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Verwandte Anmeldungen
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der US-amerikanischen provisorischen Patentanmeldung
mit der Seriennummer 61/117,047, die am 21. November 2008 eingereicht
wurde, und deren Inhalt hierein durch Bezugnahme eingebunden wird.
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft Drehspulenaktoren und insbesondere kompakte Linearaktoren
und Verfahren zur Herstellung derselben.
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Hintergrund der Erfindung
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Konventionelle
Technologieen in der Automation (solche wie Nocken oder pneumatische
Vorrichtungen) mangeln an Flexibilität und Intelligenz, die erforderlich
ist, um zu wissen, ob ein Arbeitsgang korrekt ausgeführt wurde
oder nicht. Jedoch haben diese Technologien häufig den Vorteil geringer Kosten.
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Im
Gegensatz dazu wurden elektrische Linearservomotoren im Laufe der
Jahre entwickelt, die versuchen, die Flexibilität vorzusehen, die in der Automationsindustrie
gewünscht
wird. Einige Linearmotoren versuchen z. B. die Arbeitsgänge anzuzeigen, die
ausgeführt
werden, so wie die LA-Serie von Drehspulen-Linearmotoren, die von
der SMAC Corporation hergestellt werden. Diese Vorrichtungen haben
allerdings Betriebskosten im Bereich von tausenden Dollar, ein Faktor,
der häufig
fünf bis zehnmal
größer ist,
als die Kosten von Nocken oder pneumatischen Vorrichtungen. Daher
wurde der weitverbreiteten Verwendung von Linearmotoren stark durch
die damit verbundenen signifikanten Kosten beschränkt.
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Daher
besteht ein Bedarf für
eine Linearmotorvorrichtung, die flexibel ist und die Fähigkeit
besitzt, die getätigten
Arbeitsgänge
anzuzeigen und/oder einzustellen, aber gleichzeitig Kosten hat, die
mit denen von Nocken oder pneumatischen Vorrichtungen vergleichbar
sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Verschiedene
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind daher auf einen Linearmotoraktor
gerichtet, der jedes der vorstehenden Bedürfnisse erfüllt. Insbesondere sind verschiedene
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung auf einen Linearmotoraktor gerichtet,
der vergrößerte Fähigkeiten
besitzt, aber kostengünstig
zu benutzen und/oder zu fertigen ist.
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Entsprechend
verschiedenen Ausführungsformen
können
die Kosten in einer Vielzahl von Möglichkeiten gesteuert werden.
Z. B. können
die Herstellungskosten durch Verwendung einer CNC-Drehmaschinenfertigung
mit einem Aufbau reduziert werden. Die Montagekosten können durch
Herstellen einer zusammensteckbaren Vorrichtung mit einer relativ
einfachen Montage reduziert werden. Die Teilekosten können durch
Verwendung einer einfacheren Gestaltung reduziert werden, die innerhalb
des Linearmotoraktors weniger Komponenten erfordert. Die Wiederherstellungskosten
können
durch Verwendung einer Gestaltung reduziert werden, die eine schnelle
und einfache Modifikation der Aktorgestaltung ermöglicht,
wenn sich die Bedürfnisse
des Käufers ändern.
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In
vielen Ausführungsformen
kann die Ausführung
des Aktors der von älteren
Technologien (insbesondere hinsichtlich Geschwindigkeit) vergleichbar
sein oder diese übertreffen.
Zusätzlich
können
einige Ausführungsformen
eine Anzahl von Merkmalen (z. B. programmierbare Positionierung,
Geschwindigkeit oder Kraft und/oder die Fähigkeit zu realisieren, dass
eine oder mehrere Aufgaben erfolgreich abgeschlossen werden), die
einen großen
Nutzen in der Automation ebenso wie einen breiten Bereich von anderen
Anwendungen haben.
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Diese
und andere Ausführungsformen
werden durch den Fachmann leichter unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren
und die detaillierte Beschreibung, die hierin vorgesehen ist, geschätzt.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist
eine Explosionsansicht eines beispielhaften Ein-Drehspulenlinearmotoraktors entsprechend
einer Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
eine teilweise Explosionsansicht eines beispielhaften Dreidrehspulenlinearmotoraktors entsprechend
einer Ausführungsform
der Erfindung.
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3A ist
eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Magnetgehäuses entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3B ist
eine Frontansicht des Magnetgehäuses,
das in 3A gezeigt ist.
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3C ist
eine Querschnittsansicht des Magnetgehäuses entlang der Linie A-A
in 3B.
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3D ist
eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Magnetgehäuses entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3E ist eine Frontansicht des Magnetgehäuses, das
in 3D gezeigt ist.
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3F ist eine Querschnittsansicht des Magnetgehäuses entlang
der Linie B-B in 3E.
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4A ist
eine Frontansicht einer beispielhaften Kolbenbaugruppe entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4B ist
eine schräge
Ansicht der Kolbenbaugruppe, die in 4A gezeigt
ist.
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4C ist
eine Seitenansicht der Kolbenbaugruppe, die in 4A gezeigt
ist.
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5A ist
eine Frontansicht eines beispielhaften Aktorgehäuses entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5B ist
eine erste Querschnittsansicht des Aktorgehäuses entlang der Linie A-A
in 5A.
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5C ist
eine zweite Querschnittsansicht des Aktorgehäuses entlang der Linie A-A
aus 5A.
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5D ist eine Seitenansicht des beispielhaften
Aktorgehäuses,
das in 5A gezeigt ist.
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6A ist
eine perspektivische Ansicht eines Liniearmotoraktors, der eine
Lineargeber- Rückmeldervorrichtung
entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst.
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6B ist
eine perspektivische Ansicht des Linearmotoraktors, der in 6A dargestellt
ist.
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6C ist
eine Seitenansicht des Linearmotoraktors, der in 6A dargestellt
ist.
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6D ist
eine Draufsicht des Linearmotoraktors, der in 6A dargestellt
ist.
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7 ist
eine Tabelle, die die Ergebnisse eines Kraftwiederholungstestes
zeigt, der an einem Linearmotoraktor entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
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8 ist
eine Kurve, die die Ergebnisse eines Hitzetestes zeigt, der an einem
Linearmotoraktor entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung durchgeführt
wird.
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9 ist
ein Graph, der die Ergebnisse eines Kraftauflösungstestes zeigt, der an einem
Linearmotoraktor entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung durchgeführt
wurde.
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10 ist
ein Graph, der die Ergebnisse eines Reibungstestes zeigt, der an
einem Linearmotoraktor entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung durchgeführt
wurde.
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Detaillierte Beschreibung von beispielhaften
Ausführungsformen
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1 ist
eine Explosionsansicht eines Ein-Spulenlinearmotoraktors 100 entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt
ist, kann der Aktor 100 vier Komponenten umfassen: eine
Hauptgehäusebaugruppe 150 (die
ein Hauptgehäuse 152,
ein Keillager bzw. Profillager (kurz: Keillager) 156 und
ein Keilwellengehäuse 158 umfasst);
eine Kolbenbaugruppe 130 (die eine Spule 144,
eine Keilwelle 136 und eine Lineargebermessskala 140 umfasst);
eine Geberbaugruppe 170 (die ein Gebergehäuse 172 und
einen Lineargeber 174 umfasst); und eine Magnetgehäusebaugruppe 110 (die
ein Magnetgehäuse 112,
einen oder mehreren Magneten 118 und eine mittigen Schaft
bzw. Pol (kurz: Pol) 116 umfasst).
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In
einigen Ausführungsformen
können
alle hergestellten Teile auf einer CNC Drehmaschine, so wie das
Hardinge Modell RS51MSY, bearbeitet werden. Jedes Teil kann in einem
einzelnen Arbeitsgang auf der Drehmaschine hergestellt werden, wobei
die Notwendigkeit für
zweite Arbeitsdinge reduziert und/oder eliminiert wird. Diese zweiten
Arbeitsgänge bedingen
zusätzliche
Kosten und können
auch die Qualität
durch wachsende Maßabweichungen
verringern.
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In
einigen Ausführungsformen
können
die Bauteile des Aktors 100 aus Aluminium oder aus Stahlstäben gefertigt
sein. Es ist allerdings anzumerken, dass eine Unzahl von anderen
Materialien entsprechend dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können.
In einer Ausführungsform
hat die CNC-Drehmaschine
die Fähigkeit, beide
Enden einer Komponente (z. B. über
eine Subspindelübertragung)
zu bearbeiten, ebenso wie die Fähigkeit
Fräs- oder
Abtragsarbeit zu leisten.
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In
einigen Ausführungsformen
kann der Aktor 100 eine zusammensteckbare Gestaltung umfassen,
die keine Einstellung bezüglich
der Teilepositionierung während
der Montage des Aktors 100 er fordert. Eine zusammensteckbare
Gestaltung kann daher die Qualität
sicher stellen und ebenso in geringen Montagekosten resultieren.
Bezüglich
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist es wert zu erwähnen, dass
in 100 Satz-Versuchen Montagezeiten unter 10 Minuten wiederholt
erreicht wurden, ohne dass Güteprobleme
oder strukturelle Probleme auftraten, die entdeckt wurden während weiterer
Teste der Aktoren 100.
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In
einigen Ausführungsformen
kann ein zusammensteckbarer Aktor 100 durch Verzahnen einer oder
mehrerer Dimensionen bis zu einer gegebenen Größe bzw. Bezugsgröße (kurz:
gegebene Größe), die
auf der Hauptgehäuseanordnung 150 angeordnet ist,
erzeugt werden. Die gegebene Größe kann
aus einer genau gefertigten flachen Oberfläche 166 und einem
Rand 162 bestehen, der senkrecht zu dieser Oberfläche ist,
wie beispielsweise in 1 gezeigt ist. Zusätzliche
Merkmale an dem Gehäuses
können eine
Frontbohrung 154 und eine Lagerzentrierbohrung 160 umfassen.
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In
einigen Ausführungsformen
kann die flache Oberfläche 166 flach
innerhalb einer speziellen Toleranz von 10 μm sein, während der Rand 162 auch
mit einer Toleranz von 10 μm
senkrecht zu der flachen Oberfläche 166 gehalten
werden kann. Die Bohrung 154 kann innerhalb von 10 μm des genannten
Außendurchmessers
gehalten werden und parallel zu den gegebenen Größenkomponenten innerhalb einer
Toleranz von 25 μm.
Die Bohrungsmitte kann innerhalb von 20 μm zu seinen genannten Dimensionen
zu der flachen Oberfläche 166 gehalten werden,
während
die rückwärtige Bohrung 168 der Hauptgehäusebaugruppe 150 konzentrisch
mit der vorderen Bohrung 154 innerhalb einer Toleranz von 25 μm sein kann.
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In
einigen Ausführungsformen
kann das Keilwellengehäuse 158 innerhalb
der Hauptgehäusebaugruppe 150 verwendet
werden, um die Keilwelle 136 und das Keillager 156 aufzunehmen,
das verwendet werden kann, um die Keilwelle 136 vom Drehen
abzuhal ten. In einer Ausführungsform
kann das Keillager 156 eine Linearführungsbaugruppe umfassen, die
durch IKO Inc. (#MAG8C1THS2/N) hergestellt wird. Es ist anzumerken,
dass seine Unzahl von anderen Strukturen/Führungsbaugruppen entsprechend
dem Schutzbereich der Erfindung benutzt werden kann.
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In
einigen Ausführungsformen
kann die Linearführungsbaugruppe
innerhalb der vorderen Bohrung 154 durch einen Positionierstift
positioniert sein, der durch das Hauptgehäuse 152 geführt ist.
Dies kann sicherstellen, dass eine umlaufende Kugelführung, die
mit dem Keillager 156 verbunden ist, parallel zu der flachen
Oberfläche 166 innerhalb
eines spezifischen Toleranzbereiches (z. B. innerhalb 20 μm über ihre
Länge)
bleibt.
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Wie
bei 1 gezeigt ist, kann die Kolbenbaugruppe 130 des
Linearmotoraktors 100 einen Kolben 132, eine Kolbenwellenbohrung 134,
eine Gebermessskalaoberfläche 138,
eine Keilwelle 136, und eine Gleichstromspule 144 umfassen.
Die Kolbenbaugruppe 130 kann in einem einzelnen Aufbau auf
der Drehmaschine genau gefertigt werden, wobei Kosten reduziert
werden und die Qualität
der Ausführung
steigt.
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Zusätzlich kann
die Gebermessskalaoberfläche 138 flach
gegenüber
sich selbst innerhalb 10 μm über ihre
Länge gefertigt
und positioniert sein. Die Kolbenwellenbohrung 134 kann
in einer Abweichung von 10 μm
im Durchmesser gehalten sein und eine Mitte umfassen, die innerhalb
einer Toleranz von 20 μm
zu der Gebermessskalaoberfläche 138 gehalten ist.
Die Keilwelle 136 kann in der Kolbenwellenbohrung 136 angeordnet
und unter Verwendung einer Halterung, die eine oder mehrere Wellennuten 146 in einer
Orientierung anordnet, die parallel zu der Gebermessskalaoberfläche 138 innerhalb
von 20 μm ist,
an der Stelle gesichert.
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Die
Magnetgehäusebaugruppe 110 kann auch
ein Magnetgehäuse 112 umfassen,
einen oder mehrere Magneten 118, einen Mittelpol bzw. einen Mittelstab
(kurz: Mittelpol) 116. Entsprechend einer Ausführungsform
kann das Magnetgehäuse 112 einen
Zapfen- bzw. einen
Haupt-Durchmesser (kurz: Hauptdurchmesser) 114 umfassen,
der außerhalb der
rückwärtigen Bohrung 168 des
Hauptgehäuse 152 führt, um
eine dichte bzw. enge Beziehung der Bohrung 168 und zum
Hauptgehäuse 152 sicherzustellen.
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Der
Mittelpol 116 kann auch einen Hauptdurchmesser für sein genaues
Positionierung am Magnetgehäuse 112 umfassen.
Dies kann sicherstellen, dass der Mittelpol 116 in dem
Magnetgehäuse 112 mit
einer spezifischen Toleranz (z. B. innerhalb eines Bereichs von
+/–20 μm) zentriert
ist. In einigen Ausführungsformen
können
die Außen-
und Innendurchmesser des Mittelpols 116 des Magnetgehäuses 112 zur
Mitte der vorderen Bohrung 154 und/oder der rückwärtigen Bohrung 168 (z.
B. innerhalb eines Bereichs von +/–40 μm) gehalten werden.
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Wie
in 1 gezeigt ist, kann die Geberbaugruppe 170 ein
Gebergehäuse 172 und
einen Lineargeber 174 aufweisen, der in einer Gebermontagehalterung 176 angeordnet
ist. Die Geberbaugruppe 170 kann auch einen Referenzrand
und -Abflachung aufweisen, der bzw. die es zu der gegebenen Größenpositionen
innerhalb einer vorbestimmten Abweichung in jeder der x-, y- und
z-Richtungen (z. B. +/–20 μm) positioniert.
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Wenn
die Kolbenbaugruppe 130 in dem Hauptgehäuse 152 angeordnet
ist, kann die Kolbenbaugruppe 130 durch die Keilwelle 136 angeordnet werden,
die den Keillagerbahnen folgt. Dies kann in engen Toleranzstapeln
für eine
oder mehrere Variablen resultieren, die mit der Aktorbaugruppe verbunden
sind.
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Die
Lineargebermessskala 140 und der Lesekopf des Lineargebers 174 können in
einem Abstand von +/–40 μm (z. B.
zentriert und positioniert bei ungefähr 40% der speziellen Toleranz
entsprechend einigen anderen Ausführungsformen) getrennt sein.
Zusätzlich
können
sowohl die Lücken
zwischen der Spule 144 und der Mittelpol 116 als
auch die Lücken
zwischen der Spule 144 und den Magneten 118 auf
+/–50 μm gehalten
werden. In einer Ausführungsform
kann die Lücke
ungefähr
600 μm messen,
sodass die Toleranzschwankung nur ein Sechstel des spezifizierten
Bereichs annehmen kann.
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Daher
kann durch Halten enger Toleranzen und Halten der Anzahl der Teile
auf einem Minimum eine zusammensteckbare Gestaltung mit hoher Verlässlichkeit
erreicht werden. Mustertests haben gezeigt, dass ein Aktor 100 gebildet
werden kann, der Toleranzen auf ein Drittel der gesamten Spezifizierten
hält. Lebenstests
haben angezeigt, dass solche Aktoren 100 hundert Millionen
Zyklen ohne strukturelle oder Betriebsfehler überschreiten können.
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In
einigen Ausführungsformen
kann Hubvariation und Geberauflösung
einfach eingestellt werden, wobei die Kosten reduziert werden, die
mit der Rekonfigurierung und/oder dem Ersetzen des Aktors verbunden
sind. Wo der Hub eine Funktion von drei Baugruppen (der Magnetbaugruppe 110,
der Kolbenbaugruppe 130 und der Hauptgehäusegruppe 150) ist,
kann eine austauschbare Magnetgehäusebaugruppe 100 verwendet
werden, um die Länge
des Hubs zu vergrößern, aber
ohne das Austauschen von teureren Komponenten zu erfordern, die
in allen Hubvariationen einsatzfähig
sind (z. B. Kolbenbaugruppe 130 oder Hauptgehäusebaugruppe 150).
Zum Beispiel kann die Magnetgehäusebaugruppe 110 (wie
in 1 abgebildet) durch eine längere Magnetgehäusebaugruppe 210 (wie
in 2 abgebildet) ausgetauscht werden, wobei ein längerer Aktorhub
ermöglicht
wird.
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Durch
Vorsehen eines Schlitzes zwischen der Feder 144 und der
Vorderseite des Kolbens 132, der lang genug ist, um einen
Hub eines speziellen Maximumbereichs abzudecken, kann der Kolben
einsatzfähig
sein, um alle Hubvariationen abzudecken. Es sei angemerkt, dass
die Hauptgehäusebaugruppe 150 auch
gestaltet sein kann, um lang genug zu sein, um alle Hubvariationen
abzudecken. Auf diese Weise müssen
weniger Komponenten ersetzt werden, wenn die Länge des Hubs des Aktors eine
Veränderung
erfordert. Diese Gestaltung kann auch dazu dienen, die Anzahl und/oder
die Verschiedenartigkeit von Teilen zu reduzieren, die erforderlich
sind, um gelagert zu werden ebenso wie die Auslieferung von Aktorkomponenten
zu beschleunigen.
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Der
Linearmotoraktor 100 kann auch in einer Dreispulenvielpolanordnung
betrieben werden. Zum Beispiel ist 2 eine teilweise
Explosionsansicht eines Dreispulenlinearmotoraktors 200 entsprechend einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie durch 2 gezeigt
wird, kann der Dreispulenlinearmotoraktor 200 ein längeres Magnetgehäuse 212 umfassen,
das einen seperaten Satz von Magneten 218 und Mittelpol 216 umfasst,
ebenso wie einen Kolben 232, der eine Dreispulenbaugruppe
umfasst. Die Magneten 218 innerhalb des Magnetgehäuses 212 können alternativ
durch das ganze Gehäuse 212 magnetisiert
sein (z. B. NS, SN, etc.). Der Fachmann wird erkennen, dass das
Magnetgehäuse 212 und der
Kolben 232 unter Verwendung von Standardbearbeitungsprozessen
implementiert sein kann.
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Es
ist anzumerken, dass beispielhafte Gestaltungen der Aktoren 100 und 200 in
einem breiten Bereich von Anwendungen verwendet werden können. Zum
Beispiel kann der in 1 abgebildete Einpolaktor 100 für kurzen
Hub-, hohe Geschwindigkeits- und geringe Kostenanwendungen verwendet werden,
während
der in 2 abgebildete Dreispulenaktor 200 geeigneter
für lange
Hübe sein
kann, die hohe Kräfte
umfassen. Eine Unzahl anderer Anwendungen für Aktoren 100, 200 können entsprechend dem
Schutzbereich der vorliegenden Erfindung auch möglich sein.
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Zusätzlich kann
der Aktor 100, 200 eine Anzahl an programmierbaren
Betriebsarten zum Einstellen zum Beispiel der Position, Kraft und
Geschwindigkeit umfassen. Zusätzlich
kann das Geberfeedback mit der Position, die die Verifikation der
abgearbeiteten Arbeit ermöglicht,
abgeglichen werden, durch Überprüfen der
Position des Kolbens 132, 232 während des
Hubs.
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In
einigen Ausführungsbeispielen,
(so wie die Ausführungsbeispiele,
die in den 1 und 2 abgebildet
sind) kann die Spule oder können die
Spulen 144, 244 eine mittlere Linearführung umgeben.
Dies kann jegliches Moment auf die Führung entfernen und die Kraftwiederholbarkeit
verbessern, was sehr sinnvoll in präzisen Kraftanwendungen, so wie
kleine elektronische Teilebaugruppen und Präzisionsglasriefen, ist. Tests
haben eine Wiederholbarkeit von weniger als 0,0005 N über einen
Kraftbereich von 0,1 bis 8 N (wie in 7 beschrieben
und die entsprechende Beschreibung unten z. B.) angezeigt.
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Die 3A bis 3F stellen beispielhafte Magnetgehäuse 112, 212 entsprechend
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar. Die 3A–3C stellen
ein Magnetgehäuse 112 für einen
Einpol-Einspulenlinearaktor dar, während die 3D–3F ein Magnetgehäuse 212 für einen
Vielpoldreispulenlinearaktor darstellen.
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Wie
in den beispielhaften Magnetgehäusen 112 und 212 aus 3A bzw. 3D gezeigt
kann die Endplatte 142, 242 an einem Ende des
Magnetgehäuse 112, 212 positioniert
sein. Die Endplatte 142, 242 kann zumindest teilweise
in der Position gesichert sein durch Ausbildung derart, dass sie
an dem mittigen Pol 116, 216 befestigt ist, der
senkrecht zu der Endplatte 142, 242 und durch
die Mitte des Magnetgehäuse 112, 212 ver läuft. Es
ist anzumerken, dass während
die Endplatte 142, 242 derart geformt sein kann,
wie es in den 3A, 3C, 3D und 3F gezeigt ist, eine breite Vielzahl von
Formen für
die Endplatte 142, 242 entsprechend dem Schutzbereich
der Erfindung verwendet werden kann.
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In
einigen Ausführungsformen
kann das Magnetgehäuse 112, 212 einen
oder mehrere Magnete 118, 218 (z. B. im Wesentlichen
zylindrische Magnete oder kreisförmige
Magnetsegmente) umfassen, um das magnetische Feld bereitzustellen,
das für
die Bewegung des Kolbens 132, 232 in linearer
Richtung notwendig ist. Der eine oder die mehreren Magneten 118, 218 können leicht
in dem Magnetgehäuse 112, 212 während der
Fertigung mit verschiedenen Klebstoffen oder Schrauben befestigt
werden. Ferner kann der mittige Pol 116, 216 mit
einem Gewinde versehen sein und in ein Ende des Magnetgehäuses 112, 212 eingeschraubt
sein.
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Die 4A–4C zeigen
verschiedene Winkel einer beispielhaften Kolbenbaugruppe 132 entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Kolbenbaugruppe 132, umfassend
den Spulenkörper 145,
kann als ein einzelnes, einheitliches Stück gebildet sein. Als ein beispielhafter
Vorteil kann ein einzelnes, einheitliches Stück eine Gestaltung des Aktors 100, 200 machen,
die weniger kompliziert ist und schneller zu montieren ist, da es
dabei weniger Teile gibt. Darüberhinaus
kann die Verwendung eines einzelnen einheitlichen Teils kosteneffektiver
sein, da ein einzelnes Teil weniger kostenintensiv zu fertigen sein
kann, als mehrere einzelne Teile. Ein einzelnes, einheitliches Teil
kann auch weniger wiegen als eine Vielteilekolbenspulenträgerbaugruppe,
da solch eine Baugruppe zusätzliche
Befestigungselemente und/oder Hardware erfordern kann, um die verschiedenen
Teile aneinander zu befestigen.
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Weiter
zu den 3A–3F und
den 4A–4C kann
ein Ausschnitt 148 genutzt werden, um die Endplatte 142, 242 vom Drehen
zurückzuhalten,
wenn die Kolbenbaugruppe 130 verschieblich mit dem Magnetgehäuse 112 gekoppelt ist.
Die Endplatte 142, 242 kann seitlich befestigt sein,
wie in 3A–3D gezeigt
ist, aber eine seitliche Bewegung der Kolbenbaugruppe 130 entlang
des gesamten Bereichs des Ausschnitts 148 relativ zu dem
Magnetgehäuse 112 erlauben.
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In
einigen Ausführungsformen
kann eine Wellensicherung 147 verwendet werden, um eine leichte
Austauschbarkeit von verschiedenen Typen von Keilwellen 136 zu
erlauben, abhängt
von der speziellen Anwendung des Aktors 100, 200.
Die Keilwelle 136 kann einen Satz von einer oder mehreren Nuten 146 umfassen,
die einer Form eines Lagers 156 entspricht, um eine ungewünschte Drehung
der Welle 136 zu vermeiden.
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Zusätzlich kann
eine lineare Gebermesssskala 140 auf der Kolbenbaugruppe 130 abgebildet
sein, die durch einen optischen linearen Geber 174 gelesen
werden kann (wie unten bezüglich 6 erörtert
wird), um die gegenwärtige
Position der und/oder wie weit die Kolbenbaugruppe 130 bewegt wurde
zu bestimmen. Dabei kann die gegenwärtige Position der Kolbenbaugruppe 130 und/oder
andere Positionsinformationen als Rückmeldung an ein (nicht gezeigtes)
elektronisches Steuergerät
vorgesehen sein.
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In Übereinstimmung
mit verschiedenen Ausführungsformen
kann die Kolbenbaugruppe 130 als ein einzelnes integrales
Stück gebildet
sein. In einer Ausführungsform
kann der Kolben und der Doppelspulenkörperbereich durch ein Pressen
und einen Bearbeitungsprozess gebildet sein. In dieser Hinsicht kann
die Gestaltung und die Herstellung von Linearaktoren 100, 200 entsprechend
verschiedener Ausführungsformen
flexibel sein, da ein Wechsel von einer Gestaltung auf einer andere
nicht erhebliche Werkzeug- oder Ausrüstungsveränderungen erfordert.
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Die 5A–5D zeigen verschiedene Ansichten einer
Hauptgehäusebaugruppe 150 für einen Linearmotoraktor 100, 200 entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie in den 5A bis 5D gezeigt ist, kann die Hauptgehäusebaugruppe 150 ein
Hauptgehäuse 152,
einen Aufnahmering bzw. Halterungsring 153, ein Keilwellengehäuse 158,
ein Keilwellenpositionsmerkmal 157 und einen Federring 155 umfassen.
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Weiter
zu den 5A–5D kann
das Keilwellengehäuse 158 ein
Keillager 156 aufnehmen, das die Keilwelle 136 führt und
geformt ist, um den Nuten 146 der Welle 136 zu
entsprechen, wobei eine ungewünschte
Drehung der Welle 136 gelindert wird. Ein Halterungsring 153 kann
an der Hauptgehäuseeinrichtung 155 mit
einem vorbestimmten Drehmoment in einer solchen Weise geschraubt
oder ansonsten befestigt sein, um das Lager 156 an seiner
Stelle zu halten, sodass es sich nicht axial bewegen kann.
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Ein
Keillagerpositionsmerkmal 157 der Gehäusebaugruppe 150 kann
verwendet werden, um das Lager 156 auszurichten, bevor
es an seiner Stelle mit dem Halterungsring 153 gesichert
wird. Entsprechend einer Ausführungsform
kann ein Federring 155 zwischen das Lager 156 und
dem Halterungsring 153 gesetzt werden. Während das
Lager 156 und der Halterungsring 153 als separate
Teile in 5 dargestellt sind, wird
ein Fachmann erkennen, dass diese Teile zusammen als eine einzelne
Komponente gefertigt sein können,
die in der Lage dazu ist, die Funktionen von sowohl dem Lager 156 als auch
dem Halterungsring 153 auszuführen.
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Die 6A–6D zeigen
verschiedene Ansichten eines Aktors 100, 200 mit
der Lineargeberbaugruppe 170, die daran befestigt ist,
entsprechend Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Wie in den 6A–6D gezeigt
ist, kann die Line argeberbaugruppe 170 ein Lineargebergehäuse 172, einen
Lineargeber 174 und eine Lineargeberhalterung 176 umfassen.
Wie oben dargelegt wurde, kann der Lineargeber 174 verwendet
werden, um der Linearbewegung des Kolbens 132, und daher
der Welle 136, des Linearmotoraktor 100, 200 zu
folgen. In einigen Ausführungsbeispielen
kann der Lineargeber 174 Informationen bezüglich der
gegenwärtigen
Position und/oder Bewegung des Kolbens 132 an ein (nicht
gezeigtes) elektrisches Steuergerät senden.
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Der
Lineargeber 174 kann an dem Aktor 100, 200 an
dem Hauptgehäuse 152 beispielsweise
unter Verwendung einer Lineargeberhalterung 176 befestigt
sein. Durch eine Öffnung
in dem Hauptgehäuse 152 kann
ein (nicht gezeigtes) Kabel Zugang zur Kolbenbaugruppe 130 haben.
Die Lineargeberhalterung 176 kann eine im Wesentlichen
flache Oberfläche umfassen
und kann sicher an dem Hauptgehäuse 152 beispielsweise
unter Verwendung von Schrauben befestigt sein. Der Boden der Lineargeberhalterung 176 kann
geformt sein, um der im Wesentlichen flachen Oberfläche des
Lineargebers 174 und/oder anderen Schaltkreiskomponenten
zu entsprechen. Der Lineargeber 174 und/oder andere Schaltkreiskomponenten
können
fluchtend gegen die Lineargeberhalterung 176 gehalten werden,
während
ein Epoxidharz oder ein anderer Klebstoff z. B. um den Lineargeber 174 und
die anderen Schaltkreiskomponenten derart eingeführt ist, dass der Lineargeber rundweg
an der Lineargeberhalterung gesichert ist. Durch Sichern des oberen
Teils des Lineargebers 174 rundweg an der Lineargeberhalterung 176 sind der
Lineargeber 174 und/oder andere Schaltkreiskomponenten
nicht einer Kompression aufgrund ihres Eigengewichts ausgesetzt,
was den Lineargeber 176 dazu veranlassen kann, ungenaue
Anzeigewerte zu erzeugen.
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Entsprechend
einigen Ausführungsbeispielen
kann der Lineargeber 174 und die Linearhalterung 176 im
Wesentlichen in einem Lineargebergehäuse zum zusätzlichen Schutz eingekapselt
sein. Das Lineargebergehäuse 172 kann
an dem Hauptgehäuse 152 des Aktors 100, 200 unter
Verwendung von beispielsweise Schrauben befestigt sein.
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Es
ist anzumerken, dass die Aktoren 100, 200 die
hierin beschrieben sind, schnell und kosteneffektiv gefertigt und
montiert werden können.
Weiter können
die Aktoren 100, 200 relativ klein, leichtgewichtig
und kompakt gefertigt werden. Optional kann eine optische Lineargeberbaugruppe 170 das
Anzeigen und die Steuerung über
100% der Bewegung, die durch Aktoren 100, 200 bewirkt
ist, vorsehen. Ferner stellt das individuelle Design der Hauptgehäusebaugruppe 150,
der Magnetgehäusebaugruppe 110 und
der Kolbenbaugruppe 130 Flexibilität und einfache Wiederherstellbarkeit
während
Herstellung bereit, so dass verschiedene Aktorgestaltungen hergesetellt
werden können,
um Spezifikationen von speziellen Projekten zu entsprechen.
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Testergebnisse
für verschiedene
Aktoren wurden unten unter Bezugnahme auf die 7–10 durchgeführt. Die
Tests wurden auf CAL36-010-51-FB-MODJ42 durchgeführt, was einen Spulenwiderstand
von 35,7 Ohm, einen Hub von 10,4 mm, eine bewegte Masse von 50 g,
eine Gesamtmasse von 42 kg, und Spitzenkräfte von 14 N, wenn zurückgezogen,
von 15 N, wenn in der Mittelposition, und von 14 N, wenn ausgedehnt,
hat. Die Kraftwiederholbarkeit, die Wärme, die Kraftauslösung, und die
Reibung wurden jeweils überprüft. Die
Ergebnisse dieser Tests sind in den 7, 8, 9 und 10 abgebildet.
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Die
Gestaltung für
jeden der entsprechenden Tests wird nun beschrieben. Im Kraftwiederholungstest
wurde die Einheit in der horizontalen Position positioniert. Die
Welle war gestaltet, um den Kraftaufnehmer für fünf Sekunden zu drücken, und
dann die Kraft für
fünf Sekunden
zu entlasten.
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Im
Wärmetest
wurde das CAL36 in horizontaler Richtung positioniert. Die Einheit
war gestaltet, um 8 N für
drei Sekunden zu drücken,
und dann 2 N für
drei Sekunden. Der Prozess wurde dann entsprechend wiederholt. Der
Temperaturwechsel am Rückende
der CAL36 wurde angezeigt.
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Bezüglich des
Kraftauflösungstests
wurde das LAC-1-Steuergerät
verändert,
um weniger als 5 g Kraftauflösung
im QM1 Mode zu haben. Die erzeugte Kraftauflösung war ungefähr 4 g.
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Für den Reibungstest
wurde die Einheit horizontal angeordnet. Die Welle war gestaltet,
um hin und her bewegt zu werden, wobei der Strom angezeigt wurde.
Da die Welle das magnetische Feld anzieht, ist die relativ hohe
Kraft am Beginn der Bewegung gesehen. Die Reibung war ungefähr 0,3 N.
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Während verschiedene
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, sollte verstanden werden,
dass sie nur als Beispiel dargelegt wurden, und nicht als Begrenzung.
Gleichermaßen
können
die verschiedene Diagramme ein Beispiel einer Baugestaltung oder
anderer Konfigurationen für
die Erfindung abbilden, was getan ist, um das Verständnis der
Merkmale und Funktionalitäten, die
von der Erfindung umfasst sein können,
zu unterstützen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten die Baugestaltung
betreffenden Beispiele oder Gestaltungen beschränkt, sondern kann implementiert sein
unter Verwendung von einer Vielzahl von alternativen Baustrukturen
und Konfigurationen. Zusätzlich
sollte verstanden werden, dass verschiedene Merkmale und Funktionalitäten die
in einer oder mehreren der individuellen Ausführungsformen beschrieben sind
nicht in ihrer Anwendung auf die spezielle Ausführungsform beschränkt ist,
mit der sie beschrieben ist, sondern angewendet werden kann allein
oder in gewisser Kombination mit einer oder mehreren der anderen
Ausführungsformen
der Erfindung unabhängig
davon, ob solche Ausführungsformen
beschrieben sind oder nicht beschrieben sind und unabhängig davon,
ob solche Merkmale als Teile der beschriebenen Ausführungsform
dargelegt sind, obwohl die Erfindung in Form von verschiedenen Beispielen
und Anwendungen beschrieben wurde. Die Breite und der Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung soll nicht durch irgendeine von den oben
beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
sein.