DE112011100996T5 - Linearmotor - Google Patents

Abstract

Es wird ein Linearmotor mit einem Aufbau bereitgestellt, bei welchem ein Magnetfluss, der einen Kurzschluss zwischen unterschiedlichen Magnetpolen bewirkt, wie bei einem monopolaren Antriebsystem nicht leicht erzeugt wird, während eine Verringerung des maximalen Vorschubs verhindert wird und ein hohes Verhältnis zwischen Vorschub und magnetomotorischer Kraft durch Verwenden eines bipolaren Antriebs erreicht wird. Ein Bewegungselement 1, das einen in einer Bewegungsrichtung magnetisierten Permanentmagneten, ein Joch aus weichmagnetischem Material, einen Permanentmagneten, welcher in einer von der Bewegungsrichtung verschiedenen Richtung magnetisiert ist, ein Joch aus weichmagnetischem Material, ... in abwechselnder Anordnung aufweist, erstreckt sich durch einen hohlen Bereich eines Ankers (2), der mehrere Magnetpolzähne, die an einer Fläche in einer Reihe dem Bewegungselement gegenüberliegend angeordnet sind, und mehrere Magnetpolzähne, die an einer anderen Fläche in einer Reihe dem Bewegungselement gegenüberliegend angeordnet sind, aufweist und durch kollektives Wickeln einer Antriebsspule (25a) und einer Antriebsspule (25b) um eine Magnetpolzahngruppe, die mehrere Magnetpolzähne umfasst, bzw. eine andere Magnetpolzahngruppe, die mehrere Magnetpolzähne umfasst, gebildet ist, um auf diese Weise einen Linearmotor (3) zu bilden.

Description

• [Technisches Gebiet]
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearmotor, der aus einer Kombination aus einem Bewegungselement mit mehreren plattenartigen Permanentmagneten und einem Anker (Stator) mit einer Antriebsspule gebildet ist.
• [Stand der Technik]
• Beispielsweise bei einem Vertikalbewegungsmechanismus einer Sonde (Kontaktelement für Prüfzwecke) in einer Prüfvorrichtung für eine elektronische Platine oder bei einem Vertikalbewegungsmechanismus eines Roboters vom Pick-and-Place-Typ (der ein Bauteil aufnimmt und dieses an einer vorbestimmten Position platziert) sind Bewegungen mit hoher Geschwindigkeit und hochgenaues Positionieren erforderlich. Derartige Anforderungen können jedoch von einem herkömmlichen Verfahren zum Umwandeln des Abtriebs eines Rotationsmotors in eine parallele Bewegung (vertikale Bewegung) mittels einer Kugelspindel erfüllt werden, da die Bewegungsgeschwindigkeit bei dem herkömmlichen Verfahren gering ist.
• Für eine derartige vertikale Bewegung wird zunehmend die Verwendung eines Linearmotors bevorzugt, der in der Lage ist, unmittelbar einen Parallelbewegungsabtrieb abzuleiten. Verschiedene Arten von Konstruktionen für einen Linearmotor wurden vorgeschlagen, bei welchen eine rechteckige Permanentmagnetstruktur, die mit einer großen Zahl plattenartiger Permanentmagnete versehen ist, als Bewegungselement verwendet wird, ein Anker mit einer Wicklung für den Stromfluss als Stator verwendet wird, und die Bewegungsvorrichtung derart angeordnet ist, dass sie durch den Stator hindurch ragt (siehe beispielsweise Patentschriften 1, 2 und 3).
• [Dokumente des Standes der Technik]
• [Patentschriften]
• [Patentschrift 1] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-27729
• [Patentschrift 2] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-142437
• [Patentschrift 3] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2005-295708
• [Überblick über die Erfindung]
• [Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe]
• Der herkömmliche Linearmotor weist im Vergleich mit Fällen, in denen eine Kugelspindel verwendet wird, eine schnellere Ansprechzeit auf, ist jedoch nicht in der Lage, eine Ansprechzeit auf dem erforderlichen Level zu erreichen, wenngleich er auch aufgrund der großen Masse der Bewegungsvorrichtung einen ausreichenden Vorschub gewährleisten kann. Eine Konstruktion für einen Linearmotor, die für eine Geschwindigkeitserhöhung geeignet ist, ist vom Typ mit bewegbarem Magnet. Um einen Linearmotor mit kompakten Abmessungen und großem Vorschub zu realisieren, ist es erforderlich, die Polteilung des Ankers zu reduzieren.
• Der Magnetpol des Ankers ist periodisch in einem bestimmten Verhältnis vorgesehen, das einem Anordnungszyklus von Permanentmagneten der Bewegungsvorrichtung entspricht, wobei für jeden Magnetpol eine Antriebsspule gewickelt ist. Zur Verbesserung der Vorschubkraftdichte des Linearmotors ist es erforderlich, die Polteilung zu reduzieren. Bei einer derartigen individuellen Wicklungsstruktur wird der Raum für eine gewickelte Spule jedoch enger, wodurch ein Anstieg des elektrischen Widerstands der Spule und ein dadurch bedingter Wärmeerzeugungsanstieg beim Treiben bewirkt werden.
• Zur Lösung des Problems wurde ein Linearmotor vorgeschlagen, der einen Anker vom Klauenpol-Typ (Klauenzahn-Typ) verwendet, bei welchem eine Wicklung mit der selben Phase vorgesehen ist. Bei dieser einen Wicklung mit der selben Phase, wird eine Spule kollektiv um einen Bereich des Ankers, der die gleiche Polarität hat, gewickelt, so dass die Anzahl der Spulen verringert werden kann, während ein breiter Wicklungsraum gewährleistet ist, wodurch der elektrische Widerstand der Spule reduziert wird. Bei einer derartigen einzelnen Wicklung mit der selben Phase sind Polzähne mit entgegengesetzter Polarität im Allgemeinen abwechselnd am Nordpol (im Folgenden auch als ”N-Pol” bezeichnet) und am Südpol (im Folgenden auch als ”S-Pol” bezeichnet) angeordnet, wodurch die Anzahl der Magnetflüsse erhöht wird, welche benachbarte Magnetpole insbesondere bei einer kleinen Polteilung kurzschließen. Dies verhindert das effektive Aufbringen des erzeugten Magnetflusses von dem Anker auf die Permanentmagnetseite des Bewegungselements. Es besteht hierbei das Problem, dass der maximale Vorschub verringert wird und somit das Verhältnis zwischen Vorschub und physischer Beschaffenheit ebenfalls verringert wird, da die Flussrate, die einen Kurzschluss zwischen den Magnetpolen des Ankers bewirkt, erhöht wird.
• Ein Linearmotor vom monopolaren Typ (vom einpoligen Typ) wurde vorgeschlagen, um den zuvor beschriebenen Kurzschluss zwischen Magnetflüssen unterschiedlicher Polaritäten zu verhindern. Der monopolare Typ weist keinen Aufbau auf, bei welchem der N-Pol und der S-Pol der Magnetpolzähne des Ankers wie zuvor beschrieben abwechselnd angeordnet sind, sondern es wird nur einer der N- und der S-Pole zur gleichen Zeit erregt. Da hier keine Magnetpolzähne mit entgegengesetzten Polaritäten existieren, tritt kein Leckverlust durch Leckflüsse zu entgegengesetzten Polaritäten auf. Somit kann der Wert des Vorschubs, welcher die Proportionalitätsgrenze sein soll, verbessert werden. Dies hat den Vorteil einer Reduzierung der Größe aufgrund der einfachen Struktur. Jedoch ist der Vorschub gegenüber einem bipolaren Linearmotor auf die Hälfte verringert, wenn die gleiche Anordnung von Permanentmagneten verwendet und die gleiche treibende magnetomotorische Kraft aufgebracht wird, da die Nutzungsrate der Permanentmagnete auf die Hälfte verringert ist. Ferner ist die zum Treiben beitragende Fläche der Permanentmagnete gegenüber dem bipolaren Typ ebenfalls auf die Hälfte reduziert, wodurch die Belastung der Permanentmagnete steigt, wenn annähernd der gleiche Vorschub erzeugt wird. Dies führt während des Treibens zum Auftreten eines Bereichs mit erheblich reduziertem Permeanzkoeffizienten der Permanentmagnete, was zu einer möglichen permanenten Entmagnetisierung führen kann.
• Üblicherweise weist ein Motor mit einem Permanentmagneten und einem Joch aus einem weichmagnetischen Material das Problem des Anstiegs einer Rastkraft (in Bewegungsrichtung erzeugte Belastungswellen) aufgrund der hohen relativen magnetischen Permeabilität des weichmagnetischen Materials auf.
• Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der zuvor beschriebenen Umstände gemacht. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Linearmotor mit einem Aufbau zu schaffen, bei welchem ein Magnetfluss, der einen Kurzschluss zwischen unterschiedlichen Magnetpolen bewirkt, wie bei dem monopolaren Antriebsystem nicht leicht erzeugt wird, während eine Verringerung des maximalen Vorschubs verhindert wird und ein hohes Verhältnis zwischen Vorschub und magnetomotorischer Kraft durch Verwenden des bipolaren Antriebs erreicht wird.
• Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Linearmotor zu schaffen, der eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Entmagnetisierung sowie eine geringe Reduzierung des Permeanzkoeffizienten eines Permanentmagneten aufweist, wenn die treibende magnetomotorische Kraft einwirkt, und der ferner eine verbesserte Lebensdauer bei kontinuierlichem Betrieb sowie eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Linearmotor zu schaffen, der einen Aufbau aufweist, welcher das Strömen des Flusses von dem Joch des Bewegungselements zu dem Magnetpolzahn gewährleistet, während eine magnetische Sättigung am Anker verhindert wird.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Linearmotor zu schaffen, bei welchem das Gewicht des Ankers verringert ist, indem ein einem Magnetpolzahn gegenüberliegender Bereich, der nur in geringem Maß als Flusspfad in dem Anker dient, aus einem leichten, nicht magnetischen Material hergestellt ist.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Linearmotor zu schaffen, der in der Lage ist, eine hohe Oberschwingungskomponente der Rastkraft zu unterdrücken.
• [Mittel zur Lösung der Aufgaben]
• Ein erfindungsgemäßer Linearmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist: ein flaches, plattenartiges Bewegungselement mit einem flachen, plattenartigen Permanentmagneten, der in Bewegungsrichtung magnetisiert ist, und einem anderen flachen, plattenartigen Permanentmagneten, dessen Magnetisierungsrichtung zu der Magnetisierungsrichtung des zuvor beschriebenen Permanentmagneten entgegengesetzt ist, wobei der genannte Permanentmagnet und der genannte andere Permanentmagnet abwechselnd angeordnet sind, und mit einem flachen, plattenartigen Joch aus einem weichmagnetischen Material, das zwischen benachbarten Permanentmagneten angeordnet ist; und einen hohlen Anker mit einer Fläche und einer anderen Fläche, die dem Bewegungselement zugewandt sind, wobei sowohl die genannte eine als auch die genannte andere Fläche mit einem Magnetpolzahn aus einem weichmagnetischen Material versehen ist, wobei der Magnetpolzahn der genannten einen Fläche sich hinsichtlich des elektrischen Winkels um 180° von dem Magnetpolzahn der genannten anderen Fläche unterscheidet und derart angeordnet ist, dass er jeweils jedem zweiten Joch gegenüberliegt, wobei der Anker einen Kern aus einem weichmagnetischen Material aufweist, der als Rückschlusspfad für den Magnetfluss dient, um so die Außenseite einer Gruppe von Magnetpolzähnen, welche den Magnetpolzahn auf der genannten einen Fläche umfasst, und einer anderen Gruppe von Magnetpolzähnen, welche den Magnetpolzahn auf der genannten anderen Fläche umfasst, abzudecken, und wobei eine Antriebsspule zum Aufbringen einer treibenden magnetomotorischen Kraft kollektiv um jede der Magnetpolzahngruppen gewunden ist. Das flache, plattenartige Bewegungselement erstreckt sich durch den hohlen Anker.
• Das Bewegungselement des erfindungsgemäßen Linearmotors besteht aus einer Kombination aus einem in Bewegungsrichtung (Längsrichtung) des Bewegungselements magnetisierten flachen, plattenartigen Permanentmagneten und einem Joch aus einem flachen, plattenartigen weichmagnetischen Material, und weist einen Aufbau auf, bei welchem in einer Bewegungsrichtung magnetisierte Permanentmagnete und in einer zu der genannten Bewegungsrichtung entgegengesetzten Bewegungsrichtung magnetisierte Permanentmagnete abwechselnd angeordnet sind, während das aus weichmagnetischem Material bestehende Joch zwischen jedem in der einen Bewegungsrichtung magnetisierten Permanentmagneten und dem in der anderen Richtung magnetisierten, benachbarten Permanentmagneten angeordnet ist. Der Anker weist wiederum einen Aufbau auf, bei welchem die Magnetpolzähne der Anordnung des Jochs des Bewegungselements entsprechend vorgesehen sind, d. h. sie sind für jedes zweite Joch auf der einen bzw. auf der anderen Fläche einander gegenüberliegend dem Bewegungselement zugewandt angeordnet. Die Magnetpolzähne auf der einen Fläche sind an Positionen angeordnet, die um einen elektrischen Winkel von 180° gegenüber den Möagnetpolzähnen der anderen Fläche versetzt sind. Der Anker weist ferner einen Kern aus einem weichmagnetischen Material auf, der als Rückschlusspfad für den Magnetfluss dient, wobei der Kern die Außenseite eines Pars von Magnetpolzahngruppen abdeckt, welche die Magnetpolzähne auf der einen Fläche und die Magnetpolzähne auf der anderen Fläche umfassen. Ferner ist eine Antriebsspule zum Liefern einer treibenden magnetomotorischen Kraft kollektiv um jede der Magnetpolzahngruppen gewickelt.
• Durch das Bewegen des Bewegungselements mit dem zuvor beschriebenen Aufbau durch den Anker mit dem zuvor beschriebenen Aufbau und Beaufschlagen der beiden Antriebsspulen mit in gleicher Richtung fließendem Strom wird ein Vorschub für die Bewegung des Bewegungselements erzeugt. Hierbei weisen sämtliche Magnetpolzähne auf einer Flächenseite des Ankers die gleiche Polarität auf (beispielsweise N-Pol), während sämtliche Magnetpolzähne auf der anderen Flächenseite des Ankers ebenfalls die gleiche Polarität (beispielsweise S-Pol) aufweisen, welche zu derjenigen der Magnetpolzähne der genannten einen Fläche entgegengesetzt ist. Daher tritt ein Magnetfluss, der benachbarte Magnetpole auf beiden Flächenseiten kurzschließt, kaum auf. Zwar verläuft die von der Antriebsspule aufgebrachte treibende magnetomotorische Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bewegungselements, jedoch verläuft die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten des Bewegungselements parallel zur Bewegungsrichtung, so dass eine Magnetisierung in der Richtung, in welcher ein Permanentmagnet entmagnetisiert wird, nicht einfach erfolgen kann. Daher wird der Permeanzkoeffizient des Permanentmagneten nicht wesentlich verringert. Infolgedessen wird die zulässige Temperaturgrenze erhöht.
• Der erfindungsgemäße Linearmotor weist den Vorteil des monopolaren Typs auf, bei dessen Aufbau ein Kurzschlussmagnetfluss zwischen Magnetpolen kaum auftritt, und er weist den Vorteil des bipolaren Typs auf, der die N- und S-Pole eines Permanentmagneten gleichzeitig nutzen kann.
• Der erfindungsgemäße Linearmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetpolzahn an seinem dem Bewegungselement nahen oberen Ende in Bewegungsrichtung gesehen kleiner bemessen ist als an seinem von dem Bewegungselement entfernten Basisende.
• Der Magnetpolzahn des Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung ist an seinem, zu dem Bewegungselement proximalen, oberen Ende in Bewegungsrichtung gesehen kleiner bemessen als an seinem von dem Bewegungselement entfernten Basisende. Somit ist das obere Ende des Magnetpolzahns verjüngt, so dass ein Magnetfluss zuverlässig von dem Joch des Bewegungselements zu dem Magnetpolzahn fließt. Das Basisende des Magnetpolzahns ist dagegen breiter, so dass eine magnetische Sättigung in dem Anker kaum auftreten wird.
• Der Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus weichmagnetischem Material in einem Bereich, welcher dem Magnetpolzahn des Ankers gegenüberliegt, d. h. ein Ankerteil zwischen einem Magnetpolzahn und einem anderen Magnetpolzahn, durch ein nicht magnetisches Material ersetzt ist, das leichter als das weichmagnetische Material ist.
• Bei dem Anker des erfindungsgemäßen Linearmotors ist der dem Magnetpolzahn gegenüberliegende Bereich aus einem nicht magnetischen Material gebildet, das leichter als das Magnetmaterial des Magnetpolzahns ist. Dies ermöglicht es, den Linearmotor leichter auszubilden als wenn der gesamte Anker aus einem magnetischen Material gebildet ist, da der Anker in seinem Gewicht reduziert ist. Der dem Magnetpolzahn gegenüberliegende Bereich weist ursprünglich eine geringe Magnetflussdichte auf und hat eine geringe Wirkung als Magnetflusspfad. Daher wird der erzeugte Vorschub nicht wesentlich verringert, selbst wenn der Bereich aus einem nicht magnetischen Material ausgebildet ist.
• Der erfindungsgemäße Linearmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetpolzahngruppe in zwei Gruppen unterteilt ist, und dass der Abstand zwischen den beiden Gruppen als der Abstand bestimmt ist, der sich ergibt, wenn eine halbe Wellenlänge einer Haupt-Rastkraft-Oberschwingungskomponente zu dem Abstand zwischen anderen Magnetpolzähnen addiert oder von diesem subtrahiert wird.
• Bei dem Anker des erfindungsgemäßen Linearmotors ist die Magnetpolgruppe mit der gleichen Polarität in zwei Gruppen unterteilt, die mit einem Abstand voneinander angeordnet sind, der dem Abstand entspricht, der sich ergibt, wenn eine halbe Wellenlänge einer Haupt-Oberschwingungskomponente zu der Magnetpolteilung addiert oder von dieser subtrahiert wird. Dementsprechend wird die Oberschwingungskomponente unterdrückt und damit die Rastkraft verringert.
• Der erfindungsgemäße Linearmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt-Rastkraft-Oberschwingungskomponente der sechsten Ordnung entspricht, und dass ein Zwölftel einer Feldperiodenlänge addiert oder subtrahiert wird.
• Bei dem Anker des erfindungsgemäßen Linearmotors ist der Wert, der durch das Addieren oder Subtrahieren von 1/12 (τ/6) der Feldperiodenlänge 2τ (2τ = λ) erhalten wird, der Abstand zwischen den geteilten Magnetpolzahngruppen der gleichen Polarität. Hierdurch kann die Rastkraft-Oberschwingungskomponente der sechsten Ordnung unterdrückt werden.
• Der Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Dimensionen des Permanentmagneten, des Jochs und der Magnetpolzähne als M, Y und T gegeben sind, die Bedingung Y < M < T erfüllt ist.
• Bei dem erfindungsgemäßen Linearmotor fließt, wenn die zuvor beschriebene Bedingung erfüllt ist, der von den Magnetpolzähnen aufgebrachte Magnetfluss zu den Magnetpolzähnen der gleichen Polarität durch das Joch, wenn auf den Kern des Ankers eine exzessive magnetomotorische Kraft aufgebracht wird, so dass das Aufbringen eines Magnetfelds in zu der Magnetisierung des Permanentmagneten entgegengesetzter Richtung erschwert ist. Somit ist der Widerstand gegen Entmagnetisierung erhöht.
• [Effekt der Erfindung]
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist sowohl auf der einen Fläche wie auch auf der anderen Fläche des Ankers die gleichzeitig erregte Polarität wie bei dem monopolaren Typ stets entweder der N- oder der S-Pol, wodurch ein Verlust an Magnetfluss durch Leckfluss zwischen unterschiedlichen Polen verhindert wird. Ferner ist der bipolare Antrieb möglich, welcher den Magnetfluss des Permanentmagneten des Bewegungselements effektiv nutzen kann, so dass ein hohes Verhältnis von Vorschub zu magnetomotorischer Kraft erreicht werden kann. Da ferner die Entmagnetisierung des Permanentmagneten zum Zeitpunkt des Aufbringens der treibenden magnetomotorischen Kraft keine wesentliche Auswirkung hat und somit der Permeanzkoeffizient nicht wesentlich reduziert ist, kann eine hohe Wärmebeständigkeit erreicht werden.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Abmessungen des oberen Endes des Magnetpolzahns kürzer als die Abmessungen des Basisendes desselben. Dies ermöglicht einen Aufbau, der das Fließen des Magnetflusses zu dem Magnetpolzahn ermöglicht, während er eine magnetische Sättigung verhindert.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der einem Magnetpolzahn gegenüberliegende Bereich des Ankers aus einem nicht magnetischen Material gebildet, das leichter als das magnetische Material des Magnetpolzahns ist. Dies ermöglicht es dem Linearmotor einen starken Vorschub zu erzeugen, obwohl er ein geringeres Gewicht hat.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Magnetpolzahngruppen mit der gleichen Polarität in zwei Gruppen unterteilt, wobei der Abstand zwischen diesen Gruppen der Abstand ist, der sich ergibt, wenn eine halbe Wellenlänge einer Haupt-Oberschwingungskomponente zu der Magnetpolteilung addiert oder von dieser subtrahiert wird. Dementsprechend kann die Oberschwingungskomponente unterdrückt werden und damit die Rastkraft verringert werden.
• [Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
• 1A ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des Aufbaus eines in dem erfindungsgemäßen Linearmotor verwendeten Bewegungselements.
• 1B ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Aufbaus eines in dem erfindungsgemäßen Linearmotor verwendeten Bewegungselements.
• 2A ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des Aufbaus eines in dem erfindungsgemäßen Linearmotor verwendeten Ankers.
• 2B ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des Aufbaus eines in dem erfindungsgemäßen Linearmotor verwendeten Ankers.
• 2C ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des Aufbaus eines in dem erfindungsgemäßen Linearmotor verwendeten Ankers.
• 3 ist eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht zur Darstellung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Linearmotors.
• 4 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Vorschuberzeugung durch den erfindungsgemäßen Linearmotor.
• 5A ist eine Darstellung zur Erläuterung der Funktion des Jochs des Bewegungselements.
• 5B ist eine Darstellung zur Erläuterung der Funktion des Jochs des Bewegungselements.
• 5C ist eine Darstellung zur Erläuterung der Funktion des Jochs des Bewegungselements.
• 6A ist eine Darstellung zur Erläuterung des Fließens des Magnetflusses in einem Vergleichsbeispiel.
• 6B ist eine Darstellung zur Erläuterung des Fließens des Magnetflusses in einem Vergleichsbeispiel.
• 7A ist eine Darstellung zur Erläuterung des Fließens des Magnetflusses in einem Vergleichsbeispiel.
• 7B ist eine Darstellung zur Erläuterung des Fließens des Magnetflusses in einem Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
• 8 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen einer treibenden magnetomotorischen Kraft und einem minimalen Permeanzkoeffizienten.
• 9 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für die Beziehung zwischen der Temperatur und den Permeanzkoeffizienten für eine Entmagnetisierungsgrenze.
• 10 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Unterdrückung der Haupt-Oberschwingungskomponente der Rastkraft.
• 11 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels für die Abmessungen eines Permanentmagneten, eines Jochs und eines Magnetpolzahns.
• 12A ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der Konfiguration eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Linearmotors.
• 12B ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der Konfiguration eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Linearmotors.
• 13A ist eine Ansicht zur Darstellung der Verteilung der Dichte des in dem Anker erzeugten Magnetflusses.
• 13B ist eine Ansicht zur Darstellung der Verteilung der Dichte des in dem Anker erzeugten Magnetflusses.
• 14A ist eine Ansicht zur Darstellung des Fließens des Magnetflusses in dem Anker während des Antriebs.
• 14B ist eine Ansicht zur Darstellung des Fließens des Magnetflusses in dem Anker während des Antriebs.
• 15A ist eine Draufsicht auf ein Beispiel für den erfindungsgemäßen Einphasen-Linearmotor.
• 15B ist eine Seitenansicht auf ein Beispiel für den erfindungsgemäßen Einphasen-Linearmotor.
• 16A ist eine Draufsicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 16B ist eine Draufsicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 16C ist eine Draufsicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 16D ist eine Draufsicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 16E ist eine Draufsicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 16F ist eine Draufsicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 17G ist eine Draufsicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 17H ist eine Draufsicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 17I ist eine Draufsicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 17J ist eine Draufsicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 17K ist eine Draufsicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 18A ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 18B ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 18C ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 18D ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 18E ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 18F ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 18G ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 18H ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 18I ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 18J ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 18K ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des den Anker bildenden Kernmaterials.
• 19 ist eine Ansicht zur Darstellung der planaren Form der Magnetpolzähne des Ankers.
• 20 ist eine Ansicht zur Darstellung des Erscheinungsbildes eines Beispiels des Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung.
• 21 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Messergebnisses bezüglich einer Vorschubcharakteristik in einem Beispiel des erfindungsgemäßen Linearmotors.
• 22A ist eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einphasen-Linearmotors.
• 22B ist eine Seitenansicht des genannten anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einphasen-Linearmotors.
• 23 ist eine Schnittdarstellung des genannten anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einphasen-Linearmotors.
• 24A ist ein Diagramm zur Darstellung der Amplitude einer Rastkraft für jede Ordnung der Oberwelle für eine Phase oder eine Drei-Phasen-Synthese.
• 24B ist ein Diagramm zur Darstellung der Amplitude einer Rastkraft für jede Ordnung der Oberwelle für eine Phase oder eine Drei-Phasen-Synthese.
• 24C ist ein Diagramm zur Darstellung der Amplitude einer Rastkraft für jede Ordnung der Oberwelle für eine Phase oder eine Drei-Phasen-Synthese.
• 25A ist eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einphasen-Linearmotors.
• 25B ist eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einphasen-Linearmotors.
• 26 ist eine Schnittdarstellung des weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einphasen-Linearmotors.
• 27 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des Strukturmaterials des Ankers gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
• 28 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Messergebnisses bezüglich einer Vorschubcharakteristik bei dem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Linearmotors.
• [Beste Art der Durchführung der Erfindung]
• Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, welche die Ausführungsbeispiele derselben darstellen.
• Die 1A und 1B zeigen den Aufbau eines in dem Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Bewegungselements. 1A ist eine perspektivische Ansicht desselben, während 1B eine Schnittansicht zeigt.
• Ein Bewegungselement 1 ist aus einer Kombination von zwei Arten von flachen, plattenartigen Permanentmagneten 11a, 11b und einem Joch 12 aus einem flachen, plattenartigen weichmagnetischen Material gebildet, wobei der Permanentmagnet 11a, das Joch 12, der Permanentmagnet 11b, das Joch 12, ... abwechselnd in dieser Reihenfolge aneinandergefügt sind.
• In den 1A und 1B gibt der an jedem der Permanentmagnete 11a und 11b dargestellte Pfeil die Magnetisierungsrichtung für jeden der Permanentmagnete 11a und 11b an. Beide Permanentmagnete 11a und 11b sind in der Bewegungsrichtung des Bewegungselements 1 (der Längsrichtung des Bewegungselements 1) magnetisiert, d. h. in der Verbindungsrichtung der Permanentmagnete 11a und 11b, wobei die Magnetisierungsrichtungen derselben jeweils um 180 Grad zueinander versetzt sind. Das aus einem flachen, plattenartigen weichmagnetischen Material bestehende Joch ist zwischen benachbarten Permanentmagneten 11a und 11b eingefügt.
• In 1B gibt der an dem Joch 12 dargestellte Pfeil den Magnetfluss an, wobei jedes Joch 12 dazu dient, die Richtung der von den Permanentmagneten 11a und 11b kommenden Magnetflüsse in Richtung der Dicke zu ändern. Bei dem Bewegungselement 1 sind in den Jochen 12, 12... abwechselnd N- und S-Pole gebildet (siehe 1B). Anders ausgedrückt: das Joch 12N, das den N-Pol darstellen soll, und das Joch 12S, das den S-Pol darstellen soll, sind abwechselnd vorhanden. Ferner weisen die Vorder- und die Rückseite jedes Jochs 12 (Joch 12N bzw. Joch 12S) die gleiche Polarität auf.
• Die 2A bis 2C stellen jeweils den Aufbau eines Ankers 2 dar, der in dem Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung Verwendung findet. 2A ist eine perspektivische Ansicht eines Teils desselben, 2B ist eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht desselben und 2C ist eine weggebrochene perspektivische Ansicht des gesamten Ankers.
• Der Anker 2 besteht aus einem weichmagnetischen Material, das insgesamt einen hohlen rechteckigen Quader bildet. Das wie beschrieben aufgebaute Bewegungselement 1 erstreckt sich durch einen hohlen Bereich 21 des Ankers 2. Der Anker 2 weist einen Kernbereich 22 auf, der als Rahmen zur Bildung von Umfangsflächen, mit Ausnahme des hohlen Bereichs 21, mehrerer, sich von dem Kernbereich 22 zum hohlen Bereich 21 nach unten erstreckender Magnetpolzähne 23a, 23a und 23a an der oberen Seite, und mehrerer, sich von dem Kernbereich 22 zum hohlen Bereich 21 nach oben erstreckender Magnetpolzähne 23b, 23b und 23b an der unteren Seite dient. Eine Gruppe von Magnetpolzähnen (zusammengefasste Magnetpolzähne) 24a ist durch die mehreren Magnetpolzähne 23a, 23a und 23a auf der oberen Seite gebildet, während eine andere Gruppe von Magnetpolzähnen (zusammengefasste Magnetpolzähne) 24b durch die mehreren Magnetpolzähne 23b, 23b und 23b auf der unteren Seite gebildet ist.
• Die auf der oberen Seite befindlichen Magnetpolzähne 23a, 23a, 23a an der dem Bewegungselement 1 zugewandten Fläche und die auf der unteren Seite befindlichen Magnetpolzähne 23b, 23b, 23b an der anderen dem Bewegungselement 1 zugewandten Fläche sind in Längsrichtung des Ankers (der Bewegungsrichtung des Bewegungselements 1) in Reihe angeordnet, wobei sie einander gegenüberliegend an jedem zweiten Joch 12 entsprechend der Anordnung des Jochs 12 des Bewegungselements 1 angeordnet sind. Anders ausgedrückt: ein Magnetpolzahn 23a und ein Magnetpolzahn 23b sind pro Feldperiodenlänge vorgesehen. Ferner ist der obere Magnetpolzahn 23a an einer Position angeordnet, die von der Position des unteren Magnetpolzahns 23b um einen elektrischen Winkel von 180 Grad verschieden ist (an der um die halbe Feldperiodenlänge versetzten Position). Wenn beispielsweise der obere Magnetpolzahn 23a einem Permanentmagneten 11a des Bewegungselements 1 zugewandt ist, hat der untere Magnetpolzahn 23b eine dem anderen Permanentmagneten 11b des Bewegungselements 1 zugewandte Position inne.
• Es sei darauf hingewiesen, dass jeder der Magnetpolzähne 23a, 23b eine von dem dem Bewegungselement 1 zugewandten oberen Ende zu dem abgewandten Basisende stufenweise zunehmende Breite aufweist. Das obere Ende jedes der Magnetpolzähne 23a, 23b hat vorzugsweise eine Breite, die breiter als die Breite des Jochs 12 ist, um so ein fehlerfreies Fließen des Magnetflusses von dem Joch 12 des Bewegungselements 1 zu gewährleisten.
• Der Kernbereich 22 ist derart angeordnet, dass er die Außenseite der beiden Magnetpolzahngruppen 24a, 24b umschließt, und dient als ein Rückschlusspfad für den Magnetfluss von jedem der Magnetpolzähne 23a und 23b. Eine Antriebsspule 25a ist in Wicklungen um eine gesamte Magnetpolzahngruppe 24a (Magnetpolzähne 23a, 23a, 23a) gewunden, während eine Antriebsspule 25b in Wicklungen um die gesamte andere Magnetpolzahngruppe 24b (Magnetpolzähne 23b, 23b, 2b) gewunden ist (siehe 2C). Beide Antriebsspulen 25a und 25b sind miteinander derart verbunden, dass die Antriebsspule 25a und die Antriebsspule 25b die gleiche Stromfließrichtung aufweisen. Der gefüllte Pfeil in 2C gibt die Erregungsrichtung für die Antriebsspule 25a und die Antriebsspule 25b an.
• Sämtliche Magnetpolzähne 23a, 23a, 23a, welche die eine Magnetpolzahngruppe 24a bilden, weisen die gleiche Polarität auf (z. B. N-Pol), während sämtliche Magnetpolzähne 23b, 23b, 23b, welche die andere Magnetpolzahngruppe 24b bilden, ihrerseits die gleiche Polarität aufweisen (z. B. S-Pol).
• Durch das Einsetzen des in den zuvor beschriebenen 1A und 1B dargestellten Bewegungselements 1 in den hohlen Bereich 21 des Ankers 2, der in den 2A bis 2C dargestellt ist, ist ein Einphasen-Linearmotor (Einheit für eine Phase) gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet. 3 ist eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht zur Darstellung der Konfiguration des erfindungsgemäßen Linearmotors 2.
• Im Falle des Linearmotors 3 wirkt der Anker 2 als Stator. Die Antriebsspulen 25a, 25b werden sodann mit Strom in der gleichen Richtung versorgt, so dass das sich durch den hohlen Bereich 21 des Ankers 2 erstreckende Bewegungselement 1 sich in Bezug auf den Anker 2 (Stator) linear vor und zurück bewegt.
• Das in 1A dargestellte Beispiel bei welchem sechs Permanentmagnete 11a, sechs Permanentmagnete 11b und zwölf Joche 12 hintereinander angeordnet sind. Hierbei handelt es sich jedoch lediglich um ein Beispiel und jede andere beliebige Anzahl kann darauf angewendet werden. Das in den 2A–2C dargestellte Beispiel weist drei Sätze von Magnetpolzähnen 23a an der oberen Seite und Magnetpolzähnen 23b an der unteren Seite auf. Hierbei handelt es sich jedoch lediglich um ein Beispiel und jede andere beliebige Anzahl kann darauf angewendet werden.
• Ferner kann eine Struktur, in welcher die Permanentmagnete 11a, 11b und das Joch 12 aneinander haften, zur Bildung des Bewegungselements 1 in einem (nicht dargestellten) Rahmen enthalten sein. Da benachbarte Joche jedoch unterschiedliche Polaritäten aufweisen, ist es erforderlich, den Rahmen aus einem nicht magnetischen Material zu bilden, um eine Leckage des Magnetflusses zwischen verschiedenen Polaritäten zu vermeiden. Ferner kann eine (nicht dargestellte) lineare Führungsschiene an einem derartigen Rahmen vorgesehen sein, während eine Nut ausgebildet sein kann, um das Eintreten der linearen Führungsschiene in den Hohlraum 21 des Ankers 2 zu ermöglichen.
• Zwar wurde vorstehend ein Einphasen-Linearmotor (Einheit für eine Phase) beschrieben, jedoch können bei der Bildung eines Drehstrom-Linearmotors drei der vorbeschriebenen Anker linear angeordnet sein, wobei die Intervalle zwischen diesen der Polteilung × (n + 1/3) oder der Polteilung × (n + 2/3) (wobei n eine ganze Zahl ist) entsprechen, so dass das Bewegungselement 1 zwischen diese eintreten kann. Hierbei kann die ganze Zahl n unter Berücksichtigung des Raums gewählt werden, in welchen die Antriebsspule eingesetzt ist.
• Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 4 ein Aktivierungsmechanismus des wie zuvor beschrieben aufgebauten Linearmotors 3 erläutert.
• Wenn die Antriebsspulen 25a und 25b des Ankers 2 in der in 4 dargestellten Richtung bestromt werden (der volle Kreis gibt das Leiten von der Rückseite zur Vorderseite des Blattes an, während die Markierung X das Leiten von der Vorderseite zur Rückseite des Blattes angibt), wird in den oberen Magnetpolzähnen 23a, 23a und 23a der N-Pol erzeugt, während der S-Pol an den unteren Magnetpolzähnen 23b, 23b und 23b erzeugt wird. Andererseits weist in dem Bewegungselement 1 das Joch 12N den N-Pol sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite auf, während das Joch 12S den S-Pol auf seiner Vorder- und seiner Rückseite aufweist.
• Befindet sich das Bewegungselement 1 in der in 4 dargestellten Position, wird eine Vorschub-Anziehungskraft in Richtung des umrandeten Pfeils erzeugt, die zu einem Vorschub wird, indem sie mit einer Lastkomponente in Längsrichtung (Bewegungsrichtung) des Bewegungselements 1 synthetisiert wird, um so das Bewegungselement 1 zu bewegen. Hierbei tragen sowohl die N-Pole als auch die S-Pols des Jochs 12 zur Erzeugung des Vorschubs bei, wodurch ein bipolarer Antrieb erreicht wird.
• Ein Effekt des aus weichmagnetischem Material bestehenden Jochs 12, das zwischen den Permanentmagneten 11a und 11b des Bewegungselements 1 eingefügt ist (eine Bipolar-Antriebsfunktion), wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 5A–C beschrieben.
• Wenn das Bewegungselement 1 wie in 5A dargestellt als einzelne Einheit vorliegt, weisen die Vorder- und Rückseiten jedes Jochs 12 (Joch 12N, Joch 12S) die gleiche Polarität auf, so dass auf der Vorderseite und der Rückseite gleichmäßig ein Magnetfluss erzeugt wird. Wenn jedoch das Bewegungselement 1 in den Anker 2 eingesetzt ist, d. h. wenn die jeweiligen Joche 12 (Joch 12N, Joch 12S) den Magnetpolzähnen 23a, 23b zugewandt sind, wird der von den Jochen 12 (Joch 12N, Joch 12S) erzeugte Magnetfluss zu den Magnetpolzähnen 23a, 23b hin konzentriert, wie in 5B dargestellt. Beispielsweise wird bei dem in 5B dargestellten Positionsverhältnis der von dem Joch 12N, welches der N-Pol ist, kommende Magnetfluss auf die oberen Magnetpolzähne 23a konzentriert, während der von dem Joch 12S, welches der S-Pol ist, kommende Magnetfluss auf die unteren Magnetpolzähne 23b konzentriert wird. Wenn ferner der elektrische Winkel um 180° weiterbewegt wird, so dass sich das in 5C dargestellte Positionsverhältnis ergibt, wird der von dem Joch 12N, welches der N-Pol ist, kommende Magnetfluss auf die unteren Magnetpolzähne 23b konzentriert, während der von dem Joch 12S, welches der S-Pol ist, kommende Magnetfluss auf die oberen Magnetpolzähne 23a konzentriert wird.
• Durch das Einführen des aus weichmagnetischem Material bestehenden Jochs 12 zwischen die Permanentmagnete 11a und 11b, kann der von den Permanentmagneten 11a und 11b erzeugte Magnetfluss in vertikale Richtung umgelenkt werden, so dass der von sämtlichen Permanentmagneten 11a und 11b erzeugte Magnetfluss zur Vorschuberzeugung beitragen kann, wodurch ein bipolarer Antrieb realisiert wird. Das Joch 12 hat eine Umlenkfunktion für das Umlenken des von den Permanentmagneten 11a, 11b kommenden Magnetflusses in die vertikale Richtung. Auf diese Weise kann der von den Permanentmagneten 11a, 11b zusammen erzeugte Magnetfluss zur Vorschuberzeugung beitragen. Ferner ermöglicht eine derartige Magnetpolzahnkonfiguration, dass benachbarte Magnetpolzähne die selbe Polarität aufweisen, wodurch im Vergleich zu einem herkömmlichen Anker mit einer gleichphasigen Wicklung Verluste deutlich verringert werden können, die, bei einer Verringerung der Polteilung, aufgrund des Kurzschlusses des Magnetflusses zwischen unterschiedlichen Magnetpolen auftreten können.
• Im Folgenden wird eine Charakteristik des erfindungsgemäßen Linearmotors näher beschrieben.
• (1) Verbesserung der Effizienz des Magnetflusses der Permanentmagnete in dem Bewegungselement:
• 6A zeigt das Fließen des Magnetflusses, wenn kein Joch vorgesehen ist, wobei dies als Darstellung eines Vergleichsbeispiels zu der vorliegenden Erfindung dient. Wenn kein Joch vorgesehen ist, fließen die Magnetflüsse gleichmäßig von den Permanentmagneten 41a und 41b in vertikaler Richtung, wobei ein nicht genutzter Magnetfluss (der in 6A durch gestrichelte Linien umrandete Magnetfluss) auftritt, wodurch sich ein geringerer Vorschub ergibt. 6B zeigt des Weiteren ein Vergleichsbeispiel zu der vorliegenden Erfindung, welches das Fließen des Magnetflusses für den Fall darstellt, dass in Dickenrichtung magnetisierte Permanentmagnete 51a, 51b verwendet werden. Auch in diesem Fall fließt der Magnetfluss gleichmäßig von den Permanentmagneten 51a, 51b in vertikaler Richtung. Somit entsteht ein nicht genutzter Magnetfluss (der in 6B durch gestrichelte Linien umrandete Magnetfluss), wodurch sich ebenfalls ein geringerer Vorschub ergibt.
• Wenn, wie zuvor beschrieben, ein Bewegungselement ohne ein Joch oder ein Bewegungselement mit einem in Dickenrichtung magnetisierten Permanentmagneten in der Struktur der Magnetpolzähne 23a, 23b des Ankers 2 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann der von dem Permanentmagneten erzeugte Magnetfluss nicht in Richtung der Magnetpolzähne 23a, 23b umgelenkt werden, was aufgrund des Auftretens von Magnetflüssen, die nicht zum Vorschub beitragen, zu einer geringeren Vorschubkraftdichte führt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch das Einfügen des Jochs 12 in das Bewegungselement 1 die Effizienz der von den Permanentmagneten 11a, 11b kommenden Magnetflüsse verbessert werden.
• (2) Verhindern des Auftretens eines Kurzschlussmagnetflusses zwischen benachbarten Magnetpolzähnen:
• Bei dem Aufbau des Ankers 2 gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Magnetpolzähne derart angeordnet, dass die Magnetpolzähne 23a, ... und die Magnetpolzähne 23b, ..., welche die gleiche Polarität aufweisen, auf zusammen jeweiligen Seiten vorgesehen sind, während die Magnetpolzähne 23a, ... und die Magnetpolzähne 23b, ..., welche verschiedene Polaritäten aufweisen, einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei das Bewegungselement 1 dazwischen vorgesehen ist. Da die einander benachbarten Magnetpolzähne die gleiche Polarität aufweisen, kann somit das Auftreten eines Kurzschlussmagnetflusses zwischen verschiedenen Polaritäten verhindert werden, wodurch ein bipolares Antreiben des Bewegungselements 1 möglich ist. Dementsprechend kann der Magnetfluss, der durch eine auf die Antriebsspulen 25a, 25b des Ankers 2 aufgebrachte magnetomotorische Kraft erzeugt wird, effektiv auf das Bewegungselement 1 aufgebracht werden, wodurch der maximale Vorschub erhöht wird.
• (3) Unterdrückung der Verringerung des Permeanzkoeffizienten des Permanentmagneten während des Antriebs:
• 7A zeigt als Vergleichsbeispiel zu der vorliegenden Erfindung das Fließen des Magnetflusses, wenn beispielsweise die Permanentmagnete 61a und 61b gemäß der Offenbarung der Patenschrift 1, die in Dickenrichtung magnetisiert sind, verwendet werden. Da der von einem Magnetpolzahn 62 aufgebrachte Antriebsfluss (gestrichelter Pfeil in 7A) in Dickenrichtung eines Bewegungselements 61 gerichtet ist, während die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete 61a, 61b (umrandeter Pfeil in 7A) in Dickenrichtung des Bewegungselements 61 verläuft, weist der von dem Magnetpolzahn 62 aufgebrachte Antriebsfluss (gestrichelter Pfeil in 7A) eine Magnetisierungsrichtung auf, die derjenigen der Permanentmagnete 61a, 61b (umrandeter Pfeil in 7A) direkt entgegengesetzt ist. Dies lässt einen entmagnetisierten Bereich (den durch die gestrichelte umrandeten Bereich in 7A) entstehen, der zu einer Verringerung des Permeanzkoeffizienten führt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung verlaufen, wie in 7B dargestellt, an einer Position in einem elektrischen Winkel von 90°, in welcher die größte magnetomotorische Kraft zum Zeitpunkt des Antriebs aufgebracht wird, die von den Magnetpolzähnen 23a auf die Permanentmagnete 11a, 11b des Bewegungselements 1 aufgebrachten Antriebsmagnetflüsse (gestrichelte Pfeile in 7B) orthogonal zur Bewegungsrichtung (Längsrichtung) des Bewegungselements 1, während die Magnetisierungsrichtung (umrandeter Pfeil in 7B) der Permanentmagnete 11a, 11b parallel zu der Bewegungsrichtung des Bewegungselements 1 verläuft. Hiermit wird verhindert, dass der Magnetfluss in einer Richtung aufgebracht wird, welcher die Permanentmagnete 11a, 11b entmagnetisiert werden. Ferner nimmt der von den Magnetpolzähnen 23a kommende Antriebsmagnetfluss (gestrichelte Linie in 7B) einen Weg, auf welchem der Antriebsmagnetfluss das Joch 12 passiert, um in die Magnetpolzähne 23b zu gelangen, wodurch das Aufbringen eines Magnetflusses mit einer zu der Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete 11a, 11b entgegengesetzten Richtung vermieden wird. Auf diese Weise wird eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen Entmagnetisierung erreicht, während eine Verringerung des Permeanzkoeffizienten verhindert wird. Infolgedessen kann der Betriebstemperaturbereich erweitert werden.
• 8 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der treibenden magnetomotorischen Kraft (Antriebsstrom × Anzahl der Wicklungen der Antriebsspule) und dem minimalen Permeanzkoeffizienten bei dem in 7A dargestellten Vergleichsbeispiel und dem in 7B dargestellten Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung (im Folgenden auch ”erfindungsgemäßes Beispiel” genannt). Bei dem Vergleichsbeispiel handelt es sich um ein Modell mit der selben Größe wie das erfindungsgemäße Beispiel, wobei die Magnetdicke 5 mm, der Ankerspalt 6,6 mm und die Feldperiodenlänge 18 mm beträgt. In 8 zeigt die durchgezogene Linie A eine Charakteristik für das Vergleichsbeispiel, während die durchgezogene Linie B eine Charakteristik für das erfindungsgemäße Beispiel zeigt. Wie sich aus dem Ergebnis gemäß 8 ergibt, ist im Falle des Aufbringens einer relativ großen treibenden magnetomotorischen Kraft die Verringerung des Permeanzkoeffizienten bei dem erfindungsgemäßen Beispiel moderater als bei dem Vergleichsbeispiel.
• 9 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Permeanzkoeffizienten für die Entmagnetisierungsgrenze (dem Permeanzkoeffizienten, bei welchem die Entmagnetisierung eines Permanentmagneten beginnt) im Falle der Verwendung eines Seltenerden-Magneten (Nd-Fe-B-Magnet) für das Bewegungselement. Vorausgesetzt, die magnetomotorische Kraft beträgt 2400 A, ergibt sich gemäß den Charakteristiken in 9 eine zulässige Temperaturgrenze für das Vergleichsbeispiel und das erfindungsgemäße Beispiel, wobei das Ergebnis sich wie folgt darstellt. Da bei dem Vergleichsbeispiel der minimale Permeanzkoeffizient bei einer magnetomotorischen Kraft von 2400 A 0,5 beträgt, wie sich aus der Charakteristik in 8 ergibt, liegt die zulässige Temperaturgrenze entsprechend der Charakteristik in 9 bei 55° Celsius (siehe A in 9). Bei dem erfindungsgemäßen Beispiel beträgt nach der Charakteristik in 8 der minimale Permeanzkoeffizient bei einer treibenden magnetomotorischen Kraft von 2400 A 1, so dass gemäß der in 9 dargestellten Charakteristik die zulässige Temperaturgrenze 75° Celsius beträgt (siehe B in 9). Dementsprechend kann bei der vorliegenden Erfindung die zulässige Temperaturgrenze erhöht werden.
• (4) Verbesserung der Montage des Bewegungselements
• Bei dem herkömmlichen Aufbau (7A), bei welchem in Dickenrichtung magnetisierte Permanentmagnete in Längsrichtung (Bewegungsrichtung) des Bewegungselements angeordnet sind, weisen die freiliegenden Flächen benachbarter Permanentmagnete unterschiedliche Polaritäten auf, so dass sie einander anziehen. Dies bewirkt, dass ein an dem benachbarten Permanentmagneten anzubringender Permanentmagnet zum Zeitpunkt der Montage des Bewegungselements aus einem Rahmen springt. Es war daher erforderlich, den Permanentmagneten zu fixieren, bis dieser nach dem Einsetzen vollständig haftend angebracht war. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch erfordert der Permanentmagnet keine Pressvorrichtung, da er dem Aufbau gemäß mit dem Joch zusammenhaltet, so dass er in der montierten Form stabil ist. Das Bewegungselement kann daher in günstigerer Art und Weise zusammengesetzt werden.
• Es sei darauf hingewiesen, dass ferner ein langes Joch aus nicht magnetischem Material, das sich in Längsrichtung des Bewegungselements erstreckt, an beiden Enden in der Breitenrichtung des Bewegungselements vorgesehen sein kann, um ein Bewegungselementjoch aus dem Joch aus weichmagnetischem Material und dem Joch aus nicht magnetischem Material zu bilden. Das weichmagnetische Joch und das nicht magnetische Joch können mittels einer Schraube, Kleber, Verstemmen oder dergleichen fixiert sein. Bei einem derartigen Bewegungselement ist das Bewegungselementjoch durch das Joch aus weichmagnetischem Material und das Joch aus nicht magnetischem Material gebildet, wobei der Permanentmagnet von dem Joch aus weichmagnetischem Material angezogen wird und an diesem fixiert ist. Ein derartiger Aufbau verbessert nicht nur die Verarbeitbarkeit bei der Montage in hohem Maße, sondern verhindert auch das direkte Aufbringen einer externen Belastung auf den Permanentmagneten. Auf diese Weise kann die Verarbeitbarkeit bei der Montage und die Zuverlässigkeit der Struktur erreicht werden. Wenn der Permanentmagnet und der Kern mittels einer Haftschicht fixiert werden, ist es schwierig, die Haftschicht stabil zu befestigen, wodurch oftmals Schwankungen in der Haftkraft entstehen. Das erfindungsgemäße Bewegungselement verursacht derartige Nachteile nicht.
• (5) Verringerung der Rastkraft
• Wenn das Bewegungselement sowohl den Permanentmagneten als auch den weichmagnetischen Körper aufweist, variiert die relative magnetische Permeabilität periodisch in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung (der Richtung des periodischen Felds), wodurch eine Oberschwingungskomponente hoher Ordnung vorherrscht. Bei einem phasenunabhängigen Antrieb heben sich die Grundschwingung (mit der gleichen Periodenlänge der Rastkraft wie diejenige der Feldperiodenlänge) sowie die Oberschwingungen der zweiten und vierten Ordnung gegenseitig auf, während sich diejenigen der dritten, sechsten, neunten Ordnung und dergleichen, d. h. der einem Vielfachen von drei entsprechenden Ordnungen, einander verstärken.
• 10 ist eine Ansicht zur erläuternden Darstellung der Art und Weise, in der Oberschwingungskomponenten einer Rastkraft einander aufheben. Da bei einem Bewegungselement mit dem zuvor beschriebenen Aufbau die Anzahl der Oberschwingungskomponenten der sechsten Ordnung meist größer ist als diejenige der Oberschwingungskomponenten der dritten Ordnung, sind die Magnetpolzähne mit der gleichen Polarität in zwei Gruppen unterteilt, in welchen die Magnetpolzähne in einem Abstand angeordnet sind, der um τ/6 (τ: Magnetpolteilung, τ = λ/2) weiter ist als derjenige der anderen Magnetpolzähne (T1 = τ, T2 = τ + τ/6). Somit haben die an den beiden Gruppen von Magnetpolzähnen erzeugten Rastkräfte bei den Oberschwingungskomponenten der sechsten Ordnung um 180 Grad verschiedene Phasen, die einander aufheben, so dass sie nicht ausgegeben werden. Zwar sind diese Magnetpolzähne mit einem Abstand vorgesehen, der um τ/6 weiter als derjenige der anderen Magnetpolzähne ist, jedoch kann zur Erzielung des gleichen Effekts der Abstand auch um τ/6 geringer als derjenige der anderen Magnetpolzähne sein.
• Hinsichtlich der Oberschwingungskomponenten der zwölften Ordnung oder höherer Ordnung können die Permanentmagnete in versetzter Form angeordnet sein (die lange Seite jedes Permanentmagneten ist unter einem Winkel zu der zur Bewegungsrichtung senkrechten Richtung angeordnet), um derartige Oberschwingungskomponenten zu verringern. Der Versatzwinkel liegt hierbei zwischen 0 und 4 Grad.
• Da der Betrag der zuvor beschriebenen Verschiebung der Magnetpolzähne sowie der Versatzwinkel jedes Permanentmagneten voneinander unabhängig verändert werden kann, kann die Rastkraft für Haupt-Oberschwingungskomponenten effektiv verringert werden.
• (6) Verbesserung des Widerstands gegen Entmagnetisierung:
• 11 zeigt ein Beispiel für die Abmessungen des Permanentmagneten, des Jochs und der Magnetpolzähne. Wenn wie in 11 dargestellt die Abmessungen des Permanentmagneten, des Jochs und des Magnetpolzahns in der Bewegungsrichtung des Bewegungselements mit M, Y bzw. T wiedergegeben werden, so erfüllen sie die Beziehung Y < M < T. Bei einem derartigen Aufbau fließt der von einem Magnetpolzahn aufgebrachte Magnetfluss durch das Joch zu einem Magnetpolzahn der entgegengesetzten Polarität, insbesondere um den Bereich, in dem der elektrische Winkel 90 Grad beträgt, bei welchem die aufgebrachte magnetomotorische Kraft maximiert ist. Somit ist der Permanentmagnet weniger beeinträchtigt, während der Widerstand gegen Entmagnetisierung verbessert ist.
• Im Folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Linearmotors beschrieben. Der erfindungsgemäße Linearmotor kann, wie zuvor beschrieben, in dem Vertikalbewegungsmechanismus Hochgeschwindigkeitsbewegungen und ein hochgenaues Positionieren verwirklichen. In dem Vertikalbewegungsmechanismus ist ein Linearmotor im Allgemeinen an einem sich bewegenden Teil eines (horizontalen) X-Y-Tischs angebracht. Daher ist eine Gewichtsverringerung des Linearmotors erforderlich.
• Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel zielt auf die Erfüllung dieser Anforderung ab. Das nachfolgende Ausführungsbeispiel bezieht sich auf den Anker des Linearmotors, bei welchem das weichmagnetische Material eines Bereichs, in welchem die Magnetflussdichte zum Zeitpunkt des Antriebs nicht erhöht ist, durch ein nicht magnetisches Material ersetzt ist, um das Gewicht zu verringern, ohne den erzeugten Vorschub wesentlich zu verringern.
• Die 12A und 12B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung. 12A ist eine perspektivische Darstellung des gesamten Linearmotors, während 12B eine perspektivische Darstellung des Aufbaus eines Teils des Ankers ist.
• Ein Einphasen-Antriebslinearmotor (Einphaseneinheit) 3a ist derart konfiguriert, dass sich ein Bewegungselement 1 durch einen hohlen Bereich eines Ankers 2a bewegt, wie dies bei dem zuvor beschriebenen Linearmotor der Fall ist (siehe 3). Der Aufbau des Bewegungselements 1 in dem Linearmotor 3a ist exakt der gleiche wie derjenige des Bewegungselements 1 in dem zuvor beschriebenen Linearmotor 3 und wird daher vorliegend nicht im Detail beschrieben.
• Der zuvor beschriebene Linearmotor und der Linearmotor 3a unterscheiden sich im Aufbau des Ankers. Während der gesamte Anker 2 des zuvor beschriebenen Linearmotors 3 aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist, ist ein Teil des Ankers 2a des Linearmotors 3a aus einem nicht magnetischen Material gebildet, das leichter als das weichmagnetische Material ist. Genauer gesagt: an dem Kernbereich 22 des Ankers 2 des Linearmotors 3 ist der den Magnetpolzähnen 23a, 23b gegenüberliegende Teil (der gestrichelte Teil) durch ein leichtes nicht magnetisches Material wie Magnesiumlegierung ersetzt. Somit weist der Anker 2a den Kernbereich 22 nur auf der Seite der Magnetpolzähne 23a, 23b auf. Der den Magnetpolzähnen 23a, 23b jeweils gegenüberliegende Bereich ist durch ein leichtes Stützteil 22a gebildet (12B).
• Außer dem Bereich, in dem ein leichtes nicht magnetisches Material verwende wird, sind die anderen Bereiche des Ankers 2a in dem Linearmotor 3a dahingehend dem Anker 2 in dem Linearmotor 3 ähnlich ausgebildet, dass der obere Magnetpolzahn 23a an einer Position angeordnet ist, die gegenüber dem unteren Magnetpolzahn 23b um einen elektrischen Winkel von 180 Grad versetzt ist, dass der obere Magnetpolzahn 23a einem Permanentmagneten 11a des Bewegungselements 1 gegenüberliegt, während der untere Magnetpolzahn 23b dem anderen Permanentmagneten 11b gegenüberliegend angeordnet ist, und dass die Antriebsspule 25a und die Antriebsspule 25b jeweils um die mehreren Magnetpolzähne 23a und die mehreren Magnetpolzähne 23b zusammen gewunden sind, während Strom in der gleichen Richtung der Antriebsspule 25a und der Antriebsspule 25b zugeführt wird.
• Da die eine Magnetpolzahngruppe (zusammengefasste Magnetpolzähne), die sich aus mehreren oberen Magnetpolzähnen 23a zusammensetzt, und die andere Magnetpolzahngruppe (zusammengefasste Magnetpolzähne), die sich aus mehreren unteren Magnetpolzähnen 23b zusammensetzt, zueinander um eine halbe Feldperiodenlänge in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Bewegungselements 1 versetzt sind, wird zum Zeitpunkt des Antriebs in dem jeweils den Magnetpolzähnen 23a und 23b gegenüberliegenden Kernbereich eine geringe Magnetflussdichte erzeugt. Selbst wenn in diesem Bereich ein nicht magnetisches Material anstelle eines magnetischen Materials verwendet wird, wird das Fließen des Magnetflusses zum Zeitpunkt des Antriebs somit kaum verhindert. Dieser Bereich wird daher durch ein leichtes nicht magnetisches Stützteil 23a ersetzt.
• Der Anker 2 weist einen Aufbau auf, bei welchem der Kernbereich 22 aus magnetischer Substanz einen Rückschlusspfad für den Magnetfluss bildet, wobei der Kernbereich 22 derart ausgebildet ist, dass er die Außenseite nur mit einem Teil umschließt, welcher der Dicke jedes der Magnetpolzähne 23a, 23b eines Paars von Magnetpolzahngruppen (zusammengefasste Magnetpolzähne) umschließt. Da die Rückschlusspfade des Magnetflusses für jede Magnetpolzahngruppe in einem Paar um den elektrischen Winkel von 180 Grad verschieden sind, überlappen sie einander zwischen den jeweiligen Magnetpolzahngruppen nicht. Ein Bereich dieser Rückschlusspfade für den Magnetfluss, welcher sich auf der Seitenfläche des Bewegungselements 1 befindet, wird in gegenseitige Überlappung gebracht, um den Bereich zu sichern, in dem Magnetfluss in der Bewegungsrichtung des Bewegungselements 1 fließt, wodurch ein geschlossener Magnetkreis in dem Anker 2a gebildet wird. Der Bereich ohne magnetisches Material wird dann mit dem Stützteil 22a gefüllt, um eine aufgrund des Vorschubs erzeugte Reaktionskraft aufzunehmen.
• Die 13A und 13B zeigen eine Verteilung der Dichte des an dem Anker erzeugten Magnetflusses, wenn den Antriebsspulen 25a, 25b Strom zugeführt wird (wenn der maximale Strom bei der treibenden magnetomotorischen Kraft von 1200 A und einem elektrischen Winkel von 90 Grad fließt). Sowohl die 14A, als auch die 14B zeigt das Fließen des Magnetflusses in dem Anker zum Zeitpunkt des Antriebs. Die 13A und 14A zeigen die Dichteverteilung und das Fließen des Magnetflusses in dem nur mit einem magnetischen Material gebildeten Anker, während die 13B und 14B die Dichteverteilung und das Fließen von Magnetfluss in dem Anker darstellen, bei welchem der den Magnetpolzähnen gegenüberliegende Bereich durch eine nicht magnetische Substanz ersetzt ist.
• In dem nur mit magnetischem Material gebildeten Anker fließt der Magnetfluss wie durch den gestrichelten Pfeil in 14A dargestellt, so dass der Bereich unmittelbar unter einem Magnetpolzahn eine hohe Magnetflussdichte aufweist, während der Bereich zwischen Magnetpolzähnen (der durch die gestrichelten Linien umrandete Bereich) der gleichen Polarität eine verringerte Magnetflussdichte aufweist, wobei der den Magnetpolzähnen gegenüberliegende Bereich kaum zu dem Durchfließen des Magnetflusses beiträgt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist daher das magnetische Material des Bereichs mit geringer Magnetflussdichte (der den Magnetpolzähnen gegenüberliegende Bereich) entfernt und durch ein leichtes nicht magnetisches Material ersetzt.
• Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fließt der Magnetfluss wie durch den gestrichelten Pfeil in 14B dargestellt, wobei das Fließen des Magnetflusses nicht verhindert wird, selbst wenn der den Magnetpolzähnen gegenüberliegende Bereich aus einem nicht magnetischen Material besteht. Die in 13B dargestellte Verteilung der an den Magnetpolzähnen erzeugten Magnetflussdichte zeigt eine Dichteverteilung des an den Magnetpolzähnen erzeugten Magnetflusses, die der in der 13A dargestellten Verteilung im Wesentlichen ähnlich ist. Selbst in dem Kernbereich (der von den gestrichelten Linien umrandete Bereich), welcher dem nicht magnetischen Material benachbart ist, ist die Magnetflussdichte lediglich leicht erhöht. Daher kann, selbst wenn ein Teil durch ein nicht magnetisches Material ersetzt wird, im Wesentlichen der gleiche Vorschub erreicht werden wie bei der ausschließlichen Verwendung von magnetischem Material.
• Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt das Volumenverhältnis für den durch ein leichtes nicht magnetisches Material (Stützteil 22a) ersetzbaren Teil ungefähr 30–50%. Obwohl dies von dem verwendeten nicht magnetischen Material abhängt, kann das Gewicht des Ankers um 20–40% verringert werden.
• Es sei darauf hingewiesen, dass der Aktivierungsmechanismus in dem Linearmotor 3a des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels dem Aktivierungsmechanismus des zuvor beschriebenen Linearmotors 3 ähnlich ist. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass der Linearmotor 3a ebenfalls die unter (1) bis (6) beschriebenen Merkmale des Linearmotors 3 aufweist.
• Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Teil (ein Teil mit einer geringen Magnetflussdichte) durch ein leichtes nicht magnetisches Material ersetzt, um einen leichteren Linearmotor ohne Verringerung des Vorschubs zu realisieren. Im Folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben, das zu einer Gewichtsverringerung eines derartigen Linearmotors führen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind ein oder mehrere Durchgangslöcher vorgesehen, welche sich in Längsrichtung (der Bewegungsrichtung des Bewegungselements) durch einen Bereich erstrecken, in dem eine magnetische Sättigung des Ankers kaum auftritt. Im Vergleich mit dem Fall, in dem der gesamte Anker aus einem magnetischen Material gebildet ist, ist die Masse des Ankers um einen Betrag verringert, welcher den Durchgangslöchern ohne magnetisches Material entspricht. Ein derartiger Aufbau mit Durchgangslöchern bewirkt keine Verringerung des Vorschubs.
• (Beispiele)
• Der spezifische Aufbau eines von dem Erfinder hergestellten Linearmotors und die Merkmale des hergestellten Linearmotors werden im Folgenden beschrieben.
• Bei den 15A und 15B handelt es sich um eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht des Einphasen-Linearmotors 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Bewegungselement 1, das den Permanentmagneten 11a, das Joch 12, den Permanentmagneten 11b, das Joch 12, ... in der genannten Reihenfolge abwechselnd aufweist, erstreckt sich durch den hohlen Bereich 21 des Ankers 2, welcher durch das Anordnen mehrerer Magnetpolzähne 23a und mehrerer Magnetpolzähne 23b in Reihen und das kollektive Wickeln der Antriebsspule 25a sowie der Antriebsspule 25b um die aus den mehreren Magnetpolzähnen 23a gebildete Magnetpolzahngruppe sowie die aus den mehreren Magnetpolzähnen 23b gebildete Magnetpolzahngruppe gebildet ist, um so den Linearmotor 3 zu bilden.
• Zuerst wird das als flaches plattenartiges Bewegungselement 1 in dem Linearmotor 3 verwendete Bewegungselement 1 hergestellt, welches sie Permanentmagnete 11a und 11b mit der in den 1A und 1B dargestellten Form aufweist. Jeder der hier verwendeten Permanentmagnete 11a und 11b ist ein gesinterter Magnet auf Nd-Fe-B-Basis, der zu einer flachen plattenartigen Form mit einer Länge von 38 mm, einer Breite von 3 mm und einer Dicke von 5 mm geschnitten ist. Das aus weichmagnetischem Material bestehende Joch 12 besteht aus Weicheisen, das durch Drahtschneiden zu einer flachen plattenartigen Form mit einer Länge von 38 mm, einer Breite von 6 mm und einer Dicke von 5 mm geschnitten ist.
• Anschließend werden vierundfünfzig dieser Permanentmagnete und fünfundfünfzig dieser Joche 55 vorbereitet, wobei die Permanentmagnete und die Joche abwechselnd in der Reihenfolge Permanentmagnet 11a, Joch 12, Permanentmagnet 11b, Joch 12, ... mittels eines Klebers auf Epoxidbasis haftend zusammengefügt, um einen plattenartigen Körper mit einer Länge von 492 mm, einer Breite von 38 mm und einer Dicke von 5 mm zu bilden. Der solchermaßen hergestellte plattenartige Körper wird zur Bildung des Bewegungselements 1 in einen aus Aluminium bestehenden Rahmen eingesetzt. Obwohl die Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnete 11a und 11b in der Bewegungsrichtung (Längsrichtung) des Bewegungselements 1 verlaufen, sind die Richtungen einander entgegengesetzt (siehe umrandete Pfeile in den 1A und 1B).
• Danach werden Kernmaterialien A bis K aus Siliziumstahlplatten, die in den 16A bis F und den 17G bis K (18A bis K) dargestellt sind, in einer vorbestimmten Reihenfolge laminiert, um den Anker 2 herzustellen. Jedes der Kernmaterialien A bis K weist eine Langseite von 90 mm und eine Schmalseite von 62 mm auf. Hinsichtlich der Dicke jedoch weisen die Kernmaterialien C, D, E, G, H, J und K jeweils eine Dicke von 3 m auf, während die Kernmaterialen A und B jeweils eine Dicke von 3 mm aufweisen, und jedes der Kernmaterialien F und I eine Dicke von 5 mm aufweist. Die Kernmaterialien A bis K haben voneinander verschiedene hohle Formen.
• Die Kernmaterialien A bis K sind jeweils mit einer vorbestimmten Form aus einer Siliziumstahlplatte mit einer Dicke von 0,5 mm geschnitten und mittels eines Klebers auf Epoxidbasis haftend zusammengefügt. Das Kernmaterial mit der Dicke von 2,0 mm wird durch Laminieren von vier Siliziumstahlplatten mit einer jeweiligen Dicke von 0,5 mm gebildet, während die Kernmaterialien mit einer Dicke von 3 mm bzw. 5 mm durch Laminieren von sechs bzw. zehn derartiger Stahlplatten gebildet werden.
• Die Reihenfolge und die Anzahl der Laminierungen der Kernmaterialien A bis K sind nachfolgend angegeben. H + G + F + [E + D + C + B + C + D + E + A] × 3 + E + D + C + I + J + K
• Die Kernmaterialien A bis K werden in dieser Reihenfolge laminiert, um eine Einphaseneinheit mit einer äußeren Form zu bilden, welche eine Höhe von 62 mm, eine Breite von 90 mm und eine Länge von 78 mm aufweist (siehe 15A und B). Bei diesem Aufbau sind die Magnetpolzähne auf der einen Fläche und die Magnetpolzähne auf der anderen Fläche unter elektrischen Winkeln angeordnet, die um 180 Grad voneinander verschieden sind. Der Abstand (Spalt) zwischen den Magnetpolzähnen beträgt 6,6 mm.
• Die planaren Formen benachbarter Magnetpolzähne 23a, 23a (23b, 23b) in dieser Einheit sind in der 19 dargestellt. Bei jedem Magnetpolzahn 23a (23b) nimmt die Breite in drei Stufen vom oberen Ende, das dem Bewegungselement 1 zugewandt ist, zu dem von dem Bewegungselement 1 abgewandten Basisende zu. Unter Berücksichtigung des Magnetflusses von dem Joch 12 des Bewegungselements 1 beträgt die Breite des obersten Endes 7 m, und ist damit geringfügig breiter als die Breite des Jochs 12 (6 mm), während die Breite des am weitesten entfernten Basisendes 15 mm beträgt und damit nahe der Magnetpolteilung (18 mm) liegt, um das Auftreten magnetischer Sättigung zu verhindern. Zwar ist vorliegend eine sich stufenweise ändernde Breite vorgesehen, jedoch ist eine sich verjüngende Form, die von der genannten Form verschieden ist, ebenfalls möglich, derart, dass die Breite von dem dem Bewegungselement 1 zugewandten oberen Ende zum Basisende hin kontinuierlich zunimmt.
• Bei der Einphaseneinheit wird die Antriebsspule 25a derart gewickelt, dass die Magnetpolzahngruppe 24a an der oberen Seite der Einheit kollektiv umwickelt ist, während die Antriebsspule 25b derart gewickelt wird, dass die Magnetpolzahngruppe 24b an der unteren Seite der Einheit kollektiv umwickelt ist. Hierbei wird ein Spulenträger (Spule: nicht dargestellt), der zum Einführen in zwei Abschnitte geteilt ist, in die Einheit eingesetzt und haftend an der jeweiligen Magnetpolzahngruppe angebracht, und anschließend wird ein emaillierter Kupferdraht mit 1 mm Durchmesser um diese jeweils einhundert Mal gewickelt, um die Antriebsspulen 25a und 25b zu bilden.
• Wenn die Einphaseneinheit des Ankers, wie zuvor beschrieben, durch Laminieren mehrerer Siliziumstahlplatten hergestellt wird, Kann eine Abweichung der Dicke der Siliziumstahlplatten ein Problem dahingehend erzeugen, dass die Länge der Einphaseneinheit in der Laminierungsrichtung (der Bewegungsrichtung des Bewegungselements) nicht die gewünschte Länge ist. Eine unerwünschte Länge der jeweiligen Einheit würde zu vermehrtem Klemmen führen. Um dies zu vermeiden, wird vorzugsweise eine Siliziumstahlplatte mit einer Dicke von ungefähr 0,05–0,1 mm, die nicht mit einem Magnetpolzahn versehen ist, sondern nur aus dem Kernteil besteht, als Abstandhalter verwendet oder an einem oder beiden in Längsrichtung (Bewegungsrichtung des Bewegungselements) gelegenen Enden des Ankers zwischengefügt, um die Länge des Ankers zu korrigieren.
• Drei Sets derart hergestellter Anker 2 werden vorbeireitet und linear derart angeordnet, dass der relative elektrische Winkel zwischen benachbarten Ankern 2 um 120 Grad versetzt ist (genauer gesagt: 27 mm). Da der Abstand zwischen den benachbarten Ankern 2 mit 27 mm gegeben ist, beträgt die Gesamtlänge dieser drei Phasen 288 mm (= 78 mm × 3 + 27 mm × 2). Das Bewegungselement 1 wird in den hohlen Bereich in der Mitte jedes der drei Anker 2 eingesetzt (siehe 20). Die Anker 2 werden sodann an einem Prüftisch derart fixiert, dass das Bewegungselement 1 sich in Längsrichtung bewegen kann, ohne den Anker 2 zu berühren.
• Mehrere durchgehende Löcher sind in dem Kernbereich an der oberen Seite und dem Kernbereich an der unteren Seite jedes Ankers derart ausgebildet, dass sie diese in Längsrichtung (Bewegungsrichtung des Bewegungselements) durchsetzen, während die Einheiten (Anker) in der U-Phase, der V-Phase bzw. der W-Phase zusammen mit einer langen Welle fixiert sind. Die Welle hat hierbei vorzugsweise einen Durchmesser von 5 mm oder mehr, um die gewünschte Steifigkeit und Geradheit zu gewährleisten.
• Die Antriebsspulen sind in der Einheit jeder Phase in Reihe geschaltet und derart verdrahtet, dass die beiden Antriebsspulen die gleiche Wicklungsrichtung aufweisen. Die Wicklungen der Einheiten dieser U-, V- und W-Phasen bilden eine Sternschaltung und sind mit einer Motorsteuerung verbunden. Ferner ist ein Kraftmesser an der Seite des Bewegungselements 1 angeschlossen, so dass der Vorschub in Bezug auf die treibende magnetomotorische Kraft gemessen werden kann.
• Nach der Herstellung einer derartigen Verbindung, wird der an die Antriebsspule gelieferte Antriebsstrom verändert, um den Vorschub des Bewegungselements 1 zu messen. Hierbei wird der Vorschub durch das Pressen des Kraftmessers gegen das Bewegungselement 1 gemessen. Das Messergebnis für den Vorschub und das Berechnungsergebnis für das Verhältnis von Vorschub zu magnetomotorischer Kraft sind in 21 angegeben. Ferner wurde als Vergleichsbeispiel mit dem in 7A dargestellten Aufbau, der beispielsweise in der Patentschrift 1 offenbart ist, ein Linearmotor mit der gleichen Größe wie das erfindungsgemäße Beispiel hergestellt, und der Vorschub wurde unter den gleichen Bedingungen wie bei dem erfindungsgemäßen Beispiel gemessen. Das Messergebnis für den Vorschub und das Berechnungsergebnis für das Verhältnis von Vorschub zu magnetomotorischer Kraft sind ebenfalls in 21 dargestellt.
• In 21 zeigt die horizontale Achse die treibende magnetomotorische Kraft (= Antriebsstrom × Anzahl der Wicklungen der Antriebsspule) [A] für eine einzelne Einheit des Ankers, während die vertikale Achse den Vorschub [N] und das Verhältnis von Vorschub zu magnetomotorischer Kraft [N/A] angibt. In 21 gibt A den Vorschub in einem erfindungsgemäßen Beispiel an, B gibt den Vorschub in einem Vergleichsbeispiel an, C gibt das Verhältnis von Vorschub zu magnetomotorischer Kraft in dem erfindungsgemäßen Beispiel an, und D gibt das Verhältnis von Vorschub zu magnetomotorischer Kraft in dem Vergleichsbeispiel an.
• Wie in der 21 dargestellt ist mit dem erfindungsgemäßen Beispiel bezogen auf die gleiche treibende magnetomotorische Kraft ein Vorschub realisierbar, der im Proportionalitätsbereich des Vorschubs um 65% über dem des Vergleichsbeispiels liegt. Das erfindungsgemäße Beispiel kann ferner die zulässige Wärmegrenze erhöhen. Daher ist die vorliegende Erfindung in der Lage, einen Linearmotor bereitzustellen, der für einen industriellen Bewegungsmechanismus geeignet ist, der Hochgeschwindigkeitsbewegungen und hochgenaues Positionieren erfordert.
• Nachfolgend wird ein weiteres Beispiel zur Verringerung der Rastkraft beschrieben. Die 22A und B sind eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht des Linearmotors 3 für eine Phase nach einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung. 23 ist eine Schnittdarstellung des Einphasen-Linearmotors 3 nach einem anderen Beispiel.
• Jeder der hier verwendeten Permanentmagnete 11a, 11b hat eine Länge von 38 mm, eine Breite von 4 mm und eine Dicke von 5 mm, während das Joch 12 aus weichmagnetischem Material eine Länge von 38 mm, eine Breite von 3,5 mm und eine Dicke von 5 mm aufweist. Ferner ist die Magnetpolteilung τ mit 7,5 mm (bei einer Feldperiodenlänge von 15 mm) gewählt, die Breite jedes der Magnetpolzähne 23a, 23b beträgt 6 mm und der Versatzbetrag der unregelmäßigen Teilung entspricht τ/6 = 1,25 mm. Ferner ist der Versatzwinkel jedes der Permanentmagnete 11a, 11b mit 2 Grad gewählt.
• Für einen Linearmotor, bei welchem die Magnetpolzähne in gleichmäßigen Intervallen angeordnet sind und der Permanentmagnet nicht versetzt angeordnet ist (Konfigurationsbeispiel 1), sowie für einen Linearmotor, bei welchem die Intervalle zwischen den Magnetpolzähnen angepasst sind, während der Permanentmagnet nicht versetzt angeordnet ist (Konfigurationsbeispiel 2), und für einen Linearmotor, bei welchem die Intervalle zwischen den Magnetpolzähnen angepasst sind, während der Permanentmagnet versetzt angeordnet ist (Konfigurationsbeispiel 3) wurde die Amplitude der Rastkraft in jeder Oberschwingungsordnung für eine einzelne Phase und eine Drei-Phasen-Synthese ermittelt. Das Ergebnis ist in den 24A, B und C dargestellt.
• Bei dem in 24A dargestellten Konfigurationsbeispiel 1 ist die Rastkraft bei der Oberschwingungskomponente der sechsten Ordnung extrem groß. Bei dem in 24B dargestellten Konfigurationsbeispiel 2 ist die Rastkraft bei der Oberschwingungskomponente der sechsten Ordnung reduziert, während die Rastkraft für die Oberschwingungskomponente der zwölften Ordnung groß ist. Bei dem in 24C dargestellten Konfigurationsbeispiel 3 ist jedoch die Rastkraft sowohl bei der Oberschwingungskomponente der sechsten Ordnung, als auch bei der Oberschwingungskomponente der zwölften Ordnung reduziert.
• Im Folgenden wird ein weiteres Beispiel beschrieben, bei welchem ein Teil des Kernbereichs in dem Anker (der den Magnetpolzähnen gegenüberliegende Bereich) zur Gewichtsverringerung durch ein leichtes nicht magnetisches Material (Stützteil) ersetzt ist. Die 25A und 25B sind eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht des Einphasen-Linearmotors 3a gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 26 ist eine Schnittdarstellung des Einphasen-Linearmotors 3a gemäß dem weiteren Beispiel. Ferner zeigt 27 eine perspektivische Darstellung des den Anker 2a gemäß dem weiteren Beispiel bildenden Materials.
• Die Größe des gesamten Ankers 2a ist gleich der Größe des in den 22A und 22B dargestellten Beispiels, während der den Magnetpolzähnen gegenüberliegende Bereich (die Länge von 6 mm in der Bewegungsrichtung des Bewegungselements 1: schraffierter Bereich) durch ein Stützteil 22a gebildet ist, welches aus einer Magnesiumlegierung, nicht jedoch aus einem magnetischen Material besteht. Es sei darauf hingewiesen, dass die Größe der Permanentmagnete 1a, 11b und des Jochs 12 in dem Bewegungselement 1 derjenigen des in der 22A dargestellten Beispiels gleich ist. Die Teilung der benachbarten Magnetpolzähne 23a, 23a, 23b, 23b ist ebenfalls die gleiche wie bei dem in der 23 dargestellten Beispiel.
• Das in dem Linearmotor 3a verwendete Bewegungselement 1 (Länge: 410 mm, Breite: 38 mm, Dicke: 5 mm) mit flacher plattenartiger Form wurde sodann hergestellt. Das Material für die Permanentmagneten 11a, 11b und das Joch 12, die hierbei verwendet wurden, und der Ablauf der Herstellung derselben sind ähnlich dem in den 15A und 15B dargestellten, zuvor beschriebenen Beispiel und werden daher vorliegend nicht beschrieben.
• Ein Kernteil 31, das durch haftendes Verbinden von zwölf Siliziumstahlplatten mittels eines Klebers auf Epoxid-Basis gebildet ist, wobei die Platten vorbestimmte Formen aufweisen, welche durch Drahtschneiden aus einer Siliziumstahlplatte (Material: 50A800, spezifisches Gewicht: 7,8 g/cm³) mit einer Dicke von 0,5 mm ausgeschnitten und mit Magnetpolzähnen ausgebildet sind, wird an einem leichten Teil (Stützteil) 32 haftend angebracht, welches mit einer Dicke von 6 mm und mit einer vorbestimmten Form aus Magnesiumlegierung (Material: LA141, Mg: 14 Massenprozent, Li: 1 Massenprozent, spezifisches Gewicht: 1,36 g/cm³), um das erste Ankermaterial herzustellen. Ferner wurden mehrere Siliziumstahlplatten, die durch Drahtschneiden aus einer Siliziumstahlplatte mit einer Dicke von 0,5 mm mit vorbestimmten Formen ausgeschnitten wurden, mittels eines Klebers auf Epoxid-Basis haftend zusammengefügt, um das zweite Ankermaterial 34 herzustellen, das den Seitenflächenteil eines Magnetpolzahns bildet.
• Wie in der 27 dargestellt werden die ersten Ankermaterialien 33 und das zweite Ankermaterial 34 abwechselnd angeordnet und haftend miteinander verbunden, um eine Einphaseneinheit mit einer Außenform herzustellen, die eine Höhe von 62 mm, eine Breite von 90 mm und eine Länge von 59,75 mm aufweist. Ein Spulenträger (Spule: nicht dargestellt), der zum Einsetzen in zwei Teile trennbar ist, wird in eine Einheit eingesetzt und haftend mit einer Magnetpolzahngruppe verbunden, und anschließend wird emaillierter Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1 mm zur Bildung von Antriebsspulen einhundert Mal um die jeweiligen Teile gewickelt.
• Die Masse der für den hergestellten Anker 2a verwendeten Siliziumstahlplatte und die Masse an Magnesiumlegierung betragen 1111,2 g bzw. 95,57 g für eine einzelne Phase, während die Masse des gesamten Einphasen-Ankers 2a 1206,77 g beträgt.
• Drei solchermaßen hergestellte Anker 2a werden derart linear angeordnet, dass der relative elektrische Winkel zwischen benachbarten Ankern 2a jeweils um 120 Grad versetzt ist (genauer gesagt: 27,75 mm). Die Gesamtlänge der drei Phasen beträgt 234,75 mm (59,75 mm × 3 + 27,75 mm × 2). Das Bewegungselement 1 wird sodann in den hohlen Bereich in der Mitte jedes der drei Anker 2a eingesetzt (siehe 26), während die Anker 2a an einem Prüftisch derart befestigt sind, dass sich das Bewegungselement 1 in Längsrichtung bewegen kann, ohne den Anker 2a zu berühren.
• Die Antriebsspulen werden in Reihe für die Einheit jeder Phase verbunden und derart verdrahtet, das das Antriebsspulenpaar die gleiche Wicklungsrichtung aufweist. Der Wickeldraht für jede Einheit bildet eine Sternschaltung und ist mit einer Motorsteuerung verbunden. Ferner ist ein Kraftmesser an der Seite des Bewegungselements 1 angeschlossen, so dass der Vorschub in Bezug auf die treibende magnetomotorische Kraft gemessen werden kann.
• Nach der Herstellung einer derartigen Verbindung, wird der an die Antriebsspule gelieferte Antriebsstrom verändert, um den Vorschub des Bewegungselements 1 in dem Linearmotor 3a zu messen. Hierbei wird der Vorschub durch das Pressen des Kraftmessers gegen das Bewegungselement 1 gemessen. Das Messergebnis für den Vorschub und das Berechnungsergebnis für das Verhältnis von Vorschub zu magnetomotorischer Kraft sind in 28 angegeben. Ferner wurde ein Linearmotor mit der selben Größe wie der Linearmotor 3a des erfindungsgemäßen Beispiels als Vergleichsbeispiel hergestellt, wobei jedoch der gesamte Anker aus einem magnetischen Material (Siliziumstahlplatte) hergestellt wurde. Der Vorschub des Linearmotors wurde unter den gleichen Bedingungengemessen, die für den Linearmotor 3a galten. Das Messergebnis für den Vorschub und das Berechnungsergebnis für das Verhältnis von Vorschub zu magnetomotorischer Kraft sind ebenfalls in 28 angegeben. Es sei darauf hingewiesen, dass die Masse des Ankers des Linearmotors nach dem Vergleichsbeispiel für eine einzelne Phase 1659,32 g betrug.
• In 28 zeigt die horizontale Achse die treibende magnetomotorische Kraft (= Antriebsstrom × Anzahl der Wicklungen der Antriebsspule) [A] für eine Einphasen-Einheit des Ankers, während die vertikale Achse den Vorschub [N] und das Verhältnis von Vorschub zu magnetomotorischer Kraft [N/A] angibt. In 28 gibt E den Vorschub in einem erfindungsgemäßen Beispiel an, F gibt den Vorschub in einem Vergleichsbeispiel an, G gibt das Verhältnis von Vorschub zu magnetomotorischer Kraft in dem erfindungsgemäßen Beispiel an, und H gibt das Verhältnis von Vorschub zu magnetomotorischer Kraft in dem Vergleichsbeispiel an.
• Wie in der 28 dargestellt wird bis zum Erreichen einer treibenden magnetomotorischen Kraft von 1600 A für das erfindungsgemäße Beispiel die gleiche Vorschubcharakteristik wie für das Vergleichsbeispiel erreicht. Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der maximale Vorschub im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel um ungefähr 15% geringer. Das Gewicht kann im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel jedoch um 27% verringert werden, so dass ein höheres Verhältnis von Vorschub zu Masse bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erreicht werden kann als bei dem Vergleichsbeispiel. Somit weist der Linearmotor 3a nach dem vorlegenden Ausführungsbeispiel einen optimalen Aufbau für einen Vertikalbewegungsmechanismus auf.
• Der Linearmotor 3, bei welchem der gesamte Anker aus magnetischem Material gebildet ist, kann eine ausgezeichnete Vorschubcharakteristik erreichen, obwohl er ein hohes Gewicht aufweist. Andererseits kann das Gewicht des Linearmotors 3a, bei welchem ein den Magnetpolzähnen gegenüberliegender Bereich aus leichtern nicht magnetischem Material gebildet ist, verringert werden, obwohl er eine geringfügig schlechtere Vorschubcharakteristik aufweisen kann. Vorzugsweise sollte deshalb der Linearmotor 3 oder der Linearmotor 3a gemäß der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der Umgebung, dem Zweck und dergleichen verwendet werden.
• Zwar wurde ein Beispiel beschrieben, bei welchem Magnesiumlegierung als das leichte nicht magnetische Material zur Bildung des den Magnetpolzähnen gegenüberliegenden Bereichs verwendet wird, jedoch kann alternativ auch ein anderes Material verwendet werden. Die an das Material gestellten Anforderungen sind ein geringes Gewicht und die Fähigkeit, als das Stützteil 22a zum Abstützen einer durch den Vorschub erzeugten Reaktionskraft zu dienen. Als Material, welches diese Bedingungen erfüllt, kann beispielsweise Aluminiumlegierung, Lithiumlegierung, verstärkter Kunststoff, Kohlefaser oder Glas-Epoxidharz verwendet werden.
• Hinsichtlich des durch das leichte nicht magnetische Material ersetzten Bereichs ist die Struktur gemäß 27 lediglich ein Beispiel. Die Verteilung der Magnetflussdichte, wie sie in 12A dargestellt ist, ist für den nur aus magnetischem Material gebildeten Anker erhalten und die erhaltene Verteilung der Magnetflussdichte dient der Bestimmung eines Bereichs mit einer geringen erzeugten magnetischen Dichte, der durch ein leichtes nicht magnetisches Material ersetzt werden kann. Beispielsweise kann ein Bereich, der lediglich ein Drittel der Magnetflusssättigungsdichte eines Kernmaterials bei maximalem Antrieb erzeugt, durch ein leichtes nicht magnetisches Material ersetzt werden.
• Anders als bei dem zuvor beschriebenen hergestellten Beispiel ist es ebenfalls möglich, den Anker in einen oberen Teil und einen unteren Teil zu teilen. Hierbei wird der obere Teil des Ankers, welcher die oberen Magnetpolzähne aufweist, durch Laminieren und haftendes Verbinden einer vorbestimmten Anzahl von Siliziumstahlplatten hergestellt, während der untere Teil des Ankers, welcher die unteren Magnetpolzähne aufweist, durch Laminieren und haftendes Verbinden einer vorbestimmten Anzahl von Siliziumstahlplatten hergestellt wird. Der obere Teil und der untere Teil werden zur Bildung des Ankers miteinander verbunden. Hierbei kann der geteilte Teil des Kernbereichs des Ankers mit geringer magnetischer Sättigung ausgebildet werden, um eine Verringerung des Vorschubs zu vermeiden. Ferner kann bei diesem Herstellungsverfahren vor dem Verbinden des oberen Teils und des unteren Teils ein Spulenträger (Spule), auf welchen eine Spule gewickelt ist, haftend an jeder Magnetpolzahngruppe im oberen Teil und jeder Magnetpolzahngruppe im unteren Teil angebracht werden. Hierdurch kann der Laminierungsfaktor leicht auf 80% oder mehr erhöht werden. Ferner kann auch die Verarbeitbarkeit bei der Montage verbessert werden.
• Bezugszeichenliste

1

Bewegungselement

2, 2a

Anker

3, 3a

Linearmotor

11a, 11b

Permanentmagnet

12 (12N, 12S)

Joch

21

hohler Bereich

22

Kernbereich

22a

Stützteil (nicht magnetisches Material)

23a, 23b

Magnetpolzahn (Magnetpolzähne)

24a, 24b

Magnetpolzahngruppe

25a, 25b

Antriebsspule

• 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 2002-27729 [0004]
• JP 2002-142437 [0004]
• JP 2005-295708 [0004]

Claims (6)

1. Linearmotor, dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist: ein flaches, plattenartiges Bewegungselement mit einem flachen, plattenartigen Permanentmagneten, der in Bewegungsrichtung magnetisiert ist, und einem anderen flachen, plattenartigen Permanentmagneten, dessen Magnetisierungsrichtung zu der Magnetisierungsrichtung des genannten Permanentmagneten entgegengesetzt ist, wobei der genannte Permanentmagnet und der genannte andere Permanentmagnet abwechselnd angeordnet sind, und mit einem flachen, plattenartigen Joch aus einem weichmagnetischen Material, das zwischen benachbarten Permanentmagneten angeordnet ist; und einen hohlen Anker mit einer Fläche und einer anderen Fläche, die dem Bewegungselement zugewandt sind, wobei sowohl die genannte eine als auch die genannte andere Fläche mit einem Magnetpolzahn aus einem weichmagnetischen Material versehen ist, wobei der Magnetpolzahn der genannten einen Fläche sich hinsichtlich des elektrischen Winkels um 180° von dem Magnetpolzahn der genannten anderen Fläche unterscheidet und derart angeordnet ist, dass er jeweils jedem zweiten Joch gegenüberliegt, wobei der Anker einen Kern aus einem weichmagnetischen Material aufweist, der als Rückschlusspfad für den Magnetfluss dient, um so die Außenseite einer Gruppe von Magnetpolzähnen, welche den Magnetpolzahn auf der genannten einen Fläche umfasst, und einer anderen Gruppe von Magnetpolzähnen, welche den Magnetpolzahn auf der genannten anderen Fläche umfasst, abzudecken, und wobei eine Antriebsspule zum Aufbringen einer treibenden magnetomotorischen Kraft kollektiv um jede der Magnetpolzahngruppen gewunden ist, wobei das flache, plattenartige Bewegungselement sich durch den hohlen Anker erstreckt.
2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetpolzahn an seinem dem Bewegungselement nahen oberen Ende in Bewegungsrichtung gesehen kleiner bemessen ist als an seinem von dem Bewegungselement entfernten Basisende.
3. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus weichmagnetischem Material in einem Bereich, welcher dem Magnetpolzahn des Ankers gegenüberliegt, durch ein nicht magnetisches Material ersetzt ist, das leichter als das weichmagnetische Material ist.
4. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetpolzahngruppe in zwei Gruppen unterteilt ist, und dass der Abstand zwischen den beiden Gruppen als der Abstand bestimmt ist, der sich ergibt, wenn eine halbe Wellenlänge einer Haupt-Rastkraft-Oberschwingungskomponente zu dem Abstand zwischen anderen Magnetpolzähnen addiert oder von diesem subtrahiert wird.
5. Linearmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt-Rastkraft-Oberschwingungskomponente der sechsten Ordnung entspricht, und dass ein Zwölftel einer Feldperiodenlänge addiert oder subtrahiert wird.
6. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Dimensionen des Permanentmagneten, des Jochs und der Magnetpolzähne als M, Y und T gegeben sind, die Bedingung Y < M < T erfüllt ist.

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