CN101151786A - 线性电动机致动器 - Google Patents

Abstract

一种线性电动机致动器，包括：圆筒形的轨道构件(16)，该构件(16)具有一中空部分以便让移动模块在其中移动，该构件(16)具有位于其横截面中圆筒形一部分处的、比移动模块(40)的宽度要窄的开口部分(15)，该构件(16)还具有引导部分(滚动槽(14))，该引导部分在该轨道构件的圆筒形内表面中沿轴向引导移动模块(40)；移动模块(40)，它在轨道构件(16)中沿轴向移动的同时还接受来自引导部分(滚动槽(14))的引导；圆筒形或棱柱形第一磁体(18)，第一磁体(18)在轨道构件(16)中产生磁力；以及第二磁体(电枢(46))，第二磁体的形状使得它在移动模块(40)这一侧围绕着第一磁体(18)。

Description

线性电动机致动器

技术领域

本发明涉及一种线性电动机致动器，它包括用于引导目标对象的运动引导单元。

背景技术

近年来，在机械产品和电子产品的组装加工领域，自动化程度已有进一步的提高。在使组装加工自动化的过程中，使用线性机器人时有利于组装机器的机械化部分的设计或者有利于其控制，对于那些从开发到销售周期很短的产品而言可以提高组装加工步骤的自动化程度。通过提升组装加工步骤的自动化程度，便可以削减这些产品的生产成本或者可以提供高质量的产品。

按常规，已知有一种致动器，它通过用外部安装的伺服电动机来驱动滚珠螺杆、用滚珠螺母组件(它在滚珠螺杆上螺纹配合着)将旋转运动转换成线性运动、并且通过浮动机构将滚珠螺母组件固定到线性运动引导设备上，从而构成了一种单轴机器人。

另外，已知有一种线性电动机，它包括：棒状固定部分，它构成使得大量板状弓形磁体以轴向排列的方式设置在非磁性材料制成的圆筒形体内；以及可动部分，它具有多相线圈，棒状固定部分基本上水平设置同时还穿过可动部分，其中棒状固定部分构成使得大量的板状弓形磁体(它们基本上构成一种椭圆的板状形状或矩形的板状形状)都以轴向排列的方式设置在圆筒形体(该圆筒形体在横截面中基本上构成椭圆的形状或矩形的形状)内，并且多相线圈中的中央贯通孔的横截面基本上构成一种与棒状固定部分的横截面形状相对应的椭圆形状或矩形形状(例如，参照专利文献1)。

该文献描述到，在该线性电动机中，棒状固定部分对抗弯曲力矩的刚度很高，所以可以提供一种具有大跨度的棒形线性电动机。

另外，已知有一种线性电动机致动器，其中安装了可动元件，该可动元件可以沿着具有场磁铁的棒状定子的轴向移动，在底座和可动元件之间设置了运动引导设备，该运动引导设备用于引导可动元件在定子的轴向上的运动，同时又支撑可动元件的负载，并且至少在可动元件的移动方向的一端处提供了用于抑制定子的偏离以防可动元件与定子相接触的轴承(例如，参照专利文献2)。

在这种线性电动机致动器中，据称定子偏离所导致的可动元件和定子相接触这一情形得到抑制，并且在可动元件和定子之间确保了空气间隙。

另外，已知有一种线性电动机致动器，它包括：轨道(raceway rail)，其中在构成通道形状的侧壁部分上形成了滚珠滚动槽；平台结构(table structure)，它在轨道上的引导通道内自由往复；固定到轨道的场磁铁；以及电枢，它与场磁铁一起构成了线性电动机并且沿着轨道到平台结构的纵向给出一推力或制动力(例如，参照专利文献3)。

在专利文献3所描述的线性电动机致动器中，因为用于构成线性电动机的电枢和场磁铁都设置在线性引导设备的内部并且与用于构成线性引导设备的滑块和轨道整合在一起，所以线性电动机致动器可以结构较紧凑。

另外，在专利文献3所描述的方面中，因为线性电动机没有露出到构成通道形状的轨道的外部，所以在输送工作和安装工作期间能很容易处理该线性电动机。尽管线性电动机致动器的电枢直接固定到平台结构的耦合顶板，但是场磁铁也可以仅设置在轨道的固定底座部分上，并且因为用于将这些组件安装到平台结构和轨道上的特殊托架根本都不是必需的，所以线性电动机致动器可以很便宜地制造。

另外，作为另一种线性电动机致动器，已知有一种线性电动机致动器，其中通过使用一对线性引导设备将可动体支撑在固定部分(比如底盘、柱子等)上，并且定子和可动元件分别被安装到固定部分和可动体上使得彼此面对面(例如，参照专利文献4)。

另外，已知专利文献5和6等涉及到线性引导设备与线性电动机相结合的结构。

专利文献1：JP-A-2004-248490(图4)

专利文献2：JP-A-2004-129316(图1)

专利文献3：JP-A-2004-312983(图1-2)

专利文献4：JP-A-10-290560(图1)

专利文献5：JP-A-2002-25229(图2)

专利文献6：JP-A-2004-274059(图2)

发明内容

本发明要解决的问题

在专利文献1所描述的线性电动机中，尽管棒状体部分对抗弯曲力矩的刚度很大以便增大线性电动机的跨度(可动部分的前进距离)并且无论棒状体部分的宽度多么小都可以获得很大的推力，但是为了在维持高刚度的同时提供更紧凑的线性电动机致动器，则需要采用一种新的单独的设计。在专利文献2所描述的线性电动机致动器中，尽管描述了因为确保了可动元件和定子之间的空气间隙所以可以使线性电动机的跨度(可动部分的前进距离)很大，但是为了提供刚度更高的更紧凑的线性电动机致动器，也需要采用一种新的独立的设计。

在专利文献3所描述的线性电动机致动器中，因为用于构成线性电动机的电枢和场磁铁都设置在线性引导设备的内部使得它们与用于构成线性引导设备的滑块和轨道结合到一起，所以该线性电动机致动器的优点在于，它与专利文献4、5或6等其它专利文献所描述的线性电动机致动器相比可以结构更紧凑。

另外，在使用线性电动机致动器的制造位置存在这样一种需求，即专用于组装机器的区域要尽可能小以实现因组装机器的小型化所带来的生产成本的削减。为了在维持高刚度的同时提供更紧凑的线性电动机致动器，需要采用一种上述专利文献未曾描述过的新设计。

本发明的作出就是为了解决上述问题，并且其目的是提供一种横截面面积很小且相对于扭转或弯曲的刚度很高同时重量轻且体积紧凑的线性电动机致动器。

另外，本发明的另一个目的是提供一种横截面面积很小、推力或吸持力很大、制造起来不贵且很容易处理的线性电动机致动器。

解决问题的手段

根据本发明的第一方面，提供了一种线性电动机致动器，其特征在于，它包括：圆筒形的轨道构件，其中移动模块在棱柱形或圆筒形中空部分中移动，该轨道构件的横截面形状具有位于圆筒形一部分处的、比移动模块的宽度要窄的开口，并且该轨道构件还具有引导部分，该引导部分在该圆筒形轨道构件的内表面上沿轴向引导移动模块；移动模块，它被引导部分引导以便在轨道构件内沿轴向移动；圆筒形或棱柱形的第一磁体，它在轨道构件内部产生磁力；以及第二磁体，它构成一种围绕着第一磁体的形状并且处于移动模块这一侧以产生磁力，其中第一磁体或第二磁体是电磁体，用于控制使移动模块移动的推力。

根据本发明的第二方面，提供了一种线性电动机致动器，其特征在于，它包括：圆筒形的轨道构件，其中移动模块在棱柱形或圆筒形中空部分中移动，该轨道构件的横截面形状具有位于圆筒形一部分处的、比移动模块的宽度要窄的开口，并且该轨道构件还具有引导部分，该引导部分在该圆筒形轨道构件的内表面上沿筒轴方向引导该移动模块；移动模块，它被引导部分引导以便在轨道构件内沿轴向移动；第一磁体，它位于轨道构件这一侧的内表面上以产生磁力；以及第二磁体，它位于移动模块这一侧以产生磁力，其中第一磁体或第二磁体是电磁体，用于控制使移动模块移动的推力。

根据本发明的第三方面，线性电动机致动器的特征在于：轨道构件的引导部分具有多个滚动槽，滚动元件(比如轴承滚珠或轴承滚柱)在滚动槽中滚动；以及移动模块具有滚动元件引导槽，这些引导槽从滚动槽的反面来保持滚动元件，并且移动模块被支撑在滚动元件上，以便在轨道构件内沿筒轴方向移动。

根据本发明的第四方面，线性电动机致动器的特征在于：它具有多个像上述移动模块的移动模块；以及提供了一种用于将上述多个移动模块耦合到一起的耦合构件。

根据本发明的第五方面，线性电动机致动器的特征在于：它具有在彼此不同的多个横截面中的第一横截面内与上述引导部分相适合的受引导部分，这些彼此不同的横截面都以直角和轨道构件的筒轴相交；以及第二磁体被置于内部形状中与第一横截面不同的第二横截面内。

根据本发明的第六方面，线性电动机致动器的特征在于：它具有在彼此不同的多个横截面中的第一横截面内的滚动元件引导槽，这些彼此不同的横截面都以直角和轨道构件的筒轴相交；以及第二磁体被置于内部形状中与第一横截面不同的第二横截面内。

根据本发明的第七方面，线性电动机致动器的特征在于：移动模块和第二磁体都设置在以直角与轨道构件的筒轴相交的同一横截面内。

根据本发明的第八方面，线性电动机致动器的特征在于：提供了覆盖构件，它覆盖了整个轨道构件并且沿轨道构件的筒轴方向自由伸缩。

根据本发明的第九方面，提供了一种线性电动机致动器，其特征在于，它包括：圆筒形的轨道构件，其中移动模块在棱柱形或圆筒形的封闭中空部分中移动，该轨道构件具有引导部分，该引导部分在该圆筒形轨道构件的内表面上沿筒轴方向引导移动模块；移动模块，它被引导部分引导以便在轨道构件内沿筒轴方向移动；磁体耦合，用于将移动模块的位移传送到轨道构件的外部；圆筒形或棱柱形的第一磁体，它位于轨道构件这一侧的内表面上以产生磁力；以及第二磁体，它构成一种围绕着第一磁体的形状并且处于移动模块这一侧以产生磁力，其中第一磁体或第二磁体是电磁体，用于控制使移动模块移动的推力。

根据本发明的第十方面，提供了一种线性电动机致动器，其特征在于，它包括：圆筒形的轨道构件，其中移动模块在棱柱形或圆筒形的封闭中空部分中移动，该轨道构件具有引导部分，该引导部分在该圆筒形轨道构件的内表面上沿筒轴方向引导移动模块；移动模块，它被引导部分引导以便在轨道构件内沿筒轴方向移动；磁体耦合，用于将移动模块的位移传送到轨道构件的外部；第一磁体，它位于轨道构件这一侧的内表面上以产生磁力；以及第二磁体，它处于移动模块这一侧以产生磁力，其中第一磁体或第二磁体是电磁体，用于控制使移动模块移动的推力。

本发明的优点

根据第一和第二方面，因为线性电动机致动器包括这样一种圆筒形的轨道构件，在它的圆筒形之中有一个棱柱形或圆筒形中空部分以便让移动模块在其中移动，该轨道构件的横截面形状具有位于圆筒形一部分处的、比移动模块的宽度要窄的开口，并且该轨道构件还具有引导部分，该引导部分在该圆筒形轨道构件的内表面上沿筒轴方向引导移动模块，所以可以使轨道构件的横截面形状接近封闭曲线，由此轨道构件的几何转动惯量可以很大。结果，可以提供一种抗弯刚度和抗扭刚度都很高的线性电动机致动器，虽然它横截面面积很小、重量轻且体积紧凑。

另外，根据第一方面，因为提供了在轨道构件中构成圆筒形或棱柱形的第一磁体以及构成一种围绕着第一磁体的形状的第二磁体，所以可以提供一种推力或吸持力很大的线性电动机致动器，虽然它体积紧凑且重量轻。

另外，根据第二方面，因为可以使线性电动机致动器的输出轴中的开口做得很窄，所以可以提供一种使灰尘和异物很难从外部进入的线性电动机致动器。另外，因为在C形横截面的圆筒形轨道构件之内提供了线性电动机、滚动槽等，所以在其输送工作和安装工作期间可以使线性电动机的处理很容易。另外，因为移动模块是由移动部分引导着移动的，所以没有任何组成构件与第一磁体和第二磁体相接触，并且可以提供安全处理。

另外，根据第一和第二方面，因为可以使线性电动机致动器的输出轴中的开口做得很窄，所以可以提供一种使灰尘和异物很难从外部进入的线性电动机致动器。另外，因为在C形横截面的圆筒形轨道构件之内提供了线性电动机、滚动槽等，所以在其输送工作和安装工作期间便利于线性电动机的处理。另外，因为移动模块是在移动部分中被引导着移动的，所以可以消除组成构件与第一磁体和第二磁体的接触，以便确保处理方面的安全性。

另外，根据本发明的第一和第二方面，通过使轨道构件做成中空的棱柱或圆筒，便可以利于安装防尘盖子。

另外，根据本发明的第一和第二方面，因为轨道构件的横截面形状基本上形成类似弓形，所以轨道构件可以由管子来制成，加工过程可以得到简化，由此可以提供一种廉价的线性电动机致动器。

根据本发明的第三方面，因为在轨道构件的引导部分中提供了多个滚动槽，滚动元件(比如轴承滚珠或轴承滚柱)在滚动槽中滚动，并且还提供了滚动元件引导槽，这些引导槽从滚动槽的反面来保持滚动元件，使得移动模块构成在轨道构件内沿筒轴方向移动同时还支撑在滚动元件上，所以可以使这种小型线性电动机致动器的移动模块平滑地移动。

根据本发明的第四方面，因为在线性电动机致动器内提供了多个像上述移动模块那样的移动模块，还提供了用于将所述多个移动模块耦合到一起的耦合构件，所以不仅可以增大移动模块的引导刚度，还可以提供大推力的线性电动机致动器，虽然它体积紧凑。

根据本发明的第五方面，因为在彼此不同的多个横截面中的第一横截面内提供了受引导部分，这些彼此不同的横截面都以直角和轨道构件的筒轴相交，并且第二磁体被置于内部形状中与第一横截面不同的第二横截面内，所以可以使用大磁体，由此可以提供具有大推力或吸持力的线性电动机致动器。另外，因为电枢所产生的热量可以有效地散去，所以电枢的温度上升可以抑制到某种限度，由此可以使更多的电流流向电枢。结果，所得的线性电动机致动器可以是一种具有大推力或吸持力的线性电动机致动器。

另外，根据本发明的第七方面，因为移动模块和第二磁体都设置在以直角与轨道构件的筒轴相交的同一横截面内，所以可以提供一种在筒轴方向(纵向)上较为小巧的线性电动机致动器。

另外，根据本发明的第八方面，因为提供了覆盖构件，它覆盖了整个轨道构件并且沿轨道构件的筒轴方向自由伸缩，所以在维持作为致动器功能的同时可以获得高防尘效果。此外，可以提供一种能在多灰尘环境或研磨液体不断下落的环境中使用的线性电动机致动器。

另外，根据本发明的第九和第十方面，因为提供了这样一种圆筒形的轨道构件作为线性电动机致动器的轨道构件，即其中移动模块在中空的棱柱形或圆筒形封闭中空部分中移动，所以可以使轨道构件的几何转动惯量很大。结果，可以提供一种抗弯刚度和抗扭刚度都很高的线性电动机致动器，虽然它横截面面积很小、重量轻且体积紧凑。

另外，根据本发明的第九方面，因为提供了在轨道构件中构成圆筒形或棱柱形的第一磁体以及构成一种围绕着第一磁体的形状的第二磁体，所以可以提供一种大推力或吸持力的线性电动机致动器，虽然它尺寸很小且重量轻。

另外，根据本发明的第九和第十方面，因为提供了用于将移动模块的位移传送到轨道构件之外的磁体耦合，所以线性电动机致动器中的开口可以消除。结果，可以提供一种即使没有特殊覆盖构件的情况下也能防止灰尘和异物进入的线性电动机致动器。

另外，根据本发明的第九和第十方面，因为轨道构件可以由管子材料制成，所以加工过程可以得到简化，由此可以提供一种廉价的线性电动机致动器。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的线性电动机致动器的透视图。

图2是图1所示第一实施方式的线性电动机致动器沿A-A′线截取的横截面图。

图3是图2所示第一实施方式的线性电动机致动器沿B-B′线截取的横截面图。

图4将本发明第一实施方式的具有圆筒形横截面形状的轨道构件与具有U形横截面形状的常规轨道构件进行比较。

图5针对本发明第一实施方式的轨道构件和具有U形横截面形状的常规轨道构件在使它们绕xx轴的几何转动惯量基本上匹配时比较这两种轨道构件的结构。

图6是示出了在本发明的线性电动机致动器上安装防尘覆盖构件的状态透视图。

图7示出了根据本发明第二实施方式的线性电动机致动器的横截面图，该横截面以直角与轨道构件的筒轴相交。

图8是本发明第二实施方式的线性电动机致动器沿B-B′线所截取的横截面图。

图9是根据本发明第三实施方式的线性电动机致动器的透视图。

图10是图9所示本发明第三实施方式的线性电动机致动器沿C-C′线所截取的横截面图。

图11是图9所示本发明第三实施方式的线性电动机致动器沿D-D′线所截取的横截面图。

图12是图10所示本发明第三实施方式的线性电动机致动器沿E-E′线所截取的横截面图。

图13是根据本发明第四实施方式的线性电动机致动器的透视图。

图14是图13所示第四实施方式的线性电动机致动器沿A-A′线截取的横截面图。

图15是图14所示第四实施方式的线性电动机致动器沿B-B′线截取的横截面图。

图16示出了根据本发明第五实施方式的线性电动机致动器的横截面图，该横截面以直角与轨道构件的筒轴相交。

图17是本发明第五实施方式的线性电动机致动器沿B-B′线截取的横截面图。

图18是根据本发明第六实施方式的线性电动机致动器的透视图。

图19是图18所示本发明第六实施方式的线性电动机致动器沿C-C′线所截取的横截面图。

图20是图18所示本发明第六实施方式的线性电动机致动器沿D-D′线所截取的横截面图。

图21是图18所示本发明第三实施方式的线性电动机致动器沿E-E′线所截取的横截面图。

具体实施方式

在下文中，将基于附图来描述用于实施本发明的最佳方式。注意到，本发明并不限于下面的实施方式。

图1是根据本发明第一实施方式的线性电动机致动器的透视图。

如图1所示，线性电动机致动器10的轨道构件16具有C形横截面的圆筒形，在筒的一部分处具有比移动模块40的宽度要窄的开口15，该筒构成一种中空棱柱形或圆筒形，该轨道构件16还构成具有引导部分(引导槽14)的圆筒形，该引导部分在该筒的内表面上沿筒轴方向引导移动模块40。

线性电动机致动器10包括：外壳30、32，它们从其两端来固定轨道构件16；以及移动模块40，通过包括一可与引导部分相配合的受引导部分(滚动元件引导槽42等)使移动模块40相对于轨道构件16的筒轴方向自由移动。

可以使用一种用于使引导部分和受引导部分安装在一起的滑动轴承，或者可以在引导部分中使用滚动元件轴承。在本图所示的示例中，使用多个滚动槽14作为引导部分，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件在滚动槽中沿筒轴方向滚动。

移动模块40具有：滚动元件引导槽42(受引导部分的一种模式)，这些槽从滚动槽14的反面来保持从而引导滚动元件12；以及无限循环路径14，这些路径允许滚动元件12在其内部循环。该移动模块40构成相对于轨道构件16的筒轴方向自由移动。

在轨道构件16的内部提供了圆筒形或棱柱形磁体18(第一磁体的模式)，在轨道构件16的筒轴方向上，该磁体具有多个交替排列的用于输出磁力线的磁极，并且在轨道构件16内部的内表面上提供了一种光、磁、或其它类型的标尺20以便用于测量移动模块40的移动量。

圆筒形或棱柱形整体构成的多极磁体可以用于构造磁体18，或者可以采用这样一种结构，即在一个非磁性材料制成的圆筒形圆柱体中设置多个圆筒形分段磁体，同时这些分段磁体在沿轴向排列时使相同的磁极面对面。另外，在本图所示的示例中，尽管磁体18的横截面是圆的，但是椭圆、矩形或多边形横截面都可以使用，以减小磁体18的偏离并增大线性电动机致动器10的推力。

在移动模块40这一侧，提供了：电枢46(第二磁体的一种模式，参照图2和3)，这些电枢利用了轨道构件16上所设置的磁体18所输出的磁力来产生一种磁力从而在轨道构件16的筒轴方向上产生推力；编码器探头(encoder head)48，它是一种光、磁、或其它类型的读取器件，用于测量移动模块40的移动量；以及滑块50，用于从轨道构件16的开口15中将移动模块40的位移传送到待驱动的目标对象。

在图1所示的示例中，第一磁体和第二磁体都可以控制用于使移动模块40移动的推力。这两个磁体中的任一个都可以使用永久磁体。

在移动模块40的无限循环路径44中设置了滚动元件12和此动器54，此动器54的形状匹配于滚动元件12(比如轴承滚珠或轴承滚柱)的外圆周表面以便保持滚动元件12，此动器54还用于减小因相邻滚动元件12彼此接触而产生的阻力和磨损。注意到，可根据应用省略此动器54。

在移动模块40的两端，提供了用于保持无限循环路径44的端板60、62。在端板60处可以提供用于固定电缆64的电缆夹具66(参照图3)。电缆64用于传输将要提供给编码器探头48和磁极传感器72的电能以及从中输出的输出信号，电缆64还用于传输将要提供给电枢46的电能。通过电缆夹具66而固定到移动模块40的电缆64的其它端则连接着外壳30中所设置的连接器。

在图1所示的示例中，滑块50构成线性电动机致动器10的输出轴，滑块50是以这样一种方式被支撑的，即滑块50通过滚动元件12(比如轴承滚珠或轴承滚柱)相对于轨道构件16的筒轴方向自由地滑动。结果，通过用于产生推力的线性电动机，便可以实现对与滑块50直接相连的待驱动目标对象的位置或速度控制，该线性电动机由磁体18、电枢46、磁极传感器72、标尺20、编码器探头48等构成。

通过将本图所示线性电动机致动器10的外壳30、32安装到牵引用车辆(牵引机)的尾部，线性电动机致动器10便可以用于这样一种应用中，即滑块50上所设置的牵引球(球形的凸出部分)构成了牵引用车辆(牵引机)的滑动类型的第五轴。

当以这种方式使用线性电动机致动器10时，牵引车辆(拖车)的耦合器耦合到线性电动机致动器10的牵引球，以便根据牵引用车辆(牵引机)的方向盘的转向角度使滑块50向左或向右移动，从而减小向左或向右转时牵引车辆(拖车)的后方内侧轮子的转弯半径的差异并且增大相反操作时牵引车辆(拖车)的转弯能力。

图2是图1所示第一实施方式的线性电动机致动器10沿A-A′线截取的横截面图。

沿图1所示的A-A′线截取的截面是一个以直角和轨道构件16的筒轴相交的截面。图2所示实施方式是这样一种实施方式，其中移动模块40和电枢46(第二磁体)都设置在以直角与轨道构件的筒轴相交的同一截面内。

如图2所示，线性电动机致动器10的轨道构件16具有C形横截面的圆筒形，该圆筒形具有一切除一部分圆筒形而形成的开口。轨道构件16在其内部具有多个滚动槽14，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件12在滚动槽中沿筒轴方向滚动。

在本图所示的示例中，采用了两行哥特尖拱(Gothic arch)接触构造，其中通过使用两行滚动元件循环系统来支撑两个方向上的负荷，其方式是滚动元件12在每个球对应的两个位置处接触轨道构件16的滚动元件槽14。本发明不限于提供两行滚动槽14这一示例，而是还可以采用四行循环接触构造，其中提供了四行滚动元件循环系统，其中每个系统通过单行滚动元件来支撑一个方向上的力，其方式是其支撑方向彼此成直角。另外，彼此斜角连接的两行滚动槽可以设置在两个位置上(滚动槽交替设置在数个位置上)或者可以设置在四个或更多个位置上。

另外，还可以采用这样一种结构，其中在轨道构件和移动模块之间不插入任何滚动元件的情况下使移动模块相对于轨道构件进行滑动。

如本图所示，移动模块40具有用于引导滚动元件12的滚动元件引导槽42以及用于使滚动元件12在其中循环的无限循环路径44。在轨道构件16的内表面上提供了圆形或棱柱形磁体18，在轨道构件16的筒轴方向上，该磁体具有多个磁极以便交替地输出磁力线。另外，在轨道构件16的内表面上提供了用于测量移动模块40的移动量的标尺40。

如本图所示，用于产生磁力的电枢46被固定在移动模块40上，通过使用轨道构件16这一侧设置的磁体18所产生的磁力在轨道构件16的筒轴方向上产生推力。另外，滑块50被固定在移动模块40上，用于将移动模块40与位于线性电动机致动器10之外的设备相连。

如图2所示，在本发明的线性电动机致动器10中，因为采用了轨道构件16包含移动模块40这一结构，即使滚动元件12偏离了轨道构件16的滚动槽14，也不会出现移动模块40偏离轨道构件16的情况。

另外，在本发明的线性电动机致动器10中，因为电枢46构成围绕着第一磁体，所以可以将大磁体用于第一磁体和第二磁体。结果，可以提供一种具有大推力或吸持力的线性电动机致动器，虽然该线性电动机致动器尺寸很小且重量轻。

图3是图2所示第一实施方式的线性电动机致动器10沿B-B′线截取的截面图。

如本图所示，在线性电动机致动器10的轨道构件16的内表面上，提供了多个滚动槽14，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件12在滚动槽中沿筒轴方向滚动。结果，移动模块40可以相对于轨道构件16内部的筒轴自由且平滑地移动。

在轨道构件16的内部提供了磁体18，在轨道构件16的筒轴方向上，磁体18具有多个交替排列的用于输出磁力线的磁极，在轨道构件16内表面上提供了用于测量移动模块40的移动量的标尺20。

移动模块40包括：用于产生磁力的多个电枢46，这些电枢通过利用轨道构件16上所设置的磁体18所输出的磁力在轨道构件16的筒轴方向上产生推力；线圈分离器43，用于将移动模块40两端处的电枢固定在预定的位置上；以及多个线圈分离器45，用于将各个电枢46固定到彼此相对的固定位置上。另外，移动模块40包括滑块50，它将移动模块40与位于线性电动机致动器10之外的设备相连。

在移动模块40中，还提供了：无限循环路经44，它允许滚动元件12在其内部循环；以及端板60、62，用于保持无限循环路经44。另外，在本图所示的示例中，在移动模块40的端板62上安装了用于测量移动模块40的移动量的编码器探头48。

另外，在移动模块40的端板60上安装了用于测量磁体18所产生的磁力的磁极传感器72。磁极传感器72的安装位置并不限于图3所示的位置，因此，可以使用任何位置，只要它允许检测磁体18的磁极即可。另外，由于当建立磁体18和电枢46的位置以便于应用所谓的功率因数检测方法时可以省略磁极传感器72，所以可以使线性电动机致动器进一步小型化。

在移动模块40上，提供了编码器探头48和磁极传感器72以及用于将电缆64固定到移动模块40上的电缆夹具66。

从电缆夹具66中伸出的各种电缆64使用了卷曲的或伸缩卷曲的电缆，其另一端都连接着外壳30之外的连接器。另外，尽管本图中未示出，但是在线性电动机致动器10之内还可以提供用于编码器的原点传感器(origin sensor)以及驱动极限开关。

如本图所示，在移动模块40上安装了用于产生推力的电枢46。因为滑块50被安装在移动模块40上，所以滑块50通过电枢46所产生的推力沿筒轴方向移动，从而有可能控制其位置和速度。

另外，当在本图所示的滑块50上进行位置或速度控制时，通过将用于输出控制电能以便对多个电枢46进行伺服控制的驱动器(未示出)连接着线性电动机致动器10，便可以实现上述这一点。

编码器探头48所输出的位置信息以及磁极传感器72所输出的磁体的位置信息都被输入到上述驱动器中，并且用于输出位置命令和速度命令的主机计算机或时序器连接着上述驱动器。

当关于位置命令的信息或关于速度命令的信息被从主机控制器输入到上述驱动器时，该驱动器基于编码器探头48所输出的位置信息或磁极传感器72所输出的磁体位置信息将控制驱动电流输出到各个电枢46，以便控制驱动器50的位置和速度。

图4将本发明第一实施方式的线性电动机致动器的圆筒形轨道构件的横截面形状与常规U形轨道构件的横截面形状进行了比较。

本发明第一实施方式的轨道构件16的横截面与常规轨道构件416不同，并且其特征在于，轨道构件16的延伸部分17远远凸出于移动模块40的上方，以便具有一个比移动模块40的宽度要窄的开口15。

采用这一结构，轨道构件16的横截面形状变得接近闭合曲线，由此轨道构件16的几何转动惯量可以很大，尽管其外部尺寸保持很紧凑。因此，可以获得一种具有高刚度(比如抗弯刚度、抗扭刚度等)的线性电动机致动器。

图5针对本发明第一实施方式的轨道构件16和具有U形横截面形状的常规轨道构件416在使它们绕x-x轴的几何转动惯量“IX-X”基本上匹配时比较了这两种轨道构件的形状。在本图中，“AREA(面积)”的值代表了与轨道构件的筒轴相交的那些平面的横截面面积，并且这些横截面面积的值都正比于轨道构件的质量。

如本图所示，当通过使轨道构件16在横截面中形成圆筒形从而试图获得与U形横截面的轨道构件416相同的绕X-X轴的几何转动惯量时，横截面面积“AREA(面积)”的值可以减小到大约三分之一。这意味着在保持刚度的同时可以使轨道构件的质量减小到约三分之一。

另外，因为在本发明的线性电动机致动器中可以使绕X-X轴的几何转动惯量“IX-X”与绕Y-Y轴的几何转动惯量“IY-Y”在数值上基本相同，所以对于每个方向上的负载也都可以获得均匀的抗弯刚度。

图6是在本发明的线性电动机致动器上安装防尘覆盖构件的状态透视图。

本图示出了在滑块50上安装了环状覆盖安装构件90的示例，该滑块50可以沿线性电动机致动器的筒轴方向移动。然后，在覆盖安装构件90的两侧分别安装了波纹状防尘覆盖构件92，该波纹状防尘覆盖构件92可以沿轨道构件的筒轴方向伸缩。

这种覆盖构件92是通过带子或金属固定物而被安装到覆盖安装构件90以及外壳94上的。作为覆盖构件92的材料，可以使用橡胶、织物或铝纤维。

图7是根据本发明第二实施方式的线性电动机致动器的横截面图，该横截面以直角与轨道构件的筒轴方向相交。

如图7所示，线性电动机致动器10的轨道构件16具有闭合的圆筒形横截面形状，并且在轨道构件16上磁体耦合的磁力从中穿过的那一部分(即外部磁体耦合94和内部磁体耦合96之间的那部分)是由非磁性材料制成的。

轨道构件16在其内部具有多个滚动槽14(引导部分的一种模式)，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件在滚动槽中沿筒轴方向滚动。在本图所示的示例中，尽管滚动槽14是设置在两个位置上，但是还可以在两个位置上设置两行滚动槽(即总共在四个位置上设置滚动槽)或者还可以在四个或更多个位置上进行设置。

图7所示移动模块40具有与图1、2或3中所示移动模块相似的结构。另外，相似的是，在轨道构件16内部提供了圆形或棱柱形磁体18，在轨道构件16的筒轴方向上，磁体18具有多个交替排列的用于输出磁力线的磁极。另外，在轨道构件16的内表面上提供了用于测量移动模块40的移动量的标尺20。

内部磁体耦合96被设置在图7所示移动模块40的上部，用于将移动模块240的位移传送到外部，以便以非接触方式将线性电动机致动器10的驱动力传送到其外部。内部磁体耦合96朝着轨道构件16的外部辐射出磁力线。

外部磁体耦合94被设置在轨道构件16的外部，用于通过吸收内部磁体耦合96所辐射出的磁力进而驱动线性电动机致动器10之外的滑块98。另外，滑块98还可以用在真空或净化室中并且沿着引导轴99被引导着。

图8是图7所示线性电动机致动器10沿B1-B’1线截取的横截面图。

如图8所示，在线性电动机致动器10的轨道构件16的内表面上，提供了多个滚动槽14(引导部分的一种模式)以及标尺20，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件12在滚动槽14中沿筒轴方向滚动，而标尺20则用于测量移动模块40的移动量。

在轨道构件16的内部提供了圆筒形或棱柱形磁体18(第一磁体的模式)，在轨道构件16的筒轴方向上，磁体18具有多个交替排列的用于产生磁力线的磁极。

移动模块40包括：用于产生磁力的多个电枢46，这些电枢通过利用轨道构件16上所设置的磁体18所输出的磁力在轨道构件16的筒轴方向上产生推力；线圈分离器43，用于将移动模块40两端处的电枢46固定在预定的位置上；以及多个线圈分离器45，用于将各个电枢46固定到彼此相对的预定位置上。

外部磁体耦合94被设置在轨道构件16的外部，以便吸收由内部磁体耦合96所辐射出的磁力，由此驱动线性电动机致动器10之外的滑块98。

如图8所示，通过使线性电动机致动器10的轨道构件16的横截面形状构成一种闭合的圆筒形，轨道构件16的内部和轨道构件16的外部可以被切断。结果，线性电动机致动器10可以应用于如下领域：在真空环境中想要避免滚动元件12的润滑剂蒸发这一效应的领域；灰尘很多的领域，比如研磨液体或粉屑不断下落的情况；想要避免混入异物的食品加工领域；以及使用净化室的各种工业领域。

图9是根据本发明第三实施方式的线性电动机致动器的透视图。

如本图所示，线性电动机致动器210包括：具有C形横截面的圆筒形轨道构件16，在该圆筒形的一部分处有一个比移动模块240的宽度要窄的开口15，该轨道构件16还具有引导部分(滚动槽14)，该引导部分沿筒轴方向引导移动模块240；外壳30、32，它们从其两端来固定轨道构件16；以及移动模块240，通过包括一可与引导部分相配合的受引导部分(滚动元件引导槽42等)使移动模块240相对于轨道构件16的筒轴方向自由移动。

可以使用一种用于使引导部分和受引导部分安装在一起的滑动轴承，或者可以在引导部分中使用滚动元件轴承。在本图所示的示例中，使用多个滚动槽14作为引导部分，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件在滚动槽中沿筒轴方向滚动。

移动模块240或241具有：滚动元件引导槽42(受引导部分的一种模式)，这些槽从滚动槽14的反面来保持从而引导滚动元件12；以及无限循环路径44，这些路径允许滚动元件12在其内部循环，由此构成相对于轨道构件16的筒轴方向自由移动。另外，移动模块240和移动模块241通过滑块250(耦合构件)采用绝热材料270而耦合在一起。

在轨道构件16的内部提供了圆筒形或棱柱形磁体18，在轨道构件16的筒轴方向上，磁体18具有多个交替排列的用于输出磁力线的磁极，并且在轨道构件16的内表面上提供了用于测量移动模块240和移动模块241的移动量的标尺20。

在移动模块240和移动模块241之间提供了：多个电枢246(第二磁体的一种模式)，这些电枢通过利用轨道构件16上设置的磁体18所输出的磁力在轨道构件16的筒轴方向上产生了推力；以及线圈外壳247，用于固定各个电枢246。

线圈外壳247将电枢246所产生的推力传送到滑块250，滑块250又将该推力传送到线性电动机致动器210之外的设备。另外，在线圈外壳247上提供散热片以散去电枢246所产生的热量。另外，从电枢246传送到线圈外壳247的那部分热量通过传送到滑块250而散去。

因为滑块250、移动模块240和移动模块241都是采用绝热材料270而安装的，所以移动模块240和移动模块241的温度上升可以被抑制到某一程度。

在图9所示的示例中，第一磁体和第二磁体是电磁体，它们可以控制用于使移动模块240移动的推力。还可以将永久磁体用于第一磁体或第二磁体。

如图9所示，在本发明的第三实施方式中，受引导部分(比如滚动元件引导槽42)被设置在以直角与轨道构件16的筒轴相交的多个横截面中的第一横截面之内，并且第二磁体被设置在与其内部结构有受引导部分的第一横截面不同的第二横截面之内。

另外，在本图所示的示例中，尽管第二磁体被描述成设置于移动模块240的滚动元件引导槽42(受引导部分)以及移动模块241的滚动元件引导槽42(受引导部分)之间，但是本发明并不限于本实施方式，因此，第二磁体还可以设置于移动模块240和移动模块241的两侧。

另外，这两个移动模块(即移动模块240和移动模块241)并不总是必需的，可以使用移动模块240和移动模块241中的任一个，并且第二磁体可以设置在任一移动模块的一侧或两侧。

在移动模块240和移动模块241的无限循环路径44中，设置了滚动元件12和此动器54，此动器54的形状匹配于滚动元件12(比如轴承滚珠或轴承滚柱)的外圆周表面以便保持滚动元件12，此动器54还用于减小因相邻滚动元件12彼此接触而产生的阻力和磨损。

在移动模块240的两端设置了用于固定无限循环路径44的端板260、261。在本图所示的示例中，在端板260上设置了电缆夹具66(参照图12)以便固定电缆64，电缆64连接着磁极传感器72(参照图12)并且将电枢246连接着移动模块240。从电缆夹具66中伸出的各种电缆64使用了卷曲的或伸缩卷曲的电缆，其另一端都连接着外壳30中所设置的连接器。另外，尽管本图中未示出，但是在线性电动机致动器10之内还可以提供用于编码器的原点传感器以及驱动极限开关。注意到，在移动模块241的两端也设置了用于固定无限循环路径44的端板262、263。

如图9所示，滑块250构成线性电动机致动器210的输出轴，滑块50是以这样一种方式被支撑的，即滑块250通过滚动元件12(比如轴承滚珠或轴承滚柱)相对于轨道构件16的筒轴方向自由地滑动，通过用于产生推力的线性电动机便可以实现对与滑块50直接相连的待驱动目标对象的位置或速度控制，该线性电动机由磁体18、电枢246、磁极传感器72、标尺20、编码器探头48等构成。

图10是图9所示本发明第三实施方式的线性电动机致动器210沿C-C′线所截取的横截面图。

沿图9所示C-C′线所截取的横截面被定义成以直角与轨道构件16的筒轴相交的第二横截面。图10所示的实施方式是这样一种实施方式，其中电枢246(第二磁体)被设置在以直角与轨道构件16的筒轴相交的多个不同横截面中不含受引导部分(例如，滚动元件引导槽42等)的第二横截面之内。

尽管图10所示线性电动机致动器210的轨道构件16具有C形横截面的圆筒形，该圆筒形的切除部分提供了开口15，但是如图7所示的闭合圆筒横截面形状也是可以采用的。

如图10所示，轨道构件16在其内部具有多个滚动槽14(引导部分的一种模式)，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件12在滚动槽中沿筒轴方向滚动。在本图所示的示例中，尽管滚动槽14设置在两个位置上，但是还可以在两个位置上设置两行滚动槽(即总共在四个位置上设置滚动槽)或者还可以在四个或更多个位置上进行设置。

电枢246是通过线圈外壳247被安装在滑块250上的。通过利用轨道构件16上设置的磁体18所输出的磁力，便使电枢246在轨道构件16的筒轴方向上产生了推力。另外，电枢246所产生的热量通过线圈外壳247而被传送到滑块250，以便辐射到线性电动机致动器210的外部。

图11是图9所示本发明第三实施方式的线性电动机致动器210沿D-D′线所截取的横截面图。

沿图9所示D-D′线所截取的横截面被定义成以直角与轨道构件16的筒轴相交的第一横截面。图11所示的实施方式是这样一种实施方式，其中滚动元件引导槽42(受引导部分的一种模式)被设置在与轨道构件16的筒轴相交的多个不同横截面中不含第二磁体(例如，电枢246等)的第一横截面之内。

如图11所示，移动模块241具有：滚动元件引导槽42(受引导部分的一种模式)，用于引导滚动元件12；以及无限循环路径14，这些路径允许滚动元件12在其内部循环。

在轨道构件16内部提供了磁体18(第一磁体的模式)，在轨道构件16的筒轴方向上，磁体18具有多个用于交替输出磁力线的磁极。另外，在轨道构件16的内表面上提供了用于测量移动模块240的移动量的标尺20，并且在移动模块241的下侧提供了编码器探头48。

图12是图11所示本发明第三实施方式的线性电动机致动器210沿E-E′线所截取的横截面图。

如本图所示，因为在线性电动机致动器210的轨道构件16在其内表面上设置了多个滚动槽14(引导部分的一种模式)，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件12在滚动槽中沿筒轴方向滚动，所以移动模块240和移动模块241可以在轨道构件16内部沿筒轴方向自由且平滑地移动。

在轨道构件16的内部提供了圆筒形或棱柱形磁体18(第一磁体的一种模式)以及用于测量移动模块240和移动模块241的移动量的标尺20。

在移动模块240和移动模块241上的线圈外壳247的内部，提供了：用于产生磁力的多个电枢246，这些电枢通过利用轨道构件16上所设置的磁体18所输出的磁力在轨道构件16的筒轴方向上产生了推力；线圈分离器243，用于将线圈外壳247两端处的电枢固定在预定的位置上；以及多个线圈分离器245，用于将各个电枢246固定到预定的位置上。

电枢246所产生的热量可以通过线圈外壳247和滑块250而辐射到线性电动机致动器210的外部。结果，电枢246的温度上升可以抑制到某一限度，允许更多的电流流向电枢246。由此该线性电动机致动器可以提供大推力。

在移动模块240和移动模块241中，提供了：无限循环路径44，这些路径允许滚动元件12在其内部循环；以及端板260、261、262、263，用于固定无限循环路径44等。另外，在本图所示的示例中，在移动模块241上的端板263上安装了编码器探头48，用于测量移动模块241的移动量。

另外，在移动模块240上的端板260上安装了磁极传感器72，用于测量由磁体18所产生的磁力。磁极传感器72的安装位置并不限于图12所示的位置，因此，任何位置都可以使用，只要该位置能检测到磁体18的磁极即可。当线性电动机致动器210被用于与磁体18的磁极有关的开环中时，磁极传感器72可以省略。

另外，如本图所示，用于产生推力的电枢246被安装在滑块250上，而沿筒轴方向自由移动的移动模块240和移动模块241则采用绝热材料270被安装在滑块250上。结果，滑块250借助电枢246所产生的推力在筒轴方向上移动，由此有可能进行位置或速度控制。

如图10和11所示，因为本发明第三实施方式的线性电动机致动器210的轨道构件16也构成包括移动模块240和移动模块241，所以即使滚动元件12偏离了轨道构件16的滚动槽14，也不会出现移动模块240和移动模块241都偏离轨道构件16的情况。

另外，当对本图所示的线性电动机致动器210的滑块250进行位置或速度控制时，通过将用于以微步进方式输出控制电能以便控制多个电枢246的驱动器(未示出)连接着线性电动机致动器210，便实现了上述这一点。

当关于位置命令的信息或关于速度命令的信息被从主机控制器输入到上述驱动器时，该驱动器基于编码器探头48所输出的位置信息或磁极传感器72所输出的磁体位置信息将控制驱动电流输出到各个电枢246，以便控制驱动器250的位置和速度。

与图4所示第一实施方式相似，第三实施方式的线性电动机致动器210的特征也在于这样一种结构，即轨道构件16的延伸部分17远远凸出于移动模块240或移动模块241的上方。

采用这一结构，轨道构件16的横截面形状变得接近闭合曲线，由此轨道构件16的几何转动惯量可以很大，尽管其外部尺寸保持很紧凑。因此，可以获得一种具有高刚度(比如抗弯刚度、抗扭刚度等)的线性电动机致动器。

另外，通过使轨道构件16的横截面结构大致构成一种闭合的圆筒形，便可以在使几何转动惯量保持很高的同时减小轨道构件16的横截面面积和质量的比值。另外，对于每一方向上的负载都可以获得均匀的抗弯刚度。

另外，在第三实施方式的线性电动机致动器210上，还可以安装与图6所示相似的防尘覆盖元件。

另外，第三实施方式的线性电动机致动器210的轨道构件16还可以构成具有图7和8所示闭合圆筒形横截面形状的轨道构件，并且还可以构成通过使用磁体耦合来控制待驱动的目标对象。在这种情况下，因为通过使轨道构件的横截面形状构成一种闭合的圆筒形便可以切断轨道构件的内部和轨道构件的外部，所以线性电动机致动器210可以有如下应用：在真空环境中使用的应用；灰尘很多时的应用；食品加工领域；以及在净化室中使用的应用。

图13是根据本发明第四实施方式的线性电动机致动器的透视图。

如本图所示，线性电动机致动器310的轨道构件16具有C形横截面的圆筒形，在筒的一部分处具有比移动模块340的宽度要窄的开口15，该筒构成一种中空棱柱形或圆筒形，该轨道构件16还构成具有引导部分(引导槽14)的圆筒形，该引导部分在该筒的内表面上沿筒轴方向引导移动模块340。

线性电动机致动器310包括：外壳30、32，它们从其两端来固定轨道构件16；以及移动模块340，通过包括一可与引导部分相配合的受引导部分(滚动元件引导槽42等)使移动模块340相对于轨道构件16的筒轴方向自由移动。

可以使用一种用于使引导部分和受引导部分安装在一起的滑动轴承，或者可以在引导部分中使用滚动元件轴承。在本图所示的示例中，使用多个滚动槽14作为引导部分，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件在滚动槽中沿筒轴方向滚动。

移动模块340具有：滚动元件引导槽42(受引导部分的一种模式)，这些槽从滚动槽14的反面来保持从而引导滚动元件12；以及无限循环路径14。该移动模块340还构成相对于轨道构件16的筒轴方向自由移动。

在轨道构件16的内部提供了：多个磁体318(第一磁体的模式)，在轨道构件16的筒轴方向上这些磁体以交替方式输出磁力线；以及一种光、磁、或其它类型的标尺20，用于测量移动模块340的移动量。

在移动模块340这一侧，提供了：电枢346(第二磁体的一种模式)，这些电枢利用轨道构件16上所设置的磁体18所输出的磁力来产生一种磁力从而在轨道构件16的筒轴方向上产生推力；编码器探头(encoder head)48，它是一种光、磁、或其它类型的读取器件，用于测量移动模块340的移动量；滑块50，用于从轨道构件16的开口15中将移动模块340的位移传送到待驱动的目标对象；以及耦合构件352，它将移动模块340和滑块50耦合到一起。

在图13所示的示例中，第一磁体和第二磁体都可以控制用于使移动模块340移动的推力。这两磁体中的任一个都可以使用永久磁体。

在移动模块40的无限循环路径44中设置了滚动元件12和此动器54，此动器54的形状匹配于滚动元件12(比如轴承滚珠或轴承滚柱)的外圆周表面以便保持滚动元件12，此动器54还用于减小因相邻滚动元件12彼此接触而产生的阻力和磨损。注意到，可根据应用省略此动器54。

在移动模块340的两端，提供了用于保持无限循环路径44的端板60、62。在端板60处可以提供用于固定电缆364的电缆夹具66(参照图3)。电缆64用于传输将要提供给编码器探头48和磁极传感器72的电能以及从中输出的输出信号，电缆364还用于传输将要提供给电枢346的电能。通过电缆夹具66而固定到移动模块340的电缆364的其它端则连接着外壳30中所设置的连接器。

在图13所示的示例中，滑块50构成线性电动机致动器310的输出轴，滑块50是以这样一种方式被支撑的，即滑块50通过滚动元件12(比如轴承滚珠或轴承滚柱)相对于轨道构件16的筒轴方向自由地滑动。结果，通过用于产生推力的线性电动机，便可以实现对与滑块50直接相连的待驱动目标对象的位置或速度控制，该线性电动机由磁体318、电枢346、磁极传感器372、标尺20、编码器探头48等构成。

通过将本图所示线性电动机致动器310的外壳30、32安装到牵引用车辆(牵引机)的尾部，线性电动机致动器310便可以用于这样一种应用中，即滑块50上所设置的牵引球(球形的凸出部分)构成了牵引用车辆(牵引机)的滑动类型的第五轴。

当以这种方式使用线性电动机致动器310时，牵引车辆(拖车)的耦合器耦合到线性电动机致动器310的牵引球，以便根据牵引用车辆(牵引机)的方向盘的转向角度使滑块50向左或向右移动，从而减小向左或向右转时牵引车辆(拖车)的后方内侧轮子的转弯半径的差异并且增大相反操作时牵引车辆(拖车)的转弯能力。

图14是图13所示第四实施方式的线性电动机致动器沿A-A′线截取的横截面图。

沿图14所示的A-A′线截取的截面是一个以直角和轨道构件16的筒轴相交的截面。图14所示实施方式是这样一种实施方式，其中移动模块340和电枢346(第二磁体)都设置在以直角与轨道构件的筒轴相交的同一截面内。

如图14所示，线性电动机致动器310的轨道构件16具有C形横截面的圆筒形，该圆筒形具有一切除一部分圆筒形而形成的开口15。轨道构件16在其内部具有多个滚动槽14，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件12在滚动槽中沿筒轴方向滚动。

在本图所示的示例中，采用了两行哥特尖拱(Gothic arch)接触构造，其中通过使用两行滚动元件循环系统来支撑两个方向上的负荷，其方式是滚动元件12在每个球对应的两个位置处接触轨道构件16的滚动元件槽14。本发明不限于提供两行滚动槽14这一示例，而是还可以采用四行循环接触构造，其中提供了四行滚动元件循环系统，其中每个系统通过单行滚动元件来支撑一个方向上的力，其方式是其支撑方向彼此成直角。另外，彼此斜角连接的两行滚动槽可以设置在两个位置上(滚动槽可以设置在四个位置上)或者可以设置在四个或更多个位置上。

另外，还可以采用这样一种结构，其中在轨道构件和移动模块之间不插入任何滚动元件的情况下使移动模块相对于轨道构件进行滑动。

如本图所示，移动模块340具有用于引导滚动元件12的滚动元件引导槽42以及用于使滚动元件12在其中循环的无限循环路径44。在轨道构件16的内表面上提供了多个磁体18，在轨道构件16的筒轴方向上这些磁体交替地输出磁力线。另外，在轨道构件16的内表面上提供了用于测量移动模块40的移动量的标尺20。

如本图所示，移动模块340包括：用于产生磁力的多个电枢346，这些电枢通过利用轨道构件16上所设置的磁体318所输出的磁力在轨道构件16的筒轴方向上产生推力；轭铁347，电枢346所产生的磁力线穿过轭铁347；以及绝热材料370，它用于防止电枢346所产生的热量被传送到移动模块340。

另外，滑块50和耦合构件352都固定到移动模块340，滑块50用于将移动模块340连接着线性电动机致动器310之外的设备，耦合构件352用于将滑块50和移动模块340耦合到一起。

如图14所示，在本发明的线性电动机致动器310中，因为轨道构件16构成包括移动模块340，所以即使滚动元件12偏离了轨道构件16的滚动槽14，也不会出现移动模块340偏离轨道构件16的情况。

图15是图14所示第四实施方式的线性电动机致动器310沿B-B′线截取的横截面图。

如本图所示，在线性电动机致动器310的轨道构件16的内表面上提供了多个滚动槽14，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件12在滚动槽中沿筒轴方向滚动。结果，移动模块40可以相对于轨道构件16内部的筒轴方向自由且平滑地移动。

在轨道构件16的内部提供了：多个磁体318，用于在轨道构件16的筒轴方向上以交替的方式输出磁力线；以及标尺20，用于测量移动模块340的移动量。

移动模块340包括：用于产生磁力的多个电枢346，这些电枢通过利用轨道构件16上所设置的磁体318所输出的磁力在轨道构件16的筒轴方向上产生推力；轭铁347，电枢346所产生的磁力线穿过轭铁347；以及绝热材料370，它用于防止电枢346所产生的热量被传送到移动模块340。另外，移动模块340包括滑块50和耦合构件352，滑块50将移动模块340与位于线性电动机致动器310之外的设备相连，耦合构件352将滑块50和移动模块340耦合到一起。

在移动模块340中，还提供了：无限循环路经44，它允许滚动元件12在其内部循环；以及端板60、62，用于保持无限循环路经44等。另外，在本图所示的示例中，在移动模块340的端板62上安装了用于测量移动模块340的移动量的编码器探头48。

另外，在移动模块340的端板60上安装了用于测量磁体318所产生的磁力的磁极传感器72。磁极传感器72的安装位置并不限于图15所示的位置，因此，可以使用任何位置，只要它允许检测磁体318的磁极即可。另外，因为当建立磁体318和电枢346的位置以便于应用所谓的功率因数检测方法时可以省略磁极传感器72，所以可以使线性电动机致动器310进一步小型化。

在移动模块340上，提供了编码器探头48和磁极传感器72以及用于将电缆364固定到移动模块340上的电缆夹具366。

从电缆夹具366中伸出的各种电缆364通过绕组型电缆支架而连接着外壳30中所设置的连接器。另外，尽管本图中未示出，但是在线性电动机致动器10之内还可以提供用于编码器的原点传感器以及驱动极限开关。

另外，如本图所示，用于产生推力的轭铁347采用绝热材料370而被安装到移动模块340上，该移动模块340沿筒轴方向自由移动。因为滑块50是通过耦合构件352而被安装到移动模块340上的，所以借助于轭铁347所产生的推力使滑块50在筒轴方向上移动，由此可以在滑块50上进行位置或速度控制。

注意到，当在本图所示的滑块50上进行位置或速度控制时，通过将用于输出控制电能以便伺服控制多个电枢346的驱动器(未示出)连接着线性电动机致动器310，便实现了上述这一点。

编码器探头48所输出的位置信息以及磁极传感器72所输出的磁体位置信息都被输入到上述驱动器中，并且用于输出位置命令和速度命令的主机计算机或时序器连接着上述驱动器。

当关于位置命令的信息或关于速度命令的信息从主机控制器被输入到上述驱动器时，该驱动器基于编码器探头48所输出的位置信息或磁极传感器72所输出的磁体位置信息将控制驱动电流输出到各个电枢46，以便控制驱动器50的位置和速度。

图16示出了根据本发明第五实施方式的线性电动机致动器的横截面图，该横截面以直角与轨道构件的筒轴相交。

如图16所示，线性电动机致动器410的轨道构件416具有闭合的圆筒形横截面形状，并且在轨道构件416上磁体耦合的磁力从中穿过的那一部分(即外部磁体耦合94和内部磁体耦合96之间的那部分)是由非磁性材料制成的。

轨道构件416在其内部具有多个滚动槽14(引导部分的一种模式)，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件在滚动槽中沿筒轴方向滚动。在本图所示的示例中，尽管滚动槽14是设置在两个位置上，但是还可以在两个位置上设置两行滚动槽(即总共在四个位置上设置滚动槽)或者还可以在四个或更多个位置上进行设置。

图16所示移动模块340具有与图13、14或15所示移动模块相似的结构。另外，相似的是，在轨道构件416的内表面上提供了多个磁体318，在轨道构件416的筒轴方向上这些磁体交替地输出磁力线。另外，在轨道构件416的内表面上提供了用于测量移动模块340的移动量的标尺20。

内部磁体耦合96被设置在图16所示移动模块340的上部，用于将移动模块340的位移传送到外部，以便以非接触方式将线性电动机致动器410的驱动力传送到其外部。内部磁体耦合96向轨道构件416的外部辐射出磁力线。

外部磁体耦合94被设置在轨道构件416的外部，用于通过吸收内部磁体耦合96所辐射出的磁力进而驱动线性电动机致动器110之外的滑块98。另外，滑块98还可以用在真空或净化室中并且沿着引导轴99被引导着。

图17是本发明第五实施方式的线性电动机致动器410沿B1-B′1线截取的横截面图。

如图17所示，在多个滚动槽14(引导部分的一种模式)中有诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件12沿筒轴方向滚动。另外，在轨道构件416的内部提供了：多个磁体18，在轨道构件116的筒轴方向上这些磁体交替地输出磁力线；以及用于测量移动模块340的移动量的标尺20。

如本图所示，移动模块340包括：用于产生磁力的多个电枢346，这些电枢通过利用轨道构件416上所设置的磁体318所输出的磁力在轨道构件416的筒轴方向上产生推力；轭铁347，电枢346所产生的磁力线穿过轭铁347；以及绝热材料370，它用于防止电枢346所产生的热量被传送到移动模块340。

外部磁体耦合94被设置在轨道构件416的外部，用于吸收内部磁体耦合96所辐射出的磁力进而驱动线性电动机致动器410之外的滑块98。

如图17所示，通过使线性电动机致动器410的轨道构件416的横截面形状构成一种闭合的圆筒形，轨道构件416的内部和轨道构件416的外部可以被切断。结果，线性电动机致动器410可以应用于如下领域：在真空环境中想要避免滚动元件12的润滑剂蒸发这一效应的领域；灰尘很多的领域，比如研磨液体或粉屑不断下落的情况；想要避免混入异物的食品加工领域；以及使用净化室的各种工业领域。

图18是根据本发明第六实施方式的线性电动机致动器的透视图。

如本图所示，线性电动机致动器510包括：圆筒形的轨道构件16，它具有C形横截面的圆筒形，在圆筒形的一部分处具有比移动模块540的宽度要窄的开口15，该轨道构件16还具有引导部分(引导槽14)，该引导部分沿筒轴方向引导移动模块540；外壳30、32，它们从其两端来固定轨道构件16；以及移动模块540，通过包括一可与引导部分相配合的受引导部分(滚动元件引导槽42等)使移动模块540相对于轨道构件16的筒轴方向自由移动。

可以使用一种用于使引导部分和受引导部分安装在一起的滑动轴承，或者可以在引导部分中使用滚动元件轴承。在本图所示的示例中，使用多个滚动槽14作为引导部分，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件12在滚动槽中沿筒轴方向滚动。

移动模块540或移动模块541具有：滚动元件引导槽42(受引导部分的一种模式)，这些槽从滚动槽14的反面来保持从而引导滚动元件12；以及无限循环路径44，这些路径允许滚动元件12在其内部循环，由此构成相对于轨道构件16的筒轴方向自由移动。另外，通过绝热材料570，用耦合构件552将移动模块540或移动模块541耦合到一起。

在轨道构件16的内部提供了：多个磁体318(第一磁体的一种模式)，在轨道构件16的筒轴方向上这些磁体以交替方式输出磁力线；以及标尺20，用于测量移动模块540或移动模块541的移动量。

在移动模块540或移动模块541之间提供了：多个电枢546(第二磁体的一种模式)，这些电枢通过利用轨道构件16上所设置的磁体318所输出的磁力在轨道构件16的筒轴方向上产生推力；以及轭铁547，电枢546所产生的磁力线穿过轭铁547。这些电枢546和轭铁547都安装在耦合构件552上。

在图18所示的示例中，第一磁体和第二磁体都可以控制用于使移动模块540移动的推力。这两磁体中的任一个都可以使用永久磁体。

如图18所示，在本发明的第六实施方式中，受引导部分(比如滚动元件引导槽42)被设置在以直角与轨道构件16的筒轴相交的多个横截面中的第一横截面之内，并且第二磁体被设置在与其内部结构中有受引导部分的第一横截面不同的第二横截面之内。

另外，在本图所示的示例中，尽管第二磁体被描述成设置于移动模块540的滚动元件引导槽42(受引导部分)以及移动模块541的滚动元件引导槽42(受引导部分)之间，但是本发明并不限于本实施方式，因此，第二磁体还可以设置于移动模块540和移动模块541的两侧。

另外，这两个移动模块(即移动模块540和移动模块541)并不总是必需的，可以使用移动模块540和移动模块541中的任一个，并且第二磁体可以设置在任一移动模块的一侧或两侧。

在移动模块540和移动模块541上提供了：编码器探头48，它是一种光、磁、或其它类型的读取器件，用于测量移动模块的移动量；滑块50，它连接着线性电动机致动器540之外的设备，用于从轨道构件16的开口15中传送出移动模块540的位移；以及耦合构件552，它将移动模块540、移动模块541和轭铁547耦合到滑块50。

在移动模块540和移动模块541的无限循环路径44中，设置了滚动元件12和此动器54，此动器54的形状匹配于滚动元件12(比如轴承滚珠或轴承滚柱)的外圆周表面以便保持滚动元件12，此动器54还用于减小因相邻滚动元件12彼此接触而产生的阻力和磨损。

在移动模块540的两端设置了用于固定无限循环路径44的端板560、561。在本图所示的示例中，在端板560上设置了电缆夹具366以便固定电缆364，电缆364连接着磁极传感器72并且将电枢546连接着移动模块540。从电缆夹具366中伸出的各种电缆64都通过绕线型电缆支架368而连接着外壳30中所设置的连接器。

在移动模块541的两端还提供了端板562、563。在图18所示的示例中，编码器探头48被安装在端板563上。

如图18所示，因为滑块50构成线性电动机致动器510的输出轴并且滑块50是以这样一种方式被支撑的，即滑块50通过滚动元件12(比如轴承滚珠或轴承滚柱)相对于轨道构件16的筒轴方向自由地滑动，所以通过用于产生推力的线性电动机，便可以实现对与滑块50直接相连的待驱动目标对象的位置或速度控制，该线性电动机由磁体318、电枢546、磁极传感器72、标尺20、编码器探头48等构成。

图19是图18所示本发明第六实施方式的线性电动机致动器沿C-C′线所截取的横截面图。

沿图18所示C-C′线所截取的横截面被定义成以直角与轨道构件16的筒轴相交的第二横截面。图19所示的实施方式是这样一种实施方式，其中电枢546(第二磁体)被设置在以直角与轨道构件16的筒轴相交的多个不同横截面中不含受引导部分(例如，滚动元件引导槽42等)的第二横截面之内。

尽管图19所示线性电动机致动器510的轨道构件16具有C形横截面的圆筒形，该圆筒形的切除部分提供了开口15，但是如图16所示的闭合圆筒横截面形状也是可以采用的。

如图19所示，轨道构件16在其内部具有多个滚动槽14(引导部分的一种模式)，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件12在滚动槽中沿筒轴方向滚动。在本图所示的示例中，尽管滚动槽14设置在两个位置上，但是还可以在两个位置上设置两行滚动槽(即总共在四个位置上设置滚动槽)或者还可以在四个或更多个位置上进行设置。

在耦合构件252上安装了轭铁547，电枢246所产生的磁力线穿过轭铁547并且轭铁547传送由电枢246所产生的热量。通过利用轨道构件16上所设置的磁体318所输出的磁力，电枢546可以在轨道构件16的筒轴方向上产生推力。另外，电枢546所产生的热量通过轭铁547和耦合构件552而传送到滑块50，接着辐射到线性电动机致动器510的外部。

图20是图18所示本发明第六实施方式的线性电动机致动器沿D-D′线所截取的横截面图。

沿图18所示D-D′线所截取的横截面被定义成以直角与轨道构件16的筒轴相交的第一横截面。图20所示的实施方式是这样一种实施方式，其中滚动元件引导槽42(受引导部分的一种模式)被设置在与轨道构件16的筒轴相交的多个不同横截面中不含第二磁体(例如，电枢546等)的第一横截面之内。

如图20所示，移动模块241具有：滚动元件引导槽42(受引导部分的一种模式)，用于引导滚动元件12；以及无限循环路径44，这些路径允许滚动元件12在其内部循环。

在轨道构件16的内表面上提供了多个磁体318(第一磁体的模式)，在轨道构件16的筒轴方向上，这些磁体以交替方式输出磁力线。另外，在轨道构件16的内表面上提供了一种标尺20，用于测量移动模块540的移动量。

图21是图19所示本发明第三实施方式的线性电动机致动器沿E-E′线所截取的横截面图。

如本图所示，因为在线性电动机致动器510的轨道构件16的内表面上设置了多个滚动槽14(引导部分的一种模式)，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等大量的滚动元件12在滚动槽中沿筒轴方向滚动，所以移动模块540和移动模块541可以在轨道构件16内部沿筒轴方向自由且平滑地移动。

在轨道构件16的内部包括了多个磁体318(第一磁体的一种模式)以及用于测量移动模块540和移动模块541的移动量的标尺20。

在耦合构件552上提供了：用于产生磁力的多个电枢546，这些电枢通过利用轨道构件16上设置的磁体318所输出的磁力在轨道构件16的筒轴方向上产生推力；轭铁547，电枢546所产生的磁力线穿过轭铁547；以及绝热材料570，它用于防止电枢546所产生的热量被传送到移动模块540和移动模块541。

电枢546所产生的热量可以通过轭铁547、耦合构件552和滑块50而辐射到线性电动机致动器510的外部。结果，因为电枢546的温度上升可以抑制到某一限度，所以可以使更多的电流流向电枢546，由此有可能允许该线性电动机致动器产生大推力。

在移动模块540和移动模块541上，提供了：无限循环路径44，这些路径允许滚动元件12在其内部循环；以及端板560、561、562、563，用于固定无限循环路径44等。另外，在本图所示的示例中，在移动模块541上的端板563上安装了编码器探头48，用于测量移动模块541的移动量。编码器探头48可以安装在移动模块541的下侧(参照图21中的编码器探头48′)。

另外，在移动模块540上的端板260上安装了磁极传感器72，用于测量由磁体318所产生的磁力。磁极传感器72的安装位置并不限于图21所示的位置，因此，任何位置都可以使用，只要该位置能检测到磁体318的磁极即可。当线性电动机致动器510被用于与磁体318的磁极有关的开环中时，磁极传感器72可以省略。

另外，如本图所示，用于产生推力的轭铁547安装在耦合构件552上，而沿筒轴方向自由移动的移动模块540和移动模块541则通过绝热材料570安装在该耦合构件552上。结果，耦合构件552上所安装的滑块50借助于轭铁547所产生的推力在筒轴方向上移动，由此有可能实现位置或速度控制。

如图19和20所示，在根据本发明第六实施方式的线性电动机致动器中，因为轨道构件16构成包括移动模块540和移动模块541，所以即使滚动元件12偏离了轨道构件16的滚动槽14，也不会出现移动模块540和移动模块541都偏离轨道构件16的情况。

注意到，当在本图所示的线性电动机致动器510的滑块50上进行位置或速度控制时，通过将用于以微步进方式输出控制电能以便控制多个电枢546的驱动器(未示出)连接着线性电动机致动器510，便实现了上述这一点。

当关于位置命令的信息或关于速度命令的信息被从主机控制器输入到上述驱动器时，该驱动器基于编码器探头48所输出的位置信息或磁极传感器72所输出的磁体位置信息将控制驱动电流输出到各个电枢546，以便控制驱动器250的位置和速度。

与图4所示第一实施方式相似，第三实施方式的线性电动机致动器510的特征也在于这样一种结构，即轨道构件16的延伸部分17远远凸出于移动模块540或移动模块541的上方。

采用这一结构，轨道构件16的横截面形状变得接近闭合曲线，由此轨道构件16的几何转动惯量可以很大，尽管其外部尺寸保持很紧凑。因此，可以获得一种具有高刚度(比如抗弯刚度、抗扭刚度等)的线性电动机致动器。

另外，通过使轨道构件16的横截面结构大致构成一种闭合的圆筒形，便可以在使几何转动惯量保持很高的同时减小轨道构件16的横截面面积和质量的比值。另外，对于每一方向上的负载都可以获得均匀的抗弯刚度。

另外，在第六实施方式的线性电动机致动器510上，还可以安装与6所示相似的防尘覆盖元件。

另外，第六实施方式的线性电动机致动器510的轨道构件16还可以构成具有图16和17所示闭合圆筒形横截面形状的轨道构件，并且还可以构成通过使用磁体耦合来控制待驱动的目标对象。在这种情况下，因为通过使轨道构件的横截面形状构成一种闭合的圆筒形便可以切断轨道构件的内部和轨道构件的外部，所以线性电动机致动器510可以有如下应用：在真空环境中使用的应用；灰尘很多时的应用；食品加工领域；以及在净化室中使用的应用。

工业应用性

根据本发明，可以提供一种抗扭刚度或抗弯刚度很高的线性电动机致动器，它横截面很小、重量轻且尺寸更紧凑。结果，该线性电动机致动器最好可以应用于这样一种情况，即线性电动机致动器自身可在关节机器人的远端轴上旋转地摇摆。

另外，根据本发明，线性电动机致动器可以用在灰尘很多的环境(比如研磨液体不断下落的环境)中，还可以用在像净化室这样的清洁环境中。

Claims (10)

1.一种线性电动机致动器，其特征在于，它包括：

圆筒形的轨道构件，其中移动模块在棱柱形或圆筒形中空部分中移动，该轨道构件的横截面形状具有位于圆筒形一部分处的、比移动模块的宽度要窄的开口，并且该轨道构件还具有引导部分，该引导部分在该圆筒形轨道构件的内表面上沿筒轴方向引导移动模块；

移动模块，它被引导部分引导以便在轨道构件内沿筒轴方向移动；

圆筒形或棱柱形的第一磁体，它位于轨道构件内部以产生磁力；以及，

第二磁体，它构成一种围绕着第一磁体的形状并且位于移动模块这一侧以产生磁力，其中

第一磁体或第二磁体是电磁体，用于控制使移动模块移动的推力。

2.一种线性电动机致动器，其特征在于，它包括：

圆筒形的轨道构件，其中移动模块在棱柱形或圆筒形中空部分中移动，该轨道构件的横截面形状具有位于圆筒形一部分处的、比移动模块的宽度要窄的开口，并且该轨道构件还具有引导部分，该引导部分在该圆筒形轨道构件的内表面上沿筒轴方向引导该移动模块；

移动模块，它被引导部分引导以便在轨道构件内沿筒轴方向移动；

第一磁体，它位于轨道构件这一侧的内表面上以产生磁力；以及，

第二磁体，它位于移动模块这一侧以产生磁力，其中，

第一磁体或第二磁体是电磁体，用于控制使移动模块移动的推力。

3.如权利要求1或2所述的线性电动机致动器，其特征在于：

轨道构件的引导部分具有多个滚动槽，诸如轴承滚珠或轴承滚柱等滚动元件在滚动槽中滚动；以及，

移动模块具有滚动元件引导槽，这些引导槽从滚动槽的反面来保持滚动元件，并且移动模块被支撑在滚动元件上，以便在轨道构件内沿筒轴方向移动。

4.如权利要求1到3中任一项所述的线性电动机致动器，其特征在于：

它具有多个像上述移动模块那样的移动模块；以及，

提供了一种用于将所述多个移动模块耦合到一起的耦合构件。

5.如权利要求1或2所述的线性电动机致动器，其特征在于：

它具有在彼此不同的多个横截面中的第一横截面内与所述引导部分相适合的受引导部分，这些彼此不同的横截面都以直角和轨道构件的筒轴相交；以及，

第二磁体被置于内部形状中与第一横截面不同的第二横截面内。

6.如权利要求3所述的线性电动机致动器，其特征在于：

它具有在彼此不同的多个横截面中的第一横截面内的滚动元件引导槽，这些彼此不同的横截面都以直角和轨道构件的筒轴相交；以及

第二磁体被置于内部形状中与第一横截面不同的第二横截面内。

7.如权利要求1到3中任一项所述的线性电动机致动器，其特征在于：

移动模块和第二磁体都设置在以直角与轨道构件的筒轴相交的同一横截面内。

8.如权利要求1到7中任一项所述的线性电动机致动器，其特征在于：

提供了覆盖构件，它覆盖了整个轨道构件并且沿轨道构件的筒轴方向自由伸缩。

9.一种线性电动机致动器，其特征在于，它包括：

圆筒形的轨道构件，其中移动模块在棱柱形或圆筒形的封闭中空部分中移动，该轨道构件具有引导部分，该引导部分在该圆筒形轨道构件的内表面上沿筒轴方向引导移动模块；

移动模块，它被引导部分引导以便在轨道构件内沿筒轴方向移动；

磁体耦合，用于将移动模块的位移传送到轨道构件的外部；

圆筒形或棱柱形的第一磁体，它位于轨道构件这一侧的内表面上以产生磁力；以及

第二磁体，它构成一种围绕着第一磁体的形状并且处于移动模块这一侧以产生磁力，其中

第一磁体或第二磁体是电磁体，用于控制使移动模块移动的推力。

10.一种线性电动机致动器，其特征在于，它包括：

圆筒形的轨道构件，其中移动模块在棱柱形或圆筒形的封闭中空部分中移动，该轨道构件具有引导部分，该引导部分在该圆筒形轨道构件的内表面上沿筒轴方向引导移动模块；

移动模块，它被引导部分引导以便在轨道构件内沿筒轴方向移动；

磁体耦合，用于将移动模块的位移传送到轨道构件的外部；

第一磁体，它位于轨道构件这一侧的内表面上以产生磁力；以及，

第二磁体，它位于移动模块这一侧以产生磁力，其中，

第一磁体或第二磁体是电磁体，用于控制使移动模块移动的推力。

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