DE112009000359T5

DE112009000359T5 - Linearmotor

Info

Publication number: DE112009000359T5
Application number: DE112009000359T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Aso; Shuhei Yamanaka
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2011-01-20
Also published as: TW200945737A; TWI482398B; WO2009101852A1; CN101939897B; JP5444008B2; JPWO2009101852A1; CN101939897A

Abstract

Linearmotor, der ein durch einen Feldmagneten erzeugtes Magnetfeld und einen durch mehrere Spulen fließenden Strom nutzt, um Schub für Linearbewegung der Spulen in Bezug auf den Feldmagneten zu erzeugen, wobei der Linearmotor umfasst:
den Feldmagneten, der Magnete besitzt, die in der Weise angeordnet sind, dass in Richtung der Linearbewegung abwechselnd Nord- und Südpole magnetisiert sind; und
einen Anker, der die Spulen, die dem Feldmagneten gegenüber liegen, wobei dazwischen ein Zwischenraum geschaffen ist, einen Kern, der mehrere Kammzähne besitzt, die in die jeweiligen Spulen eingeführt sind, und einen Spulenkörper besitzt, der zwischen jeder der Spulen und einem entsprechenden der Kammzähne angeordnet ist und eine Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr besitzt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor, der imstande ist, durch Nutzung von durch Spulen fließendem Strom und eines in Feldmagneten erzeugten Magnetfeldes Schub für geradlinige Bewegung bzw. Linearbewegung zu erzeugen.
STAND DER TECHNIK
Der Linearmotor umfasst einen Linearmotor des flachen Typs, der einen lang gestreckten, plattenförmigen Feldmagneten und einen Anker, der so angeordnet ist, dass dazwischen ein Raum geschaffen wird, besitzt, und einen Linearmotor des Stabtyps (auch ”Wellentyp” genannt), der einen stabförmigen (wellenförmigen) Feldmagneten und einen um den Feldmagneten angeordneten zylindrischen Anker besitzt.
Beim Flachlinearmotor bewegt sich der Anker geradlinig in Bezug auf den lang gestreckten, plattenförmigen Feldmagneten. Der Feldmagnet besitzt mehrere plattenförmige Magnete, die in der Weise angeordnet sind, dass an der Oberfläche des Feldmagneten abwechselnd Nordpol und Südpol gebildet sind. Der Anker besitzt U-, V- und W-Spulen, die sich dem Feldmagneten gegenüber befinden, wobei zwischen den Spulen und dem Feldmagneten ein Raum geschaffen ist. Wenn durch die Spulen ein Dreiphasen-Wechselstrom fließt, bewirken das in den Magneten erzeugte Magnetfeld und der durch die Spulen fließende Strom einen Schub für Linearbewegung (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Um einen starken Schub zu erhalten, ist ein Flachlinearmotor mit einem in die Spulen eingesetzten Kern bekannt.
Andererseits ist beim Stablinearmotor der Stab (die Welle mit den abwechselnd magnetisierten Nord- und Südpolen von dem zylindrischen Anker umschlossen, der sich geradlinig in Bezug auf den Stab bewegt. Der Anker besitzt U-, V- und W-Spulen, die um den Feldmagneten gewickelt sind, wobei dazwischen ein magnetischer Raum geschaffen ist. Die U-, V- und W-Spulen sind in der axialen Richtung des Stabs angeordnet. Wenn Dreiphasen-Wechselstrom mit den Phasen U, V und W durch die Spulen fließt, bewirken das im Magneten erzeugte Magnetfeld und der durch die Spulen fließende Strom einen Schub für Linearbewegung (siehe beispielsweise Patentdokument 2).
Der Linearmotor muss einen größeren Schub erzeugen, soll jedoch kompakt sein. Hier ist der Schub des Linearmotors proportional zum Produkt aus dem Quadrat des durch die Spulen fließenden Stroms I und der im Magneten erzeugten magnetischen Flussdichte B. Daher kann der Schub erhöht werden, indem die magnetische Flussdichte B des Magneten oder der durch die Spulen fließende Strom I erhöht wird. Um die magnetische Flussdichte des Magneten zu erhöhen, wurden in der Entwicklungsgeschichte der Linearmotoren gelegentlich Ferritmagnete gegen Seltenerdmagnete ausgetauscht. Jedoch gibt es eine Grenze für das Erhöhen der magnetischen Flussdichte B des Magneten, wobei es schwierig ist, diese darüber hinaus zu erhöhen.
Der Schub kann dadurch erhöht werden, dass der durch die Spulen fließende Strom erhöht wird. Jedoch besteht die Notwendigkeit, beim Erhöhen des durch die Spulen fließenden Stroms die Wärmeerzeugung durch die Spulen zu verhindern. Der Grund liegt darin, dass der Spulenleiterdraht einen Widerstand besitzt und dann, wenn eine große Menge Strom durch die Spulen fließt, Joule'sche Wärme erzeugt wird, die zum Quadrat des Stroms proportional ist. Wenn die Temperatur der Spulen infolge von Joule'scher Wärme weiter ansteigt, schmilzt eine Isolierschicht des Leiterdrahts, womit die Isolierung von Leiterdrähten verloren geht. Wenn die Isolierung der Leiterdrähte verloren geht, ist ein solcher Zustand gleichbedeutend mit einer reduzierten Anzahl von Windungen der Spulen, was zu einer Abschwächung des Schubs des Linearmotors, der proportional zur Anzahl von Windungen der Spulen ist, führt. Daher ist der Strom, der durch die Spulen fließt, auf jene Temperatur, bei der die isolierende Umhüllung der Leiterdrähte nicht schmilzt, begrenzt. Die Verhinderung der Wärmeerzeugung der Spulen hängt mit der Erhöhung des durch den Motor erzeugten Schubs eng zusammen.
Um eine Wärmeerzeugung der Spulen zu vermeiden, kann Gold, Silber oder ein supraleitender Werkstoff, der keinen elektrischen Widerstand besitzt, anstelle von Kupfer verwendet werden. Wenn der elektrische Widerstand niedrig ist, kann die Wärmeerzeugung durch die Spulen vermieden, eine große Menge an Strom durch die Spulen geleitet und somit der Schub des Linearmotors erhöht werden.
Außerdem sind zur Vermeidung der Wärmeerzeugung der Spulen manchmal Kühlrippen in einem Gehäuse, das die Spulen abdeckt, ausgebildet oder ist ein Kern in die Spulen eingesetzt, um dadurch Wärme von den Kühlrippen an die Luft abzugeben. Wenn die in den Spulen erzeugte Wärme abgeleitet wird, kann eine Erhöhung der Temperatur der Spulen auch dann vermieden werden, wenn durch die Spulen eine große Wärmemenge erzeugt wird.

[Patentdokument 1] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2006-074975
[Patentdokument 2] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-354780

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Jedoch ist die Technik der Verwendung von supraleitendem Werkstoff oder Gold anstelle von Kupfer im Hinblick auf eine Kostenreduzierung schwer zu verwirklichen. Außerdem sind hinsichtlich der Technik des Bildens von Kühlrippen im Kern oder Gehäuse der Spulen, um dadurch Wärme abzuleiten, fast alle konstruktiven Ideen hineingesteckt worden, wobei sie jenes Niveau erreicht hat, über das hinaus der Kühlwirkungsgrad nicht verbessert werden kann.
Somit hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen neuartigen Linearmotor zu schaffen, der in der Größe kompakt ist und imstande ist, mehr Schub zu erzeugen.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, ist die Erfindung nach Anspruch 1 ein Linearmotor, der ein durch einen Feldmagneten erzeugtes Magnetfeld und einen durch mehrere Spulen fließenden Strom nutzt, um Schub für Linearbewegung der Spulen in Bezug auf den Feldmagneten zu erzeugen, wobei der Linearmotor umfasst: den Feldmagneten, der Magnete besitzt, die in der Weise angeordnet sind, dass in Richtung der Linearbewegung abwechselnd Nord- und Südpole magnetisiert sind, und einen Anker, der die Spulen, die dem Feldmagneten gegenüber liegen, wobei dazwischen ein Zwischenraum bzw. Spalt geschaffen ist, einen Kern, der mehrere Kammzähne besitzt, die in die jeweiligen Spulen eingeführt sind, und einen Spulenkörper besitzt, der zwischen jeder der Spulen und einem entsprechenden der Kammzähne angeordnet ist und eine Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr besitzt.
Die Erfindung nach Anspruch 2 ist ein Linearmotor, der ein durch einen Feldmagneten erzeugtes Magnetfeld und einen durch mehrere Spulen fließenden Strom nutzt, um Schub für Linearbewegung der Spulen in Bezug auf den Feldmagneten zu erzeugen, wobei der Linearmotor umfasst: den Feldmagneten, der Magnete besitzt, die in der Weise angeordnet sind, dass in Richtung der Linearbewegung abwechselnd Nord- und Südpole magnetisiert sind, und einen Anker, der die Spulen, die dem Feldmagneten gegenüber liegen, wobei dazwischen ein Zwischenraum geschaffen ist, einen Kern, der mehrere Kammzähne besitzt, die in die jeweiligen Spulen eingeführt sind, und einen in Form hergestellten Körper bzw. Formkörper zum Abdecken der Spulen und Verbinden der Spulen mit dem Kern besitzt, wobei der Formkörper ein Isolator ist und eine Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr besitzt.
Die Erfindung nach Anspruch 3 ist ein Linearmotor, der ein durch einen Feldmagneten erzeugtes Magnetfeld und einen durch mehrere Spulen fließenden Strom nutzt, um Schub für Linearbewegung der Spulen in Bezug auf den Feldmagneten zu erzeugen, wobei der Linearmotor umfasst: den Feldmagneten, der Magnete besitzt, die in der Weise angeordnet sind, dass in Richtung der Linearbewegung abwechselnd Nord- und Südpole magnetisiert sind, und einen Anker, der die Spulen, die den Feldmagneten umgeben, und einen Formkörper, der die Spulen abdeckt, besitzt, wobei der Formkörper ein Isolator ist und eine Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr besitzt.
Die Erfindung nach Anspruch 4 ist ein Linearmotor, der ein durch einen Feldmagneten erzeugtes Magnetfeld und einen durch mehrere Spulen fließenden Strom nutzt, um Schub für Linearbewegung der Spulen in Bezug auf den Feldmagneten zu erzeugen, wobei der Linearmotor umfasst: den Feldmagneten, der Magnete besitzt, die in der Weise angeordnet sind, dass in Richtung der Linearbewegung abwechselnd Nord- und Südpole magnetisiert sind, und einen Anker, der die Spulen, die um den Feldmagneten vorgesehen sind, wobei dazwischen ein Zwischenraum geschaffen ist, und einen Spulenhalter zum Halten der Spulen besitzt, wobei der Spulenhalter einen Halterhauptkörper, der sich in der Richtung der Linearbewegung über die Länge der Spulen erstreckt, und mehrere Abstandsstücke aufweist, wovon jedes zwischen benachbarten zwei der Spulen vorgesehen ist, und wobei der Spulenhalter ein Isolator ist und eine Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr besitzt.
Die Erfindung nach Anspruch 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4 der Spulenkörper, der Spulenhalter oder der Formkörper aus Harz gefertigt ist, das mit isolierenden Metalloxidteilchen mit verschiedenen mittleren Durchmessern, vermischt ist.
Die Erfindung nach Anspruch 6 ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Linearmotor nach Anspruch 5 der Spulenkörper, der Spulenhalter oder der Formkörper durch Spritzgießen von mit den isolierenden Metalloxidteilchen vermischtem thermoplastischem Harz hergestellt ist.
Die Erfindung nach Anspruch 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Linearmotor nach Anspruch 5 der Formkörper durch Gießen, bei dem mit den isolierenden Metalloxidteilchen vermischtes in Wärme aushärtendes Harz in eine Form vergossen wird, hergestellt ist.
Die Erfindung nach Anspruch 8 ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7 der Spulenkörper, der Spulenhalter oder der Formkörper einen linearen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der im Bereich von 10 × 10^–6 bis 30 × 10^–6 einschließlich liegt.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Beim Flachlinearmotor wird als ein Beispiel des Systems zum Ableiten von Wärme, die von den Spulen erzeugt wird, Wärme von den Spulen über den Spulenkörper zum Kern abgeleitet. Der Spulenkörper ist ein zwischen den Spulen und den Kammzähnen eingeschobener Isolator und hat die Funktion, die Spulen von den Kammzähnen des Kerns zu isolieren. Gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 kann dadurch, dass beim Spulenkörper der isolierende Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr verwendet wird, die Wärmeleitfähigkeit auf das Zehnfache oder mehr jener des Spulenkörpers aus Isolierpapier verbessert werden und kann die von den Spulen erzeugte Wärme wirksam auf den Kern abgeleitet werden. Demgemäß kann der durch die Spulen fließende Strom erhöht und der Schub des Linearmotors verstärkt werden.
Beim Flachlinearmotor wird als ein Beispiel des Systems zum Ableiten von Wärme, die von den Spulen erzeugt wird, Wärme von den Spulen über den Formkörper an die Luft abgegeben. Der Formkörper dient als Abdeckung der Spulen und als Verbinder der Spulen mit dem Kern. Gemäß der Erfindung nach Anspruch 2 kann dadurch, dass beim Formkörper der isolierende Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr verwendet wird, die Wärmeleitfähigkeit auf das Zehnfache oder mehr jener des Formkörpers aus Harz verbessert werden und kann die von den Spulen erzeugte Wärme wirksam an die Luft abgegeben werden. Demgemäß kann der durch die Spulen fließende Strom erhöht und der Schub des Linearmotors verstärkt werden.
Beim Stablinearmotor wird als ein Beispiel des Systems zum Ableiten von Wärme, die von den Spulen erzeugt wird, Wärme von den Spulen über den Formkörper an die Luft abgegeben. Der Formkörper dient als Abdeckung der Spulen und als Gehäuse. Gemäß der Erfindung nach Anspruch 3 kann dadurch, dass beim Formkörper der isolierende Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr verwendet wird, die Wärmeleitfähigkeit auf das Zehnfache oder mehr jener des Formkörpers aus Harz verbessert werden und kann die von den Spulen erzeugte Wärme wirksam an die Luft abgegeben werden. Demgemäß kann der durch die Spulen fließende Strom erhöht und der Schub des Linearmotors verstärkt werden.
Beim Stablinearmotor wird als ein Beispiel des Systems zum Ableiten von Wärme, die von den Spulen erzeugt wird, Wärme von den Spulen in den Spulenhalter abgeleitet. Der Spulenhalter hat die Funktion, die Spulen zu halten und die benachbarten Spulen voneinander zu isolieren. Gemäß der Erfindung nach Anspruch 4 kann dadurch, dass beim Spulenhalter der isolierende Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr verwendet wird, die Wärmeleitfähigkeit auf das Zehnfache oder mehr jener des Spulenhalters aus Harz verbessert werden und kann die von den Spulen erzeugte Wärme wirksam an die Luft abgegeben werden. Demgemäß kann der durch die Spulen fließende Strom erhöht und der Schub des Linearmotors verstärkt werden.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 5 kann dadurch, dass vielfache isolierende Metalloxidteilchen mit verschiedenen mittleren Durchmessern in das Harz gemischt sind, jeglicher Raum zwischen Metalloxidteilchen mit großem Durchmesser mit Metalloxidteilchen mit kleinem Durchmesser gefüllt werden. Da die Wärme über die mit einem höheren Füllfaktor eingefüllten Metalloxidteilchen übertragen werden kann, kann die Wärmeleitfähigkeit verbessert werden.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 6 kann der Spulenkörper, der Spulenhalter oder der Formkörper bei höherer Dimensionsgenauigkeit in Serie gefertigt werden.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 7 ist es möglich, die Kosten der Abformung zu senken und den Formkörper bei kostengünstig herzustellen.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 8 ist der lineare Ausdehnungskoeffizient des Formkörpers, der Spulenhalters oder des Spulenkörpers eine Größenordnung kleiner als jener des Harzes (120 × 10^–6) und liegt nahe bei jenen von Metallen wie etwa Stahl (11 bis 13 × 10^–6), Kupfer (19 bis 20 × 10^–6) und Aluminium (22 bis 23 × 10^–6). Da bei einem Anstieg der Temperatur die Ausdehnung des Formkörpers, Spulenhalters oder Spulenkörpers nahezu gleich der Ausdehnung der Spulen und des Kerns ist, ist es möglich, sie in Kontakt miteinander zu halten. Daher ist es möglich, eine Bildung von Vakuumraum oder einer Luftschicht zwischen ihnen infolge eines Temperaturanstiegs, was zu einer erschwerten Wärmeübertragung führen würde, zu vermeiden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Flachlinearmotors gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Vorderansicht des Linearmotors von 1.
3 ist eine Draufsicht eines Ankers.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Ankers.
5 ist eine längs einer Bewegungsrichtung eines Ankers aufgenommene Querschnittsansicht.
6 ist eine perspektivische Ansicht des auf dem Kopf stehenden Ankers.
7 ist eine perspektivische Ansicht des Spulenkörpers.
8 ist ein für das Gießen verwendeter Rahmen [engl.: flame].
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Masseprozent und dem Teilchendurchmesser eines Metalloxids zeigt.
10 ist eine schematische, vergrößerte Querschnittsansicht des Spulenkörpers.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines Stablinearmotors gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Ansicht, die die Positionsbeziehung zwischen Spulen und Magneten des Linearmotors zeigt.
13 ist eine perspektivische Ansicht, die eine durch einen Spulenhalter gehaltene Spuleneinheit zeigt.
Die 14A und 14B sind detaillierte Ansichten des Spulenhalters (wobei 14A eine Vorderansicht von ihm ist und 14B eine Querschnittsansicht von ihm ist).
Die 15A bis 15C sind Diagramme für die Beziehung zwischen der Temperatur der Spulen und dem durch die Spulen fließenden Strom (wobei 15A ein Diagramm für den Stromwert I × 1 ist, 15B ein Diagramm für den Stromwert I × 1,15 ist, 15C ein Diagramm für den Stromwert I × 1,63 ist.
BEZUGSZEICHEN

2 ... Feldmagnet, 3 ... Spule, 9 ... Anker, 11 ... Kern, 11a bis 11c ... Kammzähne, 14 ... Spulenkörper, 16 ... Formkörper, 21 ... Stab, 22 ... Formkörper (Gehäuse), 23 ... Feldmagnet, 24 ... Spule, 25 ... Spulenhalter

ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Die 1 und 2 zeigen einen Linearmotor des flachen Typs gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine perspektivische Ansicht, während 2 eine Vorderansicht ist. Der Linearmotor gemäß dieser Ausführungsform ist ein einachsiger Aktor und wird dazu verwendet, einen beweglichen Körper wie etwa einen Tisch in der uniaxialen Richtung zu bewegen.
An einem lang gestreckten Sockel 1 ist ein plattenförmiger Feldmagnet 2 als ein Stator des Linearmotors vorgesehen. Der Feldmagnet 2 liegt Spulen 3 eines Ankers 9 gegenüber. Durch die Spulen 3 des Ankers 9 fließender Strom und das Magnetfeld des Feldmagneten 2 erzeugen dabei Schub, um den Anker 9 geradlinig in Bezug auf den Feldmagneten 2 zu bewegen.
Wie in der Vorderansicht von 2 gezeigt ist, ist zwischen dem Anker 9 und dem Feldmagneten 2 ein Magnetspalt g vorhanden. Dieser Spalt g wird, wenn sich der Anker 9 in Bezug auf den Feldmagneten 2 bewegt, fest beibehalten.
Wie in 1 gezeigt ist, erstreckt sich der Sockel 1 in der Richtung der Linearbewegung des Ankers 9. Der Sockel 1 besitzt eine rechtwinklige Bodenplatte 1a und ein Paar Seitenwände 1b, die an jeweiligen Enden in der Breitenrichtung der Bodenplatte 1a vorgesehen sind. An einer oberen Oberfläche jeder der Seitenwände 1b ist eine Schiene 5 der Linearführung angebracht. Die Schiene 5 erstreckt sich über fast die gesamte Länge der Seitenwand 1b. An einer äußeren Umfangsfläche der Schiene 5 ist eine Rollelement-Laufrille längs der Schiene 5 ausgebildet, wo rollende Elemente wie etwa Kugeln oder Walzen der Linearführung rollen.
An einer oberen Oberfläche der Bodenplatte 1a des Sockels 1 ist der Feldmagnet 2 vorgesehen, bei dem in der Richtung der Linearbewegung des Ankers 9 abwechselnd Nord- und Südpole magnetisiert sind. Wie in 3 gezeigt ist, besitzt der Feldmagnet 2 mehrere als Parallelogramm gestaltete plattenförmige Magnete 10, die in einer Reihe angeordnet sind. Jeder der plattenförmigen Magnete 19 ist in einer zur Längenrichtung des Feldmagneten 2 orthogonalen Richtung (zur Ebene der Figur orthogonalen Richtung) mit Nord- und Südpolen magnetisiert. Damit die Nord- und Südpole in der Längenrichtung des Feldmagneten 2 abwechselnd magnetisiert sind, liegt der Magnetpol der Oberfläche des plattenförmigen Magneten 19, der Magnetpol der Oberfläche jedes Plattenmagneten, jenem seines benachbarten Plattenmagneten 19 gegenüber.
Wie in 1 gezeigt ist, sind an der linken und der rechten Schiene 5 jeweils Blöcke 6 für die Linearführung gleitend angebracht. An den linken und den rechten Blöcken 6 ist eine torförmige obere Platine 7 angebracht. Außerdem hängt der Anker von der Bodenfläche der verbindenden oberen Platine herab.
Die verbindende obere Platine 7 besitzt einen Deckenteil 7a, der sich in der Breitenrichtung erstreckt, und ein Paar Schenkelteile 7b, die an den jeweiligen Enden in der Breitenrichtung des Deckenteils 7a vorgesehen sind und nach unten verlaufen. Am unteren Ende jedes Schenkelteils 7b sind die Blöcke 6 für die Linearführung befestigt. Der Anker 9 ist an der unteren Oberfläche des Deckenteils 7a angebracht. Der bewegliche Körper ist an der oberen Oberfläche des Deckenteils 7a angebracht.
Jeder Block 6 ist wie ein Sattel, der die Schiene bedeckt, ausgebildet. In dieser Ausführungsform sind zwei Blöcke 6 an einer Schiene 5 angebracht. In jedem Block 6 ist der Rollelement-Laufrille der Schiene 5 gegenüberliegend eine Laufrille für geladenes Rollelement ausgebildet, wobei zum Umlaufen der Rollelemente ein kreisförmiger Rollelement-Umlaufdurchgang vorgesehen ist. In dem Rollelement-Umlaufdurchgang des Blocks 6 sind die mehreren Rollelemente angeordnet und aufgenommen. Wenn der Block 6 in Bezug auf die Schiene 5 gleitet, rollt das Rollelement zwischen der Rollelement-Laufrille der Schiene 5 und der Laufrille für geladenes Rollelement des Blocks 6. Gleichzeitig laufen die Rollelement in dem kreisförmigen Rollelement-Umlaufdurchgang um. Die Rollbewegung der Rollelemente dient dazu, den Reibungswiderstand des Blocks 6, wenn er in Bezug auf die Schiene 5 gleitet, zu vermindern.
Die 4 und 5 zeigen detaillierte Ansichten des Ankers 9. Der Anker 9 besitzt Dreiphasenspulen 3 (3a, 3b, 3c), die dem Feldmagneten 2 gegenüberliegen, einen Kern 11 zum Verstärken des erzeugten Magnetfeldes auf die Spulen 3 und einen Kühlkörper 12 zum Abgeben der von den Spulen 3 erzeugten Wärme an die Luft.
Jede der Spulen 3 ist ein Leiterdraht, der um einen entsprechenden der Kammzähne 11a, 11b und 11c des Kerns 11 (genauer der Spulenkörper 14, die die Kammzähne abdecken) gewickelt ist, und ist wie ein Ring ausgebildet, der sich in der Breitenrichtung des Ankers 9 erstreckt. Die Dreiphasenspulen 3a, 3b und 3c sind in der Richtung der Linearbewegung des Ankers 9 zueinander benachbart angeordnet. Wenn an die Dreiphasenspulen 3a, 3b und 3c der U-, V- und W-Phasen ein Dreiphasen-Wechselstrom mit um 120° zueinander phasenverschobenen Wellenformen angelegt wird, wird in der Richtung der Linearbewegung des Ankers 9 das bewegliche Magnetfeld erzeugt.
Der Strom, der durch die Spulen 3 fließt, wird durch einen Regler (nicht gezeigt) gesteuert. Am Sockel 1 ist eine Linearskala zum Erfassen der Position des Ankers 9 angebracht. Der Regler koppelt Geschwindigkeitsinformationen und Positionsinformationen des Ankers 9, die durch die Linearskala erfasst werden, zurück, berechnet eine Differenz zwischen erfassten Werten und Sollwerten und veranlasst, dass Strom durch die Dreiphasenspulen 3a, 3b und 3c fließt, um so die Position und die Geschwindigkeit des Ankers 9 in die Nähe der Sollwerte zu bringen.
Der Kern 11 besitzt eine platinenförmige Sockelplatte 11d, die sich in der Anordnungsrichtung der mehreren Spulen 3 erstreckt, und mehrere Kammzähne 11a, 11b und 11c, die von der Sockelplatte 11d jeweils in das Innere der Dreiphasenspulen 3a, 3b und 3c hineinragen. Die Sockelplatte 11d besitzt eine obere Oberfläche, die mit der unteren Oberfläche des Kühlkörpers 12 in Kontakt ist. Die mehrfachen Kammzähne 11a, 11b und 11c springen in der zur Sockelplatte 11d orthogonalen Richtung vor. Der Kern 11 ist aus einem magnetischen Werkstoff wie etwa Siliziumstahl gefertigt.
Der Kühlkörper 12 ist wie ein Würfel geformt, wobei in seiner oberen Oberfläche mehrere Rillen 12a ausgebildet sind, die sich in der Bewegungsrichtung des Ankers 9 erstrecken. Da die mehreren Rillen 12 ausgebildet sind, sind in der oberen Oberfläche des Kühlkörpers 12 Kühlrippen ausgebildet, die die Flächenausdehnung vergrößern. Der Kühlkörper 12 ist aus Aluminium oder Aluminiumlegierung mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gefertigt.
6 ist eine perspektivische Ansicht des auf dem Kopf stehenden Ankers 9 (zum einfacheren Zeigen der Spulenkörper 14, sind die Spulen 3 längs der Bewegungsrichtung des Ankers 9 abgeschnitten). Jede Spule 3 ist ein Leiterdraht, der ein mit einer Isolierschicht überzogener Kupferdraht ist, wobei der Leiterdraht wie ein Ring gewickelt ist. Die Leiterdrähte sind durch die über die Drähte gezogenen Isolierschichten voneinander isoliert. Wenn die Spulen 3 in die Kammzähne 11a bis 11c eingeführt sind, sind diese jedoch möglicherweise nicht durch die Isolierschichten der Drähte isoliert, weil dann, wenn die Spulen 3 direkt auf die Kammzähne 11a bis 11c gewickelt sind, die Isolierschichten der Leiterdrähte beschädigt sein können und die Kammzähne 11a bis 11c und die Leiterdrähte kurzgeschlossen sein können. Daher sind die Spulen nicht direkt auf die Kammzähne 11a bis 11c gewickelt, wobei zwischen den Kammzähnen 11a bis 11c und den Spulen 3 zur Isolierung Spulenkörper 14 angeordnet sind.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Spulenkörpers 14. Der Spulenkörper 14 besitzt einen rahmenförmigen Spulenkörperhauptkörper 14a, der die Kammzähne umgibt, und ein Flanschteil 14b, der am Ende des Spulenkörperhauptkörpers 14 in der axialen Richtung vorgesehen ist. Der Flanschteil 14b ist zwischen der Sockelplatte 11d des Kerns 11 und der Endoberfläche der Spule 3 in der axialen Richtung zur Isolierung dazwischen angeordnet. Zur Isolierung wird herkömmlicherweise Isolationspapier mit dem Namen ”Nomex” (eingetragenes Warenzeichen) verwendet. Dieses Papier besitzt auch dann, wenn es dünn ist, ein ausgezeichnetes Isolationsvermögen, wobei beispielsweise Papier mit einigen zehn μm Dicke mehrere tausend Volt Elektrizität isolieren können. Wenn dieses Isolierpapier verwendet wird, wird es um jeden der Kammzähne 11a bis 11c gewickelt, wobei die Spule 3 um das Isolierpapier gewickelt wird. Diese Tätigkeit muss jedoch manuell ausgeführt werden. Da die Tätigkeit des Wickelns des Isolierpapiers mühsam ist, wird, anstatt jeden der Kammzähne 11a bis 11c vollständig abzudecken, der Spulenkörper 14 aus einem Formkörper verwendet. Nachdem die Spule 3 um den Spulenkörper 14 gewickelt ist, wird der Spulenkörper 14 um den Kammzahn gesetzt. Da der Spulenkörper 14 ein Isolator ist, ist es möglich, die Spulen 3 von den Kammzähnen 11a bis 11c zu isolieren.
Der Spulenkörper 14 ist ein Formkörper und beträgt in der Dicke wenigstens 0,2 mm, 0,3 mm, 0,5 mm. Falls der Spulenkörper 14 durch Spritzgießen von wärmebeständigem Flüssigkristallpolymer (mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,2 W/(m·k) oder mehr) gebildet ist, besitzt er eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und einer große Dicke, wobei die Wärmefestigkeit erhöht ist. Wenn die Wärmefestigkeit des Spulenkörpers 14 erhöht ist, wird es schwierig, Wärme der Spulen 3 auf den Kern 11 abzuleiten. Daher ist der Spulenkörper 14 aus einem Werkstoff gefertigt, der eine Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·k) oder mehr oder vorzugsweise von 6 W/(m·k) oder mehr besitzt.
Die Spule 3 ist mit dem Spulenkörper 14 in Kontakt. Der Spulenkörper 14 ist mit dem Kern 11 in Kontakt, und der Kern 11 ist mit dem Kühlkörper 12 in Kontakt. Daher wird von den Spulen 3 erzeugte Wärme auf den Spulenkörper 14, den Kern 11 und den Kühlkörper 12 übertragen und von den Kühlrippen des Kühlkörpers 12 an die Luft abgegeben. Wenn die Wärmeleitfähigkeit des Spulenkörpers 14 2 W/(m·k) oder mehr beträgt, kann der erzeugte Schub größer als jener sein, wenn Isolierpapier von etwa einem Zehntel der Dicke des Spulenkörpers 14. Wenn derselbe Schub erzeugt werden kann, ist die vorliegende Erfindung vorteilhaft, weil die Wärmeerzeugung von den Spulen 3 verhindert werden kann. Sie ist insbesondere bei einer eine hohe Genauigkeit erfordernden Anwendung, bei der ein Wärmeproblem wie beispielsweise eine Wärmeausdehnung auftritt und ein Ansteigen der Temperatur verhindert werden kann, vorteilhaft.
Der Spulenkörper 14 ist aus einer Formmasse gefertigt, die thermoplastisches Harz, vermischt mit isolierenden Metalloxidteilchen als Füllstoff, ist. Der Spulenkörper 14 ist durch Spritzgießen von mit Metalloxidteilchen vermischtem thermoplastischem Harz hergestellt.
Wie in 9 gezeigt ist, sind die Metalloxidteilchen ein Gemisch aus Metalloxidteilchen B mit kleinem Durchmesser, die einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,5 bis 2 μm besitzen, und Metalloxidteilchen A mit großem Durchmesser, die einen mittleren Teilchendurchmesser von 5 bis 20 μm besitzen. Der Teilchendurchmesser der Metalloxidteilchen B beträgt etwa ein Zehntel von jenem der Metalloxidteilchen A. Die Metalloxidteilchen B können mit Metalloxidteilchen C vermischt sein, die einen Teilchendurchmesser besitzen, der etwa ein Zehntel des Durchmessers der Metalloxidteilchen B beträgt. Die Masseprozent eines Teils d, bei dem sich die Verteilungen der Metalloxidteilchen A und B einander überlappen, sind 40 Masse-% oder weniger und vorzugsweise 1 Masse-% oder weniger. Wenn die Masseprozent 1 Masse-% oder weniger sind, überlappen sich die Verteilung der Metalloxidteilchen A und die Verteilung der Metalloxidteilchen B kaum und ist die Gesamtverteilungskurve diskontinuierlich.
Wenn der mittlere Teilchendurchmesser der Metalloxidteilchen A und B in dieser Weise festgelegt ist, ist der Raum von Harz zwischen Metalloxidteilchen A mit großem Durchmesser mit Metalloxidteilchen B mit kleinem Durchmesser belegt. Dies macht es möglich, den Füllfaktor der Metalloxidteilchen A und B zu erhöhen. Dadurch dass die Wärme durch die bei hohem Füllfaktor eingefüllten Metalloxidteilchen A und B übertragen wird, erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit. Hierbei agglomerieren die Teilchen, wenn der Metalloxidteilchendurchmesser kleiner als 0,5 μm ist, spürbar (wie Klumpen) und verschlechtert sich der Dispersionswirkungsgrad, was zur Folge hat, dass sich die Wärmeleitfähigkeit unvorteilhaft verschlechtert. Außerdem wird dann, wenn der Teilchendurchmesser größer als 20 μm ist, eine dünne Formgebung schwierig und das Produkt dicker. Konkret ist ein Produkt mit einer Dicke von 1 mm oder weniger kaum zu bilden und erhöht sich die Wärmefestigkeit unvorteilhaft. Ein wärmeleitendes Element muss dünner sein. Selbst dann, wenn es eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit besitzt, erhöht sich schließlich die Wärmefestigkeit und verschlechtert sich die Wärmeableitung.
Die isolierenden Metalloxidteilchen umfassen unter anderem Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumoxid (SiO₂), Zirkondioxid (ZrO₂), Titanoxid (TiO₂), Magnesiumoxid (MgO), Mullit (3Al₂O₃-2SiO₂), Zirkon (insbesondere ZrO₂-SiO₂), Cordierit (2MgO-2Al₂O₃-5SiO₂), Manganoxid (MnO₂), Eisenoxid (Fe₂O₃) und Kobaltoxid (CoO). Zur Verbesserung des Wärmeableitungsvermögens des Linearmotors können auch andere isolierende Metallteilchen mit einer Wärmeleitfähigkeit von 1 W/(m·K) verwendet werden, beispielsweise Siliziumnitrid (Si₃N₄), Siliziumkarbid (SiC), Bornitrid (BN) oder Aluminiumnitrid (AlN).
Die Volumenprozent der Metalloxidteilchen im Gesamtvolumen der Formmasse sind wenigstens 50 Volumen-% und liegen vorzugsweise im Bereich von 55 bis 60 Volumen-%. Wenn die Volumenprozent kleiner als 50 Volumen-% sind, verringert sich die Wärmeleitfähigkeit drastisch. Wenn 50 Volumen-% überschritten werden, beginnt die Wärmeleitfähigkeit zuzunehmen. Der Bereich von 55 bis 60 Volumen-% ist ein bevorzugter Bereich für die Kompatibilität von Wärmeleitfähigkeit und Fluidität beim Spritzgießen. Wenn 65 Volumen-% überschritten werden, ist die Fluidität bei der Formgebung extrem verringert und führt insofern unvorteilhaft zu Schwierigkeiten, als eine dünne Formgebung schwierig wird und eine komplizierte dreidimensionale Form nicht gebildet werden kann.
Das thermoplastische Harz ist schmelzformbares synthetisches Harz und umfasst als konkrete Beispiele nicht flüssig-kristallines Polyester wie etwa halbaromatisches nicht flüssig-kristallines Polyester und vollaromatisches nicht flüssig-kristallines Polyester, flüssig-kristallines Polymer (flüssig-kristallines Polyester, flüssig-kristallines Polyesteramid usw.), Polycarbonat, Polyamid wie etwa aliphatisches Polyamid, aliphatisches aromatisches Polyamid und vollaromatisches Polyamid, Polyoxymethylen, Polyamid, Polybenzimidazol, Polyketon, Polyetheretherketon, Polyetherketon, Polyethersulfon, Polyetherimid, modifizierten Polyphenylenether, Polysulfon, Polyarylensulfid, Polypropylen, Polyethylen und andere Olefinpolymere, Ethylen-Propylen-Copolymer und andere Olefincopolymere, ABS, AS, Polystyrol und andere Styrolcopolymere, Methacrylharz, Polyester-Ether-Elastomer, Polyester-Elastomer, Polyamid-Elastomer und andere Elastomere und ein Gemisch aus wenigstens zwei davon. Im Allgemeinen wird vorzugsweise das Harz verwendet, Nylon 6, PPS, LCP oder PET.
Die elektrische Isolation des thermoplastischen Harzes betreffend beträgt der spezifische Widerstand vorzugsweise 1012 Ω·cm oder mehr, während die dielektrische Festigkeit 10 kV/mm oder mehr beträgt. Außerdem liegt die Wärmeleitfähigkeit im Bereich von minimal 1 W/(m·K) bis maximal 20 W/(m·K).
Die oben erwähnten Metalloxidteilchen werden gemischt, um thermoplastisches Harz durch Spitzgießen zu bilden. Dann ist es möglich, einen Spulenkörper 14 mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr, beispielsweise 6 W/(m·K), 8 W/(m·K), 10 W/(m·K), ..., maximal 20 W/(m·K), zu produzieren.
Wie in 5 gezeigt ist, sind die Spulenkörper 14, um die die Spulen 3a bis 3c gewickelt sind, durch ein Haftmittel an den Kammzähnen 11a bis 11c des Kerns 11 befestigt. Jedoch ist die Befestigung ausschließlich durch das Haftmittel instabil, wobei es nicht sicher ist, dass die Spulenkörper 14 am Kern 11 vollständig befestigt sind. Wenn die Haftung der Spulen 3 am Kern 11 ungenügend ist, entsteht das Problem, dass sich die Spulen 3, wenn Strom durch sie fließt, in Bezug auf den Kern 11 bewegen. Daher sind, nachdem die Spulenkörper 14 an den Kern 11 geklebt sind, der Kern 11, die Spulenkörper 14 und die Spulen 3 durch den Formkörper 16 zu einem Stück ausgebildet. Die Spulen 3 sind durch den Formkörper 16 abgedeckt, so dass sie nicht ungeschützt sind. Um die Spulen 3 stabil am Kern zu befestigen, benötigt der Formkörper 16 eine ausreichende mechanische Festigkeit. Außerdem muss dieser Formkörper 16 ein Isolator sein. Der Grund liegt darin, dass von den Spulen 3 während ihrer Umleitung um die Spulenkörper Strom zum leitenden Feldmagneten 2 oder zu den Kopfenden der Kammzähne 11a bis 11c übertragen werden kann. Wenn der Formkörper 16 ein Isolator ist, läuft dies auf eine Verringerung des Wärmeableitungsvermögens des Formkörpers 16 hinaus. Falls das Wärmeableitungsvermögen des Formkörpers 16 niedrig ist, entwickelt sich im Inneren des Formkörpers 16 durch die Spulen 3 erzeugte Wärme, was zu einer Zunahme der Temperatur der Spulen 3 führt. Daher ist es notwendig, das Wärmeableitungsvermögen des Formkörpers 16 zu verbessern, um die Wärme der Spulen 3 an die Luft abzugeben.
Der Formkörper 16 ist wie die Spulenkörper 14 aus einer Formmasse gefertigt, die thermoplastisches Harz ist, das mit isolierenden Metalloxidteilchen als Füllstoff vermischt ist. Der Formkörper 16 ist durch Spritzgießen von mit isolierenden Metalloxidteilchen vermischtem thermoplastischem Harz oder durch Gießen oder Spritzen von mit den isolierenden Metalloxidteilchen vermischtem in Wärme aushärtendem Harz in eine Form 17 (siehe 8) hergestellt.
Die Zusammensetzung und Art der Metalloxidteilchen und die Art und Wärmeleitfähigkeit des thermoplastischen Harzes für das Spritzgießen des Formkörpers 16 sind dieselben wie jene für das Spritzgießen der Spulenkörper 14. Die Zusammensetzung und Art der Metalloxidteilchen für das Gießen des Formkörpers sind dieselben wie jene für das Spritzgießen der Spulenkörper 14. Das für das Gießen des Formkörpers verwendete in Wärme aushärtende Harz ist ein Werkstoff mit einer linearen Polymerstruktur, der weich wird, wenn er sich erwärmt, und hart wird, wenn er sich abkühlt. Er kann unter Expoxidharz, Polyurethan, Phenolharz, Harnstoffharz und Melaminharz oder einem Gemisch von wenigstens zwei davon gewählt sein.
Die oben erwähnten Metalloxidteilchen werden gemischt, um thermoplastisches Harz durch Spitzgießen zu bilden, oder Metalloxidteilchen werden mit in Wärme aushärtendem Harz vermischt und dann dem Gießen unterzogen. Dann ist es möglich, einen Spulenkörper 14 mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr, beispielsweise 6 W/(m·K), 8 W/(m·K), 10 W/(m·K), ..., maximal 20 W/(m·K), zu produzieren.
Da bei den Spulenkörpern 14 und dem Formkörper 16 die Formmasse mit einer Wärmeleitfähigkeit von 6 W/(m·K) oder mehr verwendet wird, kann der durch die Spulen 3 fließende Strom um das 1,4-fache erhöht werden (wobei sich auch dann, wenn der Strom 1,4-mal größer ist, die Temperatur nicht verändert) und kann der Schub des Flachlinearmotors um etwa das 1,4-fache erhöht werden. Die Schubzunahme um 40% ist innovativ. Bei Anwendung dieser Technik ist es möglich, einen Flachlinearmotor zu produzieren, der kompakt ist, jedoch imstande ist, weltweit den stärksten Schub zu erzeugen.
Außerdem ist der lineare Ausdehnungskoeffizient des Formkörpers 16 und des Spulenkörpers 14 (Fließvermögen/senkrecht dazu) so festgelegt, dass er im Bereich von 10 × 10^–6 bis 30 × 10^–6 einschließlich liegt. Der lineare Ausdehnungskoeffizient der Spulenkörper 14 und des Formkörpers ist um eine Größenordnung kleiner als jener des Harzes (120 × 10^–6) und liegt nahe bei jenen von Metallen wie etwa Stahl (11 bis 13 × 10^–6), Kupfer (19 bis 20 × 10^–6) und Aluminium (22 bis 23 × 10^–6). Da bei einem Anstieg der Temperatur die Ausdehnung der Spulenkörper 14 und des Formkörpers 16 nahezu gleich jener des Kerns 11 sein kann, können diese in Kontakt gehalten werden. Dies macht es möglich, die Bildung einer Luftschicht oder eines Vakuumraums dazwischen infolge eines Temperaturanstiegs, was zu einem Hindernis für die Wärmeübertragung würde, zu vermeiden.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines Stablinearmotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Linearmotor dieser Ausführungsform ist ein einachsiger Aktor mit einem Stab 21 (einer Welle), der sich in einer axialen Richtung in Bezug auf einen Formkörper (Gehäuse) 22 bewegt. Dieser Linearmotor wird dazu verwendet, einen beweglichen Körper wie etwa eine elektronische Komponente in einer uniaxialen Richtung zu bewegen. Speziell wird er in einer Kopfwelle einer Chipbestückungsvorrichtung verwendet, um eine als Chip gestaltete elektronische Komponente an einer vorgegebenen Stelle anzubringen. Dieser Linearmotor wird nicht nur singulär, sondern auch in Kombination mit parallel angeordneten weiteren Linearmotoren als mehrachsiger Aktor verwendet, um die Betriebsleistung zu erhöhen.
Der Linearmotor erhält die Kraft für die Linearbewegung des Stabs durch den durch Spulen 24 fließenden Strom und das Magnetfeld eines Feldmagneten 23. Um den Stab 21 sind mehrere in der axialen Richtung gestapelte Spulen 24 gesetzt. Mit anderen Worten, der Stab 21 führt durch die gestapelten Spulen 24.
12 zeigt die Positionsbeziehung zwischen den Spulen 24 und dem Feldmagneten 23 des Linearmotors. In einem Hohlraum im Inneren des Stabs 21 sind mehrere scheibenförmige Magnete 31 (Segmentmagnete) in der Weise als Feldmagnet 23 gestapelt, dass dieselben Pole einander gegenüberliegen, das heißt, der Nordpol dem Nordpol gegenüberliegt und der Südpol dem Südpol gegenüberliegt. Um den Stab 21 sind mehrere ihn umgebende Spulen 24 gestapelt. Die mehreren Spulen 24 sind Dreiphasenspulen der U-, V- und W-Phasen. Wenn Dreiphasenstrom mit um 120° zueinander phasenverschobenen Wellenformen an die Spulen 24 angelegt wird, wird ein bewegliches Magnetfeld erzeugt, das sich in der axialen Richtung der Spulen 24 bewegt. Dann erhält der Feldmagnet 23 im Inneren des Stabs 21 Schub durch das sich bewegende Magnetfeld, so dass er sich geradlinig in Bezug auf die Spulen und synchron mit der Geschwindigkeit des sich bewegenden Magnetfeldes bewegt.
Wie in 11 gezeigt ist, ist der Stab 21 des Linearmotors durch einen Formkörper 22 so unterstützt, dass er in seiner axialen Richtung beweglich ist. Die Spuleneinheit wird durch einen Spulenhalter 25 gehalten, wobei diese Spuleneinheit und der Spulenhalter 25 durch den Formkörper 22 abgedeckt sind.
Der Stab 21 ist aus einem nichtmagnetischen Werkstoff wie etwa Edelstahl gefertigt und besitzt wie ein Rohr einen Hohlraum. Im Hohlraum des Stabs 21 sind wie oben beschrieben mehrere säulenförmige Magnete 31 (Segmentmagnete) in der Weise gestapelt, dass gleiche Pole einander gegenüberliegen. Zwischen benachbarten zwei der Magnete 31 ist beispielsweise ein Polschuh 27 (Magnetpolblock) angeordnet, der aus einem magnetischen Werkstoff wie etwa Eisen gefertigt ist. Da der Polschuh 27 zwischen den Magneten 31 angeordnet ist, gleicht das durch den Feldmagneten 23 gebildete Magnetfeld stärker einer Sinuswelle.
Da die Spulen 24 aus einem schraubenlinienförmig gewickelten Leiterdraht gefertigt sind und durch den Spulenhalter 25 gehalten werden. Die Spulen 24 und der Spulenhalter 25 sind durch den Formkörper 22 abgedeckt. An dem Formkörper 22 sind mehrere Kühlrippen 22 ausgebildet, um das Wärmeableitungsvermögen zu erhöhen. In dem Formkörper 22 ist eine Schraube 22b für das Anbringen an einer anderen separaten Komponente ausgebildet. Da der Formkörper 22 an der separaten Komponente angebracht ist, muss er eine höhere mechanische Festigkeit besitzen. Da er auch von den Spulen 24 isoliert sein muss, muss der Formkörper 22 ein hohes Isolationsvermögen besitzen.
Die Formmasse 22 ist aus Formmasse gebildet, die wie beim Formkörper der oben beschriebenen ersten Ausführungsform thermoplastisches Harz ist, das mit isolierenden Metalloxidteilchen als Füllstoff vermischt ist. Der Formkörper 22 wird durch Spritzgießen von mit den isolierenden Metalloxidteilchen vermischtem thermoplastischem Harz hergestellt. Die Spulen 24 und der Spulenhalter 25 werden in einer Form für Spritzgießen angeordnet, und eine Formmasse wird eingeführt. Dann wird der Formkörper 22 als eine Einheit mit den Spulen 24 und dem Spulenhalter 25 ausgebildet.
Die Zusammensetzung und Art der Metalloxidteilchen und die Art und Wärmeleitfähigkeit des thermoplastischen Harzes für das Spritzgießen des Formkörpers 22 sind dieselben wie jene für das Spritzgießen der Spulenkörper 14. Da das mit Metalloxidteilchen vermischte thermoplastische Harz beim Spitzgießen verwendet wird, ist es möglich, den Formkörper 22 mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr, beispielsweise 6 W/(m·K), 8 W/(m·K), 10 W/(m·K), ..., maximal 20 W/(m·K), zu produzieren.
Der Stab 21 schwebt innerhalb der Spule 24 während des Betriebs des Linearmotors. Zum Unterstützen der geradlinigen Bewegung bzw. Linearbewegung des Stabs 21 ist eine Metallbuchse 28 vorgesehen. Die Buchse 28 ist an einem Endglied 29, das an beiden Enden des Formkörpers 22 vorgesehen ist, befestigt.
13 zeigt die Spuleneinheit, die durch den Spulenhalter 25 gehalten wird. Die Spuleneinheit besitzt mehrere, beispielsweise mehrere zehn, Spulen 24, wovon jede aus einem schraubenlinienförmig gewickelten Leiterdraht gefertigt ist. Zuleitungsdrähte 24a der jeweiligen Spulen 24 müssen miteinander verbunden sein. Um die Verdrahtung der Zuleitungsdrähte 24a der Spulen 24 zu vereinfachen, wird eine Isolierplatine 26 verwendet. In der Isolierplatine 26 ist ein Leitungsmuster für die Verdrahtung der mehreren Spulen 24 ausgebildet. Das leitende Muster ist so ausgebildet, dass die U-Phasenspulen miteinander verbunden sind, die V-Phasenspulen miteinander verbunden sind und die W-Phasenspulen miteinander verbunden sind.
Die 14A und 14B sind detaillierte Ansichten des Spulenhalters 25 zum Halten der Spulen 24. Da benachbarte zwei der Spulen 24 voneinander isoliert sein müssen, ist zwischen den Spulen 24 ein Abstandsstück 25b aus Harz angeordnet. Das Abstandsstück 25b ist wie die vordere Form jeder Spule 24 wie ein Ring ausgebildet. Das Abstandsstück 25b ist als eine Einheit mit dem plattenförmigen Halterhauptkörper 25a, der sich in der Anordnungsrichtung der Spulen 24 erstreckt, ausgebildet.
Die Länge des Halterhauptkörpers 25a in der Anordnungsrichtung der Spulen 24 ist nahezu gleich der Gesamtlänge der Spuleneinheit, während die Breite nahezu gleich dem Durchmesser der Spulen 24 ist. Die Isolierplatine 26 ist an der oberen Oberfläche des Halterhauptkörpers 25a angebracht. Außerdem sind an jeder seitlichen Oberfläche des Halterhauptkörpers 25a Vorsprünge 25c (siehe 13) zum Befestigen des Spulenhalters 25 an der Form beim Spritzgießen vorgesehen. Dies dient dazu, zu verhindern, dass der Spulenhalter 25 infolge von Druck beim Spritzgießen verlagert wird. An der unteren Oberfläche des Halterhauptkörpers 25a ist eine gekrümmte Ausnehmung 25d ausgebildet, die mit der äußeren Form der Spulen 24a übereinstimmt. Wie in 13 gezeigt ist, besitzt jede Spule 24 einen Zuleitungsdraht 24a. Um den Zuleitungsdraht 24a zu einem Durchgangsloch der Isolierplatine 26 zu führen, sind im Halterhauptkörper 25a an denselben Stellen der Durchgangslöcher der Isolierplatine 26 mehrere Verdrahtungslöcher ausgebildet.
Wie in den 14A und 14B gezeigt ist, besitzt das Abstandsstück 25b wie die vordere Form jeder Spule die Form eines Rings und steht vom plattenförmigen Hauptkörper 25a nach unten vor. Das Abstandsstück 25b ist zwischen allen benachbarten zwei der Spulen 24 und außerdem an jedem Ende der Spuleneinheit angeordnet. Demgemäß ist die Anzahl von Abstandsstücken 25b um eins größer als die Anzahl von Spulen 24.
Der Spulenhalter 25 ist wie die Spulenkörper 14 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform aus einer Formmasse gefertigt, die thermoplastisches Harz ist, das mit isolierenden Metalloxidteilchen als Füllstoff vermischt ist. Die Spule ist durch Spritzgießen von mit den isolierenden Metalloxidteilchen vermischtem thermoplastischem Harz hergestellt.
Die Zusammensetzung und Art der Metalloxidteilchen und die Art und Wärmeleitfähigkeit des thermoplastischen Harzes für das Spritzgießen des Spulenhalters 25 sind dieselben wie jene für das Spritzgießen der Spulenkörper 14. Da das mit Metalloxidteilchen vermischte thermoplastische Harz beim Spitzgießen verwendet wird, ist es möglich, den Spulenhalter 25 mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr, beispielsweise 6 W/(m·K), 8 W/(m·K), 10 W/(m·K), ..., maximal 20 W/(m·K), zu produzieren.
Da bei dem Spulenhalter 25 und dem Formkörper 22 die Formmasse mit einer Wärmeleitfähigkeit von 6 W/(m·K) oder mehr verwendet wird, kann der durch die Spulen 3 fließende Strom um das 1,4-fache erhöht werden (wobei sich auch dann, wenn der Strom 1,4-mal größer ist, die Temperatur nicht verändert) und kann der Schub des Stablinearmotors um etwa das 1,4-fache erhöht werden. Die Schubzunahme um 40% ist innovativ. Bei Anwendung dieser Technik ist es möglich, einen Stablinearmotor zu produzieren, der kompakt ist, jedoch imstande ist, weltweit den stärksten Schub zu erzeugen.
Außerdem ist der lineare Ausdehnungskoeffizient des Formkörpers 22 und des Spulenhalters 25 (Fließvermögen/senkrecht dazu) so festgelegt, dass er im Bereich von 10 × 10^–6 bis 30 × 10^–6 einschließlich liegt. Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Spulenhalters 25 und des Formkörpers 22 ist um eine Größenordnung kleiner als jener des Harzes (120 × 10^–6) und liegt nahe bei jenen von Metallen wie etwa Stahl (11 bis 13 × 10^–6), Kupfer (19 bis 20 × 10^–6) und Aluminium (22 bis 23 × 10^–6). Da bei einem Anstieg der Temperatur die Ausdehnung der Spulenkörper 14 und des Formkörpers 16 nahezu gleich jener der Kerne 24 sein kann, können diese in Kontakt gehalten werden. Dies macht es möglich, die Bildung einer Luftschicht oder eines Vakuumraums dazwischen infolge eines Temperaturanstiegs, was zu einem Hindernis für die Wärmeübertragung würde, zu vermeiden. Ferner dient der Formkörper 22 als Gehäuse des Ankers, wobei im Formkörper eine Schraube (11) zum Anbringen an einer anderen separaten Komponente ausgebildet ist. Wenn der Formkörper 22 an der separaten Komponente aus Metall wie etwa Aluminium angebracht ist, kann die Ausdehnung einer Montageganghöhe der Schraube 22b des Formkörpers 22 jener einer Montageganghöhe der separaten Komponente stärker angeglichen werden, wodurch verhindert wird, dass eine übermäßige Kraft auf den Formkörper 22 ausgeübt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann, sofern sie nicht vom Umfang der Erfindung abweicht, in verschiedenen Formen konkretisiert sein. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform des Flachlinearmotors bewegt sich der Anker geradlinig in Bezug auf den Feldmagneten, jedoch kann sich auch der Feldmagnet geradlinig bewegen. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform des Stablinearmotors bewegt sich der Stab geradlinig in Bezug auf den Anker, jedoch kann sich auch der Anker geradlinig bewegen.
BEISPIELE
Beim Flachlinearmotor wird für den Spulenkörper und den Formkörper eine Formmasse mit einer Wärmeleitfähigkeit von 6 W/(m·K) verwendet. Dann wird bei einer Vervielfachung des Stromwertes I um 1, 1,5 und 1,63 die Temperatur der Spulen 24 gemessen.
Die 15A bis 15C sind Diagramme von Messergebnissen. 15A zeigt die Temperatur bei einer Vervielfachung des Stroms I um 1, 15B zeigt die Temperatur bei einer Vervielfachung des Stroms I um 1,15, und 15C zeigt die Temperatur bei einer Vervielfachung des Stroms I um 1,63. In den Vergleichsbeispielen der 15A und 15B wird für den Spulenkörper Flüssigkristallpolymer verwendet, während für den Formkörper Epoxidharz verwendet wird.
Wie aus den Beispielen der vorliegenden Erfindung ersichtlich ist, kann durch Verwendung eines Werkstoffs mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit beim Formkörper und beim Spulenkörper verhindert werden, dass die Temperatur der Spulen ansteigt. Außerdem sind, wie in den 15B und 15C gezeigt ist, die Temperatur der Spulen im Vergleichsbeispiel bei einer Vervielfachung des Stromwertes I um 1,15 (91,5 Grad) und die Temperatur der Spulen im Beispiel der vorliegenden Erfindung bei einer Vervielfachung des Stromwertes I um 1,63 (91,2 Grad) nahezu gleich zueinander. In dem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist der angelegte Strom 1,63/1,15-(nahezu gleich 1,4)-mal größer als jener des Vergleichsbeispiels.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-032518 , eingereicht am 14. Februar 2008, wobei deren Inhalte durch Bezugnahme hier mit aufgenommen sind.
Zusammenfassung
Es wird ein neuartiger Linearmotor geschaffen, der Kompakt ist und einen hohen Schub erzeugen kann.
Der Linearmotor besitzt einen Feldmagneten 2, der Nordpol und Südpol, die sich in einer geradlinigen Laufrichtung des Linearmotors abwechseln, und einen Anker 9 besitzt, der sich geradlinig in Bezug auf den Feldmagneten 2 bewegt. Der Anker 9 besitzt mehrere Spulen 3, die dem Feldmagneten 2 gegenüberliegend angeordnet sind, wobei zwischen den Spulen 3 und dem Feldmagneten 2 ein Zwischenraum vorhanden ist, einen Kern 11 mit mehreren Kammzähnen 11a bis 11c, die jeweils in die Spulen 3 eingeführt sind, und einen Spulenkörper 14, der zwischen jeder der Spulen 3 und einem entsprechenden Kammzahn der Kammzähne 11a bis 11c angeordnet ist. Der Spulenkörper 14 ist aus einem isolierenden Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr gefertigt, was es ermöglicht, die Wärmeleitfähigkeit auf mehr als das Zehnfache jener eines aus Isolierpapier gefertigten Spulenkörpers zu erhöhen und dadurch Wärme der Spulen 3 wirksam auf den Kern 11 abzuleiten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2006-074975 [0009]
- JP 2002-354780 [0009]
- JP 2008-032518 [0095]

Claims

Linearmotor, der ein durch einen Feldmagneten erzeugtes Magnetfeld und einen durch mehrere Spulen fließenden Strom nutzt, um Schub für Linearbewegung der Spulen in Bezug auf den Feldmagneten zu erzeugen, wobei der Linearmotor umfasst: den Feldmagneten, der Magnete besitzt, die in der Weise angeordnet sind, dass in Richtung der Linearbewegung abwechselnd Nord- und Südpole magnetisiert sind; und einen Anker, der die Spulen, die dem Feldmagneten gegenüber liegen, wobei dazwischen ein Zwischenraum geschaffen ist, einen Kern, der mehrere Kammzähne besitzt, die in die jeweiligen Spulen eingeführt sind, und einen Spulenkörper besitzt, der zwischen jeder der Spulen und einem entsprechenden der Kammzähne angeordnet ist und eine Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr besitzt.
Linearmotor, der ein durch einen Feldmagneten erzeugtes Magnetfeld und einen durch mehrere Spulen fließenden Strom nutzt, um Schub für Linearbewegung der Spulen in Bezug auf den Feldmagneten zu erzeugen, wobei der Linearmotor umfasst: den Feldmagneten, der Magnete besitzt, die in der Weise angeordnet sind, dass in Richtung der Linearbewegung abwechselnd Nord- und Südpole magnetisiert sind; und einen Anker, der die Spulen, die dem Feldmagneten gegenüber liegen, wobei dazwischen ein Zwischenraum geschaffen ist, einen Kern, der mehrere Kammzähne besitzt, die in die jeweiligen Spulen eingeführt sind, und einen Formkörper zum Abdecken der Spulen und Verbinden der Spulen mit dem Kern besitzt, wobei der Formkörper ein Isolator ist und eine Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr besitzt.
Linearmotor, der ein durch einen Feldmagneten erzeugtes Magnetfeld und einen durch mehrere Spulen fließenden Strom nutzt, um Schub für Linearbewegung der Spulen in Bezug auf den Feldmagneten zu erzeugen, wobei der Linearmotor umfasst: den Feldmagneten, der Magnete besitzt, die in der Weise angeordnet sind, dass in Richtung der Linearbewegung abwechselnd Nord- und Südpole magnetisiert sind; und einen Anker, der die Spulen, die den Feldmagneten umgeben, und einen Formkörper, der die Spulen abdeckt, besitzt, wobei der Formkörper ein Isolator ist und eine Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr besitzt.
Linearmotor, der ein durch einen Feldmagneten erzeugtes Magnetfeld und einen durch mehrere Spulen fließenden Strom nutzt, um Schub für Linearbewegung der Spulen in Bezug auf den Feldmagneten zu erzeugen, wobei der Linearmotor umfasst: den Feldmagneten, der Magnete besitzt, die in der Weise angeordnet sind, dass in Richtung der Linearbewegung abwechselnd Nord- und Südpole magnetisiert sind; und einen Anker, der die Spulen, die um den Feldmagneten vorgesehen sind, wobei dazwischen ein Zwischenraum geschaffen ist, und einen Spulenhalter zum Halten der Spulen besitzt, wobei der Spulenhalter einen Halterhauptkörper, der sich in der Richtung der Linearbewegung über die Länge der Spulen erstreckt, und mehrere Abstandsstücke aufweist, wovon jedes zwischen benachbarten zwei der Spulen vorgesehen ist, und wobei der Spulenhalter ein Isolator ist und eine Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m·K) oder mehr besitzt.
Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Spulenkörper, der Spulenhalter oder der Formkörper aus Harz gefertigt ist, das mit isolierenden Metalloxidteilchen mit verschiedenen mittleren Durchmessern, vermischt ist.
Linearmotor nach Anspruch 5, wobei der Spulenkörper, der Spulenhalter oder der Formkörper durch Spritzgießen von mit den isolierenden Metalloxidteilchen vermischtem thermoplastischem Harz hergestellt ist.
Linearmotor nach Anspruch 5, wobei der Formkörper durch Gießen, bei dem mit den isolierenden Metalloxidteilchen vermischtes in Wärme aushärtendes Harz in eine Form vergossen wird, hergestellt ist.
Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Spulenkörper, der Spulenhalter oder der Formkörper einen linearen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, der im Bereich von 10 × 10^–6 bis 30 × 10^–6 einschließlich liegt.