DE112015005761T5

DE112015005761T5 - Linearaktor

Info

Publication number: DE112015005761T5
Application number: DE112015005761.7T
Authority: DE
Inventors: Junichiro Iwaki
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2017-10-05
Also published as: CN107112884A; US10003247B2; WO2016103947A1; JP2016127612A; JP6082380B2; TWI603568B; US20180123438A1; CN107112884B; TW201633672A

Abstract

Es ist ein Linearaktor bereitgestellt, bei dem ein bewegliches Element in einer Richtung, die zu der Richtung der Anordnung von Spulen normal ist, bewegt werden kann. Das bewegliche Element 1 weist einen ersten bis dritten Magneten 6a–6c auf, die in X-Richtung angeordnet sind. Der erste bis dritte Magnet 6a–6c haben jeweils N-Pole und S-Pole, die in der θ-Richtung angeordnet sind. Die N-Pole und S-Pole des zweiten Magneten 6b sind in der θ-Richtung relativ zu den N-Polen und den S-Polen des ersten Magneten 6a verschoben. Die N-Pole und S-Pole des dritten Magneten 6c sind in der θ-Richtung relativ zu den N-Polen und S-Polen des zweiten Magneten 6b verschoben. Ein Stator 2 weist mindestens zwei vorstehende Pole 8a, die in der θ-Richtung angeordnet sind, und mindestens zwei Spulen 4a, 4b, die um die vorstehenden Pole 8a gewickelt sind, auf.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Linearaktor, der ein erstes Element aufweist, das sich relativ zu einem zweiten Element in einer Richtung bewegen kann.
Stand der Technik
Ein Linearaktor vom Synchronisationstyp, der Magneten als Feldsysteme verwendet, ist eine Art von Linearaktor. Dieser Linearaktor umfasst einen Stator, der mehrere Magneten aufweist, die in einer Richtung derart angeordnet sind, dass sich die Polaritäten der Magneten abwechselnd ändern, und ein bewegliches Element, das mehrere Spulen aufweist, die in der Richtung derart angeordnet sind, dass die Spulen einer Reihe der Magneten des Stators zugewandt sind (siehe Patentdokument 1). Die Spulen sind um vorstehende Pole von Kernen gewickelt, die der Reihe der Magneten des Stators zugewandt sind. Wenn ein Wechselstrom in den Spulen fließt, bewirkt die Wechselwirkung zwischen den an den Magneten erzeugten magnetischen Flüssen und den an den vorstehenden Polen erzeugten magnetischen Flüssen, dass sich das bewegliche Element relativ zu dem Stator in der Richtung bewegt. Ein Linearaktor, der die beweglichen Spulen aufweist, wie beispielsweise der Linearaktor, der in dem Patentdokument 1 offenbart ist, wird als Linearaktor vom Typ mit beweglichen Spulen bezeichnet. Ein bestimmter Linearaktor weist bewegliche Magneten auf, die sich anstelle der Spulen bewegen, und dieser Linearaktor wird als Linearaktor vom Typ mit beweglichen Magneten bezeichnet.
Entgegenhaltungsliste
Patentdokument(e)

Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-217591

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Es versteht sich, dass der herkömmliche Linearaktor bewirkt, dass sich das bewegliche Element in der gleichen Richtung wie der Anordnungsrichtung der Spulen bewegt. Der herkömmliche Linearaktor kann jedoch nicht bewirken, dass sich das bewegliche Element in einer Richtung senkrecht zu der Anordnungsrichtung der Spulen bewegt. Wenn eine solche Bewegung möglich wäre, könnte bewirkt werden, dass sich das bewegliche Element in einer Art bewegt, die die Aufmerksamkeit der Menschen auf sich zieht, und den Anwendungsbereich des Linearaktors zu erweitern.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearaktor zu schaffen, der bewirken kann, dass sich das bewegliche Element in einer Richtung senkrecht zu der Anordnungsrichtung der Spulen bewegt.
Lösung für die Probleme
Um die oben erwähnten Probleme zu überwinden, sieht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Linearaktor vor, der ein erstes Element umfasst, das relativ zu einem zweiten Element in einer Richtung beweglich ist, wobei das erste Element einen ersten Magneten, einen zweiten Magneten und einen dritten Magneten, die in der oben erwähnten Richtung angeordnet sind, aufweist, wobei der erste Magnet, der zweite Magnet und der dritte Magnet jeweils N-Pole und S-Pole in einer Richtung senkrecht zu der oben erwähnten Richtung aufweisen, wobei die N-Pole und die S-Pole des zweiten Magneten relativ zu den N-Polen und den S-Polen des ersten Magneten in der Richtung senkrecht zu der oben erwähnten Richtung verschoben sind, wobei die N-Pole und die S-Pole des dritten Magneten relativ zu den N-Polen und den S-Polen des zweiten Magneten in der Richtung senkrecht zu der oben erwähnten Richtung verschoben sind, wobei das zweite Element mindestens zwei vorstehende Pole, die in der Richtung senkrecht zu der oben erwähnten Richtung angeordnet sind und dem ersten Element zugewandt sind, und mindestens zwei Spulen, die jeweils um die vorstehenden Pole gewickelt sind, aufweist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann bewirken, dass sich das bewegliche Element (das erste Element oder das zweite Element) in einer Richtung senkrecht zu einer Anordnungsrichtung von Spulen bewegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Linearaktors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht von 1.
3 ist eine Querschnittsansicht des Linearaktors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Y-Z-Ebene.
4 ist ein Satz von Querschnittsansichten des Linearaktors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der X-Achse. (4A zeigt den Fall, in dem das bewegliche Element an einem Ende eines Hubs vorliegt, 4B zeigt den Fall, in dem das bewegliche Element in der Mitte des Hubs vorliegt, und 4C zeigt den Fall, in dem das bewegliche Element an einem entgegengesetzten Ende vorliegt.)
5 ist eine perspektivische Ansicht des beweglichen Elements, um magnetische Polaritäten entlang der äußeren Umfänge des ersten bis dritten Magneten zu zeigen.
6 ist ein Zeitdiagramm für die Magnetisierung der Spulen.
7 ist ein Satz von Ansichten zum Darstellen eines Oszillationsprinzips des beweglichen Elements.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel des beweglichen Elements zeigt.
Art der Ausführung der Erfindung
Ein Linearaktor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass der Linearaktor der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Formen und Arten ausgeführt sein kann und nicht auf eine in dieser Beschreibung beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Diese Ausführungsform soll dazu dienen, dass Fachleute infolge einer ausreichenden Offenbarung in dieser Beschreibung den Umfang der Erfindung in ausreichendem Maße verstehen.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Linearaktors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht von 1. Gleiche Bezugszeichen sind in den begleitenden Zeichnungen und der folgenden Beschreibung der Patentschrift den gleichen Konfigurationen zugeordnet.
Wie in 1 gezeigt enthält der Linearaktor ein bewegliches Element 1, das ein erstes Element ist, und einen Stator 2, der ein zweites Element ist. Das bewegliche Element 1 hat eine zylindrische Form. Der Stator 2 weist eine Ringform auf, die das bewegliche Element 1 umgibt. Der Linearaktor ist so ausgebildet, dass das bewegliche Element 1 dazu veranlasst wird, sich bei einer Magnetisierung von Spulen 4a–4d des Stators 2 in einer Richtung (d. h. in einer axialen Richtung) zu bewegen. In der folgenden Beschreibung wird die axiale Richtung des beweglichen Elements 1 als ”X-Richtung” bezeichnet, wobei eine Ebene, die normal zu der X-Richtung ist, als ”Y-Z-Ebene” bezeichnet wird und eine Umfangsrichtung in der Y-Z-Ebene als ”θ-Richtung” bezeichnet wird.
Auf dem ringförmigen Stator 2 sind in der θ-Richtung mehrere Spulen 4a–4d angeordnet. Im Falle eines üblichen Rotationsmotors dreht sich das bewegliche Element 1 in der θ-Richtung, wenn die Spulen in der θ-Richtung angeordnet sind. Der Linearaktor der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich das bewegliche Element 1 in der X-Richtung bewegt, obwohl die Spulen 4a–4d in der θ-Richtung angeordnet sind. In der folgenden Beschreibung werden die Konfigurationen des beweglichen Elements 1 und des Stators 2 nacheinander beschrieben.
Wie in 2 gezeigt weist das bewegliche Element 1 ein zylindrisches Joch 5, einen ersten Magneten 6a, einen zweiten Magneten 6b und einen dritten Magneten 6c auf. Der erste bis dritte Magnet 6a, 6b und 6c sind entlang des Außenumfangs des Jochs 5 angeordnet und jeder der Magneten weist eine Ringform auf. Der erste Magnet 6a, der zweite Magnet 6b und der dritte Magnet 6c sind mit dem Außenumfang des Jochs 5 durch Kopplungsmittel wie etwa ein Haftmittel verbunden. Der erste Magnet 6a, der zweite Magnet 6b und der dritte Magnet 6c haben die gleiche Größe und sind in X-Richtung nebeneinander angeordnet. Das Joch 5 ist aus einem magnetischen Material hergestellt, das das Eindringen von magnetischen Flüssen ermöglicht.
Der erste Magnet 6a weist mehrere bogenförmige Segmentmagneten 7 auf, die in der θ-Richtung abwechselnd N-Pole und S-Pole besitzen, und die Segmentmagneten 7 sind so angeordnet, dass die Segmentmagneten 7 in der θ-Richtung abwechselnd unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Die Anzahl der Magnetpole (die Anzahl der Segmentmagneten 7) ist nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt. Zum Beispiel kann die Anzahl der Magnetpole sechs sein. Der Außenumfang jedes der Segmentmagneten 7 ist entweder zu dem N-Pol oder dem S-Pol magnetisiert und der Innenumfang jedes der Segmentmagneten 7 zu dem jeweils anderen des N-Pols und des S-Pols magnetisiert. Der erste Magnet 6a kann so ausgelegt sein, dass der erste Magnet nicht in die Segmentmagneten 7 unterteilt ist, sondern eine Ringform aufweist und in der θ-Richtung abwechselnd zu den N-Polen und den S-Polen magnetisiert ist.
Ähnlich wie der erste Magnet 6a weisen der zweite Magnet 6b und der dritte Magnet 6c jeweils mehrere bogenförmige Segmentmagneten 7 auf, die in der θ-Richtung abwechselnd N-Pole und S-Pole besitzen, und die Segmentmagneten 7 sind so angeordnet, dass die Segmentmagneten 7 in der θ-Richtung abwechselnd unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Der erste Magnet 6a, der zweite Magnet 6b und der dritte Magnet 6c haben die gleiche Anzahl an Magnetpolen, beispielsweise sechs.
Die N-Pole und die S-Pole des zweiten Magneten 6b sind relativ zu den N-Polen und den S-Polen des ersten Magneten 6a in einer Richtung (im Uhrzeigersinn) der θ-Richtung um eine Hälfte einer Teilung P1 (eines Abstands in der θ-Richtung) zwischen dem N-Pol und dem S-Pol verschoben. Die N-Pole und die S-Pole des dritten Magneten 6c sind relativ zu den N-Polen und den S-Polen des zweiten Magneten 6b in einer Richtung (im Uhrzeigersinn) der θ-Richtung um eine Hälfte der Teilung P1 zwischen dem N-Pol und dem S-Pol verschoben. Es ist zu beachten, dass der dritte Magnet 6c nicht relativ zu dem zweiten Magneten 6b in die entgegengesetzte Richtung (entgegen dem Uhrzeigersinn) der θ-Richtung verschoben ist. Die N-Pole und die S-Pole des dritten Magneten 6c sind relativ zu den N-Polen und den S-Polen des ersten Magneten 6a in einer Richtung (im Uhrzeigersinn) der θ-Richtung um die Teilung P1 zwischen dem N-Pol und dem S-Pol verschoben und der dritte Magnet 6c weist die umgekehrten magnetischen Polaritäten relativ zu dem ersten Magneten 6a auf.
Der Stator 2 weist folgende Konfiguration auf. Wie in 2 gezeigt weist der Stator 2 einen Kern 8 und mehrere Spulen 4a–4d, die um die vorstehenden Pole 8a des Kerns 8 gewickelt sind, auf. Der Kern 8 weist einen Kernhauptkörper 8b, der eine Ringform hat und das bewegliche Element 1 umgibt, und mehrere vorstehende Pole 8a, die von dem Kernhauptkörper 8b in radialer Richtung nach innen vorstehen, auf (siehe auch 3). Die Anzahl der vorstehenden Pole 8a ist zweimal so groß wie die Anzahl der Magnetpole des ersten bis dritten Magneten 6a–6c des beweglichen Elements 1. Da die Anzahl der Magnetpole sechs beträgt, beträgt die Anzahl der vorstehenden Pole 8a zwölf. Freie Enden der vorstehenden Pole 8a sind dem beweglichen Element 1 zugewandt, wobei dazwischen ein magnetischer Spalt verbleibt. Der Kern 8 ist aus einem magnetischen Material wie etwa Siliziumstahl hergestellt.
Der Kern 8 wird beispielsweise durch Laminieren mehrerer Stahlplatten, die durch die Y-Z-Ebenen getrennt sind, in X-Richtung hergestellt. Alternativ kann der Kern 8 in zwölf Kernsegmente entlang Teilungslinien, die in radialer Richtung des Kerns 8 verlaufen, unterteilt sein, die Spulen 4a–4d können um die vorstehenden Pole 8a der Kernsegmente gewickelt sein und die Kernsegmente mit den darum gewickelten Spulen 4a–4d können in der θ-Richtung vereinigt werden, um den Kern 8 herzustellen.
4 zeigt einen Satz von Querschnittsansichten des Linearaktors entlang der X-Achse. Wie in 4B gezeigt ist die Länge t₂ jedes der vorstehenden Pole 8a des Kerns 8 in der X-Richtung kürzer als die Länge t₁ jedes des ersten bis dritten Magneten 6a–6c. Jeder des ersten bis dritten Magneten 6a–6c hat die Länge t₁ in der X-Richtung und der erste bis dritte Magnet 6a–6c haben die gleiche Länge in der X-Richtung. Das freie Ende des vorstehenden Pols 8a ist an gegenüberliegenden Rändern in X-Richtung, die mit 9 bezeichnet sind, abgeschrägt (siehe auch 2).
Wie in 2 dargestellt weist jede der Spulen 4a–4d eine innere Spule 11, die eine zylindrische Form mit rechteckiger Querschnittsform aufweist, und eine äußere Spule 12, die außerhalb der inneren Spule 11 angeordnet ist und eine zylindrische Form mit rechteckiger Querschnittsform aufweist, auf. Die innere Spule 11 überspannt die gesamte Länge des zugeordneten vorstehenden Pols 8a. Die äußere Spule 12 ist kürzer als die innere Spule 11 und ist nur um den radial außen liegenden Abschnitt des vorstehenden Pols 8a herum vorhanden. Wicklungen der inneren Spule 11 sind mit Wicklungen der äußeren Spule 12 elektrisch verbunden.
Wie in 3, die eine Querschnittsansicht in der Y-Z-Ebene ist, dargestellt ist der Spalt zwischen jeweils zwei benachbarten vorstehenden Polen 8a an dem Außenumfang größer und an dem Innenumfang kleiner, d. h. der Spalt hat eine Fächerform. Durch Aufteilen der Spulen 4a–4d in die inneren Spulen 11 und die äußeren Spulen 12 ist es möglich, die Spulen 4a–4d in den fächerförmigen Spalten effizient anzuordnen. Es ist zu beachten, dass die Spulen 4a–4d möglicherweise nicht in die inneren Spulen 11 und die äußeren Spulen 12 unterteilt sind, sondern jede der Spulen trapezförmig sein kann.
Das in 1 gezeigte bewegliche Element 1 wird durch den Stator 2 über eine Stützeinheit so gestützt, dass sich das bewegliche Element 1 in der X-Richtung bewegen kann. Die Stützeinheit kann ein bekanntes Lager wie etwa eine Kugelkeilverzahnung, eine Kugelhülse, ein Gleitlager oder dergleichen aufweisen. Alternativ kann eine Plattenfeder, die eine Brücke zwischen dem beweglichen Element 1 und dem Stator 2 schlägt, ein zylindrischer Gummi, der zwischen dem beweglichen Element 1 und dem Stator 2 angeordnet ist, oder dergleichen anstelle des Lagers verwendet werden.
4 zeigt einen Satz von Querschnittsansichten des Linearaktors entlang der X-Achse. 4B zeigt den Fall, in dem das bewegliche Element 1 in der Mitte des Hubs vorliegt, 4A zeigt den Fall, in dem das bewegliche Element 1 an einem Ende des Hubs vorliegt, und 4C zeigt den Fall, in dem das bewegliche Element 1 an dem anderen Ende des Hubs vorliegt. Der Linearaktor dieser Ausführungsform ist ein oszillierender Aktor, der das bewegliche Element 1 aufweist, das sich abwechselnd von einem Ende des Hubs zu dem anderen Ende des Hubs bewegt und von dem anderen Ende des Hubs zu dem einem Ende des Hubs bewegt. Es ist zu beachten, dass die Verwendung des Linearaktors der vorliegenden Erfindung nicht auf den oszillierenden Aktor beschränkt ist.
5 ist eine perspektivische Ansicht des beweglichen Elements 1, das die magnetischen Polaritäten der Außenumfänge des ersten bis dritten Magneten 6a–6c zeigt. Die Rechtecke in 5 zeigen die Spulen 4a–4d an, die dem beweglichen Element 1 zugewandt sind, und die Zeichen ”A”, ”B”, ”/A” und ”/B” in den Rechtecken zeigen die Magnetisierung der Spulen 4a–4d an. In 5 sind jedem der Segmentmagneten 7 des ersten bis dritten Magneten 6a–6c zwei magnetische Polaritäten NN oder SS zugeordnet. Dies verdeutlicht, dass die beiden Spulen 4d und 4a bzw. 4b und 4c oder dergleichen jedem Segmentmagneten 7 zugewandt sind und der Segmentmagnet 7 die dargestellten magnetischen Polaritäten aufweist, wenn der Segmentmagnet 7 den Spulen 4d und 4a bzw. 4b und 4c oder dergleichen zugewandt ist. In Wirklichkeit hat jeder Segmentmagnet 7 eine magnetische Polarität.
Die magnetischen Polaritäten N, N und S sind der Reihe nach jeder der A-Phasen-Spulen 4a zugewandt, wenn sie von der distalen Seite von 5 betrachtet werden. magnetischen Polaritäten S, N und N sind jeder der B-Phasen-Spulen 4b zugewandt. Die magnetischen Polaritäten S, S und N sind jeder der /A-Phasen-Spulen 4c zugewandt. Die magnetischen Polaritäten N, S und S sind jeder der /B-Phasen-Spulen 4d zugewandt. Die A-Phasen-Spulen 4a sind jeweils alle vier Spulen in der θ-Richtung angeordnet. Die magnetischen Polaritäten des beweglichen Elements 1, die den Spulen 4a zugewandt sind, die jeweils alle vier Spulen angeordnet sind, sind gleich. Dies gilt auch für die Spulen 4b–4d anderer Phasen.
Jeweils vier Spulen der zwölf Spulen 4a–4d definieren einen Satz. Jeder Satz von vier Spulen 4a–4d wird in ähnlicher Weise zu Spulen eines zweiphasigen Schrittmotors in einer A-Phase, einer B-Phase, einer /A-Phase und einer /B-Phase magnetisiert. Es ist zu beachten, dass sechs Spulen einen Satz definieren können und jeder Satz von sechs Spulen in ähnlicher Weise zu Spulen eines dreiphasigen Schrittmotors in sechs Phasen magnetisiert werden kann.
6 ist ein Zeitdiagramm zum Darstellen der Magnetisierung der Spulen 4a–4d. Die A-Phase ist zu der B-Phase um 90 Grad phasenverschoben. Die A-Phase ist zu der /A-Phase um 180 Grad phasenverschoben. Die A-Phase ist zu der /B-Phase um 270 Grad phasenverschoben. Es ist zu beachten, dass die Magnetisierung der Spulen nicht auf die oben erwähnte Magnetisierung beschränkt ist. Zum Beispiel kann eine Schwingungsform einer Spannung, die an die Spulen angelegt werden soll, eine Sinusschwingung anstelle der Rechteckschwingung sein.
7 ist ein Satz schematischer Ansichten, die ein Oszillationsprinzip des beweglichen Elements 1 darstellen. 7 zeigt nur die A-Phasen-Spule 4a und die benachbarte /B-Phasen-Spule 4d, die aus 5 entnommen sind. Die magnetischen Polaritäten des beweglichen Elements 1, die der A-Phasen-Spule 4a zugewandt sind, sind von der distalen Seite von 5 betrachtet ein N-, ein N- und ein S-Pol. Die magnetischen Polaritäten des beweglichen Elements 1, die der /B-Phasen-Spule 4d zugewandt sind, sind von der distalen Seite von 5 betrachtet ein N-, ein S- und ein S-Pol. Wenn die A-Phasen-Spule 4a in Übereinstimmung mit der in 6 gezeigten Magnetisierung magnetisiert wird, ändert sich die Polarität des vorstehenden Pols 8a der A-Phasen-Spule 4a in der folgenden Weise; der N-Pol bei S1, der N-Pol bei S2, der S-Pol bei S3 und der S-Pol bei S4. Wenn die /B-Phasen-Spule 4d in Übereinstimmung mit der in 6 gezeigten Magnetisierung magnetisiert wird, ändert sich die Polarität des vorstehenden Pols 8a der /B-Phasen-Spule 4d in der folgenden Weise; der N-Pol bei S1, der S-Pol bei S2, der S-Pol bei S3 und der N-Pol bei S4. Wenn sich die Polaritäten der vorstehenden Pole 8a der Spulen 4a und 4d ändern, ändert das bewegliche Element 1 seine Position in die linke Endposition (S1), die Mittelposition (S2), die rechte Endposition (S3) und die Mittelposition (S4). Somit oszilliert das bewegliche Element 1. Es ist zu beachten, dass, obwohl nur die Kombination aus der A-Phasen-Spule 4a und der /B-Phasen-Spule 4d in 7 gezeigt ist, eine Kombination aus der A-Phasen-Spule 4a und der B-Phasen-Spule 4b in ähnlicher Weise bewirken kann, dass das bewegliche Element 1 oszilliert, eine Kombination aus der /A-Phasen-Spule 4c und der B-Phasen-Spule 4b in ähnlicher Weise d bewirken kann, dass das bewegliche Element 1 oszilliert, und eine Kombination aus der /A-Phasen-Spule 4c und der /B-Phasen-Spule 4d in ähnlicher Weise bewirken kann, dass das bewegliche Element 1 oszilliert. Kurz gesagt ist es möglich, das bewegliche Element 1 oszillieren zu lassen, solange eine Kombination aus der Spule 4a, 4c, die durch die Sinusschwingung magnetisiert wird, und der Spule 4b, 4d, die durch eine Cosinusschwingung magnetisiert wird, verwendet wird.
8 zeigt ein weiteres Beispiel für das bewegliche Element. Das bewegliche Element 21 dieses Beispiels umfasst ein Joch 22 mit einer runden Säulenform, erste Magneten 24a, zweite Magneten 24b und dritte Magneten 24c. Die ersten bis dritten Magneten sind an dem Außenumfang des Jochs 22 in X-Richtung angeordnet. Der erste Magnet 24a, der zweite Magnet 24b und der dritte Magnet 24c weisen jeweils mehrere Magneten 25 auf, die in der θ-Richtung angeordnet sind. Die Anzahl der Magneten 25 beträgt zwölf, was gleich der Anzahl der Spulen 4a–4d ist. Jeder der Magneten 25 ist ein plattenartiger rechteckiger Magnet, der in der Höhenrichtung (d. h. der radialen Richtung) magnetisiert ist. Alternativ kann der Magnet 25 ein Magnet mit einer runden Säulenform sein.
Jeweils zwei in der θ-Richtung benachbarte Magneten 25 bilden ein Paar von Magneten 25a oder ein Paar von Magneten 25b. Die magnetischen Polaritäten der beiden Magneten 25 in jedem Paar 25a, 25b sind gleich. Die magnetischen Polaritäten der Magneten 25 in einem Magnetpaar 25a sind entgegengesetzt zu den magnetischen Polaritäten der Magneten 25 in einem benachbarten Magnetpaar 25b. Wenn die Magneten 25 paarweise betrachtet werden, treten Polaritäten, die denjenigen der in 5 gezeigten Segmentmagneten 7 ähnlich sind, hervor. Es ist zu beachten, dass in diesem Beispiel die N-Pole und die S-Pole des zweiten Magneten 24b relativ zu den N-Polen und den S-Polen des ersten Magneten 24a um die Hälfte der N-Pol-S-Pol-Teilung P1 in einer Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) der θ-Richtung verschoben sind. Die N-Pole und die S-Pole des dritten Magneten 24c sind relativ zu den N-Polen und den S-Polen des zweiten Magneten 24b um die Hälfte der N-Pol-S-Pol-Teilung P1 in einer Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) der θ-Richtung verschoben. Die N-Pole und die S-Pole des dritten Magneten 24c sind relativ zu den N-Polen und den S-Polen des ersten Magneten 24a um die N-Pol-S-Pol-Teilung P1, die der Abstand in der θ-Richtung ist, in einer Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) der θ-Richtung verschoben und die Magnetpolaritäten des dritten Magneten 24c sind entgegengesetzt zu den Magnetpolaritäten des ersten Magneten 24a. Ähnlich wie bei dem vorherigen Beispiel kann das bewegliche Element 21 dieses Beispiels mit den Spulen 4a, 4c, die durch die Sinusschwingung magnetisiert werden, und den Spulen 4b, 4d, die durch die Cosinusschwingung magnetisiert werden bewirken, dass das bewegliche Element 21 oszilliert.
Der Linearaktor dieser Ausführungsform weist die folgenden Vorteile auf. Da der erste Magnet 6a, der zweite Magnet 6b und der dritte Magnet 6c des beweglichen Elements 1 in der X-Richtung angeordnet sind, die magnetischen Polaritäten des zweiten Magneten 6b relativ zu den magnetischen Polaritäten des ersten Magneten 6a in der θ-Richtung verschoben sind und die magnetischen Polaritäten des dritten Magneten 6c relativ zu den magnetischen Polaritäten des zweiten Magneten 6b in der θ-Richtung verschoben sind, ist es möglich, zu bewirken, dass sich das bewegliche Element 1 in einer Richtung (X-Richtung) senkrecht zu der Anordnungsrichtung (θ-Richtung) der Spulen 4a–4d bewegt. Dadurch ist es möglich, die Verkleinerung des Linearaktors in X-Richtung und die Verstärkung der Antriebskraft zu erreichen.
Da der erste bis dritte Magnet 6a–c in dem beweglichen Element 1 in X-Richtung angeordnet sind, ist es möglich, einen für den oszillierenden Aktor geeigneten Linearaktor zu erhalten und zu bewirken, dass das bewegliche Element 1 in einem langen Hub oszilliert.
Da die magnetischen Polaritäten des zweiten Magneten 6b relativ zu den magnetischen Polaritäten des ersten Magneten 6a um eine Hälfte der N-Pol-S-Pol-Teilung in der θ-Richtung verschoben sind und die magnetischen Polaritäten des dritten Magneten 6c relativ zu den magnetischen Polaritäten des zweiten Magneten 6b um die Hälfte der N-Pol-S-Pol-Teilung in der θ-Richtung verschoben sind, ist es möglich, zu bewirken, dass das bewegliche Element 1 in dem gesamten Hub mit einer starken Antriebskraft (hohem Schub) oszilliert.
Da die Spulen 4a–4d in der θ-Richtung angeordnet sind und die magnetischen Polaritäten der ersten bis dritten Magneten 6a–6c in der θ-Richtung angeordnet sind, wird die Verkleinerung des Linearaktors erreicht.
Da die vorstehenden Pole 8a mit dem ringartigen Kernhauptkörper 8b verbunden sind, ist es möglich, den Fluss der magnetischen Flüsse in den vorstehenden Polen 8a zu erleichtern (zu verbessern).
Da der erste bis dritte Magnet 6a–6c aus den Segmentmagneten 7 hergestellt sind, ist es möglich, dass jeder Segmentmagnet 7 eine im wesentlichen gleiche magnetische Flussdichte in der radialen Richtung von seinem einen Ende zu seinem entgegengesetzten Ende in der θ-Richtung aufweist. Die Beträge der magnetischen Flussdichten des ersten bis dritten Magneten 6a–6c in radialer Richtung korrelieren mit der Antriebskraft (dem Schub) und daher ist es möglich, die starke Antriebskraft zu erzielen.
Da die Länge t₁ des vorstehenden Pols 8a in X-Richtung kürzer ist als die Länge t₂ des ersten bis dritten Magneten 6a–6c in X-Richtung ist, ist es möglich, eine Rastkraft (ein Rastmoment) zu reduzieren. Die Rastkraft leitet sich aus den Anziehungskräften zwischen den vorstehenden Polen 8a und dem ersten bis dritten Magneten 6a–6c ab. Die Rastkraft wirkt auf das bewegliche Element 1 auch dann, wenn kein Strom in den Spulen 4a–4d fließt, und beeinträchtigt den Schub. Durch Verringern der Rastkraft ist es möglich, den Schub zu erhöhen. Es ist zu beachten, dass in einem Fall t₂ > t₁ die Rastkraft im Vergleich zu einem Fall t₂ < t₁ groß wird.
Da die Ränder in X-Richtung an dem freien Ende jedes vorstehenden Pols 8a bei 9 abgeschrägt sind, ist es möglich, die Rastkraft verglichen mit einem Fall, in dem keine Abschrägung 9 vorgenommen ist, zu reduzieren. Außerdem ist es, da die Abschrägung 9 vorgenommen ist, möglich, dass das bewegliche Element 1 einen großen Hub aufweist.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung kann innerhalb eines Umfangs, in dem sich der Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht ändert, in verschiedenen Formen ausgeführt werden.
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Spulen des Stators in der θ-Richtung angeordnet sind und die magnetischen Polaritäten der Magneten des beweglichen Elements in der θ-Richtung i angeordnet sind, können der Stator und das bewegliche Element in einer einzigen Ebene entfaltet werden, um einen Linearmotor eines flachen Typs zu erhalten, der ähnlich zu einem Linearmotor eines flachen Typs ist, der durch Entfalten des einen oder der mehreren Rotationsmotoren in einer einzigen Ebene erhalten wird.
Die oben beschriebene Ausführungsform richtet sich auf einen Linearaktor vom Typ mit beweglichen Magneten, aber der Linearaktor der Erfindung kann ein Linearaktor vom Typ mit beweglichen Spulen sein.
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform der erste bis dritte Magnet innerhalb der Spulen, die in der θ-Richtung angeordnet sind, angeordnet sind, können der erste bis dritte Magnet außerhalb der Spulen die in der θ-Richtung angeordnet sind, angeordnet sein.
Obwohl das bewegliche Element in der oben beschriebenen Ausführungsform den ersten bis dritten Magneten aufweist, kann das bewegliche Element erste bis vierte Magneten, erste bis fünfte Magneten oder mehr Magneten aufweisen. In solchen Fällen ist jeder Magnet relativ zu einem benachbarten Magneten um die Hälfte der N-Pol-S-Pol-Teilung in einer Richtung (z. B. im Uhrzeigersinn) der θ-Richtung verschoben. Mit anderen Worten sind die magnetischen Polaritäten des dritten Magneten den magnetischen Polaritäten des ersten Magneten entgegengesetzt und die magnetischen Polaritäten des fünften Magneten sind gleich den magnetischen Polaritäten des ersten Magneten.
Obwohl der Stator in der oben beschriebenen Ausführungsform einen einzigen Kern aufweist, kann der Stator zwei oder mehr Kerne aufweisen.
Obwohl das bewegliche Element in der oben beschriebenen Ausführungsform nur dazu veranlasst wird, sich in der X-Richtung zu bewegen, kann das bewegliche Element dazu veranlasst werden, sich in der X-Richtung zu bewegen und sich in der θ-Richtung zu drehen.
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform der erste bis dritte Magnet des beweglichen Elements insgesamt sechs magnetische Polaritäten aufweisen, die in der Umfangsrichtung abwechselnd N-Pole und S-Pole enthalten, die Anzahl der vorstehenden Pole zwölf beträgt und die Anzahl der Spulen zwölf beträgt, sind die Anzahl der vorstehenden Pole und die Anzahl der Spulen nicht auf die oben erwähnten Zahlen beschränkt. Zum Beispiel können der erste bis dritte Magneten insgesamt zwei oder vier N- und S-Pole aufweisen. Zudem kann die Anzahl der vorstehenden Pole zwei, vier oder acht betragen und die Anzahl der Kerne kann zwei, vier oder acht betragen.
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-264117 , die am 26. Dezember 2014 eingereicht worden ist und deren Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
Bezugszeichenliste

1 ... Bewegliches Element (erstes Element), 2 ... Stator (zweites Element), 4a–4d ... Spulen, 6a ... Erster Magnet, 6b ... Zweiter Magnet, 6c ... Dritter Magnet, 5 ... Joch, 7 ... Segmentmagnet, 8 ... Kern, 8a ... Vorstehender Pol, 8b ... Kernhauptkörper, 11 ... Innere Spule, 12 ... Äußere Spule, P1 ... Teilung zwischen dem N-Pol und dem S-Pol

Claims

Linearaktor, der ein erstes Element umfasst, das relativ zu einem zweiten Element in einer Richtung beweglich ist, wobei das erste Element einen ersten Magneten, einen zweiten Magneten und einen dritten Magneten, die in jener Richtung angeordnet sind, aufweist, wobei der erste Magnet, der zweite Magnet und der dritte Magnet jeweils N-Pole und S-Pole in einer Richtung senkrecht zu jener Richtung aufweisen, wobei die N-Pole und die S-Pole des zweiten Magneten relativ zu den N-Polen und den S-Polen des ersten Magneten in der Richtung senkrecht zu jener Richtung verschoben sind, wobei die N-Pole und die S-Pole des dritten Magneten relativ zu den N-Polen und den S-Polen des zweiten Magneten in der Richtung senkrecht zu jener Richtung verschoben sind, wobei das zweite Element mindestens zwei vorstehende Pole, die in der Richtung senkrecht zu jener Richtung angeordnet sind und dem ersten Element zugewandt sind, und mindestens zwei Spulen, die jeweils um die vorstehenden Pole gewickelt sind, aufweist.
Linearaktor nach Anspruch 1, wobei die N-Pole und die S-Pole des zweiten Magneten relativ zu den N-Polen und den S-Polen des ersten Magneten um eine halbe Teilung zwischen dem N-Pol und dem S-Pol in der Richtung senkrecht zu jener Richtung verschoben sind, und die N-Pole und S-Pole des dritten Magneten relativ zu den N-Polen und den S-Polen des zweiten Magneten um die halbe Teilung zwischen dem N-Pol und dem S-Pol in der Richtung senkrecht zu jener Richtung verschoben sind.
Linearaktor nach Anspruch 1 oder 2, wobei jene Richtung die X-Richtung ist und die Richtung senkrecht zu jener Richtung eine Umfangsrichtung in einer Y-Z-Ebene, die senkrecht zu der X-Richtung ist, ist.
Linearaktor nach Anspruch 3, wobei die vorstehenden Pole mit einem Kernhauptkörper verbunden sind, der eine Ringform aufweist.
Linearaktor nach Anspruch 3 oder 4, wobei der erste Magnet, der zweite Magnet und der dritte Magnet jeweils aus mehreren bogenförmigen Segmentmagneten bestehen, die in radialer Richtung magnetisiert sind.
Linearaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Magnet, der zweite Magnet und der dritte Magnet jeweils aus mehreren plattenartigen Magneten bestehen, die in Höhenrichtung magnetisiert sind.
Linearaktor nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Länge jedes der vorstehenden Pole in jener Richtung kürzer ist als eine jeweilige Länge des ersten Magneten, des zweiten Magneten und des dritten Magneten in jener Richtung.
Linearaktor nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein freies Ende jedes der vorstehenden Pole an seinen Kanten in jener Richtung abgeschrägt ist.