsrichtung des
Statorkerns existieren.
-
Figur 4 zeigt die Statorzähne 17 der hervorstehenden Pole 11,
12, 13, ... 16, die durch Laminieren der Statoreisenplatten
30 ausgebildet sind, wobei die Eisenplatten 30 um einen
Winkel von 60 Grad (360/k x m = 360/6), gesehen von der
Antriebseinrichtung 2 gedreht sind. Schraffierte Bereiche
stellen die Zahnspitzen 17a dar, und unausgefüllte oder
unschraffierte Bereiche stellen die Zahnböden 17b dar. Wenn eine
Dikke der Statoreisenplatte 30 t&sub0; ist, werden die Statorzähne 17
mit einem Zahnabstand von m x t&sub0; oder 3 x t&sub0; und der
Zahndikke von t&sub0; in den hervorspringenden Polen 11, 12, 13, ...,16
durch Laminieren und Drehen der Statoreisenplatten gebildet.
Weiterhin ist die Verschiebung der Zähne 17 der
hervorspringenden Pole bezüglich des hervorspringenden Pols 11 1/3 des
Zahnabstandes für den hervorspringenden Pol 12, 2/3 für den
hervorspringenden Pol 13, 3/3, d.h. 0, für den
hervorspringenden Pol 14, 1/3 für den hervorspringenden Pol 15, und 2/3
für den hervorspringenden Pol 16.
-
Dementsprechend kann, wie in Figur 5 gezeigt, durch Verbinden
der Wicklungen W1 und W4 zum Bilden einer Phase A, Verbinden
der Wicklungen W2 und W5 zum Bilden einer Phase B und
Verbinden der Wicklungen W3 und W6 zum Bilden einer Phase C ein
dreiphasiger linearer Schrittmotor des VR-Typs konfiguriert
werden. Ein Grundbewegungsbetrag für jeden Schritt dabei ist
um des Zahnabstandes oder t&sub0;. Punktmarkierungen, die in den
Wicklungen W1, W2, W3, ... W6 von Figur 5 vorliegen, stellen
die Richtung der Wicklungen dar. Beispielsweise bedeuten,
wenn ein Strom von einem gemeinsamen Anschluß zur Phase A
fließt, die Punktmarkierungen, daß der hervorspringende Pol
11 zu einem N-Pol magnetisiert ist, und der hervorspringende
Pol 14 zu einem S-Pol magnetisiert ist.
-
Figur 6 zeigt eine Statoreisenplatte 31 als weiteres Beispiel
der Statoreisenplatte 30 zur Ausbildung des Statorkerns 10,
und die Anzahl an Phasen m ist gleich wie bei Figur 3 m = 3.
-
In Figur 6 enthält die Statoreisenplatte 31 2m = 6
hervorspringende Pole P11, P12, P13, ... P16. Zwei hervorspringende
Pole P11 und P12 bilden hervorspringende Pole mit einem
kleineren inneren Radius an ihrer Spitze und bilden die
Zahnspitzen 17a der Statorzähne 17. Weiterhin bilden vier
hervorspringende Pole P13, P14, P15, P16 hervorspringende Pole mit
einem größeren Innenradius an ihrer Spitze und bilden die
Zahnböden 17b der Statorzähne 17.
-
Figur 7 zeigt die Statorzähne 17 der hervorspringenden Pole
11, 12, 13,... 16, die durch Laminieren der
Statoreisenplatten
31 gebildet sind, wobei die Eisenplatten 31 um einen
Winkel von 120 (360/m = 360/3) Grad gedreht sind, wenn man sie
von der Antriebseinrichtung aus betrachtet. Annlich wie im
Fall von Figur 4 stellen schraffierte Bereiche die
Zahnspitzen 17a und unausgefüllte oder unschraffierte Bereiche
stellen die Zahnböden 17b dar. Wenn eine Dicke der
Statoreisenplatte 31 t&sub0; ist, werden die Statorzähne 17 mit einem
Zahnabstand von m x t&sub0; und 3 x t&sub0; und einer Zahndicke von t&sub0; in den
hervorspringenden Polen 11, 12, 13, ... 16 durch Laminieren
und Drehen der Statoreisenpiatten gebildet. Weiterhin ist die
Verschiebung der Zähne der hervorspringenden Pole bezüglich
des hervorspringenden Pols 11 0 für den hervorspringenden Pol
12, 1/3 des Zahnabstands für die hervorspringenden Pole 13
und 14 und 2/3 für die hervorspringenden Pole 15 und 16.
-
Dementsprechend kann, wie in Figur 8 gezeigt, durch Verbinden
von Paaren von Wicklungen W1, W2; W3, W4 und W5, W6, die
zueinander benachbart sind, derart, daß sie gegenseitig
verschiedene Polaritäten aufweisen, so daß Phasen A, B und C
gebildet werden, ein dreiphasiger linearer Schrittmotor des VR-
Typs gebildet werden.
-
Der Fall, in dem der Statorkern 10 durch die
Statoreisenplatten 31 von Figur 6 gebildet wird und die Phasenanzahl m m = 6
ist, ist nicht gezeigt. In diesem Fall beträgt die Anzahl der
hervorspringenden Pole m, d.h. 6.
-
Figur 9 zeigt die Statorzähne 17 der hervorspringenden Pole
11, 12, 13, ... 16, die durch Laminieren der
Statoreisenplatten 31 gebildet sind, wobei die Eisenplatten 31 um einen
Winkel von 60 (360/m = 360/6) Grad gedreht sind, wenn man sie
von der Antriebseinrichtung aus betrachtet. Ähnlich wie im
Fall von Figur 4 stellen die schraffierten Bereiche die
Zahnspitzen 17 dar, und unausgefüllte oder unschraffierte
Bereiche
stellen die Zahnböden 17b dar. Wenn eine Dicke der
Statoreisenpiatten 31 t&sub0; beträgt, werden die Statorzähne 17 mit
dem Zahnabstand m x t&sub0; oder 6 x t&sub0; und der Zahndicke von 2 t&sub0;
in den hervorspringenden Polen 11, 12, 13, ... 16 durch
Laminieren und Drehen der Statoreisenplatten 31 gebildet.
Weiterhin beträgt die Verschiebung der Zähne der hervorspringenden
Pole bezüglich des hervorspringenden Pols 11 1/6 des
Zahnabstands für den hervorspringenden Pol 12, 2/6 für den
hervorspringenden Pol 13, 3/6 für den hervorspringenden Pol 14, 4/6
für den hervorspringenden Pol 15 und 5/6 für den
hervorspringenden Pol 16.
-
Demgemäß kann, wie in Figur 10 gezeigt, durch Verbinden der
Wicklungen W1, W2, W3, ..., W6 ein sechsphasiger linearer
Schrittmotor des VR-Typs konfiguriert werden.
-
Weiterhin kann durch Verbinden der Wicklungen W1, W2, W3, ...
W6, wie in Figur 11 gezeigt, ein dreiphasiger linearer
Schrittmotor des VR-Typs konfiguriert werden. In diesem Fall
ist die Phasenanzahl m = 3 und die Statoreisenplatten 31 sind
unter einer Drehung um einen Winkel von 60 (180/m = 180/3)
Grad laminiert, so daß sie denselben Winkel wie im Fall des
sechsphasigen linearen Schrittmotors des VR-Typs aufweisen.
-
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung klar erscheint, kann
gemäß der vorliegenden Erfindung der Statorkern durch
Ausbilden einer Vielzahl von Statorzähnen an seiner inneren
penpherischen Oberfläche in Achsenrichtung und Laminieren der
Statoreisenpiatten des Statorkerns unter sequentiellem Drehen
um einen vorbestimmten Winkel gebildet werden. Da diese
Herstellungstechnik eines Kerns, die bei einem Schrittmotors des
Drehtyps benutzt wird, benutzt werden kann, kann der
Statorkern leicht und kostengünstig hergestellt werden. Da
weiterhin die Wicklungen in der Umfangsrichtung des Statorkerns
angeordnet sind, kann ein linearer Schrittmotor des VR-Typs
geschaffen werden, der nicht in der Achsenrichtung verlängert
ist, sogar wenn ein linearer Mehrphasen-Schrittmotor
aufgebaut wird.