DE10158562A1 - Linearmotor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung stellt einen Multiphasenspulenaufbau bereit, welcher eine erste Spule aufweist, welche einen ersten oberen und unteren Zweig in einer ersten Ebene und einen zentralen Teil der ersten Spule aufweist, der einen linken und rechten Zweig in einer zweiten Ebene beinhaltet; einer zweiten Spule, welche einen zweiten oberen und unteren Zweig in der ersten Ebene und einen zentralen Teil der zweiten Spule aufweist, der einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet, wobei der linke Zweig der zweiten Spule benachbart des rechten Zweigs der ersten Spule positioniert ist; und einer dritten Spule, welche einen dritten oberen und unteren Zweig in einer dritten Ebene und einen zentralen Teil der dritten Spule aufweist, der einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet, und so positioniert ist, dass sie den rechten Zweig der ersten Spule und den linken Zweig der zweiten Spule beinhaltet, wobei der dritte obere Zweig in den ersten und zweiten oberen Zweig eingreift und der dritte untere Zweig in den ersten und zweiten unteren Zweig eingreift; wobei die erste, zweite und dritte Spule so angeordnet sind, um sich mit den zentralen Teilen in der zweiten Ebene zu bewegen, welche eine Dicke aufweisen, die der Dicke einer einzelnen Spule gleicht und die oberen und unteren Zweige, wenn sie jeweils ineinander greifen, eine konstante Dicke aufweisen, die der zweifachen Dicke gleicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearmotor.

Linearmotoren bieten viele Vorteile, wie sehr hohe Beschleu­ nigung (bis zu 10 g) und Positionierungsgenauigkeit im unteren Mikrometerbereich und kann ideal sein für neue Maschinenanla­ gen oder Aufrüstungen. Andere Nutzen beinhalten, dass sie nur einen beweglichen Teil aufweisen, welches zur Vereinfachung und Zuverlässigkeit führt ohne Rückwirkung und hoher Steif­ heit. Der berührungsfreie Betrieb reduziert ebenfalls die Ab­ nutzung, welches zu einer langen Lebensdauer und einer Reduk­ tion der Wartung führt. Linearmotoren werden in einer Viel­ zahl von Verwendungen eingesetzt. Zum Beispiel werden sie in Halbleiterherstellungsausrüstung eingesetzt, Fabrikautomati­ onsmaschinenanlagen mit mikrolithographischen Instrumenten und den anderen Präzisionsbewegungseinrichtungen zum präzisen Steuern der Position von Einrichtungen und Instrumenten.

Ein herkömmlicher synchroner Linearmotor weist eine Magnetan­ ordnung auf, welche elektromagnetisch mit einer Spulenanord­ nung in Wechselwirkung tritt. Elektromagnetische Kräfte (Lo­ renzkräfte genannt) werden bei der Spulenanordnung in Zusam­ menarbeit mit der Magnetanordnung erzeugt, und die elektro­ magnetischen Kräfte auf die Spulenanordnung veranlassen die Spulenanordnung, bezüglich der Magnetanordnung, angetrieben zu werden oder umgekehrt. Somit können Linearmotoren eine ortsfeste Magnetanordnung (bei der die Spulenanordnung ange­ trieben wird) oder eine ortsfeste Spulenanordnung (bei der die Magnetanordnung angetrieben wird) umfassen. Die Spulenan­ ordnung ist typischerweise mechanisch an einer Translati­ onsstufe (oder Schlitten) befestigt, welche verschiebbar mit einem Schienensatz in Verbindung steht.

Typischerweise stellt ein herkömmlicher Linearmotor vom Typ mit beweglicher Spule Permanentmagnete an beiden Seiten eines beweglichen Spulenaufbaus bereit. Die Magnete sind auf den Innenoberflächen von zwei Schienen angebracht, so dass sie sich gegenüberstehen. Die Magnete sind nebeneinander befes­ tigt, wobei jeder nachfolgende Magnet eine Polung aufweist, die entgegengesetzt der des vorigen Magneten ist.

Der Spulenaufbau ist aus mehreren, in einer Epoxydharzplatte eingebetteten, Spulen hergestellt. Jede Spule weist einen Draht auf, der um einen im Wesentlichen rechteckigen Rahmen mit einer Öffnung in der Mitte des Rahmens gewickelt ist. Der Draht ist in einer Richtung gewickelt, die rechtwinklig zu den magnetischen Flüssen des von den Permanentmagneten er­ zeugten magnetischen Feldes ist. Eine Reihe von Spulen sind benachbart und zwischen den zwei gegenüberliegenden Perma­ nentmagnetanordnungen angeordnet. Die auf die Spulen gewi­ ckelten Drähte schneiden die Flusslinien zwischen den entge­ gengesetzten Permanentmagnetanordnungen und ein Anlegen von Elektrizität an die Drähte verursacht eine Lorenzkraft, um die Spulen zu bewegen.

Um die Leistung des Motors zu steigern, muss die Fläche der Spulenrahmen vergrößert werden, so dass mehr magnetischer Fluss durch die Spulen hindurchtreten kann. Um die Fläche des Rahmens durch die magnetischer Fluss hindurch tritt zu ver­ größern, können die Spulen gestapelt werden, um die inaktiven Räume in der Mitte der Spulen auszunutzen. In solch einer An­ ordnung kann eine Seite des Spulenrahmens in der Öffnung ei­ nes anderen Spulenrahmens positioniert sein. Fig. 1 zeigt ei­ ne solche Anordnung. Wie darin dargestellt, sind fünf recht­ winklige Spulen 22, 24, 26, 28 und 30 relativ zueinander ge­ stapelt. Die Spule 22 hat zwei horizontale Seiten 22a und 22b, zwei longitudinale Seiten 22c und 22d und eine Öffnung 220. Ähnlich hat die Spule 24 zwei horizontale Seiten 24a und 24b und zwei longitudinale Seiten 24c und 24d. Die Seite 24c ist in der Öffnung 22o der Spule 22 angeordnet, um den magne­ tischen Fluss, der durch die Öffnung 22o hindurchtritt, ein­ zufangen.

Für einen Drei-Phasen-Motor werden typischerweise drei Spulen nebeneinander in einer Reihe angeordnet. Ein dreiphasiges Netz hat drei "heiße" Drähte, die 120° phasenverschoben zu­ einander sind. Die Drei-Phasen-Leistung ist kosteneffektiv, effizient und stellt ein hohes Startmoment bereit. Für jede Phase wird eine Spule eingesetzt, und somit werden für einen Drei-Phasen-Motor drei Spulen als eine Einheit eingesetzt, und sie können gestapelt werden. Fig. 2 stellte eine Seiten­ ansicht der gestapelten Spulen für ein dreiphasiges Netz dar. Wie ersichtlich, kann die Dicke oder Höhe des Aufbaus der Spulen 22 und 24 drei mal die Dicke jeder einzelnen Spule, aufgrund der Stapelung der drei Spulen an bestimmten Stellen, betragen. Die Dicke variiert und eine Dickenabfolge ist 1d, 2d, 3d, 2d, 1d, wobei d die Dicke einer Spule ist. Die 3d- Dicke ist nicht wünschenswert für die Herstellung, da 3d so dick ist, dass die Spulen an bestimmten Stellen stark gebogen werden müssen und solch eine Kraft kann die strukturelle In­ tegrität der Spulen zerbrechen und/oder reduzieren. Darüber hinaus ist die Variation der Dicke (d, 2d, 3d, 2d, d Dicken­ abfolge) nicht wünschenswert.

Das US-Patent US 4,314,295 von Frandsen legt eine Anordnung von Flachspulenaktuatoren offen, wobei jeder Aktuator eine Anzahl von Flachspulenwindungen auf zumindest einer Seite ei­ nes ebenen Substrats beinhaltet, wobei dieses Substrat ange­ ordnet ist, um zwischen gegenüberliegenden Magnetpolstücken entlang eines durch ein Paar gegenüberliegender Laufbahnen definierten Pfades zu laufen, wobei diese Spulen in "überlap­ pender" Beziehung relativ zueinander und zu jeweiligen Pol­ stücken angeordnet sind und somit kann das Substrat, wenn ge­ wählte Spulenwindungen bestromt werden, steuerbar in eine translatorische Bewegung versetzt und positioniert werden.

Das US-Patent US 4,390,827 von Imahashi zeigt einen zweipha­ sigen Linearmotor, der einen D.C. Strom einsetzt und in wel­ chem magnetische Felder abwechselnd umkehrende Richtungen magnetischer Pfade aufweisen, wobei die magnetischen Felder in gleichen Intervallen entlang einer geraden Linie ausge­ formt sind. Im Patent von Imahashi ist eine Einheit von zwei Spulen in diesem magnetischen Feld angeordnet und in einer solchen Weise positioniert, dass, wenn eine der Spulen die Linien der magnetischen Kraft in maximalem Ausmaß kreuzt, die andere Spule die Linie der magnetischen Kraft in minimalem Ausmaß kreuzen kann. Eine große Anzahl von Permanentmagnet­ paaren sind angeordnet, die Richtungen des magnetischen Fel­ des, welches durch diese Permanentmagnetpaar erzeugt wird, sind abwechselnd umgekehrt. Zwei Spulen sind durch eine halbe Polteilung gestaffelt voneinander angeordnet. Die Teile der Spulen, die innerhalb des magnetischen Feldes angeordnet wer­ den, sind in flacher Ausführung gewickelt, und die Breite der Windungen der Spulen und Breite des Raumes innerhalb der Spu­ le werden näherungsweise gleich hergestellt. In einem Spulen­ paar sind die Spulen in einer solchen Konfiguration angeord­ net, dass eine Spulenseite einer Spule in den inneren Raum der anderen Spule eingepasst werden kann, und in einem ande­ ren Beispiel des Spulenpaares zwei Spulen einfach nebeneinan­ der angeordnet und miteinander verbunden werden können.

Das US-Patent US 4,758,750 von Itagaki, et al. legt einen Li­ nearmotor vom Typ mit sich bewegender Spule offen, in welchem eine sich bewegende Multiphasenspule eine Vielzahl von Spu­ leneinheiten beinhaltet, wobei jede nicht breiter als die longitudinale Länge eines Permanentmagneten, der ein statio­ näres Teil bildet, geteilt durch die Anzahl der Spulenphasen ist, und die Spuleneinheiten nachfolgend in der gleichen Ebe­ ne mit zentralen Teilen, die sich nicht benachbart überlap­ pen, angeordnet sind. Die zentralen Teile der sich bewegenden Spuleneinheiten haben eine Dicke gleich der einer Einzelpha­ se, trotz der multiplen Phasen der sich bewegenden Spule. In dem Patent von Itagaki weist die sich bewegende Spule drei Spuleneinheiten auf, die innerhalb der Breite ein Drittel der Breite des Permanentmagneten in einer Ebene parallel zu dem Blatt gewickelt ist. Die Spuleneinheiten werden von der Spu­ leneinheit ersetzt, deshalb werden die zentralen Teile der Spuleneinheiten nicht eine auf eine andere gelegt, so dass der zentrale Teil der sich bewegenden Spule in einer Dicke gleich der einer Phase verbleibt. Die oberen und unteren En­ den, die nicht in entgegengesetzter Beziehung mit den Magne­ ten sind, weisen einen solch weitläufigen Raum um sie herum auf, dass sie in verschiedenen Gestalten ausgeformt werden können. Die dargestellten oberen und unteren Enden können ei­ ne Dicke aufweisen, die jeweils gleich der einer Phase, zwei Phasen und drei Phasen entspricht. Aufgrund des Stapelns kann der zentrale Teil der sich bewegenden Spule eine Dicke zwi­ schen einem und dreimal der Dicke der Spule aufweisen.

Das US-Patent US 4,839,543 von Beakley, et al. zeigt einen Linearmotor mit sich bewegender Spule, der eine zentrale Rei­ he abwechselnder Permanentmagnete mit Multichasen, Multipol­ spulenaufbauten, die an beiden Seiten der Magnetreihe ange­ ordnet sind, aufweist. Ergänzungsmaterial des magnetischen Kreises ist näherungsweise in der selben Höhe wie die Magnete und außerhalb des Spulenaufbaus angeordnet. Die Spulenaufbau­ ten werden aus einer Reihe einzelner Spulen, die in einem Multiphasenmultipolverhältnis verbunden sind, ausgeformt. An anderen Stellen als den Enden des Spulenaufbaus sind die ein­ zelnen Spulen einer Phase benachbart und so verbunden, dass ein Strom durch sie in einer gleichförmigen Richtung fließt. Die Gesamtbreite einer Einzelspule ist gleich der Distanz von einem Punkt auf einen Magneten zu demselben Punkt des benach­ barten Magneten, wobei die Dicke der Einzelspule die Gesamt­ breite geteilt durch zweimal der Anzahl der Phasen ist.

Um die Leistung des Motors weiter zu steigern, können zwei Motoruntereinheiten gestapelt werden. Fig. 3 zeigt einen sol­ chen Motor 50, mit einer ersten Motoruntereinheit 60, die ü­ ber einer zweiten Motoruntereinheit 70 befestigt ist. Die Mo­ toruntereinheit weist ein Joch 61, welches Ober- und Unter­ teile 61a und 61b aufweist, auf. An jedem Ober- und Unterteil 61a und 61b ist eine Permanentmagnetanordnung 63a oder 63b mit Magnetstreifen befestigt, welche Enden aufweisen, die in einer abwechselnden Nord-/Südpol-Konfiguration angeordnet sind. Eine verlängerte Spule 65 ist zwischen den Magnetanord­ nungen 63a und 63b positioniert. Entsprechend weist die Mo­ toruntereinheit 70 ein Joch 71 auf, welches Ober- und Unter­ teile 71a und 71b aufweist. An jedem der Ober- und Unterteile 71a und 71b ist eine Permanentmagnetanordnung 73a oder 73b mit Magnetstreifen befestigt, welche Enden aufweist, die in einer abwechselnden Nord-/Südpolkonfiguration angeordnet sind. Eine verlängerte Spule 75 ist zwischen den Magnetanord­ nungen 73a und 73b positioniert. Wenn Ströme an die Spulen 65 und 75 angelegt werden, wird eine Lorenzkraft erzeugt und treibt eine Stufe an, die an beiden Spulen 65 und 75 befes­ tigt ist. Wie in Fig. 3 dargestellt, weisen magnetische Feld­ linien 67 und 77 getrennte Rückflusspfade für jede der Motor­ untereinheiten 60 und 70 auf. Obwohl die magnetischen Feldli­ nien 67 und 77 in dieselbe Richtung zeigen und sich somit in Fig. 3 addieren, können sie ebenfalls in entgegengesetzte Richtungen zeigen (oder sich subtrahieren). Außerdem trennt eine Distanz 69 (welche der Dicke der Teile 61b und 71a gleicht) aufgrund der Stapelung die Magnetanordnungen 63b und 73a. Der Pfad des Flusses ist verlängert durch (1), die Ge­ genwart der Motorgehäuse der Motoren 60 und 70, welche die Distanz 69 vergrößern und (ii) die getrennten Rückpfade des Flusses.

Vorteile der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Multiphasen­ spulenaufbau eine erste Spule, die einen ersten oberen und unteren Zweig in einer ersten Ebene und einem ersten zentra­ len Teil der Spule aufweist, welcher einen linken und rechten Zweig in einer zweiten Ebene beinhaltet; eine zweite Spule, die einen zweiten oberen und unteren Zweig in der ersten Ebe­ ne und einen zweiten zentralen Teil der Spule aufweist, wel­ cher einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene be­ inhaltet, wobei der linke Zweig der zweiten Spule benachbart des rechten Zweigs der ersten Spule positioniert ist; und ei­ ne dritte Spule, die einen dritten oberen und unteren Zweig in einer dritten Ebene und einen zentralen Teil der dritten Spule aufweist, welcher einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet und positioniert ist, um den rechten Zweig der ersten Spule und den linken Zweig der zweiten Spule zu beinhalten; wobei der dritte obere Zweig in den ersten und zweiten oberen Zweig eingreift und der dritte untere Zweig in den ersten und zweiten unteren Zweig eingreift; die erste, zweite und dritte Spule sind angeordnet, um sich mit den zentralen Teilen in der zweiten Ebene zu bewegen, welche eine Dicke aufweisen, die der Dicke einer einzelnen Spule gleicht, und die oberen und unteren Zweige jeweils, wenn sie ineinan­ dergreifen, eine konstante Dicke aufweisen, die etwa der zweifachen Dicke gleicht.

Die Ausführungen des obengenannten Aspekts können eines oder mehr des Folgenden beinhalten. Jede der Spulen ist knickflü­ gelförmig gestaltet. Weiter kann jede der Spulen doppelt ge­ faltet sein. Die Spule kann eine 45° Biegung, der jeweils die linken und rechten Zweige mit jedem der oberen und unteren Arme verbindet, aufweisen. Die erste Ebene ist von der zwei­ ten Ebene durch ½-mal der Dicke beabstandet. Die Spulen kön­ nen angeordnet sein, um sich in einer Spalte in der longitu­ dinalen Richtung eines magnetischen Feldes zu bewegen. Zu­ sätzliche Spulen können zu dem Aufbau hinzugefügt werden, mit benachbarten Spulen, die eine Dicke aufweisen, die der Dicke gleicht. Folglich kann eine vierte Spule hinzugefügt werden, die einen vierten oberen und unteren Zweig in der ersten Ebe­ ne und ein zentrales Teil der vierten Spule aufweist, welcher einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhal­ tet. Eine fünfte Spule kann hinzugefügt werden, die einen fünften oberen und unteren Zweig in der dritten Ebene und ein zentrales Teil der fünften Spule aufweist, welcher einen lin­ ken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet, wobei der linke Zweig der fünften Spule benachbart des rechten Zweiges der dritten Spule positioniert ist. Die erste, zwei­ te, dritte, vierte und fünfte Spule können sich mit den zent­ ralen Teilen bewegen, welche eine Dicke aufweisen, die der Dicke einer einzelnen Spule gleicht, und die oberen und unte­ ren Zweige jeweils, wenn sie ineinander greifen, eine Dicke aufweisen, die der zweifachen Dicke gleicht. Ein Joch kann eingesetzt werden, wobei das Joch eine erste Nut zum Aufneh­ men des Spulenaufbaus und eine zweite Nut, welche zum Aufneh­ men eines zweiten Spulenaufbaus geeignet ist, aufweist. Jede Nut weist zwei gegenüberliegende Flächen auf, wobei jede ge­ genüberliegende Fläche des weiteren eine Vielzahl von Magne­ ten aufweist, die in einer Reihe eine Magnetebene bildend an­ einander gereiht sind, und eine longitudinale Achse aufwei­ sen, wobei die Magnete mit abwechselnden Polorientierungen auf den Flächen der Magnetebene aneinandergereiht sind.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein Jochaufbau eines Linearmotors einen ersten und zweiten Spulenaufbau auf, wobei jeder Spulenaufbau von einer Vielzahl von Spulen gebil­ det wird; und ein Gehäuse mit zwei im Wesentlichen langgezo­ genen Nuten, welche angepasst sind, den ersten und zweiten Spulenaufbau aufzunehmen, wobei jede langgezogene Nut zwei gegenüberliegende Flächen aufweist, wobei jede der gegenüber­ liegenden Flächen eine Vielzahl von Magneten beinhaltet, die in einer Reihe aneinandergereiht sind und eine longitudinale Achse aufweisen, und die Magnete mit abwechselnden Polorien­ tierungen auf den Flächen der Magnetebene aneinandergereiht sind.

Ausführungen des Jochaufbaus des Linearmotors können eines oder mehrere des Folgenden aufweisen. Eine magnetischen Feld­ linie kann bei dem Joch vorhanden sein, welche die Magnete auf der ersten und zweiten Nut in einer einzelnen Schleife durchquert. Jeder Spulenaufbau kann eine erste Spule, welche einen oberen und unteren Zweig in einer ersten Ebene und ei­ nen zentralen Teil der ersten Spule aufweist, welcher einen linken und rechten Zweig in einer zweiten Ebene beinhaltet; eine zweite Spule, welche einen zweiten oberen und unteren Zweig in der ersten Ebene und einen zentralen Teil der zwei­ ten Spule aufweist, welcher einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet, wobei der linke Zweig der zwei­ ten Spule benachbart dem rechten Zweig der ersten Spule posi­ tioniert ist; und eine dritte Spule, welche einen dritten oberen und unteren Zweig in einer dritten Ebene und einen zentralen Teil der dritten Spule aufweist, welcher einen lin­ ken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet und po­ sitioniert ist, dass er den rechten Zweig der ersten Spule und den linken Zweig der zweiten Spule beinhaltet, wobei der dritte obere Zweig in den ersten und zweiten oberen Zweig eingreift und der dritte untere Zweig in den ersten und zwei­ ten unteren Zweig eingreift; die erste, zweite und dritte Spule sind angeordnet, um sich mit den zentralen Teilen in der zweiten Ebene zu bewegen, welche eine Dicke aufweist, die der Dicke einer einzelnen Spule gleicht und die oberen und unteren Zweige jeweils, wenn sie ineinander greifen, eine konstante Dicke aufweisen, die etwa der zweifachen Dicke gleicht. Die zwei Nuten können acht Magnete aufweisen, welche auf den Flächen der zwei Nuten befestigt sind, wobei der Pfad des magnetischen Flusses die acht Magnete in der einzelnen Schleife durchquert. Das Gehäuse kann in W-Form gestaltet sein. Jeder Spulenaufbau weist einen zentralen Teil mit einer Dicke gleich einer Dicke einer einzelnen Spule auf, wobei je­ der Spulenaufbau obere und untere Teile aufweist, die eine Dicke gleich der zweifachen Dicke aufweisen.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Li­ nearmotor erste und zweite Spulenaufbauten auf, wobei jeder Spulenaufbau beinhaltet: eine erste Spule, welche einen ers­ ten oberen und unteren Zweig in einer ersten Ebene und einen zentralen Teil der ersten Spule aufweisen, welcher einen lin­ ken und rechten Zweig in einer zweiten Ebene beinhaltet; eine zweite Spule, welche einen zweiten oberen und unteren Zweig in der ersten Ebene und einen zentralen Teil der zweiten Spu­ le aufweist, welcher einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet; wobei der linke Zweig der zweiten Spule benachbart dem rechten Zweig der ersten Spule positio­ niert ist; und eine dritte Spule, welche einen dritten oberen und unteren Zweig in einer dritten Ebene und einen zentralen Teil der dritten Spule aufweist, welcher einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet und so positio­ niert ist, dass der rechte Zweig der ersten Spule und der linke Zweig der zweiten Spule beinhaltet ist, wobei der drit­ te obere Zweig in den ersten und zweiten oberen Zweig ein­ greift und der dritte untere Zweig in den ersten und zweiten unteren Zweig eingreift; die erste, zweite und dritte Spule sind angeordnet, um sich mit den zentralen Teilen in der zweiten Ebene zu bewegen, welche eine Dicke aufweist, die der Dicke einer einzelnen Spule gleicht und die oberen und unte­ ren Zweige jeweils, wenn sie ineinander greifen, eine kon­ stante Dicke aufweisen, die etwa der zweifachen Dicke gleicht; und ein Gehäuse mit zwei im wesentlichen langgezoge­ nen Nuten, welche angepasst sind, den ersten und zweiten Spu­ lenaufbau aufzunehmen, wobei jede langgezogene Nut zwei gege­ nüberliegende Flächen aufweist, wobei jede der gegenüberlie­ genden Flächen eine Vielzahl von Magneten aufweist, die in einer Reihe aneinandergereiht sind und eine longitudinale Achse aufweisen und die Magnete mit abwechselnden Polorien­ tierungen auf den Flächen der Magnetebene aneinandergereiht sind.

Vorteile des Systems können eines oder mehrere des Folgenden beinhalten. Die gestapelte Spulenzusammenstellung erzielt ei­ ne hohe magnetische Flussdichte bei minimieren seines Profils oder seiner Abmessungen. Die gestapelte Spulenzusammenstel­ lung erzielt die Dicke einer Spule im Zentralbereich und eine Dicke von zwei Spulen an den Enden der Spulenzusammenstel­ lung. Die Dicke an jedem Spulenende ist konstant zweimal die Spulendicke unabhängig von der Anzahl der gestapelten Spulen. Dies ist besser als die Stapeltechniken des Standes der Tech­ nik, welche variable Enddicken (wie 1d, 2d, 3d, 2d und 1d, wobei d die Dicke der Spule ist) in Abhängigkeit der Stapel­ position aufweisen. Die zweifache Faltung der Spule ist eben­ falls vorteilhaft, da es den Spulen erlaubt in einem leichten Wickel im Vergleich zu einem steilen Winkel gebogen zu wer­ den. Solches Biegen reduziert die Belastung der Spulen und trägt somit zur Gesamtzuverlässigkeit bei.

Des weiteren wird die hohe Flussdichte erzielt, ohne dass teure Kernmaterialien wie Stahllegierungen benötigt werden, welche einen hohen magnetischen Sättigungspegel und eine hohe magnetische Permeabilität aufweisen, um eine gleich hohe mag­ netische Flussdichte herstellen zu können. Somit unterstützt die gestapelte Spulenzusammensetzung synergetisch einen leis­ tungsfähigen Linearmotor, wobei erzielt wird, dass er kosten­ günstig und mit einem niedrigen Profil ausgestattet ist.

Die Spulenzusammensetzung des Linearmotors ist dünn und kom­ pakt. Eine dünnere Spulenwicklungsstruktur steigert die Mo­ torkraftkonstante und reduziert das Gewicht des Schlittens. Eine Steigerung der Motorkraftkonstanten und das reduzierte Gewicht des Schlittens erhöht die Leistung und steigert die mögliche Beschleunigung. Mit dreiphasiger Kommutierung ist die gesteigerte Kraft, die vom Linearmotor zur Geltung ge­ bracht wird immer noch relativ konstant über die gesamte Län­ ge des Motors.

Wenn die gestapelte Spulenzusammensetzung mit den integrier­ ten, zweifachen Motoruntereinheiten eingesetzt wird, werden die synergetischen Effekte noch mehr verstärkt. In den integ­ rierten, zweifachen Motoruntereinheiten fließen magnetische Feldlinien durch das gesamte Joch, dringen ein und verlassen die oberen und unteren Kanten des Jochs und fließen durch al­ le Magnetanordnungen. Dies unterscheidet sich von herkömmli­ chen Linearmotoren, in denen die Feldlinien in gegenüberlie­ gende Magnetanordnungen eindringen und aus ihnen heraustre­ ten, als ein Feldliniensatz eindringen und gegenüberliegende Magnetanordnungen als einen anderen Feldliniensatz verlassen. Zur Veranschaulichung fließt folglich der magnetische Fluss durch acht Magnete im Gegensatz zu vier Magneten, wie in her­ kömmlichen Linearmotoren.

Die Jochgestalt erlaubt den gegenüberliegenden Magnetanord­ nungen nahe beieinander bewegt zu werden, um den Pfad des magnetischen Flusses zu reduzieren. Der Pfad des magnetischen Flusses wird aufgrund der Entfernung eines Flusspfades weiter reduziert, wenn der Motor erfindungsgemäß gestapelt wird. Die reduzierte Weglänge steigert die Flussdichte, um einen leis­ tungsfähigen Linearmotor zu unterstützen. Die reduzierte Weg­ länge erlaubt aufgrund der Gestalt des Pfades den Einsatz dünner Magnete.

Die Gestaltung mit integrierter, zweifacher Motoruntereinheit bietet eine hohe magnetische Dichte, welches einen Hochleis­ tungslinearmotor unterstützt. Der resultierende Linearmotor ist dünn und bietet eine kompakte Anordnung. Des weiteren bietet die Joch- und Spulenzusammensetzung eine hohe magneti­ sche Flussdichte, und produziert große Kräfte für den Linear­ motor. Als zusätzlichen Nutzen erlauben die Abmessungen des Motors den Einsatz des Linearmotors in Anwendungen mit Grö­ ßenbeschränkungen. Für Anwendungen, welche zusätzliche Leis­ tung benötigen, kann der Motor dimensioniert werden, um mehr als zwei Motoren zu stapeln. In solchen Fällen können die be­ nötigten Magnete noch dünner als die Magnete der zweifachen Motoruntereinheiten, wie oben angesprochen, sein. Der Motor ist ebenfalls effizient und niedrig in den Betriebskosten. Er ist außerdem stark auf die Bedürfnisse der Anwendung anpass­ bar.

Weitere Vorteile und Merkmale werden durch die folgende Be­ schreibung deutlich, welche Zeichnungen und Ansprüche bein­ haltet.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine gestapelte Spulenanordnung gemäß des Standes der Technik.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Sicht der Spulenanord­ nung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen gestapelten Motor mit zwei Motorunter­ einheiten gemäß des Standes der Technik.

Fig. 4A, 4B und 4C zeigen eine perspektivische Sicht, eine Querschnittssicht und eine vergrößerte Sicht je­ weils eines Abschnitts eines Linearmotors.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Sicht eines Motorjochs.

Fig. 6 zeigt exemplarische magnetische Feldlinien durch das Joch nach Fig. 5.

Fig. 7 u. 8 zeigen eine perspektivische Sicht und eine Quer­ schnittssicht einer Ausführungsform eines Spulen­ aufbaus.

Fig. 9 zeigt einen Querschnitt von Drähten in den Wicklun­ gen nach Fig. 7 bis 8.

Fig. 10 zeigt eine Querschnittssicht eines vereinfachten Motors.

Fig. 11 zeigt den magnetischen Fluss im Motor nach Fig. 10.

Fig. 12 zeigt Bewegungsabfolgen für den Motor nach Fig. 10.

Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform eines Linearmotors, der eine zweite Spulenaufbauausführungsform einsetzt.

Fig. 14 zeigt einen Querschnitt der Spulenaufbauausfüh­ rungsform nach Fig. 13.

BESCHREIBUNG DER AUSFUHRUNGSFORNEN

In den Zeichnungen, auf die jetzt detaillierter eingegangen werden soll, sind Strukturdiagramme für einen Linearmotor veranschaulicht. Es wird verstanden, dass die erhöhte Motor­ leistung durch einen Spulenaufbau erzielt wird, der eine An­ zahl von Spulen in einer Anordnung stapelt, deren Dicke eine Spulendicke an dem Punkt, wo der Spulenaufbau mit Permanent­ magnetanordnungen in Wechselwirkung tritt, ist. Die Motor­ leistung wird außerdem durch Stapeln von Motoruntereinheiten in einem integrierten Joch erhöht, wie es durch ein Studium der Diagramme umfassender verständlich wird.

Die Fig. 4a, 4b und 4c zeigen eine perspektivische Sicht, ei­ ne Querschnittssicht und eine vergrößerte Sicht jeweils eines Abschnittes eines Linearmotors 401. Der Linearmotor 401 hat zwei langgezogene Lager 406a und 406b, die als Schienen für den Linearmotor 401 dienen. Die Lager 406a und 406b befinden sich über einer langgezogenen Trägerplatte 402. Die Lager 406a und 406b sind Gleitlager, welche einer Last wie einem Schlitten oder einer Plattform erlauben, eine Distanz, den Linearmotor 401 einsetzend, zu durchfahren.

Ein Aktuatoraufbau 403 ist oberhalb der Trägerplatte 402 und zwischen den Lagern 406a und 406b positioniert. Der Aktuato­ raufbau 403 wird weiter unten detaillierter in den Fig. 4c, 5 und 6 beschrieben. Eine Abschlussplatte 405 ist über den La­ gern 406a und 406b und dem linearen Aktuator 403 positio­ niert. Die Abschlussplatte 405 weist einen unteren Vorsprung auf, der in Verbindung mit dem linearen Aktuator 403 den Ak­ tuator 403 an den Rest des Motors 401 sichert. Ein Position­ sencoder 404 ist an der Abschlussplatte 405 befestigt und zwischen der Abschlussplatte 405 und der Trägerplatte 402 po­ sitioniert. Der Encoder 404 detektiert die gegenwärtige Posi­ tion des Linearmotors 401. Verschiedene Typen von Positions­ sensoren können eingesetzt werden, welche optische Positions­ sensoren, resistive (potentiometrische) Positionssensoren und magnetische Positionssensoren (induktionsabhängig) beinhal­ ten. In einem optischen Sensor wird eine beweglich Codeplatte aus einer Glasplatte hergestellt, auf welcher Chrom aufge­ dampft wurde oder aus einer Metallplatte wie Edelstahl, Ni­ ckel, Kupfer oder dergleichen, und lichtübertragende Ab­ schnitte durch Ätzen in Teilen ringförmiger Gebiete geformt werden, welche durch lichtemittierende Elemente (LED) einer Lichtquelle abgetastet werden. Die Lichtquelle und ein licht­ empfangender Abschnitt werden an jeder Seite der beweglichen Codeplatte bereitgestellt. Die Lichtquelle und der lichtemp­ fangende Abschnitt setzen sich jeweils aus einer vorbestimm­ ten Anzahl von lichtemittierenden Elementen (in der Zeichnung ausgelassen) und Photorezeptorelementen zusammen. Wenn ein lichtübertragender Abschnitt vor einem Photorezeptorelement positioniert ist, wird Licht, welches von der Lichtquelle zu der beweglichen Codeplatte projiziert wird, wird durch den lichtübertragenden Abschnitt übertragen und dringt in das zu­ gehörige Photorezeptorelement ein und ein Signal, welches das empfangene Licht repräsentiert wird durch das Photorezeptor­ element ausgegeben. Ein potentiometrischer Sensor ist im we­ sentlichen ein Spannungsteiler, der einen gleitenden Kontakt aufweist, welcher einen Streifen eines Karbonfilms oder ande­ re elektrische Widerstandseinrichtungen ankuppelt und so der Wert der Ausgangsspannung von dem Sensor eingesetzt werden kann, um eine Anzeige der detektierten oder gemessenen Posi­ tionen bereitzustellen. Der magnetische Positionssensor ver­ wendet eine Vielzahl von Rechteckwellenwindungen, die auf der Oberfläche eines stationären Elementes befestigt sind und ei­ ne Spule, welche an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist, welche auf einem beweglichen Element befestigt ist. Die Rechteckwellenwindungen umfassen jeweils eine Vielzahl von "high" und "low" Teilen und haben unterschiedliche Perioden. Das System bestimmt die Position des beweglichen Elements re­ lativ zum stationären Element durch Detektieren der Abwei­ chung der Wechselinduktivität zwischen der Spule und der Vielzahl von Rechteckwellenwindungen. Wenn die Stromquelle die Spule mit Energie versorgt, wird ein großer Strom in ei­ ner Rechteckwellenwindung induziert, wenn die Spule benach­ bart eines "high"-Teils ist. Nur ein kleiner Strom wird in einer Windung induziert, wenn die Spule benachbart eines "low"-Teils ist. Deshalb kann die Position des beweglichen Elements entlang der Länge des stationären Elements bestimmt werden aus den Signalen der Windungen.

Fig. 4C zeigt den Aktuatoraufbau 403 detaillierter. Der Aktu­ atoraufbau 403 beinhaltet ein Joch 511, welches drei Gabeln oder Teile 511b, 511a und Silo aufweist, welche zwei Ausspa­ rungen 530a und 530b definieren. Die drei Gabeln oder Teile 511b, 511a und Sllc sind an einem Ende durch ein gemeinsames Teil 511d verbunden und die Teile 511a bis 512d definieren zwei Aussparungen 530a und 530b. Auf jeder Fläche (oberer und unterer) der Aussparungen 530a und 530b ist eine Permanent­ magnetanordnung 512a, 512b, 512c oder 512d von Magnetstreifen befestigt, welche Enden aufweisen, die in einer abwechselnden Nord-/Südpolanordnung platziert sind. Die im wesentlichen langgezogenen Spulen 514a und 514b sind in den Aussparungen 530a und 530b positioniert. Die Spulen 514a und 514b sind in einer Richtung senkrecht zum magnetischen Fluss des magneti­ schen Feldes gewickelt, das durch die Permanentmagnete er­ zeugt wird. Wenn Ströme an die Spulenanordnung angelegt wer­ den, wird eine Lorenzkraft erzeugt, und treibt eine Plattform in dem Aufbau 403 an, sich zu bewegen. Das Joch 511 wird de­ taillierter in den Fig. 5 und 6 beschrieben, während eine ex­ emplarische Spule wie die Spule 514a detailliert in Fig. 7 beschrieben wird.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Sicht des Jochs 511. Das Joch 511 kann aus einem Material bestehen, dass eine hohe magnetische Permeabilität und einen hohen Sättigungspegel aufweist, wie Permalloy oder Supermalloy. Eine Permanentmag­ netänordnung 512a ist auf der inneren Oberfläche (zum Bei­ spiel in Richtung des Zentrums der Aussparung 530a) des obe­ ren Jochs 511b befestigt und eine Permanentmagnetanordnung 512b ist an der inneren und oberen Oberfläche des mittleren Jochs 511a befestigt. Dementsprechend ist eine Permanentmag­ netanordnung 512c auf der inneren Oberfläche (zum Beispiel in Richtung des Zentrums der Aussparung 530b) des mittleren Jochs 511a befestigt, und eine Permanentmagnetanordnung 512d ist an der inneren Oberfläche des unteren Jochs 511c befes­ tigt. Die Permanentmagnetanordnungen 512a, 512b, 512c und 512d weisen eine Anzahl von Permanentmagnetstreifen auf und abwechselnde Permanentmagnetstreifen sind so angeordnet, dass sie abwechselnde Polaritäten aufweisen.

Die Streifen 512a bis 512d sind permanent magnetisierte Streifen in Richtung der Dicke des Streifens magnetisiert. Die Breite eines Permanentmagnetstreifens entspricht der Ab­ messung des Permanentmagnetstreifens entlang der Bewegungs­ richtung des Motors. In einer Ausführungsform hat jeder der magnetischen Streifen der permanentmagnetischen Streifen im wesentlichen die gleiche Breite. Die Permanentmagnetstreifen können aus jedem permanentmagnetischen Material wie Neodymi­ um-Eisen-Bor (NdFeß) geformt werden. Permanentmagnetstreifen können an dem oberen Joch 511b dem unteren Joch 511c und dem mittleren Joch 511a jeweils in einer Weise befestigt werden, die Klebstoff oder Epoxydharz aufweist. Zusätzliche Mechanis­ men zur Befestigung permanentmagnetischer Streifen jeweils an den Jochteilen 511a, 511b und 511c beinhalten mechanisches Festklemmen und magnetische Anziehung. Die Magnetanordnungen haben eine durchgängige Dicke, so dass ihre Oberflächen einen konstanten Abstand über den Oberflächen der Spulenaufbauten eines Armaturenaufbaus (nicht dargestellt) aufweisen. Die Magnete sind so gestaltet, dass sie entlang einer Bewegungs­ achse eine im wesentlichen sinusförmige Flussverteilung pro­ duzieren um mit den Feldern in Wechselwirkung zu treten, die durch die Spulenaufbauten produziert werden.

Die Struktur der Fig. 5 ist vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, der einfach zwei Gehäuse von Motoruntereinheiten zusammenstapelt. Erstens weisen die gestapelten Motoren nach Fig. 3 zwei Stücke auf, welche ein dickes einstückiges Mitteljoch schaffen, welches demzufolge zwei getrennt Flussschleifen schafft. Wenn die Di­ cke der gestapelten Motorgehäuse, welche das Mitteljoch des Standes der Technik schafft, reduziert wird, würden die gege­ nüberliegenden Magnete voneinander angezogen werden und die Gestalt der Gehäuse verzerren. Im Gegensatz dazu erfährt die Struktur nach Fig. 5 entgegenwirkende magnetische Kräfte der vier Magnetanordnungen und ist solchen Verzerrungen nicht ausgesetzt. Die integrierte Mittelgabel 511a aus einem Stück kann somit dünner hergestellt werden, als die getrennten Mo­ torgehäuse 61b und 71a nach Fig. 3. Des weiteren können auf­ grund des reduzierten Flusspfades die Magnetanordnungen 512a bis 512d ebenfalls dünner hergestellt werden.

Fig. 6 zeigt exemplarische magnetische Feldlinien 632, die durch das Joch 511 fließen. Wie darin dargestellt, durchlau­ fen eine Vielzahl von Feldlinien 632 longitudinal durch das Joch 511, dringen ein und verlassen die oberen und unteren Kanten des gesamten Jochs 511 und fließe durch alle Magnetan­ ordnungen 512a, 512b, 512c und 512d (Fig. 5). Die einzelne Feldlinie über alle Magnete der zwei Motoruntereinheiten 60 und 70 reduziert den Flusspfad. Der Flusspfad wird durch Ent­ fernen des dicken Gehäuses herkömmlicher Motoruntereinheiten weiter reduziert. Dies ist im Gegensatz zu herkömmlichen Li­ nearmotoren mit langgezogenen Flusspfaden so, aufgrund der Stapelung zweier separater Motorgehäuse und außerdem aufgrund des multiplen Feldliniensatzes. Durch Reduzieren des Fluss­ pfades wird die Flussstärke gesteigert, welches in einem leistungsfähigen Motor resultiert.

Das Joch nach den Fig. 5 und 6 ist dünn und stellt eine kom­ pakte Anordnung bereit. Des weiteren stellt die Joch und Spu­ lenzusammensetzung eine hohe magnetische Flussdichte bereit und produziert große Kräfte für den Linearmotor. Darüber hin­ aus kann eine frei wählbare Anzahl von N Motoren gestapelt werden, um die Motorleistung zu steigern, obwohl das Joch 511 nur zwei Motoruntereinheiten oder Stufen 60 und 70 aufweist. Bei einem solchen Stapeln von N Motoruntereinheiten kann die Dicke der Magneten reduziert werden, da die Gestalt des Flusspfades verkürzt wird.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine perspektivische Sicht und eine Querschnittssicht einer Ausführungsform eines Spulenaufbaus 690, der die Spulen 692 bis 708 beinhaltet. Da die Spulen­ struktur identisch ist, werden lediglich die repräsentativen Spulen 692 bis 698 und ihre Beziehungen zueinander genauer erörtert.

Die Spule 692 weist einen im wesentlichen rechteckigen mono­ lithischen Körper auf, der jeweils einen oberen Zweig 692a, einen unteren Zweig 692b und einen linken und rechten Zweig 692c und 692d aufweist. Zusammen definieren die Zweige 692a bis 692d eine Öffnung 692o. In einer Ausführungsform sind der obere und untere Zweig 692a, 692b kürzer als die verlängerten Zweige 692c und 692d. Jedoch können die Zweige 692a bis 692d symmetrisch oder unsymmetrisch sein und können jede Gestalt einnehmen. Der obere und untere Zweig 692a und 692b sind in einer unterschiedlichen Ebene relativ zu der Ebene des linken und rechten Zweigs 692c und 692d positioniert.

Aufgrund der unterschiedlichen Erhebung der Zweige 692c und 692d, wie in Fig. 8 dargestellt, ist die Spule 692, wenn man sie von dem Zweig aus mit den Zweigen 692c und 692d unten und den Zweigen 692a und 692b oben betrachtet, knickflügelförmig mit zwei Faltungen in der Spule: eine Faltung tritt auf, wenn die Spule 692 vom Punkt 680 zum Punkt 682 übergeht und eine zweite Faltung tritt auf, wenn die Spule 692 vom Punkt 682 zum Punkt 684 übergeht. Die Zweifaltenstruktur ist vorteil­ haft, weil die Spulen nur um einen kleinen Winkel gebogen werden müssen. Eine solche graduelle Biegung minimiert die mechanische Belastung der Spule während der Herstellung und bewahrt die Struktur der Spulen und resultiert folglich in einem robusteren und zuverlässigeren Linearmotor.

Entsprechend beinhaltet die Spule 694 einen im wesentlichen rechteckigen monolithischen Körper, der jeweils einen oberen Zweig 694a, einen unteren Zweig 694b und ein Paar eines sich gegenüberliegenden linken und rechten Zweigs 694c und 694d aufweist. Zusammen definieren die Zweige 694a bis 694d eine Öffnung 6940. Die Zweige 694a und 694b sind kürzer als die Zweige 694c und 694d und sind relativ zu den verlängerten Zweigen 694c und 694d erhöht. Entsprechend weist die Spule 696 einen im wesentlichen rechteckigen monolithischen Körper auf, der jeweils einen oberen Zweig 696a, einen unteren Zweig 696b und ein Paar aus einem sich gegenüberliegenden linken und rechten Zweig 696c und 696d aufweist. Zusammen definieren die Zweige 696a bis 696d eine Öffnung 696o.

Ein rechter Teil der Öffnung 692o empfängt den Zweig 694c ob­ wohl der linke Teil der Öffnung 692o einen rechten Zweig ei­ ner Spule empfangen würde, die links der Spule 692 (nicht dargestellt) positioniert wäre. Entsprechend ist der Zweig 694d im linken Teil der Öffnung 696o positioniert, während der Zweig 698c den rechten Teil der Öffnung 696o besetzt. Diese Abfolge wird entlang der Länge des Spulenaufbaus fort­ gesetzt.

Die Knickflügelgestalt der Spulen 692 bis 694 erlaubt zwei Spulen zusammengestapelt zu werden und noch immer die Dicke lediglich einer Spule bei der zentralen Öffnung 692o, 694o und 696o aufzuweisen, wie in Fig. 8 veranschaulicht. Für die­ se Ausführungsform ist die Spule zwischen den Punkten 682 und 684 um ½d in einem 45° Winkel gebogen. Wie darin dargestellt ist die Spulendicke bei der Öffnung 692o d. Die Dicke d ist geringfügig kleiner als der Abstand zwischen den magnetischen Anordnungen 512a und 512b, welcher der Spule erlaubt sich zu bewegen.

Der Multiphasenspulenaufbau nach Fig. 8 beinhaltet die erste Spule 692, welche einen ersten oberen und unteren Zweig 692a und 692b in einer ersten Ebene aufweist, die sich zwischen dem Zentrum der Zweige 692a und 692b erstreckt, und einen zentralen Teil einer ersten Spule, welche einen linken und rechten Zweig 692c und 692d in einer zweiten Ebene beinhal­ tet, die sich zwischen dem Zentrum des linken und des rechten Zweigs 692c und 692d erstreckt. Der Aufbau weist ebenfalls eine zweite Spule (in Fig. 8 nicht dargestellt) auf, die ei­ nen zweiten oberen und unteren Zweig 696a und 696b in der ersten Ebene und einen zentralen Teil einer zweiten Spule aufweist, der einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet, wobei der linke Zweig der zweiten Spule be­ nachbart dem rechten Zweig der ersten Spule positioniert ist. Der Aufbau nach Fig. 8 weist ebenfalls eine dritte Spule 694 auf, die einen dritten oberen und unteren Zweig 694a und 694b in einer dritten Ebene beinhaltet, die sich zwischen dem Zentrum der Zweige 694a und 694b erstreckt, und einen zentra­ len Teil einer dritten Spule aufweist, der einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet und so positio­ niert ist, dass er den rechten Zweig der ersten Spule und den linken Zweig der zweiten Spule beinhaltet, wobei der dritte obere Zweig in den ersten und zweiten oberen Zweig eingreift und der dritte untere Zweig in den ersten und zweiten unteren Zweig eingreift. In Fig. 8 sind die erste, zweite und dritte Spule angeordnet, um sich mit ihren zentralen Teilen in der zweiten Ebene zu bewegen, wobei sie eine Dicke aufweisen, die der Dicke d einer einzelnen Spule gleicht, und die oberen und unteren Zweige jeweils, wenn sie ineinander greifen, eine konstante Dicke von etwa der zweifachen Dicke 2d aufweisen.

Spulen gemäß des Standes der Technik können im Vergleich, wenn sie gestapelt sind, eine Dicke zwischen dem zwei- und dreifachen der Dicke einer Spule aufweisen. In diesem Bei­ spiel wird diese Dünnheit erzielt, obwohl man das Gebiet zum Einfangen magnetischen Flusses der gegenüberliegenden Magnet­ anordnungen verdoppelt. Aufgrund der Dünnheit der Spule wird der magnetische Fluss gesteigert, während der magnetische Pfad reduziert wird, wobei beides die Leistung des Linearmo­ tors synergistisch steigert. Zusätzlich wird die strukturelle Stärke stark erhöht durch das Aufrechterhalten einer konstan­ ten Dicke 2d entlang des Spulenaufbaus.

Ein Querschnitt der Drähte in den Spulen 692 bis 698 ist in Fig. 9 dargestellt, und wie darin gezeigt sind die Drähte der Spulen 692 bis 708 in einer planaren Reihenfolge mit einer einheitlichen Breite d angeordnet. Eine Wicklung aus einer Vielzahl von Schichten, besteht aus Windungen eines elekt­ risch leitfähigen Materials in Drahtform mit einem Polymerma­ terial, welches die einzelnen Windungen aus dem Drahtmaterial elektrisch voneinander isoliert. Die einzelnen Wicklungen der Spule werden eingeschlossen mit der Hilfe einer aushärtenden Epoxydharzzusammensetzung. In einer Ausführungsform wird die­ se Zusammensetzung mit passenden aushärtenden Zusammensetzun­ gen zum Ausführen der Ummantelung thermisch ausgehärtet. Der Querschnitt der exemplarischen Anordnung von Spulen beinhal­ tet eine Anordnung von acht Spulen, die in einer planaren Weise positioniert sind, wobei jede der beteiligten Spulen einen quadratischen Querschnitt mit einer Wicklungsanordnung von 7 × 7 Drähten aufweist.

Die Fig. 10 bis 12 veranschaulichen den Betrieb eines verein­ fachten Motors. Wenn man sich jetzt der Fig. 10 zuwendet, wird eine Querschnittssicht eines vereinfachten Motors darge­ stellt. Der Motor hat einen Spulenaufbau 902, der zwischen den gegenüberliegenden Magnetanordnungen 904 bis 906 positio­ niert ist und entgegengesetzte magnetische Polaritäten auf­ weist. Somit wird zum Beispiel ein Magnet 914 in der Magnet­ anordnung 904 direkt gegenüber einem Magnet 916 in der Mag­ netanordnung 906 positioniert. Des weiteren weist der Magnet 914 einen magnetischen Nordpol auf, während der Magnet 916 einen magnetischen Südpol aufweist. Darüber hinaus kann ein Strom an den Spulenaufbau 902 an jede der drei elektrischen Phasen BAC zur Steuerung der Bewegung des Motors für jede der Magnetanordnungen gelegt werden. In diesem Fall weist der Spulenaufbau 902 Spulenzweige auf, welche auf die folgende dreiphasige Bestromungsreihenfolge A_BA'CB'AC'BA'CB'_C' rea­ gieren. Die Ströme in den Spulen A, B und C sind Sinuswellen mit jeweils 120° Phasenverschiebung. Die gestrichene Größe verdeutlicht, dass die Stromrichtung entgegengesetzt derjeni­ gen ohne Strich verläuft. Zum Beispiel ist die Stromrichtung des Stromes bei A entgegengesetzt der bei A".

Fig. 11 zeigt den magnetischen Fluss dem der Spulenaufbau 902 ausgesetzt ist, und Fig. 12 zeigt die resultierende Bewegung. Wenn man sich jetzt auf Fig. 12 bezieht, wird eine exemplari­ sche Bewegung für den Motor 900 veranschaulicht. Der Motor 900 hat eine Anordnung von 12 Spulenzweigen, die auf die nachfolgende Reihenfolge A_BA'CB'AC'BA'CB'_C' reagiert. Zu­ erst ist der Strom für die Phase A null und der magnetische Fluss fließt von Nord (N) nach Süd (S). Da der Strom null ist, trägt der Zweig der auf Phase A reagiert kein Ergebnis auf den Motor bei. Wenn man sich jetzt Phase B zuwendet, ist der Strom in Phase B positiv und der magnetische Fluss fließt von Nord (N) nach Süd (S). Die Lorenzkraft veranlasst den Zweig B der Spule sich nach rechts, wie durch die Leistung der Phase B angetrieben, zu bewegen. Wenn man sich jetzt dem Spulenzweig zuwendet, der auf die Leistung der Phase C rea­ giert, ist der Strom für C negativ und der magnetische Fluss fließt von S zu N. Die Lorenzkraft würde die Spule ebenfalls dazu veranlassen, sich nach rechts zu bewegen. Infolgedessen ist das Ergebnis, dass der Motor 900 dazu veranlasst wird, sich nach rechts zu bewegen. Dieser Prozess wird für fünf zu­ sätzliche Zyklen b bis f mit dem Ergebnis wiederholt, dass der Motor sich für jeden Zyklus der Zeit f vorwärts bewegt. Obwohl das Beispiel nach Fig. 12 eine Vorwärtsbewegung dar­ stellt, kann sich der Motor frei vorwärts oder rückwärts be­ wegen oder stillliegend verbleiben.

Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform eines Linearmotors mit ei­ ner Spalte zwischen den ineinandergreifenden Spulen 1033 und 1035. Die Spule 1033 weist einen oberen Zweig 1033a und einen unteren Zweig 1033b auf, und entsprechend weist die Spule 1035 einen oberen Zweig 1035a und einen unteren Zweig 1035b auf. Anstatt eng ineinander zu greifen, sind die oberen Zwei­ ge 1033a und 1035a durch eine Spulenbreite getrennt. In ähn­ licher Weise sind die oberen Zweige 1033b und 1035b durch ei­ ne Spulenbreite mit dem Ergebnis getrennt, dass die verbunde­ nen Spulen 1033 und 1035 die Dicke einer Spule im Zentrum aufweisen, aber eine Dreispulendicke an ihren Enden aufwei­ sen. Fig. 14 zeigt eine Querschnittssicht der Spulenwindungen des Motors nach Fig. 13. Wie zuvor ist die Spulenwicklung ei­ ne 7 × 7 Anordnung von Drahtschleifen.

Die Erfindung wurde hierin in beachtlichem Detail beschrie­ ben, um den Patentsatzungen nachzukommen, und um dem Fachmann die benötigte Information bereitzustellen, um die neuen Prin­ zipien anwenden zu können und solche spezialisierten Kompo­ nenten, wie sie benötigt werden, zu konstruieren und einzu­ setzen. Jedoch sei verstanden, dass die Erfindung durch spe­ zifisch verschiedene Ausrüstungen und Einrichtungen ausge­ führt werden kann und das verschiedene Modifikationen sowohl an Details der Ausrüstung als auch an Betriebsprozeduren aus­ geführt werden können, ohne den Bereich der Erfindung selbst zu verlassen.

Claims (17)

1. Multiphasenspulenaufbau mit:
einer ersten Spule, welche einen ersten oberen und unte­ ren Zweig in einer ersten Ebene und einen zentralen Teil der ersten Spule aufweist, welche einen linken und rech­ ten Zweig in einer zweiten Ebene beinhaltet;
einer zweiten Spule, welche einen zweiten oberen und un­ teren Zweig in der ersten Ebene und einen zentralen Teil der zweiten Spule aufweist, welche einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet, wobei der linke Zweig der zweiten Spule benachbart des rechten Zweigs der ersten Spule positioniert ist; und
einer dritten Spule, welche einen dritten oberen und un­ teren Zweig in einer dritten Ebene und einen zentralen Teil der dritten Spule aufweist, welche einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet, und so positioniert ist, dass sie den rechten Zweig der ersten Spule und den linken Zweig der zweiten Spule beinhaltet, wobei der dritte obere Zweig in den ersten und zweiten oberen Zweig eingreift und der dritte untere Zweig in den ersten und zweiten unteren Zweig eingreift;
wobei die erste, zweite und dritte Spule so angeordnet sind, dass sie sich mit den zentralen Teilen in der zweiten Ebene bewegen, welcher eine Dicke aufweist, die der Dicke einer einzelnen Spule gleicht und die oberen und unteren Zweige, wenn sie jeweils ineinander greifen, eine konstante Dicke aufweisen, die etwa der zweifachen Dicke entspricht.

2. Multiphasenspulenaufbau nach Anspruch 1, wobei jede der Spulen knickflügelförmig ist.

3. Multiphasenspulenaufbau nach Anspruch 1, wobei jede der Spulen zweifach gefaltet ist.

4. Multiphasenspulenaufbau nach Anspruch 1, wobei jede der Spulen eine 45° Biegung aufweist, welche den linken und rechten Zweig jeweils mit dem oberen und unteren Zweig verbindet.

5. Multiphasenspulenaufbau nach Anspruch 1, wobei die erste Ebene von der zweiten Ebene durch eine halbe Dicke beabstandet ist.

6. Multiphasenspulenaufbau nach Anspruch 1, wobei die Spulen so angeordnet sind, um sich in einem Spalt in longitudinaler Richtung eines magnetischen Fel­ des zu bewegen.

7. Multiphasenspulenaufbau nach Anspruch 1, der des weiteren zusätzliche Spulen umfasst, die an die erste Spule gekoppelt sind und mit benachbarten Spulen, die eine Dicke aufweisen, die der Dicke gleicht.

8. Multiphasenspulenaufbau nach Anspruch 1 mit:
einer vierten Spule, die einen vierten oberen und unte­ ren Zweig in der ersten Ebene und einen zentralen Teil der vierten Spule aufweist, welche einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet;
einer fünften Spule, die einen fünften oberen und unte­ ren Zweig in der dritten Ebene und einen zentralen Teil der fünften Spule aufweist, welche einen linken und ei­ nen rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet, wobei der linke Zweig der fünften Spule benachbart des rechten Zweigs der dritten Spule positioniert ist; und
wobei die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Spule so angeordnet sind, um sich mit ihren zentralen Teilen zu bewegen, welche eine Dicke aufweisen, die der Dicke einer einzelnen Spule gleicht, und wobei die oberen und unteren Zweige, wenn sie jeweils ineinander greifen, ei­ ne Dicke aufweisen, die der zweifachen Dicke gleicht.

9. Multiphasenspulenaufbau nach Anspruch 1, welcher weiterhin mit einem Joch ausgestattet ist, wel­ ches eine erste Nut zum Aufnehmen des Spulenaufbaus und eine zweite Nut, die den zweiten Spulenaufbau aufnehmen kann, aufweist.

10. Multiphasenspulenaufbau nach Anspruch 9, wobei jede Nut zwei gegenüberliegende Flächen aufweist, wobei jede der gegenüberliegenden Flächen des weiteren eine Vielzahl von Magneten beinhaltet, die in einer Rei­ he aneinander gereiht sind und eine Magnetebene formen und eine longitudinale Achse aufweisen, wobei die Magne­ te mit abwechselnden Polorientierungen auf den Flächen der Magnetebene aneinandergereiht sind.

11. Jochaufbau eines Linearmotors mit:
einem ersten und zweiten Spulenaufbau, wobei jeder Spu­ lenaufbau aus einer Vielzahl von Spulen geformt ist; und
einem Gehäuse mit zwei im wesentlichen langgezogenen Nu­ ten, die angepasst sind, den ersten und zweiten Spulen­ aufbau aufzunehmen, wobei jede verlängerte Nut zwei ge­ genüberliegende Flächen aufweist, wobei jede der gegenü­ berliegenden Flächen eine Vielzahl von Magneten auf­ weist, die in einer Reihe aneinander gereiht sind und eine longitudinale Achse aufweisen, wobei die Magnete mit abwechselnden Polorientierungen auf den Flächen der Magnetebene aneinandergereiht sind.

12. Jochaufbau eines Linearmotors nach Anspruch 11, des weiteren mit einer magnetischen Feldlinie ausgestat­ tet, welche die Magnete in der ersten und zweiten Nut in einer einzelnen Schleife durchquert.

13. Jochaufbau eines Linearmotors nach Anspruch 11, wobei jeder Spulenaufbau des weiteren beinhaltet:
eine erste Spule, die einen ersten oberen und unteren Zweig in einer ersten Ebene und einen zentralen Teil der ersten Spule aufweist, der einen linken und rechten Zweig in einer zweiten Ebene beinhaltet;
eine zweite Spule, welche einen zweiten oberen und unte­ ren Zweig in der ersten Ebene und einen zentralen Teil der zweiten Spule aufweist, der einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet; wobei der linke Zweig der zweiten Spule benachbart dem rechten Zweig der ersten Spule positioniert ist; und
eine dritte Spule, welche einen dritten oberen und unte­ ren Zweig in einer dritten Ebene und einen zentralen Teil der dritten Spule aufweist, der einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet und so po­ sitioniert ist, dass sie den rechten Zweig der ersten Spule und den linken Zweig der zweiten Spule beinhaltet, wobei der dritte obere Zweig in den ersten und zweiten oberen Zweig eingreift und der dritte untere Zweig in den ersten und zweiten unteren Zweig eingreift;
wobei die erste, zweite und dritte Spule so angeordnet sind, dass sie sich mit den zentralen Teilen in der zweiten Ebene bewegen, wobei sie eine Dicke aufweisen, die der Dicke einer einzelnen Spule gleicht, und die oberen und unteren Zweige jeweils, wenn sie ineinander eingreifen, eine konstante Dicke von etwa der zweifachen Dicke aufweisen.

14. Jochaufbau eines Linearmotors nach Anspruch 11, wobei die zwei Nuten mindestens acht Magnete aufweisen und wobei der magnetische Flusspfad acht Magnete in ei­ ner einzelnen Schleife durchquert.

15. Jochaufbau eines Linearmotors nach Anspruch 11, wobei das Gehäuse W-förmig ist.

16. Jochaufbau eines Linearmotors nach Anspruch 11, wobei jeder Spulenaufbau einen zentralen Teil mit einer Dicke aufweist, die der Dicke einer einzelnen Spule gleicht, wobei jeder Spulenaufbau obere und untere Teile aufweist, die eine Dicke aufweisen, die der zweifachen Dicke gleicht.

17. Linearmotor mit:
einem ersten und zweiten Spulenaufbau, wobei jeder Spu­ lenaufbau beinhaltet:
eine erste Spule, welche einen ersten oberen und unteren Zweig in einer ersten Ebene und einen zentralen Teil der ersten Spule aufweist, der einen linken und rechten Zweig in einer zweiten Ebene beinhaltet;
eine zweite Spule, welche einen zweiten oberen und unte­ ren Zweig in der ersten Ebene und einen zentralen Teil der zweiten Spule aufweist, der einen linken und rechten Zweig in einer zweiten Ebene beinhaltet, wobei der linke Zweig der zweiten Spule benachbart dem rechten Zweig der ersten Spule positioniert ist; und
eine dritte Spule, welche einen dritten oberen und unte­ ren Zweig in der dritten Ebene und einen zentralen Teil der dritten Spule aufweist, der einen linken und rechten Zweig in der zweiten Ebene beinhaltet, und so positio­ niert ist, dass sie den rechten Zweig der ersten Spule und den linken Zweig der zweiten Spule beinhaltet, wobei der obere Zweig in den ersten und zweiten oberen Zweig eingreift und der dritte untere Zweig in den ersten und zweiten unteren Zweig eingreift;
wobei die erste, zweite und dritte Spule angeordnet sind, um sich mit den zentralen Teilen in der zweiten Ebene zu bewegen, die eine Dicke aufweisen, die der Di­ cke einer einzelnen Spule gleicht und die oberen und un­ teren Zweige, wenn sie jeweils ineinander greifen, eine konstante Dicke aufweisen, die etwa der zweifachen Dicke gleicht; und
einem Gehäuse mit zwei im wesentlichen langgezogenen Nu­ ten, die angepasst sind, den ersten und zweiten Spulen­ aufbau aufzunehmen, wobei jede langgezogene Nut zwei ge­ genüberliegende Flächen aufweist, wobei jede der gegenü­ berliegenden Flächen eine Vielzahl von Magneten beinhal­ tet, die in einer Reihe aneinandergereiht sind und eine longitudinale Achse aufweisen, wobei die Magnete mit ab­ wechselnden Polorientierungen auf den Flächen der Mag­ netebene aneinandergereiht sind.