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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrom-Linearmotor (DC-Linearmotor), der zum Positionieren einer Linse oder Ähnlichem geeignet ist, und bezieht sich insbesondere auf einen Gleichstrom-Linearmotor, der in der Lage ist, das Positionieren mit hoher Reaktionsfreudigkeit und hoher Präzision durchzuführen.
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Stand der Technik
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Linearaktuatoren, die einen Schwingspulenmotor benutzten, um u. a. eine Linse mit hoher Reaktionsfreudigkeit zu bewegen und zu fokussieren, sind weit verbreitet. Im dem im Patentdokument 1 offenbarten Linearaktuator, ist das Zentrum einer Linearführung zum Führen eines beweglichen Elements, das eine lineare Hin- und Herbewegung ausführt, mit dem Schwerpunkt des beweglichen Elements ausgerichtet, wodurch die Haltbarkeit und Präzision der Positionierung verbessert werden.
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Der im Patentdokument 1 offenbarte Linearaktuator hat eine Spule und eine Spulenanordnung mit einem rechteckigen Spulenrahmen zum Abstützen der Spule. Eine Linearführung, ein Rahmen zum Befestigen einer Linse, ein Sensor zum Detektieren der Position des beweglichen Elements und andere Bauteile sind innerhalb des Spulenrahmens angeordnet.
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Dokumente des Standes der Technik
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: JP 2008-35645 A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Im Linearaktuator gemäß Patentdokument 1 sind die Komponenten innerhalb der rechteckigen Spulenanordnung installiert. Daher ist die Spulenanordnung relativ groß und ihre Steifigkeit kann daher vermindert sein. Wenn der Linsenrahmen, der Sensor oder eine andere bewegliche Komponente durch eine Schubkraft, die zwischen der Spulenanordnung und einem statorseitigen Permanentmagneten erzeugt wird, bewegt werden, kann sich die rechteckige Spulenanordnung verformen, ohne der Schubkraft zu widerstehen. Wenn sich die rechteckige Spulenanordnung verformt, während eine bewegliche Komponente bewegt wird, kann eine leichte Verzögerung der Bewegung der beweglichen Komponente auftreten und die Reaktionsfreudigkeit kann reduziert werden. Darüber hinaus kann in der Spulenanordnung Resonanz auftreten, und die Reaktionsfreudigkeit und Präzision des Positionierens der beweglichen Komponente kann reduziert werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gleichstrom-Linearmotor bereitzustellen, der es ermöglicht, die Steifigkeit eines beweglichen Elements zu erhöhen und das Positionieren mit hoher Reaktionsfreudigkeit und hoher Präzision durchzuführen.
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Mittel zum Lösen der Aufgaben
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Um die zuvor beschriebenen Aufgaben zu lösen, ist ein Gleichstrom-Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist:
ein verschiebbares Element bzw. Gleitstück, auf dem ein zu bewegendes Objekt angebracht ist;
eine Linearführung zum Abstützen des Gleitstücks, um es diesem zu erlauben, entlang einer sich linear erstreckenden Führungsschiene zu gleiten;
ein bewegliches Motorelement mit einer ersten Antriebsspule und einer zweiten Antriebsspule, wobei das bewegliche Motorelement an dem Gleitstück angebracht ist;
einen Motorstator mit einem ersten Antriebsmagneten und einem zweiten Antriebsmagneten, um zu bewirken, dass eine magnetische Antriebskraft zwischen der ersten und der zweiten Antriebsspule erzeugt wird, wobei die magnetische Antriebskraft in der Gleitrichtung entlang der Führungsschiene erzeugt wird;
eine Erkennungseinheit zum Erkennen der Position des Gleitstücks in der Bewegungsrichtung; und
ein Basiselement, an dem die Linearführung, der Motorstator und die Erkennungseinheit angebracht sind,
wobei die erste Antriebsspule und die zweite Antriebsspule zylindrische Spulen identischer Größe und Form sind, deren Spulenwindungen in Form eines Zylinders um eine Spulenzentralachse gewickelt sind, die sich parallel zur Gleitrichtung erstreckt;
wobei die erste Antriebsspule und die zweite Antriebsspule an Positionen angeordnet sind, die beidseitig symmetrisch um die Zentralachse des Motors sind, die durch das Zentrum des Gleitstücks verläuft und die sich parallel zur Gleitrichtung erstreckt;
wobei der erste Antriebsmagnet und der zweite Antriebsmagnet der ersten Antriebsspule und der zweiten Antriebsspule an Positionen gegenüberliegen, die beidseitig symmetrisch um die Motorzentralachse sind;
wobei die erste Führungsschiene auf einer Seite einer Ebene angeordnet ist, welche die beiden Spulenzentralachsen der ersten und der zweiten Antriebsspule enthält, und die Erkennungseinheit auf der anderen Seite der Ebene angeordnet ist, welche die beiden Spulenzentralachsen der ersten und der zweiten Antriebsspule enthält.
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Im Gleichstrom-Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung sind zylinderförmige erste und zweite Spulen und ein erster und ein zweiter Antriebsmagnet an Positionen angeordnet, die beidseitig symmetrisch zu einer Motorzentralachse sind, die durch das Zentrum eines Gleitstücks verläuft, auf dem eine Linse und ein anderes zu bewegendes Objekt angebracht ist. Die bewegungsseitigen ersten und zweiten Antriebsspulen sind auf den beiden Seiten des Gleitstücks positioniert. Dementsprechend können die erste und die zweite Spule unabhängig vom Gleitstück, der Linearführung, der Erkennungseinheit und andere Elemente und unabhängig von ihrer Form, Größe, Position und andere Eigenschaften dieser Elemente konstruiert werden. Als ein Ergebnis können die erste und die zweite Antriebsspule einfach mit ausreichender Steifigkeit ausgebildet werden, so dass die Antriebsspulen nicht deformiert werden, wenn das Gleitstück durch die magnetische Antriebskraft bewegt wird. Darüber hinaus sind die erste und die zweite Antriebsspule und der erste und der zweite Antriebsmagnet einfach so zu entwerfen, dass die für das Gleitstück benötigte Schubkraft erhalten werden kann. In der vorliegenden Erfindung wird die magnetische Antriebskraft an Positionen erzeugt, die in Bezug auf die Motorzentralachse, die durch das Zentrum des Gleitstücks verläuft, eine zweiseitig symmetrische Beziehung haben. Darüber hinaus sind die Linearführung und die Erkennungseinheit in einer Richtung, die rechtwinklig zu der Richtung ist, in der die erste und die zweite Antriebsspule angeordnet sind, an beiden Enden des Gleitstücks angeordnet. Dementsprechend können ein Element, das an dem Gleitstück angebracht ist und das sich entlang der Linearführung bewegt, und ein Element, das auf Seiten des Gleitstücks an der Erkennungseinheit angebracht ist, einfach so angeordnet werden, dass sie in Bezug auf das Gleitstück gut ausbalanciert sind.
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Es ist demzufolge einfach, ein Konstruktion zu erhalten, in der das Zentrum der Schubkraft, die durch die magnetische Antriebskraft dazu gebracht wird, in Bewegungsrichtung auf das Gleitstück einzuwirken, mit dem Schwerpunkt des Gleitstücks ausgerichtet ist. Durch Ausrichten des Zentrums der Schubkraft in Bewegungsrichtung mit dem Schwerpunkt ist es möglich, das Aufbringen übermäßiger Spannung auf die Linearführung, die das Gleitstück beweglich abstützt, zu vermeiden oder zu unterdrücken und den Bewegungswiderstand zwischen dem Gleitstück und der Linearführung zu reduzieren. Dies ermöglicht es, zu bewirken, dass sich das Gleitstück mit hoher Reaktionsfreudigkeit bewegt, und das Gleitstück mit hoher Präzision zu positionieren. Da in der Linearführung oder anderen Elementen keine übermäßige Spannung erzeugt wird, wird auch die Lebensdauer an diesen Stellen verbessert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Frontansicht, eine Bodenansicht und eine Seitenansicht eines Gleichstrom-Linearmotors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gleichstrom-Linearmotors aus 1 von vorne betrachtet und eine perspektivische Ansicht desselben von hinten;
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3 zeigt eine Schnittansicht des Gleichstrom-Linearmotors aus 1 entlang der Linie A-A, eine Schnittansicht desselben entlang der Linie B-B, und eine Schnittansicht desselben entlang der Linie C-C;
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4 ist eine perspektivische Ansicht des Gleichstrom-Linearmotors aus 1, wobei der bewegliche Bereich herausgezogen ist;
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5 ist eine schematische Längsschnittansicht, die Hauptbereiche einer Abwandlung des Gleichstrom-Linearmotors aus 1 zeigt;
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6 ist eine perspektivische Ansicht eines Gleichstrom-Linearmotors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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7 zeigt eine Frontansicht, eine Draufsicht, eine Bodenansicht und eine linksseitige Ansicht des Gleichstrom-Linearmotors aus 6; und
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8 zeigt eine Längsschnittansicht des Gleichstrom-Linearmotors aus 6 entlang der Linie a-a, eine horizontale Schnittansicht desselben entlang der Linie b-b, eine Rückansicht desselben, eine Schnittansicht desselben entlang der Linie d-d, und eine Schnittansicht entlang der Linie e-e.
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Art die Erfindung auszuführen
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Ein Ausführungsbeispiel eines Gleichstrom-Linearmotors, in dem die vorliegende Erfindung benutzt wird, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Der im Folgenden beschriebene Gleichstrom-Linearmotor wird als ein eine Linse bewegender Linearaktuator, z. B. zum Fokussieren einer Linse, verwendet. Es ist offensichtlich, dass der Linearmotor der vorliegenden Erfindung auch benutzt werden kann, um zu bewirken, dass ein anderes Objekts als eine Linse so bewegt wird, dass es eine lineare Hin- und Herbewegung ausführt.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Die 1(a), (b) und (c) sind eine Frontansicht, eine Bodenansicht und eine Seitenansicht eines Gleichstrom-Linearmotors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die 2(a) und (b) sind perspektivische Ansichten des Gleichstrom-Linearmotors von vorne und von hinten. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird der Gleichstrom-Linearmotor im Folgenden in Übereinstimmung mit der in den Zeichnungen gezeigten Orientierung beschrieben, wobei X die Breitenrichtung des Motors, Y die Vertikalrichtung des Motors und Z die Längsrichtung des Motors beschreibt.
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Wie in diesen Zeichnungen gezeigt, hat der Gleichstrom-Linearmotor 1 insgesamt die Form eines rechteckigen Parallelepipeds, dessen hintere Fläche durch eine Grundplatte 2 mit konstanter Dicke definiert wird, die einen rechteckigen Umfang hat. Die feststehenden strukturellen Komponenten des Gleichstrom-Linearmotors 1 sind an der Grundplatte 2 befestigt.
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Eine Linearführung 3, die eine feststehendes Bauteil ist, ist an der Grundplatte 2 befestigt. Die Linearführung 3 erstreckt sich von dem Zentrum der Grundplatte 2 in Breitenrichtung (X-Richtung) des Motors entlang der Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors. Die Linearführung 3 umfasst eine lineare Platte 4 und eine an ihrer Oberfläche angebrachte Führungsschiene 5. Ein Gleitstück 6, das ein bewegungsseitiges Bauteil des Gleichstrom-Linearmotors 1 ist, ist in einem Zustand an der Linearführung 3 angebracht, in der sich das Gleitstück 6 entlang der Führungsschiene 5 in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors verschieben kann. Das Gleitstück 6 umfasst einen Schlitten 7, der verschiebbar an der Führungsschiene 5 angebracht ist, und einen Linsenrahmen 8, der die Form eines rechteckigen Parallelepipeds hat und oberhalb des Schlittens 7 befestigt ist. Eine kreisförmige Öffnung 8a verläuft durch das, in Bezug auf die Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors betrachtet, Zentrum durch den Linsenrahmen 8. Eine Linse 9 ist konzentrisch in der kreisförmigen Öffnung 8a befestigt. Eine kreisförmige Öffnung 2a (siehe 2(b)) ist im zentralen Bereich der Grundplatte 2 ausgebildet, wodurch ein optischer Pfad ausgebildet wird, der sich über die Linse 9 in der Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors durch den Gleichstrom-Linearmotor 1 erstreckt.
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Die 3(a) bis 3(c) sind Schnittansichten des Gleichstrom-Linearmotors entlang der Linien A-A, B-B und C-C. 4 ist eine perspektivische Ansicht des Gleichstrom-Linearmotors 1, wobei dessen bewegungsseitiger Bereich herausgezogen ist.
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Die folgende Beschreibung bezieht sich auf diese Zeichnungen. Ein bewegliches Motorelement 10 des Gleichstrom-Linearmotors 1 ist an dem Gleitstück 6 angebracht. Das bewegliche Motorelement 10 hat eine erste Antriebsspule 11, die in Bezug auf die Breitenrichtung (X-Richtung) des Motors auf einer Seite des Gleitstücks 6 angeordnet ist, und eine zweite Antriebsspule, die in Bezug auf die Breitenrichtung (X-Richtung) des Motors auf der anderen Seite des Gleitstücks 6 angeordnet ist. Die erste und die zweite Antriebsspule 11, 12 sind an Positionen angeordnet, die in Bezug auf eine Motorzentralachse 1a beidseitig symmetrisch sind. Die Motorzentralachse 1a verläuft durch das Zentrum der kreisförmigen Öffnung 8a, die das Zentrum des Gleitstücks 6 ist, und erstreckt sich in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors, welches die Richtung ist, in der sich das Gleitstück 6 bewegt.
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Ein Motorstator 13 des Gleichstrom-Linearmotors 1 hat mehrere erste Antriebsmagnete 14 und mehrere zweite Antriebsmagnete 15. Die ersten Antriebsmagnete 14 und die zweiten Antriebsmagnete 15 sind in Bezug auf die Motorzentralachse 1a beidseitig symmetrisch angeordnet. Wenn die erste und die zweite Antriebsspule 11, 12 mit Energie versorgt werden, wird eine magnetische Antriebskraft zwischen der ersten und der zweiten Antriebsspule 11, 12 und den ersten und den zweiten Antriebsmagneten 14, 15 erzeugt, wobei die magnetische Antriebskraft in der Bewegungsrichtung Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors entlang der Führungsschiene 5 erzeugt wird.
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An dem Gleichstrom-Linearmotor 1 ist eine Erkennungseinheit 16 zum Erkennen der Bewegungsposition des Gleitstücks 6 angebracht. Die Erkennungseinheit 16 umfasst eine bewegungsseitige Erkennungseinheit 17, die auf der Oberseite des Gleitstücks 6 angebracht ist, und eine feststehende Erkennungseinheit 18, die an der Grundplatte 2 angebracht ist, wie aus den 2 und 4 ersichtlich. Die feststehenden Erkennungseinheit 18 ist auf einer Sensorplatte 19 angebracht, die an der Grundplatte 2 befestigt ist. Die Erkennungseinheit 16 ist ein optischer Positionsdetektor, der z. B. eine lichtaussendende Einheit, die auf der bewegungsseitigen Erkennungseinheit 17 angebracht ist, und eine Lichtempfangseinheit, die an der feststehenden Erkennungseinheit 18 angebracht ist, umfasst.
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Die beweglichen Komponenten des Gleichstrom-Linearmotors 1 umfassen das Gleitstück 6, die darauf angebrachte Linse 9, das bewegliche Motorelement 10 und die bewegungsseitige Erkennungseinheit 17. Die feststehenden Komponenten des Gleichstrom-Linearmotors 1 umfassen die Linearführung 3, die an der Grundplatte 2 angebracht ist, den Motorstator 13 und die feststehende Erkennungseinheit 18.
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Der Aufbau des beweglichen Motorelements 10 und des Motorstators 13 werden nun weiter beschrieben. Zunächst wird das bewegliche Motorelement 10 beschrieben. Die erste Antriebsspule 11 des beweglichen Motorelements 10 ist eine zylindrische Spule, deren Spulenwindungen in zylindrischer Form um eine Spulenzentralachse 11 gewickelt sind, die sich parallel zur Bewegungsrichtung des Gleitstücks 6 Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors erstreckt. Im vorliegenden Beispiel ist ein erster zylindrischer Spulenrahmen 21, der ein nichtmagnetisches Material umfasst, an einer Seitenfläche des Linsenrahmens 8 angebracht. Eine Spulenwindung ist entlang einer kreisförmigen äußeren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Spulenrahmens 21 gewickelt. Die zweite Antriebsspule 12 ist ähnlich aufgebaut. Die zweite Antriebsspule 12 ist eine zylindrische Spule, deren Spulenwindungen in einer zylindrischen Form um eine Spulenzentralachse 12a gewickelt sind, die sich parallel zur Bewegungsrichtung des Gleitstücks 6 (Längsrichtung bzw. Z-Richtung des Motors) erstreckt. Ein zweiter zylindrischer Spulenrahmen 22, der ein nichtmagnetisches Material umfasst, ist an der anderen Seitenfläche des Linsenrahmens 8 angebracht. Eine Spulenwindung ist entlang einer kreisförmigen äußeren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Spulenrahmens 22 gewickelt.
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Die erste und die zweite Antriebsspule 11, 12 sind zylindrische Spulen identischer Form und Größe.
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Wie zuvor beschrieben sind die erste Antriebsspule 11 und die zweite Antriebsspule 12 an Positionen angeordnet, die in Breitenrichtung (X-Richtung) des Motors zweiseitig symmetrisch um eine Motorzentralachse 1a sind, die sich parallel zur Bewegungsrichtung Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors durch das Zentrum des Gleitstücks 6 (Zentrum der kreisförmigen Öffnung 8a) erstreckt.
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Als Nächstes wird der Motorstator 13 beschrieben. Der erste Antriebsmagnet 14 und der zweite Antriebsmagnet 15 des Motorstators 13 entsprechen der ersten und der zweiten Antriebsspule 11, 12 und sind an Positionen angeordnet, die in Bezug auf die Motorzentralachse 1a beidseitig symmetrisch sind. Der Motorstator 13 umfasst ein erstes und ein zweites äußeren Joch 23, 24 sowie ein erstes und ein zweites inneres Joch 25, 26. Das erste und das innere Joch 23, 24 sind an Positionen angeordnet, die in Bezug auf die Motorzentralachse 1a beidseitig symmetrisch sind, und haben eine identische Form und Größe. Genauso haben das erste und das zweite innere Joch 25, 26 die gleiche Form und Größe und sind an Positionen angeordnet, die in Bezug auf die Motorzentralachse 1a beidseitig symmetrisch sind.
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Das erste äußere Joch 23 hat insgesamt die Kontur eines rechteckigen Parallelepipeds und einen Schichtaufbau aus geschichteten ferromagnetischen Platten. Das erste äußere Joch 23 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen ersten Jochbereich 23A, einen zweiten Jochbereich 23B und einen dritten Jochbereich 23C identischer Form, die mit der Vorder- und Rückseite des ersten Jochbereichs 23A verbunden sind. Das hintere Ende des dritten Jochbereichs 23C auf der, in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors, Rückseite ist an der Grundplatte 2 befestigt, und ein erster Endjoch 27 mit identischem Umfang ist an der Vorderseite des zweiten Jochbereichs 23B auf der, in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors, Vorderseite befestigt.
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Wie aus der 4 ersichtlich, erstreckt sich ein hohler Bereich mit kreisförmigen Querschnitt in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors durch das Innere des ersten äußeren Jochs 23, das wie zuvor beschrieben aufgebaut ist. Die kreisförmige Innenumfangsfläche des hohlen Bereichs öffnet sich auf Seiten des Gleitstücks 6. Der erste zylindrische Spulenrahmen 21, auf dem die erste Antriebsspule 11 installiert ist, ist koaxial in den hohlen Bereich einführt. Eine kreisförmige Jochinnenumfangsfläche 23a des ersten Jochbereichs 23A, die den hohlen Bereich begrenzt, liegt der ersten Antriebsspule 11 in einem festen Abstand gegenüber. Die kreisförmigen Jochinnenumfangsflächen 23b des zweiten Jochbereichs 23B und des dritten Jochbereichs 23C, die vor und hinter dem ersten Jochbereich 23A angeordnet sind, haben einen größeren Innendurchmesser als die kreisförmige Jochinnenumfangsfläche 23a. Daher liegen die kreisförmigen Jochinnenumfangsflächen 23b des zweiten und des dritten Jochbereichs 23B, 23C der kreisförmigen Außenumfangsfläche des ersten inneren Jochs 25 in einem Abstand gegenüber, der größer als der Abstand zwischen dem ersten Jochbereich 23A und der kreisförmigen Außenumfangsfläche des ersten inneren Jochs 25 ist. Dies verhindert einen Kurzschluss des magnetischen Flusses zwischen dem beweglichen Motorelement 10 und dem Motorstator 13.
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Mehrere (z. B. fünf) erste Antriebsmagnete 14 sind in den ersten Jochbereich 23A eingebettet, dabei sind die ersten Antriebsmagnete 14 in Umfangsrichtung des ersten Jochbereichs 23A in gleichwinkligen Abständen entlang seiner kreisförmigen Jochinnenumfangsfläche 23a angeordnet. Im vorliegenden Beispiel erstreckt sich der erste Antriebsmagnet 14, der einen abgeflachten rechteckigen Querschnitt hat, im Wesentlichen über die gesamte Länge des ersten Jochbereichs 23A in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors. Die ersten Antriebsmagnete 14 sind auf der Innenseite der kreisförmigen Jochinnenumfangsfläche 23a in einer Orientierung angeordnet, die sich in Richtung einer Tangente erstreckt, die an den nächstliegenden Punkt auf der kreisförmigen Jochinnenumfangsfläche 23a gezogen ist. Das erste innere Joch 25 erstreckt sich koaxial durch den hohlen Bereich in der ersten Antriebsspule 11, das hintere Ende des ersten inneren Jochs 25 ist an der Grundplatte 2 befestigt und die vordere Stirnfläche 25a des ersten inneren Jochs 25 liegt durch eine kreisförmige Durchgangsöffnung 27a, die im ersten Endjoch 27 ausgebildet ist, nach vorne frei.
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Das zweite äußere Joch 24 hat denselben Aufbau wie das erste innere Joch 23. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das zweite äußere Joch 24 einen ersten Jochbereich 24A, einen zweiten Jochbereich 24B und einen dritten Jochbereich 24C identischer Form, die mit der Vorder- und Rückseite des ersten Jochbereichs 24A verbunden sind. Ein hinteres Ende des dritten Jochbereichs 24C auf der, in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors, Rückseite ist an der Grundplatte 2 befestigt, und ein zweites Endjoch 28 mit identischem Umfang ist am vorderen Ende des zweiten Jochbereichs 24B auf der, in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors, Vorderseite befestigt.
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Ein hohler Bereich mit kreisförmigem Querschnitt erstreckt sich in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors durch das Innere des zweiten äußeren Jochs 24. Die kreisförmige Innenumfangsfläche des hohlen Bereichs öffnet sich auf Seiten des Gleitstücks 6. Der zweite zylindrische Spulenrahmen 22, auf dem die zweite Antriebsspule 12 installiert ist, ist koaxial in den hohlen Bereich eingeführt. Eine kreisförmige Jochinnenumfangsfläche 24a des ersten Jochbereichs 24A, die den hohlen Bereich begrenzt, ist in einem festen Abstand der zweiten Antriebsspule 12 gegenüberliegend angeordnet. Kreisförmige Jochinnenumfangsflächen 24b des zweiten Jochbereichs 24B und der dritte Jochbereich 24C, die vor und hinter dem ersten Jochbereich 24A angeordnet sind, haben einen größeren Innendurchmesser als die kreisförmige Jochinnenumfangsfläche 24a. Daher liegen die kreisförmigen Jochinnenumfangsflächen 24b des zweiten und des dritten Jochbereichs 24B, 24C der kreisförmigen Außenumfangsfläche des zweiten inneren Jochs 26 in einem Abstand gegenüber, der größer als der Abstand zwischen dem ersten Jochbereich 24A und der kreisförmigen Außenumfangsfläche des zweiten inneren Jochs 26 ist. Dies verhindert ein Kurzschließen des magnetischen Flusses zwischen dem beweglichen Motorelement 10 und dem Motorstator 13.
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Mehrere (z. B. fünf) zweite Antriebsmagnete 15 sind in den ersten Jochbereich 24A eingebettet, wobei die zweiten Antriebsmagnete 15 in Umfangsrichtung in gleichen Winkelabständen entlang seiner kreisförmigen Jochinnenumfangsfläche 24a im ersten Jochbereich 24A angeordnet sind. Die zweiten Antriebsmagnete 15, die einen abgeflachten rechteckigen Querschnitt haben, erstrecken sich in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors im Wesentlichen über die gesamte Länge des ersten Jochbereichs 24A. Die zweiten Antriebsmagnete 15 sind auf der Innenseite der kreisförmigen Jochinnenumfangsfläche 24a in einer Ausrichtung angeordnet, die sich in Richtung einer Tangente erstreckt, die an den nächstliegenden Punkt auf der kreisförmigen Jochinnenumfangsfläche 24a gezogen ist.
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Das zweite innere Joch 26 erstreckt sich koaxial durch den hohlen Bereich in der zweiten Antriebsspule 12. Das hintere Ende des zweiten inneren Jochs 26 ist an der Grundplatte 2 befestigt, und die vordere Stirnfläche 26a des zweiten inneren Jochs 26 liegt durch eine kreisförmige Durchgangsöffnung 28a, die im zweiten Stirnjoch 28 ausgebildet ist, zur Vorderseite frei.
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Wie in der 3 gezeigt, sind Stoppelemente 30, 31, die ein Puffermaterial enthalten, jeweils a einer Stelle, die sich in Längsrichtung zwischen dem ersten inneren Joch 25 und dem ersten äußeren Joch 23 befindet, und an einer Stelle, die sich in Längsrichtung zwischen dem zweiten inneren Joch 26 und dem zweiten äußeren Joch 24 befindet, angeordnet. Insbesondere ist ein Stoppelement 30 zwischen dem ersten inneren Joch 25 und dem zweiten Jochbereich 23B des ersten äußeren Jochs 23 angeordnet, und ein Stoppelement 31 ist zwischen dem ersten inneren Joch 25 und einem dritten Jochbereich 23C des ersten äußeren Jochs 23 angeordnet. Ähnlich ist ein Stoppelement zwischen dem zweiten inneren Joch 26 und dem zweiten Jochendbereich 24B des zweiten äußeren Jochs 24 angeordnet und ein Stoppelement 31 ist zwischen dem zweiten inneren Joch 26 und dem dritten Jochbereich 24C des zweiten äußeren Jochs 24 angeordnet. Die vorderen Stoppelemente 30 sind an dem ersten und dem zweiten Endjoch 27, 28 angebracht, und die hinteren Stoppelemente 31 sind an der Grundplatte 2 angebracht. Das bewegliche Motorelement 10 (Gleitstück 6) kann sich in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors zwischen den vorderen und hinteren Stoppelementen 30, 31 bewegen.
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Als Nächstes ist, wie aus den 1(a), 3(a) und 3(b) ersichtlich, die Linearführung 3 auf einer Seite einer Ebene P angeordnet, welche die beiden Spulenzentralachsen 11a, 12a der ersten und der zweiten Antriebsspulen 11, 12 des Gleichstrom-Linearmotors 1 enthält, und die Erkennungseinheit 16 ist auf der anderen Seite dieser Ebene P angeordnet. Insbesondere ist der Schlitten 7 in Bezug auf die Vertikalrichtung (Y Richtung) des Motors auf einer Seite des Gleitstücks 6 angeordnet, und die bewegungsseitige Erkennungseinheit 17 ist in Bezug auf die Vertikalrichtung (Y Richtung) des Motors auf der anderen Seite des Gleitstücks 6 angebracht.
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Die erste und die zweite Antriebsspule 11, 12 des beweglichen Motorelements 10 sind in Bezug auf die Breitenrichtung (X-Richtung) des Motors in einem beidseitig symmetrischen Zustand auf beiden Seiten des Gleitstücks 6 angebracht. Aufgrund der magnetischen Antriebskraft, die zwischen den ersten und den zweiten Antriebsmagneten 14, 15 des Motorstators 13 und der ersten und der zweiten Antriebsspule 11, 12 des beweglichen Motorelements 10 erzeugt wird, wirkt in Gleitrichtung eine Schubkraft auf das Gleitstück 6. Das Zentrum der Schubkraft, die auf das Gleitstück 6 wirkt, befindet sich oberhalb der Zentralachse 1a des Motors, und der Schwerpunkt des beweglichen Motorelements 10 befindet sich auf der Zentralachse 1a des Motors (dem Zentrum des Gleitstücks 6). Daher sind der Schlitten 7 und die bewegungsseitige Erkennungseinheit 17, die in der Vertikalrichtung auf beiden Seiten des Gleitstücks 6 angeordnet sind, gut ausbalanciert, wobei die Position des Schwerpunkts des Gleitstücks 6 an seinem Zentrum (auf der Motorzentralachse 1a) positioniert sein kann. Dies ermöglicht es, zu bewirken, dass sich das Gleitstück 6 mit hoher Reaktionsfreudigkeit bewegt, und das Gleitstück 6 mit hoher Präzision zu positionieren, ohne dass eine übermäßige Spannung auf die Linearführung oder andere Elemente wirkt, während sich das Gleitstück 6 bewegt. Da das Erzeugen übermäßiger Spannung in den Bauteilen vermieden werden kann, ist es auch möglich, die Haltbarkeit zu verbessern.
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Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels
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5 ist eine schematische horizontale Schnittansicht, welche die Hauptkomponenten eines Gleichstrom-Linearmotors gemäß einer Abwandlung des zuvor beschriebenen Gleichstrom-Linearmotors 1 zeigt. Der Gleichstrom-Linearmotor 1A entsprechend der Abwandlung hat im Wesentlichen denselben Aufbau wie der zuvor beschriebene Gleichstrom-Linearmotor 1. Dementsprechend haben Komponenten des Gleichstrom-Linearmotors 1A, die Komponenten des Gleichstrom-Linearmotors 1 entsprechen, dieselben Bezugszeichen und werden nicht erneut beschrieben.
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Im Gleichstrom-Linearmotor 1A sind erste und zweite Antriebsmagnete 14A, 15A des Motorstators 13 aus C-förmigen Magneten mit konstanter Dicke und Breite ausgebildet. Insbesondere ist der erste Antriebsmagnet 14A, der einen auf Seiten des Gleitstücks 6 offenen C-förmigen Magneten umfasst, konzentrisch an der kreisförmigen Innenumfangsfläche 23a des Jochbereichs 23A des ersten äußeren Jochs 23 befestigt. Der erste Antriebsmagnet 14A hat z. B. eine bogenförmige Form, die sich im Wesentlichen über 270° erstreckt, wobei eine kreisförmige Innenumfangsfläche 14a des ersten Antriebsmagneten 14A der ersten Antriebsspule 11 in einem konstanten Abstand gegenüberliegt.
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Ähnlich ist ein zweiter Antriebsmagnet 15A, der einen auf Seiten des Gleitstücks 6 offenen C-förmigen Magneten umfasst, konzentrisch an der kreisförmigen Innenumfangsfläche 24a des Jochbereichs 24A des zweiten äußeren Jochs 24 befestigt. Der zweite Antriebsmagnet 15A hat z. B. eine bogenförmige Form, die sich im Wesentlichen über 270° erstreckt, wobei eine kreisförmige Innenumfangsfläche 15a des zweiten Antriebsmagneten 15A der zweiten Antriebsspule 12 in einem festen Abstand gegenüberliegt.
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Der erste und der zweite Antriebsmagnet 14A, 15A haben eine identische Form und Größe und sind in einem beidseitig symmetrischen Zustand an Positionen angeordnet, die in Bezug auf die Zentralachse 1a des Motors beidseitig symmetrisch sind.
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Der Gleichstrom-Linearmotor 1A, der wie zuvor beschrieben aufgebaut ist, ermöglicht denselben Betrieb und erreicht dasselbe Resultat wie der zuvor beschriebene Gleichstrom-Linearmotor.
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In den zuvor beschriebenen Gleichstrom-Linearmotoren 1, 1A sind das erste und das zweite äußere Joch 23, 24 als Schichtstrukturen mit ferromagnetischen Platten aufgebaut. Das erste und das zweite äußere Joch 23, 24 können jedoch stattdessen auch als integrale Objekte mit integriertem Aufbau, z. B. gesinterten Formteilen bzw. Presskörpern, aufgebaut sein. Auch in diesem Fall werden der gleiche Betrieb und der gleiche Effekt wie in den Fällen der zuvor beschriebenen Gleichstrom-Linearmotoren 1, 1A erreicht.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 ein Gleichstrom-Linearmotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Gleichstrom-Linearmotors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Frontansicht.
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Die 7(a) bis 7(d) sind jeweils eine Frontansicht, eine Draufsicht, eine Ansicht von unten und eine linksseitige Ansicht des Gleichstrom-Linearmotors.
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8(a) bis (e) sind jeweils eine vertikale Schnittansicht des Gleichstrom-Linearmotors entlang der Linie a-a, eine horizontale Schnittansicht desselben entlang der Linie b-b, eine Rückansicht desselben, eine Schnittansicht desselben entlang der Linie d-d und eine Schnittansicht desselben entlang der Linie e-e. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit der Beschreibung wird der Gleichstrom-Linearmotor im Folgenden in Übereinstimmung mit der Orientierung des Motoraufbaus in den Zeichnungen beschrieben, wobei X die Breitenrichtung des Motors, Y die Vertikalrichtung des Motors und Z die Längsrichtung des Motors bezeichnet.
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Der Gleichstrom-Linearmotor 100 hat insgesamt die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds, dessen Motorrahmen 101 eine Bodenplatte 102 konstanter Dicke mit einem rechteckigen Umfang und eine Rückplatte 104 konstanter Dicke mit einem rechteckigen Umfang umfasst. Auf der Bodenplatte 102 ist ein rechteckiger Seitenplattenbereich 105 konstanter Breite und Dicke ausgebildet. Der Seitenplattenbereich 105 erstreckt sich, wenn er von vorne betrachtet wird, vom linksseitigen Endbereich der Bodenplatte 102 nach oben, wobei er in einem rechten Winkel abgewinkelt ist. Das hintere Ende des Seitenplattenbereichs 105 ist durch eine Befestigungsschraube 103 fest an der Rückplatte 104 befestigt (siehe 8(c)).
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Eine Linearführung 106 ist auf einer vertikalen Seitenfläche 105a innerhalb des Seitenplattenbereichs 105 des Motorrahmens 102 angeordnet. Die Linearführung 106 ist aus einer Führungsschiene 107, die eine feststehende Komponente ist, und einem Schlitten 108 aufgebaut, der eine bewegungsseitige Komponente ist. Die Führungsschiene 107 ist durch eine Befestigungsschraube 109 an der senkrechten Seitenfläche 105a des Seitenplattenbereichs 105 befestigt. Die Führungsschiene 107 ist an einer Position auf der senkrechten Seitenfläche 105 angeordnet, die sich in einer vorgegebenen Höhe oberhalb der Ebene 102a der Bodenplatte 102 befindet, wobei sich die Führungsschiene 107 horizontal in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors vom vorderen Ende der rechtwinkligen Seitenfläche 105a zur Rückplatte 104 erstreckt. Der Schlitten 108 greift in einen Zustand in die Führungsschiene 107 ein, in dem der Schlitten 108 in der Lage ist, sich in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors entlang der Führungsschiene 107 zu bewegen.
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Auf dem Schlitten 108 ist eine flache vertikale Fläche 108, die sich in Vertikalrichtung (Y-Richtung) des Motors und in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors erstreckt, ausgebildet. Ein Linsenrahmen 110 (Schlittenrahmen) ist auf der vertikalen Fläche 108 angebracht. Der Linsenrahmen 110 umfasst: eine senkrechte Bodenplatte 111 konstanter Dicke mit einem rechteckigen Umfang, die sich in Längsrichtung des Motors erstreckt; eine senkrechte Frontplatte 112 konstanter Dicke mit einem rechteckigen Umfang, die sich vom vorderen Ende der senkrechte Bodenplatte 111 in der Breitenrichtung (X-Richtung) des Motors erstreckt; und eine senkrechte hintere Platte 113 konstanter Dicke mit einem rechteckigen Umfang, die sich vom hinteren Ende der senkrechten Bodenplatte 111 in der Breitenrichtung (X-Richtung) des Motors erstreckt. Die senkrechte Bodenplatte 111 ist durch eine Befestigungsschraube 114 an der vertikalen Fläche 108a des Schlittens 108 befestigt.
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Eine kreisförmige Öffnung 112a ist so in der senkrechte Frontplatte 112 ausgebildet, dass sie in Längsrichtung des Motors durch sie verläuft. Eine (nicht gezeigte) Linse, die ein zu bewegendes Objekt ist, ist konzentrisch in der kreisförmigen Öffnung 112a befestigt. Auch in der senkrechten hinteren Platte 113 ist eine kreisförmige Öffnung 113a koaxial mit der kreisförmigen Öffnung 112a so ausgebildet, dass sie in Längsrichtung des Motors durch sie verläuft. Es ist auch eine kreisförmige Öffnung 104a koaxial mit der kreisförmigen Öffnung 113a in der hinteren Platte 104 des Motorrahmens 101 ausgebildet. Da sich der vordere Bereich der senkrechten Frontplatte 112 im Motorrahmen 101 nach vorne öffnet, wird durch die Linse und die kreisförmigen Öffnungen 113a, 104a ein optischer Pfad geschaffen, der sich in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors durch den Gleichstrom-Linearmotor 100 erstreckt.
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Wenn der Linsenrahmen 110 von vorne betrachtet wird, ist an einer Position auf einer rechten Seite in Breitenrichtung (X-Richtung) des Motors (einer Position, die der Linearführung 106 gegenüberliegt) eine Erkennungseinheit 115 angeordnet. Die Erkennungseinheit 115 erkennt die Position des Schlittens 108 oder, genauer, die Position der an dem Linsenrahmen 110 angebrachten Linse in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors. Die Erkennungseinheit 115 umfasst eine bewegungsseitige Erkennungseinheit 116, die am Linsenrahmen 110 angebracht ist, und eine feststehende Erkennungseinheit 117, die an dem Motorrahmen 101 angebracht ist. Die Erkennungseinheit 116 ist ein optischer Positionsdetektor, der z. B. eine lichtaussendende Einheit 118, die an der bewegungsseitigen Erkennungseinheit 116 angebracht ist, und eine Lichtempfangseinheit 119, die an der feststehenden Erkennungseinheit 117 angebracht ist, umfasst.
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Die feststehende Erkennungseinheit 117 ist an einem Befestigungsflansch 121 angebracht, der durch eine Befestigungsschraube 120 an der Rückplatte 104 des Motorrahmens 101 befestigt ist. Der Befestigungsflansch 120 ist, wenn er von vorne betrachtet wird, ein Plattenelement mit einem rechteckigen Umfang, das sich entlang der Motorseitenfläche vom rechten Ende der Rückplatte 104 nach vorne erstreckt. Eine rechteckige feststehende Leiterplatte 120 ist als zusätzliche Schicht auf einer senkrechten Seitenfläche auf einer Innenseite des Befestigungsflansches 121 aufgebracht. An einer innenseitigen Fläche der feststehenden Leiterplatte 122 ist eine Lichtempfangseinheit 119 angebracht. Die bewegliche Erkennungseinheit 116 umfasst eine bewegungsseitige Leiterplatte 123 mit einem rechteckigen Umfang, welche sich zwischen den Stirnflächen der senkrechten Frontplatte 112 und der senkrechten Rückplatte 113 des Linsenrahmens 110 erstreckt, und eine lichtaussendende Einheit 118, die auf einer Fläche der bewegungsseitigen Leiterplatte 123 angebracht ist. Die lichtaussendende Einheit 180 bewegt sich in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors entlang einer Lichtempfangsfläche der Lichtempfangseinheit 119 der feststehenden Erkennungseinheit 117 an Positionen, die der Lichtempfangseinheit 119 in festen Abständen gegenüberliegen.
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Als Nächstes sind ein bewegliches Motorelement 130 und ein Motorstator 140 des Gleichstrom-Linearmotors 100 in Vertikalrichtung des Motors auf der Oberseite des Linsenrahmens 110 angeordnet. Das bewegliche Motorelement 130 umfasst eine Antriebsspule 131. Die Antriebsspule 131 ist eine zylindrische Spule mit einer Spulenwindung, die um die äußere Umfangsfläche eines zylindrischen Spulenrahmens 132 gewickelt ist. Der zylindrische Spulenrahmen 132 umfasst ein nichtmagnetisches Material und die offenen Randbereiche auf beiden Seiten (in Längsrichtung des Motors) sind in der Vertikalrichtung des Motors fest mit oberen Seitenbereichen der rechtwinkligen Frontplatte 112 und der rechtwinkligen Rückplatte 113 des Linsenrahmens 100 verbunden.
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Hierbei ist es, um das Moment in Richtung der Verschiebung, das erzeugt wird, wenn sich der Linsenrahmen 110 bewegt, zu reduzieren, vorteilhaft, das Zentrum der Motorschubkraft und den Schwerpunkt der beweglichen Komponenten so festzulegen, dass sie in Breitenrichtung (X-Richtung) des Motors miteinander ausgerichtet sind oder sich in maximaler Nähe zueinander befinden. Wenn z. B. das Zentrum der Motorschubkraft auf der Motorzentralachse (auf der Zentralachse 132a zylindrischen Spulenrahmens 132) positioniert ist, und der Schwerpunkt der beweglichen Komponenten auf der optischen Achse der an dem Linsenrahmen 110 angebrachten Linse positioniert ist, sind diese Zentren z. B. in der gleichen vertikalen Ebene Pa positioniert.
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Der Motorstator 140 des Gleichstrom-Linearmotors 100 hat mehrere Antriebsmagnete 141, ein äußeres Joch 142 und ein inneres Joch 143. Wenn die Antriebsmagnete 141 mit Energie versorgt werden, wird zwischen der Antriebsspule 131 und den Antriebsmagneten 141 eine magnetische Antriebskraft erzeugt, wobei die magnetische Antriebskraft in der Bewegungsrichtung Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors entlang der Führungsschiene 107 erzeugt wird.
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Das äußere Joch 142 hat insgesamt den Umfang eines rechteckigen Parallelepipeds und ist eine Schichtstruktur mit geschichteten ferromagnetischen Platten. Das äußere Joch 142 hat einen ersten Jochbereich 142A, einen zweiten Jochbereich 142B und einen dritten Jochbereich 142C, die mit der Vorder- bzw. Rückseite des ersten Jochbereichs 142A verbunden sind. Das hintere Ende des dritten Jochbereichs 142C ist in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors auf der Rückseite an der Rückplatte 104 befestigt, und ein Endjoch 144 mit identischem Umfang ist in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors auf der Vorderseite am vorderen Ende des zweiten Jochbereichs 142B befestigt. Insbesondere ist das Endjoch 144 durch vier Befestigungsbolzen 145 so sicher an der Rückplatte 104 befestigt, dass es das äußere Joch 142 von der Motorvorderseite aus einschließt.
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Ein hohler Bereich mit kreisförmigem Querschnitt erstreckt sich in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors durch das Innere des äußeren Jochs 142. Die kreisförmige Innenumfangsfläche des hohlen Bereichs öffnet sich auf Seiten des Gleitstücks 108. Der zylindrische Spulenrahmen 132, auf dem die Antriebsspule 131 installiert ist, ist koaxial in den hohlen Bereich eingefügt. Eine kreisförmige Jochinnenumfangsfläche des ersten Jochbereichs 142A, die den hohlen Bereich begrenzt, liegt der Antriebsspule 131 in einem festen Abstand gegenüber. Kreisförmige Jochinnenumfangsflächen des zweiten und dritten Jochbereichs 142B, 142C, die vor und hinter dem ersten Jochbereich 142A angeordnet sind, haben einen größeren Innendurchmesser als die kreisförmige Jochinnenumfangsfläche des ersten Jochbereichs 142A. Daher liegen die kreisförmigen Jochinnenumfangsflächen des zweiten und des dritten Jochbereichs 142B, 142C der kreisförmigen Außenumfangsfläche des inneren Jochs 143 in einem Abstand gegenüber, der größer als der Abstand zwischen dem ersten Jochbereich 142A und der kreisförmigen Außenumfangsfläche des inneren Jochs 143 ist. Dies verhindert ein Kurzschließen des magnetischen Flusses zwischen dem beweglichen Motorelement 130 und dem Motorstator 140.
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In den ersten Jochbereich sind mehrere (z. B. fünf) Antriebsmagnete 141 142A eingebettet, wobei die Antriebsmagnete 141 in Umfangsrichtung des ersten Jochbereichs 142A in gleichen Winkelabständen entlang seiner kreisförmigen Jochinnenumfangsfläche angeordnet sind. Im vorliegenden Beispiel erstrecken sich die Antriebsmagnete 141, die einen abgeflachten rechteckigen Querschnitt haben, im Wesentlichen über die gesamte Länge des ersten Jochbereichs 142A in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors. Die Antriebsmagnete 141 sind auf der Innenseite der kreisförmigen Jochinnenumfangsfläche in einer Orientierung angeordnet, die sich in Richtung einer Tangente erstreckt, die an den nächstliegenden Punkt auf der kreisförmigen Jochinnenumfangsfläche angelegt ist.
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Das innere Joch 143 erstreckt sich koaxial durch den hohlen Bereich in der Antriebsspule 131. Das hintere Ende des inneren Jochs 143 ist an der Rückplatte 104 des Motorrahmens 101 befestigt, und die vordere Stirnfläche 143a des inneren Jochs 143 liegt durch eine kreisförmige Durchgangsöffnung 27a, die im ersten Endjoch 144 ausgebildet ist, nach vorne frei. Die vordere Stirnseite 143a des ersten Jochs 143 und die vordere Stirnseite des ersten Endjochs 144 sind in der gleichen vertikalen Ebene angeordnet.
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Wie in 8(a) gezeigt, sind Stoppelemente 170, 171, die ein Puffermaterial enthalten, an einer Stelle, die in Längsrichtung zwischen dem inneren Joch 143 und dem äußeren Joch 142 ist, angeordnet. Insbesondere ist ein Stoppelement 170 zwischen dem inneren Joch 143 und dem zweiten Jochbereich 142B des äußeren Jochs 142 angeordnet, und ein Stoppelement 171 ist zwischen dem inneren Joch 143 und dem dritten Jochbereich 142C des äußeren Jochs 142 angeordnet. Das vordere Stoppelement 170 ist am Endjoch 144 angebracht, und das hintere Stoppelement 171 ist an der Rückplatte 104 angebracht. Das bewegliche Motorelement 130 kann sich in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors zwischen dem vorderen und dem hinteren Stoppelement 170, 171 bewegen.
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Die beweglichen Komponenten des Gleichstrom-Linearmotors 100 umfassen daher den Schlitten 108, den Linsenrahmen 110, das beweglichen Motorelement 130 und die bewegungsseitige Erkennungseinheit 116. Die feststehenden Komponenten des Gleichstrom-Linearmotors 100 umfassen den Motorrahmen 101, die daran angebrachte Führungsschiene 107, den Motorstator 140 und die feststehenden Erkennungseinheit 117.
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Die beweglichen Komponenten und die feststehenden Komponenten sind elektrisch durch eine flexible gedruckte Leiterplatte 160 verbunden, die U-förmig in Richtung der Vorderseite des Motors hervorsteht.
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Ein Ende der flexiblen gedruckten Leiterplatte 160 ist insbesondere mit einem (nicht gezeigten) Verbindungselement verbunden, das auf der feststehenden Leiterplatte 120 montiert ist, die an der Seite des Motorrahmens 101 angebracht ist, und das andere Ende der flexiblen gedruckten Leiterplatte 160 ist mit einem (nicht gezeigten) Verbindungselement verbunden, das auf der bewegungsseitigen Leiterplatte 123 montiert ist, die am bewegungsseitigen Linsenrahmen 110 angebracht ist. Eine äußere Verdrahtungsgruppe 161 ist in der Vertikalrichtung (Y-Richtung) des Motors entlang der Vorderseite des Befestigungsflansches nach oben geführt.
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In dem in der 5 gezeigten Gleichstrom-Linearmotor 100 können anstelle der mehreren Antriebsmagnete 141 C-förmige Magnete mit fester Dicke und Breite benutzt werden. Das äußere Joch 142 ist als Schichtstruktur mit beschichteten ferromagnetischen Platten aufgebaut. Das äußere Joch 142 kann jedoch stattdessen ein integriertes Objekt mit einer integrierten Struktur, z. B. einem gesinterter Formteil oder Presskörper, sein.
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Wie zuvor beschrieben, hat der Gleichstromlinearmotor 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel:
einen Linsenrahmen (110), auf dem eine Linse montiert ist;
eine Linearführung (106) zum Abstützen des Linsenrahmens (110), so dass es diesem möglich ist, sich entlang einer Führungsschiene (107), die sich linear in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors erstreckt, zu bewegen;
ein bewegliches Motorelement (130) mit einer Antriebsspule (131), wobei das bewegliche Motorelement (130) an dem Linsenrahmen (110) angebracht ist;
einen Motorstator (140) mit einem Antriebsmagneten (141), um zu bewirken, dass im Zusammenwirken mit der Antriebsspule eine magnetische Antriebskraft erzeugt wird, wobei die magnetische Antriebskraft in einer Gleitrichtung entlang der Führungsschiene (107) erzeugt wird;
eine Erkennungseinheit (115) zum Erkennen der Position des Linsenrahmens (110) in der Gleitrichtung; und
einen Motorrahmen (101), an dem fixierte Stellen der Linearführung (106), der Motorstator (140) und die Erkennungseinheit (115) angebracht sind;
wobei die Antriebsspule (131) eine zylindrische Spule ist, deren Spulenwindungen zylinderförmig um eine Zentralachse (132a) gewickelt sind, die sich parallel zur Bewegungsrichtung erstreckt;
der Linsenrahmen (110), die Linearführung (106) und die Erkennungseinheit (115) in Bezug auf die Vertikalrichtung (Y Richtung) des Motors unterhalb des Motorstators (114) und des beweglichen Motorelements (130) angeordnet sind;
die Linearführung (106) in Bezug auf die Breitenrichtung (X-Richtung) des Motors auf einer Seite des Linsenrahmens (110) angeordnet ist, und die Erkennungseinheit (115) in Bezug auf die Breitenrichtung (X-Richtung) des Motors auf der anderen Seite des Linsenrahmens (110) angeordnet ist.
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Hierbei sind die Zentralachse in Bewegungsrichtung der Linearführung (106) und die Erkennungsposition der Erkennungseinheit (115) in Vertikalrichtung (Y-Richtung des Motors) vorzugsweise an der gleichen Stelle (Stellen in derselben Ebene Pb in 8(b)) oder in größtmöglicher Nähe angeordnet.
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Das Zentrum der auf die beweglichen Komponenten einschließlich des beweglichen Motorelements (130) und des Linsenrahmens (110) wirkenden Motorschubkraft und der Schwerpunkt des beweglichen Komponenten sind vorzugsweise in Breitenrichtung (X-Richtung) des Motors entweder an der gleichen Stelle oder in größtmöglicher Nähe angeordnet.
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Darüber hinaus kann das bewegliche Motorelement (130) aus einer Antriebsspule (131) aufgebaut sein, die um eine kreisförmige Außenumfangsfläche eines zylindrischen Spulenrahmens (132) gewickelt ist, der ein nichtmagnetisches Material enthält. Der Motorstator (140) kann so aufgebaut sein, dass er ein äußeres Joch (142) und ein inneres Joch (143) umfasst. In diesem Fall kann die Antriebsspule (131) konzentrisch von dem äußeren Joch umschlossen sein, und das innere Joch (143) kann ein säulenförmiges inneres Joch sein, das sich so erstreckt, dass es konzentrisch durch den hohlen Bereich des zylindrischen Spulenrahmens (132) verläuft.
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Darüber hinaus kann der Antriebsmagnet (141) mehrere Antriebsmagnete umfassen, die innerhalb des äußeren Jochs (142) entlang seiner inneren Umfangsfläche in gleichen Winkelabständen angeordnet sind. Alternativ kann der Antriebsmagnet stattdessen ein C-förmiger Magnet sein, der in einem Zustand, in dem er die Antriebsspule (131) konzentrisch umschließt, an der inneren Umfangsfläche des äußeren Jochs (142) befestigt ist.
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Als Nächstes ist es vorteilhaft, dass:
das äußere Joch (142) einen ersten Jochbereich (141A), einen zweiten Jochbereich (142B) und einen dritten Jochbereich (142C) identischer Form umfasst, die in Längsrichtung (Z-Richtung) des Motors mit der Vorder- bzw. mit der Rückseite des ersten Jochbereichs (142A) verbunden sind;
eine kreisförmige Jochinnenumfangsfläche des ersten Jochbereichs (142A) der Antriebsspule (131) in einem festen Abstand gegenüberliegt;
kreisförmige Jochinnenumfangsflächen des zweiten Jochbereichs (142B) und des dritten Jochbereichs (142C) einen größeren Innendurchmesser als die kreisförmige Jochinnenumfangsfläche des ersten Jochbereichs (142A) haben; und
die kreisförmigen Jochinnenumfangsflächen des zweiten und des dritten Jochbereichs (142B, 142C) der kreisförmigen Außenumfangsfläche des inneren Jochs (143) in einem Abstand gegenüberliegen, der größer als der Abstand zwischen dem ersten Jochbereich (142A) und der kreisförmigen Außenumfangsfläche des inneren Jochs (143) ist.
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Wenn der Gleichstrom-Linearmotor (100) ein erstes Stoppelement (170) und ein zweites Stoppelement (171) hat, um den Bereich, in dem sich das bewegliche Motorelement (130) bewegen kann, zu begrenzen,
kann das erste Stoppelement (170) zwischen dem inneren Joch (143) und dem zweiten Jochbereich (142B) des äußeren Jochs (142) angeordnet sein, und
kann das zweite Stoppelement (171) zwischen dem inneren Joch (143) und dem dritten Jochbereich (143C) des äußeren Jochs (142) angeordnet sein.
