TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen linearen Schrittmotor,
der einen Feldmagneten relativ zu einem Anker geradlinig um einen
vorgegebenen Schrittabstand durch Umschalten eines Erregungsstroms
von zumindest zwei Phasenspulen des Ankers bewegen kann.The
The present invention relates to a linear stepper motor,
the one field magnet relative to an anchor in a straight line around a
predetermined pitch by switching an excitation current
of at least two phase coils of the armature can move.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Der
Schrittmotor ist ein Motor, der die Funktion hat, sich im Verhältnis
zu einer gegebenen Impulsanzahl um einen vorgegebenen Winkel zu
drehen. Da die Position und die Geschwindigkeit nur durch einen
Befehlsimpuls bestimmt sind, kann eine rückkopplungsfreie
Steuerung ohne Rückkopplung der Position und der Geschwindigkeit
eines Rotors vorgenommen werden.Of the
Stepper motor is a motor that has the function in proportion
to a given number of pulses by a given angle
rotate. Because the position and the speed only by one
Command pulse are determined, a feedback-free
Control without feedback of position and speed
be made of a rotor.
Eine
Ansteuerungsschaltung des Schrittmotors ist konfiguriert, um jeder
Spule des Schrittmotors Strom von einer Gleichstromquelle zuzuführen
und nacheinander zu erregende Spulen jedes Mal umzuschalten, wenn
sie einen Befehlsimpuls empfängt. Jedes Mal, wenn die zu
erregenden Spulen umgeschaltet werden, dreht sich der Rotor um den
spezifischen Winkel eines Schrittes weiter. Der lineare Schrittmotor
bewegt eine Bewegungsvorrichtung direkt geradlinig, während
in einem drehenden Schrittmotor die Drehbewegung eines Rotors über
Bewegungsumsetzungsmittel wie etwa einen Zahnstangen- und Ritzel-Mechanismus
in eine geradlinige Bewegung umgesetzt wird.A
Drive circuit of the stepper motor is configured to each
Coil of the stepper motor to supply power from a DC power source
and to switch sequentially energizing coils each time
she receives a command pulse. Every time the too
are switched to exciting coils, the rotor rotates around the
specific angle of a step further. The linear stepper motor
moves a motion device directly straight line while
in a rotating stepper motor, the rotary motion of a rotor
Motion conversion means such as a rack and pinion mechanism
is converted into a linear movement.
Als
Schrittmotoren sind ein VR-Linearmotor (Linearmotor mit variabler
Reluktanz [engl.: Variable Reductance]), der keinen Permanentmagneten
verwendet, und ein HB-Linearmotor (Linearmotor des Hybridtyps),
der eine Kombination aus einem Permanentmagneten und einem Elektromagneten
besitzt, bekannt. Im Allgemeinen wird der lineare HB-Schrittmotor,
der den Schub erhöhen kann, in großem Umfang verwendet
(siehe z. B. das Patentdokument 1).When
Stepper motors are a VR linear motor (variable linear motor)
Reluctance [engl .: Variable Reductance]), which is not a permanent magnet
and an HB linear motor (hybrid type linear motor),
which is a combination of a permanent magnet and an electromagnet
owns, known. In general, the linear HB stepper motor,
which can increase the thrust, widely used
(See, for example, Patent Document 1).
-
Patentdokument 1:Patent Document 1:
-
Japanische Offenlegungsschrift
Nr. 61-173660Japanese Patent Publication
No. 61-173660
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST
WERDEN SOLLENPROBLEMS SOLVED BY THE INVENTION
SHOULD BE
Die
linearen HB-Schrittmotoren haben den Vorteil, dass durch Bilden
einer großen Anzahl von Kammzähnen in der Bewegungsvorrichtung
und in dem Stator der Schrittabstand verringert und der Schub erhöht
werden können. Die Herstellung ist jedoch schwierig, weil
die Kammzähne mit komplizierter Form gebildet werden müssen
und ein Abstand zwischen Kammzähnen des Stators und der
Bewegungsvorrichtung im zusammengefügten Zustand konstant
gehalten werden muss.The
linear HB stepper motors have the advantage that by forming
a large number of comb teeth in the moving device
and in the stator decreases the pitch and increases the thrust
can be. However, the production is difficult because
The comb teeth must be formed with a complicated shape
and a distance between comb teeth of the stator and the
Movement device in the assembled state constant
must be kept.
Dann
hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen linearen Schrittmotor
und ein Verfahren zur Herstellung des linearen Schrittmotors zu
schaffen, wobei der lineare Schrittmotor eine einfache Struktur
besitzt und einen hohen Schub erzeugen kann.Then
The object of the present invention is to provide a linear stepping motor
and a method of manufacturing the linear stepping motor
create, with the linear stepper motor a simple structure
owns and can produce a high thrust.
MITTEL ZUM LÖSEN
DER PROBLEMEMEDIUM TO SOLVE
THE PROBLEMS
Um
die oben erwähnten Probleme zu lösen, ist die
Erfindung nach Anspruch 1 ein linearer Schrittmotor, der umfasst:
einen Feldmagneten mit Nordpolen und Südpolen, die in axialer
Richtung abwechselnd magnetisiert sind; einen Anker, der zumindest zwei
Phasenspulen, die den Feldmagneten umgeben, und einen Innenkern,
der aus einem magnetischen Material hergestellt ist und in den Spulen
angeordnet ist, besitzt, wobei zwischen dem Feldmagneten und dem
Innenkern ein Spalt vorhanden ist; und eine Steuereinheit, um die
Spulen zu erregen und um die zu erregenden Spulen umzuschalten,
wobei eine Anziehung und/oder Abstoßung zwischen Magnetpolen
des Feldmagneten und Magnetpolen, die an beiden Enden der erregten
Spulen in axialer Richtung erzeugt werden, verwendet wird, um den Feldmagneten
relativ zu dem Anker um einen vorgegebenen Schrittabstand geradlinig
zu bewegen.Around
to solve the above-mentioned problems is the
The invention of claim 1, a linear stepper motor comprising:
a field magnet with north poles and south poles, in axial
Direction are alternately magnetized; an anchor that is at least two
Phase coils surrounding the field magnet and an inner core,
which is made of a magnetic material and in the coils
is arranged, wherein between the field magnet and the
Inner core a gap is present; and a control unit to the
To energize coils and to switch over the coils to be excited,
wherein an attraction and / or repulsion between magnetic poles
of field magnets and magnetic poles excited at both ends of the
Coils are generated in the axial direction, used to make the field magnet
rectilinear relative to the anchor by a predetermined pitch
to move.
Die
Erfindung nach Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem
linearen Schrittmotor nach Anspruch 1 der Innenkern geteilte Innenkerne umfasst,
deren Anzahl gleich jener der Spulen ist, und die geteilten Innenkerne
in den jeweiligen Spulen angeordnet sind.The
Invention according to claim 2, characterized in that in the
Linear stepping motor according to claim 1, the inner core divided inner cores,
the number of which is equal to that of the coils, and the divided inner cores
are arranged in the respective coils.
Die
Erfindung nach Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem
linearen Schrittmotor nach Anspruch 2 eine Länge jedes
der geteilten Innenkerne in der axialen Richtung gleich der oder
etwas größer als eine Länge jeder der
Spulen in der axialen Richtung ist.The
Invention according to claim 3, characterized in that in the
A linear stepping motor according to claim 2, a length of each
the split inner cores in the axial direction equal to or
a bit larger than a length of each of the
Coils in the axial direction is.
Die
Erfindung nach Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem
linearen Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3
an jedem Ende jeder der Spulen in der axialen Richtung ein nicht
magnetisches Material vorgesehen ist.The
Invention according to claim 4, characterized in that in the
Linear stepping motor according to one of claims 1 to 3
one at each end of each of the coils in the axial direction
magnetic material is provided.
Die
Erfindung nach Anspruch 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem
linearen Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4
der Anker ein Joch aus einem magnetischen Material, das die Spulen abdeckt,
eine Buchse aus einem nicht magnetischen Material, das an jedem
Ende einer Gruppe der Spulen vorgesehen ist, um die geradlinige
Bewegung des Feldmagneten relativ zu dem Anker zu führen,
und einen Abstandshalter aus einem nicht magnetischen Material,
der zwischen den Spulen vorgesehen ist, um Phasen der Spulen zu
verschieben, besitzt.The invention according to claim 5 is characterized in that in the linear stepping motor according to any one of claims 1 to 4, the armature comprises a yoke made of a magnetic material covering the coils, a sleeve made of a non-magnetic material disposed at each end of a group of spu len is provided to guide the rectilinear motion of the field magnet relative to the armature, and a spacer made of a non-magnetic material which is provided between the coils to move phases of the coil has.
Die
Erfindung nach Anspruch 6 ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem
linearen Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5
der Feldmagnet einen Einheitsmagneten umfasst, der einzelne Magneten
besitzt, die einen Nordpol und einen Südpol besitzen, die
in axialer Richtung magnetisiert sind und in der Weise angeordnet
sind, dass die Nordpole einander zugewandt sind und die Südpole
einander zugewandt sind, wobei gepaarte Stirnflächen jedes
der einzelnen Magneten dort, wo der Nordpol und der Südpol
magnetisiert sind, zueinander parallel sind und relativ zu einer
Ebene, die zu der axialen Richtung senkrecht ist, geneigt sind.The
Invention according to claim 6, characterized in that in the
Linear stepping motor according to one of claims 1 to 5
the field magnet comprises a unit magnet, the individual magnets
owns that have a north pole and a south pole, the
are magnetized in the axial direction and arranged in the manner
are that the north poles are facing each other and the south poles
facing each other, with paired end faces each
the single magnet where the North Pole and the South Pole
are magnetized, parallel to one another and relative to one another
Plane which is perpendicular to the axial direction, inclined.
Die
Erfindung nach Anspruch 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem
linearen Schrittmotor nach Anspruch 6 die Spulen zweiphasige Spulen sind
und die gepaarten Stirnflächen relativ zu der Ebene senkrecht
zur axialen Richtung um einen Winkel θ geneigt sind, der
durch den folgenden Ausdruck berechnet wird: θ = tan–1(P/2R) (Ausdruck 1) wobei
P eine Magnetpol-Schrittweite zwischen dem Nordpol und dem Südpol
ist und R ein Durchmesser des einzelnen Magneten ist.The invention according to claim 7 is characterized in that in the linear stepping motor according to claim 6, the coils are two-phase coils and the paired end surfaces are inclined relative to the plane perpendicular to the axial direction by an angle θ calculated by the following expression: θ = tan -1 (P / 2R) (Expression 1) where P is a magnetic pole pitch between the north pole and the south pole and R is a diameter of the single magnet.
Die
Erfindung nach Anspruch 8 ist ein Verfahren zum Herstellen eines
linearen Schrittmotors, der einem Feldmagneten geradlinig relativ
zu einem Anker um einen vorgegebenen Schrittabstand unter Verwendung
einer Anziehung und/oder Abstoßung zwischen Magnetpolen
des Feldmagneten und Magnetpolen, die an beiden Enden in axialer
Richtung jeder der wenigstens zwei Phasenspulen des Ankers durch Erregen
der Spulen und Umschalten der zu erregenden Spulen erzeugt wird,
bewegen kann, wobei das Verfahren umfasst: einen Innenkern-Einsetzschritt,
um einen röhrenförmigen Innenkern aus magnetischem
Material in einen Innenraum der Spulen einzusetzen; einen Spuleneinsetzschritt,
um die Spulen in ein röhrenförmiges Joch einzusetzen;
und einen Magneteinsetzschritt, um den Feldmagneten in einem Innenraum
des Innenkerns einzusetzen, wobei der Feldmagnet Nordpole und Südpole
besitzt, die in der axialen Richtung abwechselnd magnetisiert sind.The
The invention according to claim 8 is a method for producing a
linear stepping motor, the rectilinear relative to a field magnet
to an anchor by a predetermined pitch using
an attraction and / or repulsion between magnetic poles
of field magnets and magnetic poles, which at both ends in axial
Direction of each of the at least two phase coils of the armature by energizing
the coils and switching the coils to be excited is generated,
can move, the method comprising: an inner core insertion step,
around a tubular inner core of magnetic
Insert material into an interior of the coils; a coil insertion step,
to insert the coils in a tubular yoke;
and a magnetic insertion step for the field magnet in an interior space
use of the inner core, the field magnet north poles and south poles
having alternately magnetized in the axial direction.
Die
Erfindung nach Anspruch 9 ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem
Verfahren nach Anspruch 8 in dem Spuleneinsetzschritt eine Buchse aus
einem nicht magnetischen Material an jedem Ende einer Gruppe der
Spulen in axialer Richtung angeordnet wird, um eine geradlinige
Bewegung des Feldmagneten relativ zu dem Anker zu führen,
und ein Abstandshalter aus einem nicht magnetischen Material zwischen
jeweils zwei der Spulen angeordnet wird, um Phasen der Spulen zu
verschieben.The
Invention according to claim 9, characterized in that in the
The method of claim 8 in the Spuleneinsetzschritt a socket
a nonmagnetic material at each end of a group of
Coils are arranged in the axial direction to a rectilinear
To move the field magnet relative to the armature,
and a spacer made of a non-magnetic material between
each two of the coils is arranged to phase the coils
move.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNGEFFECTS OF THE INVENTION
Um
einen linearen Schrittmotor zu erhalten, der einen hohen Schub erzeugt,
müssen die Magnetpole an beiden Seiten jeder Spule im Hinblick
auf die Funktionsprinzipien des linearen Schrittmotors verstärkt
werden. Gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 wird,
da der Innenkern aus magnetischem Material in den Spulen angeordnet
ist, der magnetische Widerstand in den Spulen verringert, außerdem
wird die magnetische Flussdichte an beiden Enden der Spulen erhöht.
Daher kann der erhaltene lineare Schrittmotor einen hohen Schub
erzeugen. Da der Innenkern in den Spulen angeordnet ist, wird es
außerdem möglich, das Auftreten einer Versatzkraft,
die durch den Kern bedingt ist, zu verhindern und überdies
zu verhindern, dass die an beiden Enden der Spulen erzeugten Magnetpole
durch die Magnetpole, die an beiden Enden benachbarter Spulen angeordnet
sind, beeinflusst werden, wie wenn Ringkerne an beiden Enden der
Spulen angeordnet sind.Around
to get a linear stepper motor that produces a high thrust,
The magnetic poles on both sides of each coil must be in view
reinforced to the functional principles of the linear stepping motor
become. According to the invention according to claim 1,
because the inner core of magnetic material is arranged in the coils
That reduces the magnetic resistance in the coils, as well
the magnetic flux density is increased at both ends of the coils.
Therefore, the obtained linear pulse motor can give a high thrust
produce. Since the inner core is placed in the coils, it will
also possible, the occurrence of an offset force,
which is due to the core, prevent and moreover
to prevent the magnetic poles generated at both ends of the coils
by the magnetic poles disposed at both ends of adjacent coils
are affected, as if ring cores on both ends of the
Coils are arranged.
Gemäß der
Erfindung nach Anspruch 2 kann, da die geteilten Innenkerne in den
jeweiligen Spulen angeordnet sind, verhindert werden, dass die an
beiden Enden jeder Spule erzeugten Magnetpole durch die an beiden
Enden einer benachbarten Spule erzeugten Magnetpole beeinflusst
werden. Wenn für die mehreren Spulen ein einziger Innenkern
vorhanden ist, ist es schwierig, das Auftreten starker Magnetpole
an beiden Enden jeder Spule zu bewirken.According to the
Invention according to claim 2, since the split inner cores in the
are arranged on respective coils, prevents the on
both ends of each coil generated magnetic poles by the at both
Ends of an adjacent coil influenced magnetic poles
become. If for the multiple coils, a single inner core
is present, it is difficult to detect strong magnetic poles
to effect at both ends of each coil.
Gemäß der
Erfindung nach Anspruch 3 wird es, da die Magnetpole an beiden Enden
des Innenkerns, der ein maschinell bearbeitetes Teil ist, ausgebildet
sind, möglich, die Magnetpole der Spulen und die Magnetpole
des Feldmagneten präzise zu positionieren. Da kein Bedarf
an einer Steuerung der axialen Länge der Spulen mit hoher
Genauigkeit besteht, wird das Wickeln der Spulen erleichtert.According to the
Invention according to claim 3, it is because the magnetic poles at both ends
of the inner core, which is a machined part, formed
are possible, the magnetic poles of the coils and the magnetic poles
of the field magnet to position precisely. There is no need
on a control of the axial length of the coils with high
Accuracy, the winding of the coils is facilitated.
Gemäß der
Erfindung nach Anspruch 4 wird es möglich, die Beeinflussung
der an beiden Enden der Spulen erzeugten Magnetpole durch die an
beiden Enden benachbarter Spulen erzeugten Magnetpole zu verhindern.According to the
Invention according to claim 4, it becomes possible, the influence
the magnetic poles generated at both ends of the coils through the
both ends of adjacent coils to prevent generated magnetic poles.
Gemäß der
Erfindung nach Anspruch 5 wird es möglich, die nicht magnetischen
Materialien an beiden Enden der Spulen für Buchsen und
einen Abstandshalter gemeinsam zu nutzen. Da außerdem die
Spulen durch das Joch aus magnetischem Material abgedeckt sind,
wird der magnetische Widerstand außerhalb der Spulen klein
und wird die magnetische Flussdichte an beiden Enden der Spulen weiter
erhöht.According to the invention of claim 5, it becomes possible to share the non-magnetic materials at both ends of the bushing coils and a spacer. Moreover, since the coils are covered by the magnetic material yoke, the magnetic resistance outside the coils becomes small and becomes the mag netic flux density at both ends of the coils further increased.
Gemäß der
Erfindung nach Anspruch 6 wird es, da die Stirnflächen
der einzelnen Magneten geneigt sind, möglich, eine Versatzkraft
zu verringern, die zwischen dem Innenkern und dem Feldmagneten ausgeübt
wird. Da die Spulen so konfiguriert sind, dass sie den Feldmagneten
umgeben, ist eine Verringerung des Schubs aufgrund der Neigung der
Stirnflächen der Magneten gering.According to the
Invention according to claim 6, it is because the end faces
the individual magnets are inclined, possible, an offset force
reduce, which exerted between the inner core and the field magnet
becomes. Because the coils are configured to be the field magnet
Surrounding is a reduction of the thrust due to the inclination of the
Front surfaces of the magnets low.
Gemäß der
Erfindung nach Anspruch 7 ist es möglich, die Versatzkraft,
die zwischen dem Innenkern und dem Feldmagneten auftritt, minimal
zu machen.According to the
Invention according to claim 7, it is possible, the offset force,
which occurs between the inner core and the field magnet, minimal
close.
Gemäß der
Erfindung nach Anspruch 8 wird, da der Innenkern aus magnetischem
Material in den Spulen angeordnet ist, der magnetische Widerstand in
den Spulen verringert, außerdem wird dadurch die magnetische
Flussdichte an beiden Enden der Spulen erhöht. Daher kann
der erhaltene lineare Schrittmotor einen hohen Schub erzeugen. Da
außerdem der Innenkern in den Spulen angeordnet ist, wird
es möglich, das Auftreten einer Versatzkraft, die durch den
Kern bedingt ist, zu verhindern und überdies zu verhindern,
dass die an beiden Enden der Spulen erzeugten Magnetpole durch die
an beiden Enden benachbarter Spulen erzeugten Magnetpole beeinflusst werden,
wie wenn an beiden Enden der Spulen Ringkerne angeordnet wären.According to the
Invention according to claim 8, since the inner core of magnetic
Material is arranged in the coils, the magnetic resistance in
the coils is reduced, and this is the magnetic
Flux density increased at both ends of the coils. Therefore, can
the obtained linear stepper motor generate a high thrust. There
In addition, the inner core is disposed in the coils is
It is possible to detect the occurrence of an offset force by the
Core is to prevent and moreover prevent
that the magnetic poles generated at both ends of the coils by the
be influenced at both ends of adjacent coils generated magnetic poles,
as if ring cores were arranged at both ends of the coils.
Gemäß der
Erfindung nach Anspruch 9 wird es möglich, die Beeinflussung
der an beiden Enden der Spulen erzeugten Magnetpole durch die an
beiden Enden benachbarter Spulen erzeugten Magnetpole zu verhindern.
Außerdem ist es möglich, die nicht magnetischen
Materialien an beiden Enden der Spulen für Buchsen und
einen Abstandshalter gemeinsam zu nutzen.According to the
Invention according to claim 9, it becomes possible, the influence
the magnetic poles generated at both ends of the coils through the
both ends of adjacent coils to prevent generated magnetic poles.
In addition, it is possible to use the non-magnetic
Materials at both ends of the coils for sockets and
to share a spacer.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
1 ist
eine perspektivische Ansicht eines linearen Schrittmotors gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 FIG. 12 is a perspective view of a linear stepping motor according to a first embodiment of the present invention. FIG.
2 ist
eine Querschnittsansicht des linearen Schrittmotors längs
der axialen Linie. 2 FIG. 12 is a cross-sectional view of the linear stepping motor taken along the axial line. FIG.
3 ist
eine Detailansicht eines Stabs 3 is a detail view of a staff
4 ist
eine Seitenansicht eines einzigen Magneten. 4 is a side view of a single magnet.
5 ist
eine Draufsicht einer Kraftausübungseinrichtung. 5 is a plan view of a force applying device.
6 ist
eine Querschnittsansicht der Kraftausübungseinrichtung
längs der axialen Richtung. 6 is a cross-sectional view of the force applying means along the axial direction.
7(a), 7(b) sind
Ansichten, die jeweils ein Joch veranschaulichen (7(a) ist
eine Draufsicht und 7(b) ist eine
Seitenansicht hiervon). 7 (a) . 7 (b) are views that each illustrate a yoke ( 7 (a) is a top view and 7 (b) is a side view thereof).
8 ist
eine Querschnittsansicht einer Spule. 8th is a cross-sectional view of a coil.
9 ist
ein Schaltplan von Spulen. 9 is a circuit diagram of coils.
10(a), 10(b) sind
Ansichten, die jeweils einen geteilten Innenkern veranschaulichen (10(a) ist eine Draufsicht und 10(b) ist eine Seitenansicht hiervon. 10 (a) . 10 (b) are views that each illustrate a shared inner core ( 10 (a) is a top view and 10 (b) is a side view of this.
11(a), 11(b) sind
Ansichten, wovon jede eine Buchse veranschaulicht (11(a) ist
eine Draufsicht und 11(b) ist eine
Seitenansicht hiervon. 11 (a) . 11 (b) are views, each of which illustrates a socket ( 11 (a) is a top view and 11 (b) is a side view of this.
12(a), 12(b) sind
Ansichten, wovon jede einen Abstandshalter veranschaulicht (12(a) ist eine Draufsicht und 12(b) ist eine Seitenansicht hiervon). 12 (a) . 12 (b) are views, each of which illustrates a spacer ( 12 (a) is a top view and 12 (b) is a side view thereof).
13 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel eines Spulenerregungssystems veranschaulicht. 13 Fig. 13 is a view illustrating an example of a coil excitation system.
14 ist
eine Ansicht, die die Bewegungsprinzipien des linearen Schrittmotors
veranschaulicht. 14 is a view illustrating the moving principles of the linear stepping motor.
15 ist
ein Graph eines Analyseergebnisses einer Versatzkraft. 15 is a graph of an analysis result of an offset force.
16 ist
ein Graph einer induzierten Spannung, die in der Spule induziert
wird. 16 is a graph of induced voltage induced in the coil.
17 ist
ein Graph der Prinzipien zur Verringerung einer Versatzkraft. 17 is a graph of principles for reducing offset force.
18(a), 18(b) sind
Ansichten zur Veranschaulichung der geteilten Innenkerne mit Polen
und der geteilten Innenkerne ohne Pole (18(a) ist eine
Ansicht der geteilten Innenkerne mit Polen und 18(b) ist
eine Ansicht der geteilten Innenkerne ohne Pole). 18 (a) . 18 (b) are views to illustrate the split inner cores with poles and the split inner cores without poles ( 18 (a) is a view of the split interior cores with poles and 18 (b) is a view of the split inner cores without poles).
19(a), 19(b) sind
Graphen, die Vergleichsergebnisse von Gegen-EMK-Konstanten der Spulen
zwischen dem Fall mit Polen und dem Fall ohne Pole veranschaulichen
(19(a) ist eine Ansicht für
den Fall mit Polen und 19(b) ist eine
Ansicht für den Fall ohne Pole). 19 (a) . 19 (b) are graphs illustrating comparison results of back EMF constants of the coils between the case with poles and the case without poles ( 19 (a) is a view for the case with Poland and 19 (b) is a view for the case without poles).
20 ist
eine Querschnittsansicht, die einen linearen Schrittmotor gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 20 FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a linear stepping motor according to a second embodiment of the present invention. FIG.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
11
-
Stab
(Feldmagnet)Rod
(Field magnet)
-
22
-
Kraftausübungseinrichtung
(Anker)Force application means
(Anchor)
-
44
-
zweiphasige
Spulebiphasic
Kitchen sink
-
4a,
4b4a,
4b
-
Spule
einzelner PhasenKitchen sink
individual phases
-
55
-
einzelner
Magnetsingle
magnet
-
5a,
5b5a,
5b
-
Stirnfläche
eines Magnetenface
a magnet
-
88th
-
Innenkerninner core
-
8a,
8b8a,
8b
-
geteilter
Innenkerndivided
inner core
-
99
-
Jochyoke
-
1111
-
BuchseRifle
-
1212
-
Abstandshalterspacer
BESTE ART FÜR DIE
AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGBEST STYLE FOR THE
EMBODIMENT OF THE INVENTION
Nun
werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben. 1 veranschaulicht
einen linearen Schrittmotor gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der lineare
Schrittmotor besitzt einen lang gestreckten Stab 1 und
eine kreisförmige Kraftausübungseinrichtung 2,
die den Stab 1 umgibt. Der Stab 1 dient als ein
Feldmagnet des linearen Schrittmotors, während die Kraftausübungseinrichtung 2 als
ein Anker dient. Der Stab 1 bewegt sich relativ zu der
Kraftausübungseinrichtung 2 geradlinig in axialer
Richtung. Entweder der Stab 1 oder die Kraftausübungseinrichtung 2 ist
befestigt, während sich der bzw. die jeweils andere bewegt.Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 illustrates a linear stepper motor according to a first embodiment of the present invention. The linear stepper motor has an elongated rod 1 and a circular force applying device 2 that the rod 1 surrounds. The rod 1 serves as a field magnet of the linear stepper motor while the force applying means 2 serves as an anchor. The rod 1 moves relative to the force application device 2 straight in the axial direction. Either the staff 1 or the force application device 2 is attached while the other is moving.
2 ist
eine Querschnittsansicht des linearen Schrittmotors. In dem Stab 1 sind
der Nordpol und der Südpol in der axialen Richtung abwechselnd magnetisiert.
Die Kraftausübungseinrichtung 2 besitzt eine zweiphasige
Spule 4, die um den Stab 1 so gewickelt ist, dass
dazwischen ein Spalt erzeugt wird. Die zweiphasige Spule 4 besitzt
ein Paar von Spulen 4a und 4b mit entsprechenden
Phasen, die in der axialen Richtung ausgerichtet angeordnet sind.
Durch Erregen der Spulen 4a und 4b werden der
Nordpol und der Südpol an beiden Enden der Spulen 4a und 4b magnetisiert.
Die Anziehung und/oder Abstoßung zwischen den Magnetpolen
des Stabs 1 und den Magnetpolen an beiden Enden der Spulen 4a und 4b ergibt
einen Schub, wodurch der Stab 1 relativ zu der Kraftausübungseinrichtung 2 geradlinig
bewegt wird. Dann wird durch Umschalten des Erregungsstroms der
Spulen 4a und 4b der Stab 1 relativ zu
der Kraftausübungseinrichtung 2 um einen vorgegebenen Schritt
geradlinig bewegt. 2 is a cross-sectional view of the linear stepping motor. In the bar 1 the north pole and the south pole are alternately magnetized in the axial direction. The force application device 2 has a two-phase coil 4 around the bar 1 wound so that a gap is created in between. The biphasic coil 4 owns a pair of coils 4a and 4b with respective phases arranged aligned in the axial direction. By exciting the coils 4a and 4b become the north pole and the south pole at both ends of the coils 4a and 4b magnetized. The attraction and / or repulsion between the magnetic poles of the rod 1 and the magnetic poles at both ends of the coils 4a and 4b gives a thrust, causing the rod 1 relative to the force application device 2 is moved in a straight line. Then, by switching the excitation current of the coils 4a and 4b the rod 1 relative to the force application device 2 moved in a straight line by a predetermined step.
3 ist
eine Detailansicht des Stabs 1. Der Stab 1 besitzt
mehrere Magneten 5, die in ein röhrenförmiges
Rohr 3 eingesetzt sind. Das röhrenförmige Rohr 3 ist
aus Metall wie etwa Edelstahl oder aus Harz hergestellt. Ein einzelner
Magnet 5 ist ein Seltenerdmagnet wie etwa ein Neodym-Magnet,
der eine hohe Koerzitivkraft besitzt. Der einzelne Magnet 5 besitzt
von vorn betrachtet eine runde Form und von der Seite betrachtet
eine Parallelogrammform. Der einzelne Magnet 5 ist ein
geklebter Magnet (z. B. ein Kunststoffmagnet) und wird durch Spritzguss
eines Verbundmaterials aus magnetischen Pulvern und Harz hergestellt.
In den einzelnen Magneten sind der Nordpol und der Südpol
in der axialen Richtung magnetisiert. Das heißt, dass der
Nordpol an einer Stirnfläche 5a des einzelnen
Magneten 5 in der axialen Richtung magnetisiert ist, während
der Südpol an der anderen Stirnfläche 5b magnetisiert
ist. Die einzelnen Magneten 5 sind in der Weise angeordnet, dass
der Nordpol dem Nordpol und der Südpol dem Südpol
zugewandt sind. Bei dieser Anordnung bilden die Magneten 5 einen
Einheitsmagneten. In dem Einheitsmagneten sind die Magnetpole des
Nordpols und des Südpols in der axialen Richtung abwechselnd
und mit einer vorgegebenen Schrittweite ausgebildet. 3 is a detail view of the staff 1 , The rod 1 has several magnets 5 placed in a tubular tube 3 are used. The tubular tube 3 is made of metal such as stainless steel or resin. A single magnet 5 is a rare earth magnet such as a neodymium magnet having a high coercive force. The single magnet 5 has a round shape when viewed from the front and a parallelogram shape when viewed from the side. The single magnet 5 is a bonded magnet (eg, a plastic magnet) and is made by injection molding a composite material of magnetic powders and resin. In the individual magnets, the north pole and the south pole are magnetized in the axial direction. That is, the north pole at one end face 5a of the single magnet 5 is magnetized in the axial direction, while the south pole on the other end face 5b is magnetized. The individual magnets 5 are arranged in such a way that the north pole facing the north pole and the south pole facing the south pole. In this arrangement, the magnets form 5 a unit magnet. In the unit magnet, the magnetic poles of the north pole and the south pole are alternately formed in the axial direction and at a predetermined pitch.
4 ist
eine Seitenansicht des einzelnen Magneten 5. In dem einzelnen
Magneten 5 sind ein paar Stirnflächen 5a und 5b,
an denen der Nordpol und der Südpol magnetisiert sind,
zueinander parallel, wobei diese Stirnflächen 5a und 5b relativ
zu einer Oberfläche 6, die zu der axialen Richtung
senkrecht ist, geneigt. In dieser Ausführungsform ist ein Neigungswinkel θ des
Paars von Stirnflächen 5a und 5b im Wesentlichen
gleich θ = tan–1(P/2R)
gesetzt. Hierbei ist P eine Magnetpol-Schrittweite zwischen dem
Nordpol und dem Südpol und ist R ein Durchmesser des einzelnen
Magneten. Die Stirnflächen 5a und 5b des
einzelnen Magneten 5 sind geneigt, um eine Versatzkraft
zu verringern, die zwischen einem Innenkern (siehe 2)
und den einzelnen Magneten 5 auftritt. Die Beziehung zwischen
der Versatzkraft und dem Neigungswinkel θ der Stirnflächen 5a und 5b wird
später beschrieben. Da die einzelnen Magneten 5 geklebte
Magneten sind, die durch Spritzguss gebildet sind, kann eine solche
Neigung der Stirnflächen 5a und 5b einfach
hergestellt werden. 4 is a side view of the single magnet 5 , In the single magnet 5 are a few faces 5a and 5b in which the north pole and the south pole are magnetized, parallel to each other, these faces 5a and 5b relative to a surface 6 which is perpendicular to the axial direction, inclined. In this embodiment, an inclination angle θ of the pair of end faces 5a and 5b is set substantially equal to θ = tan -1 (P / 2R). Here, P is a magnetic pole pitch between the north pole and the south pole, and R is a diameter of the single magnet. The faces 5a and 5b of the single magnet 5 are inclined to reduce an offset force between an inner core (see 2 ) and the individual magnets 5 occurs. The relationship between the displacement force and the inclination angle θ of the end surfaces 5a and 5b will be described later. Because the individual magnets 5 glued magnets are, which are formed by injection molding, can such a tendency of the end faces 5a and 5b easy to be made.
Wie
in 3 gezeigt ist, werden, nachdem die mehreren Magneten 5 in
das Rohr 3 eingesetzt worden sind, Endstopfen 7 verwendet,
um beide Enden des Rohrs 3 zu verschließen. Eine
freiliegende Oberfläche 7a jedes Endstopfers 7 ist
zu der axialen Richtung des Stabs 1 senkrecht. Eine Stirnfläche 7b an
der Rückseite des Endstopfens 7 ist entsprechend den
Stirnflächen 5a des Magneten 5 geneigt.
Der Endstopfen 7 ist am Rohr 3 beispielsweise
durch Verbindungsmittel wie etwa durch Verschrauben oder Kleben
befestigt. In dem Endstopfen 7 ist eine Schraube 7c ausgebildet,
um einen sich bewegenden Körper anzubringen, der sich geradlinig
bewegen soll. Die Querschnittsform des Stabs 1 braucht nicht
rund zu sein, sondern kann flach elliptisch oder polygonal wie etwa
rechteckig sein.As in 3 Shown after the multiple magnets 5 in the pipe 3 have been inserted, stopper 7 used to both ends of the pipe 3 to close. An exposed surface 7a every stopper 7 is to the axial direction of the rod 1 perpendicular. An end face 7b at the back of the end stopper 7 is according to the faces 5a of the magnet 5 inclined. The end plug 7 is on the pipe 3 fastened for example by connecting means such as by screwing or gluing. In the end stopper 7 is a screw 7c designed to attach a moving body to move in a straight line. The cross-sectional shape of the rod 1 need not be round, but may be flat elliptical or polygonal such as rectangular.
5 ist
eine Draufsicht der Kraftausübungseinrichtung 2,
während 6 eine Querschnittsansicht der
Kraftausübungseinrichtung 2 ist. In einem röhrenförmigen
Joch 9, das aus einem magnetischen Material hergestellt
ist, ist die zweiphasige Spule 4 mit Spulen in axialer
Richtung in einer Linie angeordnet. In den Spulen 4a und 4b sind
röhrenförmige geteilte Innenkerne 8a und 8b,
die aus einem magnetischen Material hergestellt sind, angeordnet. An
jedem Ende der zweiphasigen Spule 4 in axialer Richtung
ist eine Buchse 11 aus Harz (nicht magnetisches Material)
vorgesehen, um die geradlinige Bewegung des Stabs 1 relativ
zu der Kraftausübungseinrichtung 2 zu führen.
Zwischen den Spulen ist ein Abstandshalter 12 als ein nicht
magnetisches Element vorgesehen, um die Phase jeder Spule zu verlagern. 5 is a plan view of the force application device 2 , while 6 a cross-sectional view of the force application device 2 is. In a tubular yoke 9 made of a magnetic material is the biphasic coil 4 arranged with coils in the axial direction in a line. In the coils 4a and 4b are tubular split inner cores 8a and 8b , which are made of a magnetic material arranged. At each end of the biphasic coil 4 in the axial direction is a socket 11 of resin (non-magnetic material) provided to the rectilinear movement of the rod 1 relative to the force application device 2 respectively. Between the coils is a spacer 12 as a non-magnetic element to shift the phase of each coil.
7 veranschaulicht das Joch. Das Joch 9 ist
aus einem magnetischen Material wie etwa Siliciumstahl hergestellt
und röhrenförmig ausgebildet. An jedem Ende des
Jochs 9 in axialer Richtung ist eine Klaue 9a ausgebildet,
die durch Falten verformt werden kann. Eine solche Klaue 9aist
in einer Umfangsrichtung mehrfach vorgesehen. Die Buchsen 11,
die zweiphasige Spule 4 und der Abstandshalter 12 sind in
das Joch 9 eingesetzt und die Klauen 9a sind umgefalzt,
damit sie mit den Buchsen 11 in Eingriff sind, so dass
die Buchsen 11 am Joch 9 befestigt sind. Die zweiphasige
Spule 4 und der Abstandshalter 12 sind an ihrer
Position dadurch befestigt, dass sie zwischen die Buchsen 11 eingesetzt
sind. 7 illustrates the yoke. The yoke 9 is made of a magnetic material such as silicon steel and formed in a tubular shape. At each end of the yoke 9 in the axial direction is a claw 9a formed, which can be deformed by folding. Such a claw 9a is provided several times in a circumferential direction. The sockets 11 , the biphasic coil 4 and the spacer 12 are in the yoke 9 used and the claws 9a are folded so they fit with the jacks 11 are engaged, so the sockets 11 at the yoke 9 are attached. The biphasic coil 4 and the spacer 12 are attached to their position by being between the sockets 11 are used.
8 veranschaulicht
jede Spule 4a, 4b. Die Spule 4a, 4b ist
ein mit einem Isolator beschichteter Draht, der schraubenlinienförmig
gewickelt ist. An jedem Ende der Spule 4a, 4b sind
Leitungsanschlüsse 13 vorgesehen, die einen Startpunkt
und einen Endpunkt des Kupferdrahts bilden. In dieser Ausführungsform
besteht die zweiphasige Spule 4 aus zwei Spulen 4a und 4b,
sie kann jedoch aus vier oder sechs Spulen bestehen. 8th illustrates each coil 4a . 4b , The sink 4a . 4b is an insulator-coated wire that is wound in a helix. At each end of the coil 4a . 4b are line connections 13 provided that form a starting point and an end point of the copper wire. In this embodiment, the two-phase coil 4 from two coils 4a and 4b However, it can consist of four or six coils.
9 ist
ein Schaltplan der zweiphasigen Spule 4. Die zweiphasige
Spule 4 besteht aus einer A-Phase-Spule 4a und
einer B-Phase-Spule 4b. Wenn der durch die A-Phase-Spule 4a fließende Strom
invertiert wird, ist die Spule in der -A-Phase und wenn der durch
die B-Phase-Spule 4b fließende Strom invertiert
wird, ist die Spule in der -B-Phase. 9 is a circuit diagram of the biphasic coil 4 , The biphasic coil 4 consists of an A-phase coil 4a and a B-phase coil 4b , When passing through the A-phase coil 4a flowing current is inverted, the coil is in the -A phase and when passing through the B phase coil 4b flowing current is inverted, the coil is in the -B phase.
10 veranschaulicht einen geteilten Innenkern 8a, 8b.
Der geteilte Innenkern 8a, 8b ist aus einem magnetischen
Material wie etwa Siliciumstahl hergestellt und röhrenförmig
ausgebildet. Die Länge des geteilten Innenkerns 8a, 8b in
axialer Richtung ist gleich oder geringfügig länger
als die Länge jeder Spule 4a, 4b in der
axialen Richtung. Der Innendurchmesser des geteilten Innenkerns 8a, 8b ist
größer als der Außendurchmesser des Stabs 1,
wobei zwischen dem geteilten Innenkern 8a, 8b und
dem Stab 1 ein Spalt erzeugt wird. 10 illustrates a split inner core 8a . 8b , The split inner core 8a . 8b is made of a magnetic material such as silicon steel and formed in a tubular shape. The length of the divided inner core 8a . 8b in the axial direction is equal to or slightly longer than the length of each coil 4a . 4b in the axial direction. The inner diameter of the split inner core 8a . 8b is greater than the outer diameter of the rod 1 where between the split inner core 8a . 8b and the staff 1 a gap is created.
Wie
in 2 gezeigt ist, ist die Länge L1 des geteilten
Innenkerns 8a, 8b in axialer Richtung (Magnetpol-Schrittweite
zwischen zwei Enden der Spule 4a, 4b) im Wesentlichen
gleich der (2N + 1)-fachen Länge der Magnetpol-Schrittweite
L2 zwischen dem Nordpol und dem Südpol des Stabs 1 gesetzt
(N: positive ganze Zahl). Mit anderen Worten, wenn ein Ende der
Spule 4a, 4b am Nordpol des Stabs 1 angeordnet
ist, ist das andere Ende am Südpol des Stabs 1 angeordnet.As in 2 is shown, the length L1 of the split inner core 8a . 8b in the axial direction (magnetic pole pitch between two ends of the coil 4a . 4b ) is substantially equal to the (2N + 1) times the length of the magnetic pole pitch L2 between the north pole and the south pole of the rod 1 set (N: positive integer). In other words, if one end of the coil 4a . 4b at the north pole of the staff 1 is arranged, the other end is at the south pole of the staff 1 arranged.
11 veranschaulicht eine Buchse 11.
Die Buchse 11 ist als Ring ausgebildet. Da der Stab 11 auf
der inneren Oberfläche der Buchse 11 gleitet,
ist die Buchse 11 durch Spritzguss von Harz mit geringem
Reibwiderstand hergestellt. Die Buchse 11 spielt die Rolle
einer Dichtung, die verhindert, dass am Stab 1 haftendes
Eisenpulver in die Kraftausübungseinrichtung 2 eindringt.
In der Buchse 11 ist eine Aussparung 11a ausgebildet,
die mit der Klaue 9a in Eingriff ist. 11 illustrates a socket 11 , The socket 11 is designed as a ring. Since the rod 11 on the inner surface of the socket 11 slides, is the socket 11 produced by injection molding of resin with low frictional resistance. The socket 11 plays the role of a seal that prevents the rod 1 adhesive iron powder in the force application device 2 penetrates. In the socket 11 is a recess 11a trained with the claw 9a is engaged.
12 veranschaulicht einen Abstandshalter 12.
Der Abstandshalter 12 ist ebenfalls zu einem Ring ausgebildet.
Der Abstandshalter 12 ist dazu vorgesehen, einen Abstand
zwischen den Spulen 4a und 4b konstant zu halten.
Die Länge L3 des Abstandshalters 12 in axialer
Richtung ist in der Weise bestimmt, dass die Phase der zweiphasigen
Spule 4 um 90 elektrische Grad verschoben ist. Wie in 2 gezeigt
ist, ist sie in dieser Ausführungsform auf drei Viertel
der Magnetpol-Schrittweite L4 zwischen den Nordpolen des Stabs 1 gesetzt.
Um den Abstandshalter 12 außer Kontakt mit dem
Stab 1, der sich in axialer Richtung bewegt, zu halten,
ist der Innendurchmesser des Abstandshalters 12 größer
als der Innendurchmesser der Buchse 11 festgelegt. 12 illustrates a spacer 12 , The spacer 12 is also formed into a ring. The spacer 12 is intended to provide a space between the coils 4a and 4b to keep constant. The length L3 of the spacer 12 in the axial direction is determined in such a way that the phase of the two-phase coil 4 shifted by 90 electrical degrees. As in 2 is shown, it is in this embodiment to three quarters of the magnetic pole pitch L4 between the north poles of the rod 1 set. To the spacer 12 out of contact with the staff 1 holding in the axial direction is the inner diameter of the spacer 12 larger than the inner diameter of the bushing 11 established.
Die
Kraftausübungseinrichtung 2 wird durch die folgenden
Schritte hergestellt. Zunächst werden die geteilten Innenkerne 8a und 8b in
die Spulen 4a bzw. 4b eingesetzt. Als Nächstes
werden die Buchse 11, die Spule 4a, der Abstandshalter 12,
die Spule 4b und die Buchse 11 in dieser Reihenfolge
in das Joch 9 eingesetzt. Dann werden die Klauen 9a des
Jochs 9 umgefalzt, um die Buchsen 11 am Joch 9 zu
befestigen. Durch diesen Prozess ist die Kraftausübungseinrichtung 2 zusammengefügt.
Als Nächstes wird der Stab 1 in die Kraftausübungseinrichtung 2 eingesetzt.
Das Einsetzen des Stabs 1 wird durch die Buchsen 11 geführt.The force application device 2 is made by the following steps. First, the split inner cores 8a and 8b in the coils 4a respectively. 4b used. Next will be the jack 11 , the sink 4a , the spacer 12 , the sink 4b and the socket 11 in that order in the yoke 9 used. Then the claws become 9a of the yoke 9 folded over to the jacks 11 at the yoke 9 to fix. Through this process is the force exerciser 2 together. Next is the staff 1 in the force application device 2 used. The insertion of the staff 1 is through the sockets 11 guided.
13 veranschaulicht
ein Beispiel eines Erregungssystems der zweiphasigen Spule 4 durch eine
Steuereinheit. In 13 enthält das Erregungssystem
eine Phase, in der Strom nur in einer Phase fließt. Im
ersten Schritt wird die A-Phase-Spule 4a erregt und im
nächsten Schritt wird die B-Phase-Spule 4b erregt.
Im folgenden Schritt fließt der Strom in entgegengesetzter
Richtung durch die A-Phase-Spule 4a (-A-Phase) und im nächsten
Schritt fließt der Strom in der entgegengesetzten Richtung
durch die B-Phase-Spule (-B-Phase). Die Steuereinheit wiederholt
diese Schritte jedes Mal, wenn sie einen Befehlsimpuls empfängt.
Die Schritte 1 bis 4 bilden eine Periode, in der sich der Stab 1 um
die magnetische Schrittweite zwischen den Nordpolen bewegt. Statt des
Einphasen-Erregungssystems kann ein Zweiphasen-Erregungssystem übernommen
werden, in dem ein Strom durch die zwei Phasen der A- und der B-Phase
fließt. Weiterhin kann die zweiphasige Spule 4 durch
das unipolare System oder das bipolare System erregt werden. 13 Fig. 10 illustrates an example of an excitation system of the biphasic coil 4 by a control unit. In 13 The excitation system contains a phase in which current flows in only one phase. The first step is the A-phase coil 4a he excites and in the next step becomes the B-phase coil 4b excited. In the following step, the current flows in the opposite direction through the A-phase coil 4a (-A phase) and in the next step the current flows in the opposite direction through the B-phase coil (-B-phase). The control unit repeats these steps each time it receives a command pulse. Steps 1 to 4 form a period in which the rod 1 moved by the magnetic step between the north poles. Instead of the single-phase excitation system, a two-phase excitation system can be adopted in which a current flows through the two phases of the A and B phases. Furthermore, the two-phase coil 4 be excited by the unipolar system or the bipolar system.
14 ist
eine Ansicht zur Erläuterung der Bewegungsprinzipien des
linearen Schrittmotors. Die Schrittweite zwischen zwei Enden 10 der
Spule 4a, 4b ist (2N + 1)-mal länger
als die Magnetpol-Schrittweite zwischen den Nord- und Südpolen
des Stabs 1 (N: positive ganze Zahl), wobei die beiden
Enden 10 als Paar notwendig dem Nordpol bzw. dem Südpol des
Stabs 1 zugewandt sind. Zunächst ist in (1) dann, wenn
die A-Phase-Spule 4a erregt wird, der Stab 1 den
beiden Enden 10 der A-Phase-Spule 4a in der Weise
zugewandt, dass der Nordpol dem Südpol zugewandt ist. Wenn
in diesen Zustand eine äußere Kraft hinzukommt,
um den Stab 1 zu bewegen, wird eine Kraft, die bestrebt
ist, den Stab 1 in die Position in (1) zurückzustellen,
ausgeübt, wodurch der Stab 1 positioniert werden
kann. Dann wird die Mitte der beiden Enden 10 der B-Phase-Spule 4b an
der Grenze zwischen den Nord- und Südpolen des Stabs 1 positioniert.
Eine A-Phase-Spule 4a ist gegenüber der B-Phase-Spule 4b um
90 elektrische Grad verschoben. 14 is a view for explaining the moving principles of the linear stepping motor. The step size between two ends 10 the coil 4a . 4b is (2N + 1) times longer than the magnetic pole pitch between the north and south poles of the rod 1 (N: positive integer), with both ends 10 as a pair necessary the North Pole or the South Pole of the staff 1 are facing. First, in (1), if the A-phase coil 4a is excited, the staff 1 the two ends 10 the A-phase coil 4a facing in such a way that the north pole faces the south pole. When in this condition an external force is added to the rod 1 to move, a force that strives to become the staff 1 to return to the position in (1) exercised, whereby the staff 1 can be positioned. Then the middle of both ends 10 the B-phase coil 4b on the border between the north and south poles of the staff 1 positioned. An A-phase coil 4a is opposite to the B-phase coil 4b shifted by 90 electrical degrees.
Wenn
dann in (2) der Strom der A-Phase-Spule 4a abgeschaltet
wird, und der Strom der B-Phase-Spule 4b eingeschaltet
wird, bewegt sich der Stab 1 in der Richtung nach rechts
um ein Viertel der Magnetpol-Schrittweite zwischen den Nordpolen (d.
h. um einen Schritt), wird durch die B-Phase-Spule 4b angezogen
und angehalten.If then in (2) the current of the A-phase coil 4a is turned off, and the current of the B-phase coil 4b is turned on, the rod moves 1 in the direction to the right by a quarter of the magnetic pole pitch between the north poles (ie, by one step), passing through the B-phase coil 4b attracted and stopped.
Als
Nächstes wird in (3) ein Strom in der zu (1) entgegengesetzten
Richtung durch die A-Phase-Spule 4a geschickt. Der Stab 1 bewegt
sich in der Richtung nach rechts um einen Schritt weiter, wird durch
die A-Phase-Spule 4a angezogen und angehalten.Next, in (3), a current in the direction opposite to (1) by the A-phase coil 4a cleverly. The rod 1 moves in the direction to the right one step further, passing through the A-phase coil 4a attracted and stopped.
Dann
wird in (4) ein Strom in der zu (2) entgegengesetzten Richtung durch
die B-Phase-Spule 4b geschickt. Die Polarität
jedes Endes 10 der B-Phase-Spule ist zu jener in (2) entgegengesetzt und
der Stab 1 bewegt sich in der Richtung nach rechts um einen
Schritt weiter und wird angehalten.Then, in (4), a current in the direction opposite to (2) through the B-phase coil 4b cleverly. The polarity of each end 10 the B-phase coil is opposite to that in (2) and the rod 1 moves in the right direction one step further and stops.
Dann
erfolgt eine Rückkehr zu (1), wobei die Schritte (2) bis
(4) wiederholt werden. Bei jedem Übergang zum nächsten
Schritt von (1) bis (4) bewegt sich der Stab 1 um einen
Schritt. Der bis zu diesem Punkt beschriebene Prozess stellt die
Bewegungsprinzipien des linearen Schrittmotors dar.Then, return to (1), repeating steps (2) to (4). At each transition to the next step from (1) to (4), the rod moves 1 one step. The process described up to this point represents the principles of motion of the linear stepper motor.
Um
einen linearen Schrittmotor zu erhalten, der einen hohen Schub erzeugt,
ist es notwendig, die Magnetpole beider Enden 10 der Spulen 4a und 4b im
Hinblick auf die Funktionsprinzipien des linearen Schrittmotors
zu verstärken. Durch die geteilten Innenkerne 8a und 8b des
magnetischen Materials, die in den Spulen 4a bzw. 4b angeordnet
sind, wird der magnetische Widerstand in den Spulen 4a und 4b reduziert
und wird die magnetische Flussdichte an beiden Enden 10 der
Spulen 4a und 4b weiter erhöht. Daher
kann der lineare Schrittmotor mit hohem Schub erhalten werden. Außerdem
wird es, da die geteilten Innenkerne 8a und 8b in
den Spulen 4a und 4b angeordnet sind, möglich,
eine Beeinflussung der Magnetpole an beiden Enden jeder der Spulen 4a und 4b durch
die an beiden Enden benachbarter Spulen erzeugten Magnetpole zu
verhindern, wie wenn an beiden Enden der Spulen 4a und 4b Ringkerne
angeordnet sind, und außerdem das Auftreten einer Versatzkraft
aufgrund des Ringkerns zu verhindern.In order to obtain a linear stepping motor that generates a high thrust, it is necessary to have the magnetic poles of both ends 10 the coils 4a and 4b with regard to the functional principles of the linear stepping motor. Through the split inner cores 8a and 8b of the magnetic material in the coils 4a respectively. 4b are arranged, the magnetic resistance in the coils 4a and 4b reduces and becomes the magnetic flux density at both ends 10 the coils 4a and 4b further increased. Therefore, the linear stepping motor with high thrust can be obtained. Besides, it will be because the split inner cores 8a and 8b in the coils 4a and 4b possible, influencing the magnetic poles at both ends of each of the coils 4a and 4b by preventing the magnetic poles generated at both ends of adjacent coils as if at both ends of the coils 4a and 4b Ring cores are arranged, and also to prevent the occurrence of an offset force due to the toroidal core.
Die
reduzierte Größe der Spule 4 wird zwischen
dem Fall, in dem der Innenkern 8 in der Spule 4 angeordnet
ist und den Fall, in dem der Ringkern an beiden Enden der Spule
angeordnet ist, nicht geändert. Der Grund hierfür
besteht darin, dass ein Zwischenraum in der Spule 4, der
durch den Innenkern 8 verringert wird, nahezu gleich einem
Zwischenraum an den beiden Enden der Spule 4 ist, der durch den
Ringkern verringert ist. Unabhängig von einer kleinen Änderung
der Größe der Spule 4 wurde experimentell
festgestellt, dass der Schub des Motors mit dem angeordneten Innenkern 8 dreimal
so groß ist wie der Schub des Motors mit dem angeordneten Ringkern.The reduced size of the coil 4 is between the case where the inner core 8th in the coil 4 is arranged and the case in which the toroidal core is arranged at both ends of the coil, not changed. The reason for this is that there is a gap in the coil 4 passing through the inner core 8th is reduced, almost equal to a gap at the two ends of the coil 4 is, which is reduced by the toroidal core. Regardless of a small change in the size of the coil 4 was experimentally found that the thrust of the engine with the arranged inner core 8th three times as large as the thrust of the engine with the arranged toroidal core.
Wenn
der Innenkern 8 in die Spule 4 eingesetzt ist,
wird zwischen dem Innenkern 8 und dem Stab 1 eine
Versatzkraft erzeugt. Diese Versatzkraft kann durch Neigen (Schrägstellen)
der Stirnflächen 5a und 5b der einzelnen
Magnete 5 des Stabs 1 unterdrückt werden.If the inner core 8th in the coil 4 is inserted between the inner core 8th and the staff 1 generates a displacement force. This offset force can by tilting (tilting) of the faces 5a and 5b the individual magnets 5 of the staff 1 be suppressed.
15 veranschaulicht
ein Analyseergebnis einer Versatzkraft, die erzeugt wird, wenn der
Stab 1 relativ zu der Kraftausübungseinrichtung 2 geradlinig bewegt
wird. Wenn der Stab 1 geradlinig bewegt wird, wird die
Versatzkraft in dem Stab 1 selbst dann erzeugt, wenn kein
Strom durch die zweiphasige Spule 4 der Kraftausübungseinrichtung 2 geschickt wird.
In 15 ist die Versatzkraft gezeigt, die erzeugt wird,
wenn der Stab 1 mit fester Geschwindigkeit geradlinig bewegt
wird. Die horizontale Achse gibt die Position des Stabs 1 an,
während die vertikale Achse die Versatzkraft angibt. Da
die Versatzkraft eine Kraft ist, die den Motorschub verhindert,
muss die Versatzkraft unterdrückt werden. Wie in 15 gezeigt
ist, ist es möglich, die Schwankung der Versatzkraft durch
Neigen der Stirnfläche des einzelnen Motors um 12 oder
20 Grad eher zu verringern als wenn die Stirnfläche nicht
geneigt (normal) ist. 15 Fig. 10 illustrates an analysis result of a displacement force generated when the rod 1 relative to the force application device 2 is moved in a straight line. If the rod 1 is moved rectilinearly, the displacement force in the rod 1 even when generated no current through the two-phase coil 4 the force application device 2 is sent. In 15 is shown the offset force that is generated when the bar 1 at a fixed speed is moved in a straight line. The horizontal axis indicates the position of the rod 1 while the vertical axis indicates the offset force. Since the displacement force is a force that prevents the engine thrust, the displacement force must be suppressed. As in 15 4, it is possible to reduce the fluctuation of the displacement force by inclining the end face of the single motor by 12 or 20 degrees, rather than the end surface being not inclined (normal).
16 veranschaulicht
eine induzierte Spannung, die durch die Spule 4 induziert
wird. Wenn der Stab 1 relativ zu der Kraftausübungseinrichtung 2 geradlinig
bewegt wird, wird die induzierte Spannung in der Spule 4 erzeugt.
Unter der Annahme, dass der Motor ein elektrischer Generator ist,
hat die induzierte Spannung die Bedeutung der Stärke des
Motors. Wie aus 16 ersichtlich ist, wird der Schub
des Motors kaum verringert, wenn die Stirnflächen 5a und 5b der
einzelnen Magneten 5 um 12 oder 20 Grad geneigt sind. Im
Gegensatz zu dem flachen Linearmotor mit einem einer Spule zugewandten
plattenförmigen Feldmagneten ist dieser Linearmotor so
strukturiert, dass der stabförmige Feldmagnet durch die
Spule 4 abgedeckt ist. Von dieser Struktur wird angenommen,
dass sie die Verringerung des Schubs verhindert. 16 illustrates an induced voltage passing through the coil 4 is induced. If the rod 1 relative to the force application device 2 is moved rectilinearly, the induced voltage in the coil 4 generated. Assuming that the motor is an electric generator, the induced voltage has the meaning of the strength of the motor. How out 16 it can be seen, the thrust of the engine is hardly reduced when the end faces 5a and 5b the single magnet 5 tilted by 12 or 20 degrees. In contrast to the flat linear motor with a coil-shaped plate-shaped field magnet of this linear motor is structured so that the rod-shaped field magnet through the coil 4 is covered. This structure is believed to prevent the reduction of thrust.
17 ist
ein Graph, der die Prinzipien der Verringerung einer Versatzkraft
veranschaulicht. Die horizontale Achse gibt die Position des Stabs 1 an, während
die vertikale Achse die Versatzkraft angibt. Die Versatzkraft C1,
die durch den geteilten Innenkern 8a, erzeugt wird, und
die Versatzkraft C2, die durch den geteilten Kern 8b erzeugt
wird, haben Spitzen, die zueinander verschoben sind. Dann besitzt eine
Gesamtversatzkraft C3, die eine Summe aus Versatzkräften
der geteilten Innenkerne 8a und 8b ist, insgesamt
vier Spitzen, da sich die Versatzkraft C1 und die Versatzkraft C2
einander ausgleichen. Wenn die Stirnflächen 5a und 5b der
einzelnen Magneten 5 geneigt sind, ist die Spitze der Versatzkraft C1,
die durch den geteilten Innenkern 8a erzeugt wird, nach
links verschoben und ist die Spitze der Versatzkraft C2, die durch
den geteilten Innenkern 8b erzeugt wird, nach rechts verschoben.
Da sie verschoben sind, damit sich die Versatzkräfte C1
und C2 einander ausgleichen, kann die Gesamtversatzkraft C3 weiter
reduziert werden. 17 is a graph illustrating the principles of reducing offset force. The horizontal axis indicates the position of the rod 1 while the vertical axis indicates the offset force. The offset force C1, by the split inner core 8a , and the offset force C2 generated by the split core 8b is generated, have peaks that are shifted from each other. Then, a total offset force C3 that is a sum of offset forces of the split inner cores 8a and 8b is a total of four peaks, since the offset force C1 and the offset force C2 compensate each other. When the faces 5a and 5b the single magnet 5 are the tip of the offset force C1, which is due to the split inner core 8a is generated, shifted to the left, and is the peak of the offset force C2 passing through the split inner core 8b is generated, moved to the right. Since they are shifted so that the offset forces C1 and C2 cancel each other out, the total offset force C3 can be further reduced.
Als
Ergebnis der Analyse ist festgestellt worden, dass die Versatzkraft
vollständig minimal gemacht werden kann, indem die Stirnflächen 5a und 5b der
einzelnen Magneten 5 so geneigt werden, dass der folgende
Ausdruck erfüllt ist: θ =
tan–1(P/2R) (Ausdruck 1) wobei
P eine Magnetpol-Schrittweite zwischen Nord- und Südpolen
ist und R ein Durchmesser eines einzelnen Magneten ist.As a result of the analysis it has been found that the offset force can be completely minimized by the end faces 5a and 5b the single magnet 5 be so inclined that the following expression is satisfied: θ = tan -1 (P / 2R) (Expression 1) where P is a magnetic pole pitch between north and south poles and R is a diameter of a single magnet.
Statt
der einzelnen Magneten 5 können die Spulen 4 geneigt
sein, es ist jedoch schwierig, bei der Herstellung die Spule 4 zu
neigen.Instead of the individual magnets 5 can the coils 4 However, it is difficult to manufacture the coil 4 to tilt.
Hier
sind im Fall eines Permanentmagnet-Synchronmotors Nordpole und Südpole
des Feldmagneten in einer radialen Richtung magnetisiert und die
Verteilung der magnetischen Flussdichte des Feldmagneten wird keine
Sinuswelle, sondern ist trapezförmig. Wenn sich die Verteilung
der magnetischen Flussdichte von einer Sinuswelle entfernt, kann
eine Schub-Welligkeit auftreten. Um daher das Auftreten der Schub-Welligkeit
zu vermeiden, sind die Stirnflächen jedes Magneten geneigt,
um die Verteilung der magnetischen Flussdichte des Feldmagneten
an die Sinuswelle anzunähern. Indessen ist in dem Fall
des linearen Schrittmotors der vorliegenden Erfindung der Erregungsstrom
der Spulen 4a und 4b stufenförmig, weshalb
es nicht erforderlich ist, die Verteilung der magnetischen Flussdichte
des Feldmagneten an die Sinuswelle anzunähern. Die Stirnflächen 5a und 5b der
Magneten 5 sind geneigt, um die Versatzkraft zu reduzieren,
die durch Einsetzen des Kerns erzeugt wird, nicht jedoch, um die
Verteilung der magnetischen Flussdichte zu einer Sinuswelle wie
im Permanentmagnet-Synchronmotor zu machen.Here, in the case of a permanent magnet synchronous motor, north poles and south poles of the field magnet are magnetized in a radial direction and the magnetic flux density distribution of the field magnet does not become a sine wave but is trapezoidal. When the distribution of the magnetic flux density is away from a sine wave, thrust ripple may occur. Therefore, to avoid the occurrence of the thrust ripple, the end surfaces of each magnet are inclined to approximate the distribution of the magnetic flux density of the field magnet to the sine wave. Meanwhile, in the case of the linear stepping motor of the present invention, the exciting current of the coils is 4a and 4b step, so it is not necessary to approximate the distribution of the magnetic flux density of the field magnet to the sine wave. The faces 5a and 5b the magnet 5 are inclined to reduce the displacement force generated by inserting the core, but not to make the magnetic flux density distribution to a sine wave as in the permanent magnet synchronous motor.
Die 18(a) und 18(b) veranschaulichen den
Vergleich zwischen den geteilten Innenkernen 8a und 8b mit
Polen aus magnetischem Material, die an beiden Enden hiervon in
der axialen Richtung vorgesehen sind, und den geteilten Innenkernen 8a und 8b,
wenn keine Pole daran vorgesehen sind. 18(a) ist
ein Beispiel mit Polen und 18(b) ist ein
Beispiel ohne Pole. Die 19(a) und 19(b) veranschaulichen Vergleichsergebnisse
der Gegen-EMK-Konstanten der Spule 4 zwischen dem Fall mit
Polen und dem Fall ohne Pole. 19(a) ist
ein Graph mit Pol und 19(b) ist ein
Graph ohne Pol. Wenn die Pole vorgesehen sind, wird der Schub pro Strom
um etwa 4% erhöht. Das Vorsehen der Pole bewirkt jedoch
Probleme bei der Verringerung der Anzahl von Windungen der Spule 4 und
des Einflusses durch die Magnetpole benachbarter geteilter Innenkerne 8a und 8b (die
Spannungen der Spulen der zweiphasigen Spule 4 mit einer
Phasendifferenz von 90 Grad nähert sich einem gleichphasigen
Zustand an). Daher wird bevorzugt, keine Pole vorzusehen.The 18 (a) and 18 (b) illustrate the comparison between the split inner cores 8a and 8b with poles of magnetic material provided at both ends thereof in the axial direction and the divided inner cores 8a and 8b if no poles are provided. 18 (a) is an example with Poland and 18 (b) is an example without poles. The 19 (a) and 19 (b) illustrate comparison results of the back EMF constants of the coil 4 between the case with Poland and the case without pole. 19 (a) is a graph with pol and 19 (b) is a graph without a pole. If the poles are provided, the thrust per stream is increased by about 4%. The provision of the poles, however, causes problems in reducing the number of turns of the coil 4 and the influence of the magnetic poles of adjacent split inner cores 8a and 8b (The voltages of the coils of the biphasic coil 4 with a phase difference of 90 degrees approximates an in-phase state). Therefore, it is preferable not to provide poles.
20 veranschaulicht
einen linearen Schrittmotor gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Struktur
der Kraftausübungseinrichtung 2 stimmt mit jener
in der oben beschriebenen Ausführungsform 1 überein.
In dieser Ausführungsform sind beispielhaft die Stirnflächen jedes
einzelnen Magneten 5, der im Stab 1 gehalten wird,
nicht geneigt. Die Stirnflächen jedes einzelnen Magneten 5 brauchen
nicht geneigt zu sein, wenn die zwischen den geteilten Kernen 8a und 8b und
dem Stab ausgeübte Versatzkraft während des Betriebs des
Motors nicht problematisch ist. 20 illustrates a linear stepper motor according to a second embodiment of the present invention. The structure of the force application device 2 is consistent with that in Embodiment 1 described above. In this embodiment, by way of example, the end faces of each individual magnet 5 who in the bar 1 is held, not inclined. The faces of each one magnets 5 do not need to be inclined when the between the split cores 8a and 8b and the force applied to the rod during operation of the engine is not problematic.
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten
Ausführungsformen eingeschränkt, sondern kann
in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden, ohne
vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann
die Spule eine dreiphasige Spule oder eine fünfphasige
Spule sein. Das Spulenerregungssystem kann eine Mikroschrittansteuerung
sein, in der ein voller Schrittabstand durch n geteilt sein kann.
Ferner kann sich statt des Stabs die Kraftausübungseinrichtung
bewegen.The
The present invention is not limited to those mentioned above
Embodiments limited but may
be executed in many different forms without
deviate from the scope of the invention. For example, can
the coil is a three-phase coil or a five-phase
Be coil. The coil excitation system may be a microstep drive
where a full pitch can be divided by n.
Furthermore, instead of the rod, the force application device
move.
Die
vorliegende Erfindung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-340465 ,
eingereicht am 28. Dezember 2007, deren Inhalt durch Bezugnahme
hier mit aufgenommen ist.The present invention is based on Japanese Patent Application No. 2007-340465 , filed on Dec. 28, 2007, the contents of which are hereby incorporated by reference.
ZusammenfassungSummary
Es
wird ein linearer Schrittmotor geschaffen, der eine einfache Struktur
hat und einen hohen Schub erzeugen kann. Der lineare Schrittmotor
besitzt einen Feldmagneten 1 mit Nordpolen und Südpolen,
die in axialer Richtung abwechselnd magnetisiert sind; einen Anker 2 mit
wenigstens zwei Phasenspulen 4; und eine Steuereinheit,
um die Spulen 4 zu erregen und um die zu erregenden Spulen 4 umzuschalten.
Die Spulen 4 umgeben den Feldmagneten 1. In den
Spulen 4 ist ein Innenkern 8 aus einem magnetischen
Material angeordnet, wobei zwischen dem Innenkern 8 und
dem Feldmagneten 1 ein Spalt vorgesehen ist. Die Anziehung
und/oder Abstoßung zwischen Magnetpolen des Feldmagneten 1 und
Magnetpolen, die an beiden Enden der erregten Spulen 4 in
axialer Richtung erzeugt werden, werden verwendet, um den Feldmagneten 1 geradlinig
relativ zu dem Anker 2 um einen vorgegebenen Schrittabstand zu
bewegen.A linear stepper motor is created which has a simple structure and can produce a high thrust. The linear stepper motor has a field magnet 1 with north poles and south poles, which are alternately magnetized in the axial direction; an anchor 2 with at least two phase coils 4 ; and a control unit to the coils 4 to excite and to the exciting coils 4 switch. The spools 4 surround the field magnet 1 , In the coils 4 is an inner core 8th arranged of a magnetic material, wherein between the inner core 8th and the field magnet 1 a gap is provided. The attraction and / or repulsion between magnetic poles of the field magnet 1 and magnetic poles at both ends of the energized coils 4 are generated in the axial direction are used to the field magnet 1 straight line relative to the anchor 2 to move a given step distance.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- JP 61-173660 [0004]
JP 61-173660 [0004]
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- JP 2007-340465 [0077]
- JP 2007-340465 [0077]
