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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Synchron-Linearmotor, der einen Stator und ein bewegliches Element gegenüber dem Stator aufweist.
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Stand der Technik
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In den letzten Jahren sind Nachfragen an schnellere und genauere Positionierungen bezüglich eines Aktuators gestiegen, der beispielsweise für einen Tischvorschub einer Werkzeugmaschine oder einen Förderer einer Halbleiterfertigung verwendet werden soll. Daher wird in vielen Fällen ein Linearmotor für beispielsweise Werkzeugmaschinen oder eine Halbleiter-Fertigungsvorrichtung verwendet. Außerdem wird ein Linearmotor im Direktantrieb zum Antreiben einer Vorrichtung ohne Zwischenschaltung eines Getriebes eingesetzt.
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Im Vergleich zu einem Antriebssystem, bei dem ein Drehmechanismus, der aus einer Kombination eines rotatorischen Servomotors und einer Kugelgewindespindel ausgebildet ist, in eine lineare Bewegung umgewandelt wird, gibt es also keine Beeinträchtigung der Steifigkeit der Kugelgewindespindel durch das Spiel, und es kann eine hohe Reaktionsfähigkeit erreicht werden. Dadurch können hohe Geschwindigkeiten, hohe Beschleunigungen und hochgenaue Positionierungen mit dem Linearmotor erreicht werden.
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Ein konventioneller Linearmotor weist einen Stator und ein bewegliches Element auf, das unter Einhaltung eines gewissen Abstands dem Stator gegenüberliegt und sich relativ zu dem Stator bewegt. Das bewegliche Element weist eine Konfiguration auf, bei der eine Spule um jeden von den Zähnen von einer Vielzahl von Segmentkernen gewickelt ist, die jeweils aus einem Magnetkörper ausgebildet sind. Der Stator weist einen Eisenkern auf, der aus einem Magnetkörper und in Raumrichtung magnetisierten Permanentmagneten ausgebildet ist.
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Die Permanentmagneten werden unter Einhaltung eines gewissen Abstands entlang der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements angeordnet. Außerdem unterscheiden sich die Magnetisierungsrichtungen von benachbarten Permanentmagneten voneinander.
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Bei einem Förderer mit dem oben genannten Linearmotor steigt die Anzahl der Permanentmagneten mit zunehmendem Bewegungsabstand des beweglichen Elements. Daher erhöhen sich die Kosten. Um die Erhöhung der Kosten zu unterdrücken, werden die bisher am Stator angeordneten Permanentmagnete auf den Zähnen der Segmentkerne des beweglichen Elements angeordnet.
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Außerdem ist ein Linearmotor bekannt, der ein bewegliches Element aufweist, das eine Konfiguration aufweist, bei der eine Spule um jeden von den Segmentkernen gewickelt ist, und der einen Stator aufweist, der einen Eisenkern aufweist, der vorstehende Pole aufweist (siehe beispielsweise Patentliteratur 1 und 2).
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Patentliteratur PTL 3 offenbart ein Primärteil einer elektrischer Maschine und ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine.
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Patentliteratur PTL 4 offenbart ein Primärteil für eine elektrische Maschine, wobei das Primärteil zumindest aus einem Blechpaket gebildet ist und das Blechpaket mehrere innere und zumindest zwei äußere Zähne mit Zahnlängen aufweist, wobei die äußeren Zähne jeweils an Stirnseiten des Primärteils angeordnet sind. Auch offenbart die Patentliteratur PTL 4 einen Linearmotor mit einem Primärteil.
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Patentliteratur PTL 5 offenbart einen Linearmotor für einen Chip-Mounter, zur Montage eines elektronischen Bauteils wie z.B. eines IC-Chips auf eine Leiterplatte.
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Stand der Technik
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Patentliteratur
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Beschreibung der Erfindung
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Technisches Problem
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Bei den in der Patentliteratur 1 und 2 offenbarten Linearmotoren sind an beiden Endseiten des beweglichen Elements in Bewegungsrichtung zusätzliche Segmentkerne angeordnet, die darauf angeordnete Permanentmagnete aufweisen, und keine Spule aufweisen, die um sie gewickelt ist. Weiterhin ist die Form von jedem von den Permanentmagneten, die an den zusätzlichen Segmentkernen angeordnet sind, und die Form von jedem von den Permanentmagneten verschieden voneinander, die auf den Segmentkernen mit den darum gewickelten Spulen angeordnet sind.
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Außerdem ist die Länge des Abstands zwischen jedem von den zusätzlichen Segmentkernen und dem Stator und die Länge desAbstands zwischen jedem von den Segmentkernen mit den darum gewickelten Spulen und dem Stator verschieden voneinander. Bei solchen Konfigurationen wird ein Cogging-Schub reduziert, der zwischen den Permanentmagneten und dem Kern des beweglichen Elements erzeugt wird.
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Allerdings besteht ein Problem dahingehend, dass die zusätzlichen Segmentkerne, die an beiden Endseiten des beweglichen Elements in Bewegungsrichtung angeordnet sind, die Erhöhung der Größe des beweglichen Elements verursachen, die ein Volumen des beweglichen Elements darstellt, mit dem Resultat dahingehend, dass der Hub reduziert wird, der der Bewegungsbereich des beweglichen Elements ist.
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Außerdem besteht ein Problem dahingehend, dass die Masse des beweglichen Elements zunimmt, und zwar um einen Wert, der den zusätzlichen Segmentkernen entspricht. Ferner wird die Schubdichte, die sich aus der Division des Schubs des Linearmotors durch die Masse des beweglichen Elements ergibt, reduziert mit dem Ergebnis dahingehend, dass auch die Beschleunigung reduziert wird.
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Die vorliegende Erfindung ist konzipiert worden, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Synchron-Linearmotor anzugeben, der dazu fähig ist, einen Cogging-Schub zu reduzieren, während zugleich die durch die Erhöhung der Größe eines beweglichen Elements verursachte Verringerung des Hubs und die durch die Erhöhung der Masse des beweglichen Elements verursachte Verringerung der Schubdichte unterdrückt wird.
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Lösung des Problems
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Die Aufgabe wird durch einen Synchron-Linearmotor nach einem der unabhängigen Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere bevorzugte Ausführungsformen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Synchron-Linearmotor angegeben, der Folgendes aufweist: einen Stator, der einen Basisbereich und eine Vielzahl von vorstehenden Polen aufweist, wobei die Vielzahl von vorstehenden Polen von dem Basisbereich aus vorsteht und aus magnetisch leitenden Körpern ausgebildet ist; und ein bewegliches Element, das gegenüber von der Vielzahl von vorstehenden Polen durch einen Abstand getrennt angeordnet ist, wobei die Vielzahl von vorstehenden Polen entlang einer Bewegungsrichtung des beweglichen Elements getrennt voneinander angeordnet ist, wobei das bewegliche Element einen Kern, der aus einem magnetisch leitenden Körper ausgebildet ist, eine Vielzahl von Spulen und eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, die entlang der Bewegungsrichtung aufgereiht sind, wobei der Kern Kernrücken und eine Vielzahl von Zähnen aufweist, wobei die Vielzahl von Zähnen von dem Kernrücken aus in Richtung der vorstehenden Pole vorsteht und entlang der Bewegungsrichtung aufgereiht ist, wobei die Vielzahl von Spulen zumindest um die Zähne an beiden Endseiten in Bewegungsrichtung gewickelt sind, wobei die Vielzahl von Permanentmagneten an zentralen Bereichen der Zähne entlang der Vorsprungs-richtung der Zähne angeordnet sind, wobei die Polarität eines Magnetpols der Permanentmagneten die gleiche ist wie die Polarität eines gegenüberliegenden Magnetpols bei einem angrenzenden Permanentmagneten, und wobei die Anzahl von verschiedenen Formen der Vielzahl von Permanentmagneten oder die Anzahl von verschiedenen magnetischen Eigenschaften von der Vielzahl von Permanentmagneten zwei oder mehr beträgt, wobei, wenn die Anzahl von verschiedenen Formen der Vielzahl von Permanentmagneten zwei oder mehr beträgt, die Formen der Permanentmagneten derart variieren, dass ein Coggingschub reduziert wird, und wobei, wenn die Anzahl von verschiedenen magnetischen Eigenschaften der Vielzahl von Permanentmagneten zwei oder mehr beträgt, die magnetischen Eigenschaften der Permanentmagneten derart variieren, dass der Coggingschub reduziert wird.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Bei dem Synchron-Linearmotor, der die oben beschriebene Konfiguration aufweist, sind die zusätzlichen Segmentkerne nicht an beiden Endseiten des beweglichen Elements in Bewegungsrichtung angeordnet, so dass es möglich ist, eine Hubreduzierung durch eine Erhöhung der Größe des beweglichen Elements und eine Verringerung der Schubdichte durch Erhöhung der Masse des beweglichen Elements zu unterdrücken.
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Außerdem ist die Anzahl von unterschiedlichen Formen der Vielzahl von Permanentmagneten oder die Anzahl von unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften der Vielzahl von Permanentmagneten zwei oder mehr. So können die Phasen des im Kern erzeugten Cogging-Schubs geändert werden, so dass es möglich ist, den durch das bewegliche Element erzeugten Cogging-Schub zu reduzieren.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines Synchron-Linearmotors gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung;
- 2 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung, die entlang einer Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung von elektromagnetischen Stahlplatten ausgebildet ist;
- 3 eine Schnittansicht zur Erläuterung einer Konfiguration des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, bei dem Halbsegmentkerne von angrenzenden Segmentkernen miteinander integriert sind, wobei die Ansicht entlang einer Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten erfolgt;
- 4 eine Schnittansicht zur Erläuterung einer Konfiguration des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, bei dem Halbsegmentkerne von einem Segmentkern an einem Kernrücken miteinander integriert sind, wobei die Ansicht entlang einer Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten erfolgt;
- 5 eine Schnittansicht zur Erläuterung einer Konfiguration des Synchron-Linearmotors gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung, bei dem Halbsegmentkerne von angrenzenden Segmentkernen miteinander an distalen Endbereichen der Zähne integriert sind, wobei die Ansicht entlang einer Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten erfolgt;
- 6 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements eines Synchron-Linearmotors in einem ersten Vergleichsbeispiel bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Ansicht entlang einer Richtung senkrecht zur Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten erfolgt;
- 7 eine Darstellung zur Erläuterung einer Coggingschub-Wellenform, die bei einem Synchron-Linearmotor in einem zweiten Vergleichsbeispiel bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung erzeugt wird;
- 8 eine Darstellung zur Erläuterung einer Coggingschub-Wellenform, die bei dem ersten Vergleichsbeispiel bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung erzeugt wird;
- 9 eine Vergleichsgraphik zur Erläuterung entsprechender Cogging-Schübe bei dem ersten Vergleichsbeispiel und dem zweiten Vergleichsbeispiel bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 10 ein Phasendiagramm zur Erläuterung von primären Cogging-Schubvektoren, die bei den Segmentkernen des zweiten Vergleichsbeispiels bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung erzeugt werden;
- 11 ein Phasendiagramm zur Erläuterung primärer Cogging-Schubvektoren, die bei den Segmentkernen des ersten Vergleichsbeispiels bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung erzeugt werden;
- 12 eine Vergleichsgraphik zur Erläuterung der Magnetflussdichte, die an Spaltoberflächen der Segmentkerne bei dem ersten Vergleichsbeispiel und dem zweiten Vergleichsbeispiel bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erzeugt werden;
- 13 ein Phasendiagramm zur Erläuterung primärer Cogging-Schubvektoren, die bei den Segmentkernen des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt werden;
- 14 eine Vergleichsgraphik zur Erläuterung entsprechender primärer Cogging-Schübe bei dem Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung und dem ersten Vergleichsbeispiel;
- 15 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements in einem ersten Modifikationsbeispiel des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Ansicht entlang einer Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten erfolgt;
- 16 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements in einem zweiten Modifikationsbeispiel des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Ansicht entlang einer Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatte erfolgt;
- 17 eine Vergleichsgraphik zur Erläuterung primärer Cogging-Schübe in dem ersten Vergleichsbeispiel bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, dem ersten Modifikationsbeispiel der Erfindung und dem zweiten Modifikationsbeispiel der Erfindung;
- 18 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements in einem dritten Modifikationsbeispiel des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Ansicht entlang einer Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten erfolgt;
- 19 eine Schnittansicht zur Erläuterung des beweglichen Elements in dem ersten Modifikationsbeispiel des Synchron-Linearmotors gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung, der Permanentmagnete aufweist, die in Vorwärtsrichtung getrennt sind, wobei die Ansicht entlang der Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung erfolgt;
- 20 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements eines Synchron-Linearmotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und zwar von einer Statorseite aus gesehen, wobei die Ansicht entlang der Richtung parallel zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten und der Bewegungsrichtung erfolgt;
- 21 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements in einem Vergleichsbeispiel des Synchron-Linearmotors gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, und zwar von der Statorseite aus gesehen, wobei die Ansicht entlang der Richtung parallel zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten und der Bewegungsrichtung erfolgt;
- 22 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements in einem vierten Modifikationsbeispiel des Synchron-Linearmotors gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, und zwar von der Statorseite aus gesehen, wobei die Ansicht entlang der Richtung parallel zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten und der Bewegungsrichtung erfolgt;
- 23 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Beispielfalles, bei dem die in 20 bei dem Synchron-Linearmotor gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellten Permanentmagnete nicht länger als die elektromagnetischen Stahlplatten sind;
- 24 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Beispielfalles, bei dem die in 20 bei dem Synchron-Linearmotor gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigten Permanentmagneten in Stapelrichtung geteilt sind;
- 25 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines weiteren Beispielfalles, bei dem die in 20 bei dem Synchron-Linearmotor gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellten Permanentmagneten in Stapelrichtung geteilt sind;
- 26 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Beispiels eines Synchron-Linearmotors bezogen auf die erste und zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der die Längen der Permanentmagneten in Vorsprungsrichtung variieren, wobei die Ansicht entlang der Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung erfolgt; und
- 27 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Synchron-Linearmotors bezogen auf die erste und zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der die Längen der Permanentmagneten in Vorsprungsrichtung variieren, wobei die Ansicht entlang einer Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung erfolgt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Synchron-Linearmotor gemäß exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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1 ist eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines Synchron-Linearmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In 1 weist ein Synchron-Linearmotor 101 ein bewegliches Element 2 und einen Stator 3 auf. Das bewegliche Element 2 des Synchron-Linearmotors 101 ist beispielsweise durch einen Schieber (nicht gezeigt) abgestützt. Folglich ist das bewegliche Element 2 entlang einer Bewegungsrichtung A relativ zu dem Stator 3 bewegbar. In 1 ist eine Stapelrichtung B eine Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung A des beweglichen Elements 2 und zu der Vorsprungsrichtung der Zähne 7.
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Das bewegliche Element 2 weist Folgendes auf: sechs Segmentkerne 4, sechs Permanentmagnete 5 und sechs Spulen 6. Die sechs Segmentkerne 4 sind jeweils aus einem Magnetkörper ausgebildet, der als ein gestapelter Eisenkern ausgebildet ist, der durch Stapeln elektromagnetischer Stahlplatten entlang der Stapelrichtung B ausgebildet wird. Die sechs Permanentmagnete 5 sind jeweils in sechs Segmentkernen 4 angeordnet.
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Die sechs Spulen 6 sind jeweils um die sechs Segmentkerne 4 gewickelt. Die sechs Permanentmagnete 5 sind entlang der Bewegungsrichtung A aufgereiht bzw. angeordnet. Außerdem sind die sechs Segmentkerne 4 entlang der Bewegungsrichtung A aufgereiht bzw. angeordnet, um einen Kern 14 auszubilden, der aus einem Magnetkörper ausgebildet ist.
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Das heißt, dass das bewegliche Element 2 Folgendes aufweist: den Kern 14, der aus dem Magnetkörper ausgebildet ist, die Vielzahl von Spulen 6 und die Vielzahl von Permanentmagneten 5, die entlang der Bewegungsrichtung A aufgereiht sind. Ferner ist der Kern 14 aus der Vielzahl von Segmentkernen 4 ausgebildet, die entlang der Bewegungsrichtung A aufgereiht bzw. angeordnet sind.
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2 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform, wobei die Ansicht entlang der Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten erfolgt. Das heißt, dass 2 eine vertikale Schnittansicht von 1 ist, die entlang der Bewegungsrichtung A senkrecht zu der Stapelrichtung B erfolgt. Dies trifft auch in ähnlicher Weise bei der folgenden Beschreibung zu. In der 2 weist der Synchron-Linearmotor 101 den Stator 3 und das bewegliche Element 2 auf. Der Stator 3 weist einen Basisbereich 10 und eine Vielzahl von vorstehenden Polen 11 auf.
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Die Vielzahl von vorstehenden Polen 11 steht von dem Basisbereich 10 aus vor und ist aus Magnetkörpern ausgebildet. Das bewegliche Element 2 ist so angeordnet, dass es der Vielzahl von vorstehenden Polen 11 über einen Spalt „g“, der ein Abstand ist, gegenüberliegt. Der Spalt „g“ stellt eine minimale Distanz zwischen dem beweglichen Element 2 und dem Stator 3 dar und ist entlang der Bewegungsrichtung A konstant.
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Der Synchron-Linearmotor 101 ist ein Synchron-Linearmotor der Wickeldrahtbewegbares-magnetisches-Element-Bauart, bei dem die Spulen 6 gewickelte Drähte sind und die Permanentmagneten 5 auf dem beweglichen Element 2 angeordnet sind.
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An dem Stator 3 ist die Vielzahl von vorstehenden Polen 11 getrennt voneinander in vorbestimmten Abständen entlang der Bewegungsrichtung A des beweglichen Elements 2 angeordnet. Bei dem beweglichen Element 2 weisen sechs Segmentkerne 4 jeweils einen Kernrücken 8 und den Zahn 7 auf, der von dem Kernrücken 8 aus in Richtung der vorstehenden Pole 11 des Stators 3 vorsteht. Das heißt, dass der Kern 14 die Kernrücken 8 und die Vielzahl von Zähnen 7 aufweist, die von den Kernrücken 8 in Richtung der vorstehenden Pole 11 vorsteht und die entlang der Bewegungsrichtung A an aufgereiht ist. Außerdem ist der Kern 14 an dem Kernrücken 8 zwischen angrenzenden Zähnen 7 geteilt.
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Der Einfachheit halber sind in 2 die Symbole (1) bis (6) den Segmentkernen 4 zugeordnet, und zwar von der linken Seite in Bewegungsrichtung A. Außerdem sind die Segmentkerne 4 jeweils ferner an einem zentralen Bereich des Zahns 7 und des Kernrückens 8 in zwei Teile aufgeteilt und weisen zwei Halbsegmentkerne 4-1 auf. Folglich werden die sechs Segmentkerne 4 aus zwölf Halbsegmentkernen 4-1 ausgebildet. Die Halbsegmentkerne 4-1 sind jeweils aus einer Hälfte des Kernrückens 8 und einer Hälfte des Zahns 7 ausgebildet, die in Rechts-Links-Richtung in dem zentralen Bereich einer Breite in Bewegungsrichtung A geteilt sind.
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Der Kernrücken 8 wird an einer Fläche senkrecht zu der Bewegungsrichtung A mit einem anderen Kernrücken 8 eines benachbarten Segmentkerns 4 in Kontakt gehalten, und die Kernrücken 8 sind beispielsweise durch Schweißen aneinander befestigt. Die eine Spule 6 wird um jeden von den sechs Zähnen 7 intensiv gewickelt, und zwar mit einem Isolierelement dazwischenliegend, wie beispielsweise einem Isolator (nicht eingebildet), so dass sechs Spulen ausgebildet sind. Das heißt, dass die Vielzahl der Spulen 6 zumindest um den Zahn 7 an beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A gewickelt sind.
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Wie in 3 dargestellt, kann der Kernrücken 8 von dem einen Halbsegmentkern 4-1 des Segmentkerns 4 und der Kernrücken 8 von dem anderen Halbsegmentkern 4-1 des benachbarten Segmentkerns 4 miteinander verbunden sein und miteinander integriert sein. Das heißt, dass der Kern 14 an den Zähnen 7 geteilt ist. In diesem Fall bilden der eine Halbsegmentkern 4-1 des Segmentkerns 4 und der andere Halbsegmentkern 4-1 des benachbarten Segmentkerns 4 eine neue Einheit des Segmentkerns aus.
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Mit dieser Konfiguration können die Halbsegmentkerne 4-1 der benachbarten Segmentkerne 4 miteinander verbunden werden. Dadurch wird die Positionierungsgenauigkeit der benachbarten Halbsegmentkerne 4-1 an den Zähnen 7 in Bewegungsrichtung A und in eine Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung B verbessert, und die Maßgenauigkeit des Spalts „g“ wird verbessert, so dass dieser fähig ist, Schwankungen im Schub bei dem Synchron-Linearmotor 101 zu unterdrücken.
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Wie ferner in 4 dargestellt, können der Kernrücken 8 von dem einen Halbsegmentkern 4-1 des Segmentkerns 4 und der Kernrücken 8 von dem anderen Halbsegmentkern 4-1 des gleichen Segmentkerns 4 miteinander verbunden sein und miteinander integriert sein, soweit der magnetische Streufluss der Permanentmagneten 5 sich nicht erhöht.
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Wie außerdem in 5 dargestellt, können der Zahn 7 von dem einen Halbsegmentkern 4-1 des Segmentkerns 4 und der Zahn 7 von dem anderen Halbsegmentkern 4-1 des gleichen Segmentkerns 4 miteinander verbunden und miteinander integriert sein, und zwar an distalen Endbereichen auf der Kernrückenseite und der gegenüberliegenden Seite, soweit der magnetische Streufluss der Permanentmagneten 5 sich nicht erhöht.
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Mit dieser Konfiguration können die Halbsegmentkerne 4-1 der gleichen Segmentkerne 4 miteinander verbunden werden. Daher wird die Positionierungsgenauigkeit der Halbsegmentkerne 4-1 an dem Zahn 7 in Bewegungsrichtung A und in der Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung B verbessert und die Maßgenauigkeit des Spalts „g“ wird verbessert, so dass dieser dazu fähig ist, Schwankungen im Schub bei dem Synchron-Linearmotor 101 zu unterdrücken. Außerdem wird eine Kraft, die von den Halbsegmentkernen 4-1 auf die Permanentmagnete 5 in Bewegungsrichtung A ausgeübt wird, auf den Bereich verteilt, an dem die Halbsegmentkerne 4-1 miteinander verbunden sind, und somit reduziert.
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Die sechs Permanentmagneten 5 sind in zentralen Bereichen der Zähne 7 derart angeordnet, dass sie sich entlang der Vorsprungsrichtung der Zähne 7 erstrecken. Eine Magnetisierungsrichtung 9 des Permanentmagneten 5, der in dem Segmentkern 4 angeordnet ist, ist entlang der Bewegungsrichtung A ausgerichtet. Die Permanentmagneten 5 sind derart magnetisiert, dass die Polaritäten von gegenüberliegenden Magnetpolen der in den Segmentkernen 4 angeordneten Permanentmagneten 5 die gleiche Polarität haben. Das heißt, dass die Polarität des Magnetpols des Permanentmagneten 5 die gleiche ist wie die Polarität des gegenüberliegenden Magnetpols des angrenzenden bzw. benachbarten Permanentmagneten 5.
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Die Magnetpole der Permanentmagneten 5 sind beide Endflächen des Permanentmagneten 5 in Magnetisierungsrichtung 9. Die Magnetpole auf der einen Endfläche in der durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung der Magnetisierungsrichtung 9 hat die Polarität eines N-Pols, und der Magnetpol auf der anderen Endfläche auf der gegenüberliegenden Seite hat die Polarität eines S-Pols.
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Wenn die Dicke hm1 für jeden von den Permanentmagneten 5 gegeben ist, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, die Dicke hm2 für jeden von den Permanentmagneten 5 gegeben ist, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an zweiter Stelle von beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, und die Dicke von hm3 für jeden von den Permanentmagneten 5 gegeben ist, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an dritter Stelle von den Seiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, ist die Relation hm1 # hm2 erfüllt. Außerdem ist die Relation hml = hm3 erfüllt.
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Das heißt, dass die Anzahl von unterschiedlichen Formen der Vielzahl von Permanentmagneten 5 zwei beträgt. In 2 wird zum visuellen Klarstellen des Unterschieds zwischen den Dicken hm1 und hm2 eine derartige Darstellung gegeben, dass der Unterschied zwischen den Dicken hm1 und hm2 stärker betont wird als in der 1.
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Die zwei Permanentmagneten 5, die jeweils die Dicke hm1 aufweisen, sind in den Zähnen 7 der Segmentkerne (1) und (6) angeordnet, die die Segmentkerne 4 sind, die an symmetrischen Positionen bezüglich eines Breitenzentrums des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A sind. Außerdem sind die zwei Permanentmagneten 5, die jeweils die Dicke hm2 aufweisen, in den Zähnen 7 der Segmentkerne (2) bzw. (5) angeordnet, die die Segmentkerne 4 sind, die an symmetrischen Positionen bezogen auf das Breitenzentrum des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A sind.
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Außerdem sind die zwei Permanentmagneten 5, die jeweils die Dicke hm3 aufweisen, in den Zähnen 7 der Segmentkerne (3) bzw. (4) angeordnet, die die Segmentkerne 4 sind, die an symmetrischen Positionen bezogen auf das Breitenzentrum des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A angeordnet sind. Das heißt, dass die Vielzahl von Permanentmagneten 5, die die gleiche Form aufweisen, in den Zähnen 7 der Segmentkerne 4 an symmetrischen Positionen bezogen auf die Zentrumsbreite des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A angeordnet sind.
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Daher kann zum Reduzieren des Cogging-Schubs an beiden Endseiten des beweglichen Elements 2, und zwar ohne die Bereitstellung von zusätzlichen Eisenkernen, die keine Spulen um sich gewickelt haben, die Körpergröße des beweglichen Elements 2 des Synchron-Linearmotors 101 reduziert werden, die das Volumen des beweglichen Elements 2 ausmacht, so dass die Hubreduzierung des beweglichen Elements 2 unterdrückt werden kann.
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Außerdem weist der Synchron-Linearmotor 101 keine Massenzunahme auf, die der der zusätzlichen Eisenkerne entspricht. Daher wird eine Schubdichte, die ein Wert ist, der durch Dividieren eines Schubs des Linearmotors durch die Masse des beweglichen Elements erhalten wird, nicht reduziert und die Beschleunigung und Abbremsung nicht verschlechtert. Im Folgenden wird die Reduktion des Cogging-Schubs, die eine Wirkung der vorliegenden Erfindung ist, unter Bezugnahme auf Analyseergebnisse einer Elektromagnetfeldanalyse beschrieben.
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6 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements eines Synchron-Linearmotors gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform, wobei die Ansicht entlang der Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten erfolgt. In 6 sind Komponenten, die den Komponenten des Synchron-Linearmotors 101 gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Außerdem unterscheidet sich das erste Vergleichsbeispiel 201 des Synchron-Linearmotors in 6 von dem Synchron-Linearmotor 101 gemäß der ersten Ausführungsform in den folgenden Punkten. Bei dem ersten Vergleichsbeispiel 201 des Synchron-Linearmotors sind die Dicken von allen der sechs Permanentmagneten 5 in Bewegungsrichtung A gleich groß, und die Form und die magnetische Eigenschaft der sechs Permanentmagneten 5 ist die gleiche. Das heißt, dass die Relation hm1 = hm2 = hm3 erfüllt ist.
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7 ist eine Abbildung zur Erläuterung einer Coggingschub-Wellenform, die bei einem Synchron-Linearmotor gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel erzeugt wird, und zwar bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform. Die Horizontalachse in 7 stellt eine Bewegungsdistanz des beweglichen Elements 2 entlang der Bewegungsrichtung A um einen elektrischen Winkel dar. Die Vertikalachse in 7 stellt einen Cogging-Schub [N] dar.
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Das zweite Vergleichsbeispiel 202 des Synchron-Linearmotors wird als Synchron-Linearmotor angenommen, der die folgende Konfiguration aufweist. So haben nämlich bei dem ersten Vergleichsbeispiel 201 des Synchron-Linearmotors das bewegliche Element 2 und der Stator 3 an beiden Endseiten jeweils keine Enden in Bewegungsrichtung A, die abgeschnittene Teile sind. Vielmehr werden das bewegliche Element 2 und der Stator 3 endlos fortgeführt. In 7 ist ein Ergebnis der Elektromagnetfeldanalyse für den Cogging-Schub bei dem zweiten Vergleichsbeispiel 202 des Synchron-Linearmotors gezeigt.
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8 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Coggingschub-Wellenform, die bei dem ersten Vergleichsbeispiel erzeugt wird, und zwar bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform. Die Horizontalachse in 8 stellt eine Bewegungsdistanz des beweglichen Elements 2 entlang der Bewegungsrichtung A um einen elektrischen Winkel dar. Die Vertikalachse in 8 stellt den Cogging-Schub (N) dar.
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Bei dem ersten Vergleichsbeispiel 201 des Synchron-Linearmotors sind die Form und die magnetische Eigenschaft von allen von den Permanentmagneten 5 die gleichen, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind. Ferner ist die Breite des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A begrenzt. Das heißt, das bewegliche Element 2 weist zwei Enden in Bewegungsrichtung A auf. In 8 ist ein Ergebnis der Elektromagnetfeldanalyse für den Cogging-Schub bei dem ersten Vergleichsbeispiel 201 des Synchron-Linearmotors gezeigt.
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9 ist eine Vergleichsgraphik zur Erläuterung der jeweiligen Cogging-Schübe bei dem ersten Vergleichsbeispiel und dem zweiten Vergleichsbeispiel, und zwar bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform. Die linke Seite in 9 zeigt den Fall des zweiten Vergleichsbeispiels 202, bei dem das bewegliche Element 2 keine Enden aufweist, und die rechte Seite zeigt den Fall des ersten Vergleichsbeispiels 201, bei dem das bewegliche Element 2 beide Enden aufweist. Die Vertikalachse in 9 stellt einen Wert [p.u.] einer Differenz (pp: peak-to-peak) zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert einer Amplitude des Cogging-Schubs dar, der durch Vorgeben eines Wertes pp des Cogging-Schubs auf den Wert 1 normiert wird, und zwar bei dem zweiten Vergleichsbeispiel 202, bei dem das bewegliche Element 2 keine Enden aufweist.
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In 9 entspricht ein Wert pp der Coggingschub-Wellenform bei dem zweiten Vergleichsbeispiel 202, bei dem das bewegliche Element 2 keine Enden aufweist, einem Wert pp der Coggingschub-Wellenform von 7, und ein Wert pp der Coggingschub-Wellenform bei dem ersten Vergleichsbeispiel 201, bei dem das bewegliche Element 2 beide Enden aufweist, entspricht einem Wert pp der Coggingschub-Wellenform in 8.
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Aus 9 geht hervor, dass in dem ersten Vergleichsbeispiel 201, bei dem das bewegliche Element 2 an beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A Enden aufweist, der Cogging-Schub erhöht ist. Dies liegt daran, dass, wie in 8 gezeigt, ein primärer Cogging-Schub mit einer Frequenz gleich einer Antriebsfrequenz erzeugt wird, und zwar bezogen auf einen Zyklus des elektrischen Winkels, der 360° entspricht.
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10 ist ein Phasendiagramm zur Erläuterung primärer Cogging-Schubvektoren, die in den Segmentkernen bei dem zweiten Vergleichsbeispiel erzeugt werden, und zwar bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform. Die Horizontalachse in 10 stellt eine cos-Komponente der primären Cogging-Schubvektoren dar, und die Vertikalachse in 10 stellt eine sin-Komponente der primären Cogging-Schubvektoren dar.
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10 ist ein Phasendiagramm zur Erläuterung der primären Cogging-Schubvektoren, die in den Segmentkernen des beweglichen Elements 2 bei dem zweiten Vergleichsbeispiel 202 erzeugt werden, bei dem das bewegliche Element 2 endlos fortgeführt und keine Enden aufweist. Die Vektoren (1) bis (6) in 10 stellen primäre Cogging-Schubvektoren dar, die bei den Segmentkernen 4, die den Segmentkernen (1) bis (6) entsprechen, in der Reihenfolge von links in der in 2 gezeigten Bewegungsrichtung A erzeugt worden sind.
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Wie in 10 gezeigt, sind die primären Cogging-Schubvektoren, die in den Segmentkernen 4 bei dem zweiten Vergleichsbeispiel 202 erzeugt werden, in entsprechenden Quadranten in gleichen Abständen von 60° verteilt. Bei dem Synchron-Linearmotor, der wie bei dem zweiten Vergleichsbeispiel 202 keine Enden aufweist, heben sich daher die primären Cogging-Schubvektoren, die in den Segmentkernen 4 erzeugt werden, gegenseitig auf, mit dem Resultat, dass der primäre Cogging-Schub nicht erzeugt wird.
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11 ist ein Phasendiagramm zur Erläuterung der primären Cogging-Schubvektoren, die in den Segmentkernen bei dem ersten Vergleichsbeispiel erzeugt werden, und zwar bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform. Die Horizontalachse in 11 stellt eine cos-Komponente der primären Cogging-Schubvektoren dar, und die Vertikalachse in 11 stellt eine sin-Komponente der primären Cogging-Schubvektoren dar.
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Im Gegensatz zu 10 sind in 11 die primären Cogging-Schubvektoren nicht in gleichen Abständen angeordnet, und es ist ersichtlich, dass sich die primären Cogging-Schubvektoren gegenseitig nicht aufheben.
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Aus der 10 und 11 haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Analysen dazu abgeleitet, wieso die primären Cogging-Schubvektoren nicht in gleichen Abständen angeordnet sind. Als Resultat hiervon haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass die Magnetflussdichten variieren, die an den Spaltoberflächen zwischen den Segmentkernen 4 und dem hierzu gegenüberliegenden Stator 3 erzeugt werden.
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12 ist eine Vergleichsgraphik zur Erläuterung der an den Spaltoberflächen der Segmentkerne erzeugten Magnetflussdichten in dem ersten Vergleichsbeispiel und dem zweiten Vergleichsbeispiel, und zwar bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform. Die Horizontalachse in 12 stellt die Segmentkerne 4 dar, die den Segmentkernen (1) bis (6) in der Reihenfolge von links in Bewegungsrichtung A in 2 entsprechen.
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Die Vertikalachse in 12 stellt die Werte [p.u.] der Magnetflussdichten dar, die an den Spaltoberflächen der Segmentkerne erzeugt werden, die durch Vorgeben der Werte der Magnetflussdichten, die an den Spaltoberflächen der Segmentkerne 4 erzeugt werden, auf den Wert 1 normiert sind, und zwar bei dem zweiten Vergleichsbeispiel 202, bei dem das bewegliche Element 2 kein Ende aufweisen. In 12 sind das zweite Vergleichsbeispiel 202, bei dem das bewegliche Element 2 keine Enden hat, und das erste Vergleichsbeispiel 201, zusammen gezeigt, bei dem das bewegliche Element beide Enden aufweist.
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In 12 sind bei dem zweiten Vergleichsbeispiel 202, bei dem das bewegliche Element 2 kein Ende aufweist, die an den Spaltoberflächen zwischen den Segmentkernen 4 und dem gegenüberliegenden Stator 3 erzeugten Magnetflussdichten gleich. Bei dem ersten Vergleichsbeispiel 201 hingegen, bei dem das bewegliche Element beide Enden aufweisen, variieren die Werte der Magnetflussdichten, die an den Spaltoberflächen zwischen den Segmentkernen 4 und dem gegenüberliegenden Stator 3 erzeugt werden.
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Aus den oben beschriebenen Fakten wurde herausgefunden, dass dann, wenn das bewegliche Element 2 beide Enden aufweist, die Magnetflussdichten variieren, die an den Spaltoberflächen zwischen den Segmentkernen 4 und dem gegenüberliegenden Stator 3 erzeugt werden. Daher ist herausgefunden worden, dass, wie in 11 gezeigt, die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren sich verändern.
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Daher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass der primäre Cogging-Schub dadurch reduziert werden kann, dass die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren durch Änderungen der Magnetflussdichte angepasst werden können, die an den Spaltoberflächen zwischen den Segmentkernen 4 dem hierzu gegenüberliegenden Stator 3 erzeugt werden.
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13 ist ein Phasendiagramm zur Erläuterung von primären Cogging-Schubvektoren, die bei den Segmentkernen erzeugt werden, und zwar bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform. Die Horizontalachse in 13 stellt eine cos-Komponente der primären Cogging-Schubvektoren dar, und die Vertikalachse in 13 stellt eine sin-Komponente der primären Cogging-Schubvektoren dar.
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Um die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren zu ändern, die in den Segmentkernen 4 durch Änderungen der Werte der Magnetflussdichten erzeugt werden, die an den Spaltoberflächen zwischen den Magnetkernen 4 und dem hierzu gegenüberliegenden Stator erzeugt werden, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Dicke hm1 von jedem von den Permanentmagneten 5, die bei den Segmentkernen 4 an beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, und die Dicke hm2 von jedem von den Permanentmagneten 5 geändert, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an zweiter Stelle von den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, und zwar derart, dass die Relation hm1 < hm2 erfüllt ist, und den Cogging-Schub durch Elektromagnetfeldanalyse bestimmt.
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Als Resultat hiervon ändert sich das Phasendiagramm des primären Cogging-Schubs zu der 13, und zwar bezogen auf die 11, die das Phasendiagramm des primären Cogging-Schubs bei dem ersten Vergleichsbeispiel 201 ist. Daher sind die primären Cogging- Schubvektoren, die in den Segmentkernen (1) bis (6) erzeugt werden, die die Segmentkerne 4 sind, so angeordnet, dass sie sich gegenseitig unterdrücken.
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14 ist eine Vergleichsgraphik zur Erläuterung der primären Cogging-Schübe bei dem Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform und dem ersten Vergleichsbeispiel. Die Horizontalachse in 14 stellt das erste Vergleichsbeispiel 201, bei dem das bewegliche Element 2 beide Enden aufweist, und den Synchron-Linearmotor 101 gemäß der ersten Ausführungsform dar. Die Vertikalachse in 14 stellt einen Wert [p.u.] einer Amplitude des primären Cogging-Schubs dar, die durch Vorgeben eines Wertes der Amplitude des primären Cogging-Schubs bei dem ersten Vergleichsbeispiel 201 auf den Wert 1 normiert wird.
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In 14 entspricht das erste Vergleichsbeispiel 201 dem Fall, bei dem die Relation von hm1 = hm2 erfüllt ist, und der Synchron-Linearmotor 101 gemäß der ersten Ausführungsform entspricht dem Fall, bei dem der Synchron-Linearmotor 101 gemäß der ersten Ausführungsform die Relation hm1 < hm2 erfüllt. Wie in 14 gezeigt, wird bei dem Synchron-Linearmotor 101 gemäß der ersten Ausführungsform der primäre Cogging-Schub auf 40 % oder weniger bezogen auf den primären Cogging-Schub bei dem ersten Vergleichsbeispiel 201 reduziert.
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15 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements in einem ersten Vergleichsbeispiel des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform, wobei die Ansicht entlang der Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten erfolgt. Wie in 15 gezeigt, unterscheidet sich ein erstes Modifikationsbeispiel 102 des Synchron-Linearmotors von dem Synchron-Linearmotor 101 gemäß der ersten Ausführungsform in den folgenden Aspekten.
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Bei dem ersten Modifikationsbeispiel 102 des Synchron-Linearmotors ist die Dicke hm1 von jedem von den Permanentmagneten 5, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, größer als die Dicke hm2 von jedem von den Permanentmagneten 5, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an zweiter Stelle von den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind. Das heißt, dass die Relation hm1 > hm2 erfüllt ist.
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Wie in 15 dargestellt, und zwar wenn die Relation hm1 > hm2 erfüllt ist, können die Phasen der Vektoren des primären Cogging-Schubs zu Richtungen geändert werden, die entgegengesetzt zu den Richtungen der Phasenänderungen sind, die in dem Fall des Änderns von hm1 = hm2 zu hm1 < hm2 gegeben sind. Folglich können die Werte der Magnetflussdichten, die an den Spaltoberflächen der Segmentkerne 4 erzeugt werden, geändert werden.
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Auch bei dieser Konfiguration, wie beispielsweise in 13 dargestellt, können die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren zu der Anordnung geändert werden, bei der die primären Cogging-Schubvektoren sich gegenseitig unterdrücken, die in den Segmentkernen (1) bis (6) erzeugt werden, die die Segmentkerne 4 sind. Folglich kann, wie in 14 gezeigt, der primäre Cogging-Schub reduziert werden.
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Außerdem können aus dem gleichen Grund, wie oben beschrieben, beispielsweise selbst wenn die Relation von hm1 < hm3, hm 1 > hm3, hm2 < hm3, hm2 > hm3, oder eine Kombination von hm 1 < hm3 und hm2 > hm3 verwendet wird, die Werte der Magnetflussdichten geändert werden, die an den Spaltoberflächen der Segmentkerne 4 erzeugt werden.
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Das heißt, solange die Vielzahl von Permanentmagnete 5 zwei oder mehr unterschiedliche Formen aufweist, und zwar beispielsweise wie in 13 gezeigt, können die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren zu der Anordnung geändert werden, bei der die primären Cogging-Schubvektoren sich gegenseitig unterdrücken, die in den Segmentkernen (1) bis (6) erzeugt werden, die die Segmentkerne 4 sind. Folglich kann, wie in 14 gezeigt, der primäre Cogging-Schub reduziert werden.
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16 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements in einem zweiten Modifikationsbeispiel des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform, wobei die Ansicht entlang der Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten erfolgt. In 16 unterscheidet sich ein zweites Modifikationsbeispiel 102-2 des Synchron-Linearmotors von dem Synchron-Linearmotor 101 gemäß der ersten Ausführungsform in den folgenden Aspekten.
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Bei dem zweiten Modifikationsbeispiel 102-2 des Synchron-Linearmotors sind die Dicke hm1 von jedem von den Permanentmagneten 5, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, die Dicke hm2 von jedem von den Permanentmagneten 5, die in den Segmentkernen 5 angeordnet sind, die an zweiter Stelle von den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, und die Dicke hm3 von jedem von den Permanentmagneten 5, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an dritter Stelle von den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, unterschiedlich voneinander. Das heißt, die Relation hm1 ≠ hm2 ≠ hm3 ist erfüllt.
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17 ist eine Vergleichsgraphik zur Erläuterung von primären Cogging-Schüben bei dem ersten Vergleichsbeispiel, und zwar bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform, dem ersten Modifikationsbeispiel dieser Erfindung und dem zweiten Modifikationsbeispiel dieser Erfindung. Die Horizontalachse in 17 stellt das erste Vergleichsbeispiel 201, bei dem das bewegliche Element 2 beide Ende aufweist, das erste Modifikationsbeispiel 102 des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform und das zweite Modifikationsbeispiel 102-2 des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform dar.
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Die Vertikalachse in 17 stellt einen Wert [p.u.] einer Amplitude des primären Cogging-Schubs dar, der durch Vorgeben eines Wertes der Amplitude des primären Cogging-Schubes bei dem ersten Modifikationsbeispiel 102 des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform 1 auf einen Wert 1 normiert wird.
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Wie in 16 dargestellt, kann bei dem zweiten Modifikationsbeispiel 102-2 des Synchron-Linearmotors, und zwar wenn die Dicken hm1, hm2 und hm3 der Permanentmagneten 5 so vorgegeben sind, dass sie die Relation hm1 ≠ hm2 ≠ hm3 erfüllen, wie in 17 gezeigt, der primäre Cogging-Schub um etwa 70 % verglichen mit dem Synchron-Linearmotor 101 gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform, die die Relation hm2 > hm1 = hm3 erfüllt, und gemäß dem ersten in 15 gezeigten Modifikationsbeispiel 102 reduziert werden, das die Relation hm1 > hm2 = hm3 erfüllt.
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In 16 erfüllen die Dicken hm1, hm2 und hm3 der Permanentmagneten 5 die Relation hm1 < hm2 < hm3. Selbst wenn eine andere Relation als die oben genannte Kombination verwendet wird, ist es nur erforderlich, dass die Permanentmagneten 5 drei oder mehr unterschiedliche Dicken aufweisen.
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18 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements in einem dritten Modifikationsbeispiel des Synchron-Linearmotors gemäß der ersten Ausführungsform, wobei die Ansicht entlang der Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten erfolgt. In 18 unterscheidet sich ein drittes Modifikationsbeispiel 102-3 des Synchron-Linearmotors von dem Synchron-Linearmotor 101 gemäß der ersten Ausführungsform in den folgenden Aspekten.
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Bei dem dritten Modifikationsbeispiel 102-3 des Synchron-Linearmotors sind die Dicke hm1 von jedem von den Permanentmagneten 5, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, und die Dicke hm2 von jedem von den Permanentmagneten 5 gleich, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an zweiter Stelle von den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind.
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Außerdem ist die Dicke hm3 von jedem von den Permanentmagneten 5, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an dritter Stelle von den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, verschieden von den Dicken hm1 und hm2. Das heißt, die Relation hm1 = hm2 ≠ hm3 ist erfüllt.
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Auch bei einer solchen Konfiguration des dritten Modifikationsbeispiels 102-3 des Synchron-Linearmotors können die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren zu der Anordnung geändert werden, bei der die primären Cogging-Schubvektoren sich gegenseitig unterdrücken, die in den Segmentkernen (1) bis (6) erzeugt werden, die die Segmentkerne 4 sind. Somit kann der primäre Cogging-Schub reduziert werden.
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Außerdem sind die Dicken hm der Permanentmagneten 5 in Bewegungsrichtung A verändert, so dass der Hub des beweglichen Elements 2 fein eingestellt werden kann.
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In 2, 15, 16 und 18 bei der ersten Ausführungsform werden die Dicken hm1, hm2 und hm3 der Permanentmagneten 5 jeweils als gesamte Dicken des Permanentmagneten 5 angegeben, der nicht geteilt ist. Die Dicken hm können allerdings jeweils eine Dicke eines Stapels von einer Vielzahl von Permanentmagneten 5 sein, wie in 19 gezeigt.
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Bei den Synchron-Linearmotoren 101, 102, 102-2 und 102-3 gemäß der ersten Ausführungsform ist es, um den primären Cogging-Schub durch Abstimmen der primären Cogging-Schubvektoren zu reduzieren, wünschenswert, dass die Vielzahl von Permanentmagneten 5, die die gleiche Form aufweisen, wie in 13 gezeigt, in den Segmentkernen 4 an symmetrischen Positionen bezüglich des Breitenzentrums des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A angeordnet sind.
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Selbst wenn eine Vielzahl von Permanentmagneten 5, die die gleiche Form aufweisen, nicht in den Segmentkernen 4 an Positionen angeordnet sind, die symmetrisch bezogen auf das Zentrum der Breite des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A sind, können die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren wie oben beschrieben zu der Anordnung geändert werden, bei der die primären Cogging-Schubvektoren sich gegenseitig unterdrücken. Dadurch kann der primäre Cogging-Schub reduziert werden.
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Bei den Synchron-Linearmotoren 101, 102, 102-2 und 102-3 gemäß der ersten Ausführungsform beträgt die Anzahl der Segmentkerne 4 und der Permanentmagneten 5 sechs, und die Anzahl der vorstehenden Pole 11 des Stators 3, die gegenüber dem beweglichen Element 2 angeordnet sind, beträgt fünf. Das heißt, dass die Breite des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A, das ist die Breite der sechs Segmentkerne 4 in Bewegungsrichtung A, fünf Mal dem Abstand zwischen der einen Endfläche des vorstehenden Pols 11 in Bewegungsrichtung A und der einen Endfläche des benachbarten vorstehenden Pols 11 in Bewegungsrichtung A entspricht.
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Wie in 13 dargestellt, ist es, um den primären Cogging-Schub durch Abstimmen der primären Cogging-Schubvektoren zu reduzieren, wünschenswert, dass die Anzahl der Vielzahl von vorstehenden Polen 11 eine Ganzzahl ist, die in Bewegungsrichtung dem beweglichen Element 2 gegenüberliegen. Das heißt, es ist wünschenswert, dass die Breite des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A ein ganzzahliges Vielfaches des Abstands in Bewegungsrichtung A zwischen der einen Endfläche des vorstehenden Pols 11 in Bewegungsrichtung A und der einen Endfläche des benachbarten vorstehenden Pols 11 in Bewegungsrichtung A ist.
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Aber auch wenn die Anzahl der Segmentkerne 4, die Anzahl der Permanentmagnete 5 und die Anzahl der vorstehenden Pole 11 des Stators 3, die gegenüber dem beweglichen Element 2 angeordnet sind, in einer anderen Kombination als der oben beschriebenen vorliegen, können die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren zu einer Anordnung geändert werden, bei der die primären Cogging-Schubvektoren sich gegenseitig unterdrücken. Daher kann der primäre Cogging-Schub reduziert werden.
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Als Kombination einer anderen Anzahl als der oben beschriebenen Anzahl existiert beispielsweise ein Fall, bei dem die Anzahl der Permanentmagnete 5 kleiner ist als die Anzahl der Segmentkerne 5, wie beispielsweise der Fall, bei dem die Permanentmagnete 5 nicht in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an zweiter Stelle von beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, oder der Fall, bei dem die Anzahl der Vielzahl von vorstehenden Polen 11 gegenüber dem beweglichen Element 2 keine Ganzzahl ist.
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Bei dem Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform können die Längen der Permanentmagneten 5 in Vorsprungsrichtung der Zähne 7 anstelle der Dicke hm der Permanentmagneten 5 in Bewegungsrichtung A variieren. Selbst mit dieser Konfiguration können die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren zu einer Anordnung geändert werden, bei der die primären Cogging-Schubvektoren sich gegenseitig unterdrücken, die in den Segmentkernen 4 erzeugt werden. Folglich kann der primäre Cogging-Schub reduziert werden.
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Wenn allerdings die Längen der Permanentmagneten 5 in Vorsprungsrichtung der Zähne 7 variieren, variieren die Längen der Permanentmagneten 5 gegenüber der Zähne 7 abhängig von den Segmentkernen 4 im Querschnitt, der die Bewegungsrichtung A und die Vorsprungsrichtung der Zähne 7 aufweist, der ein Querschnitt von 2 ist, entlang welchem der Magnetfluss fließt. Wenn die Längen der Permanentmagnete 5 gegenüber der Zähne 7 groß sind, wird daher der Einfluss der Magnetsättigung durch die Magnetflüsse der Permanentmagneten 5 groß, mit einem Resultat dahingehend, dass es wahrscheinlicher ist, dass die Magnetflüsse der Permanentmagneten 5 zu den Spaltoberflächen auf der Statorseite 3 fließen, auf der der Magnetwiderstand relativ klein ist.
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Daher wird die Induktivität, die basierend auf den Magnetflüssen bestimmt wird, die auf den um die Zähne 7 gewickelten Spulen 6 miteinander verknüpft sind, die signifikant durch die Magnetsättigung beeinflusst werden, größer als die Induktivität der Spulen 6, die um die Zähne 7 gewickelt sind, die durch die Magnetsättigung weniger beeinflusst werden.
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Somit ist die Induktivität von jeder Phase, die für die Antriebssteuerung des Synchron-Linearmotors verwendet wird, unausgeglichen mit einem Resultat dahingehend, dass die Schubpulsation vergrößert wird, die zum Zeitpunkt des Antriebs des Synchron-Linearmotors erzeugt wird, und die Steuerbarkeit verschlechtert wird.
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Daher ist es wünschenswert, dass die Dicken hm der Permanentmagneten 5 in Bewegungsrichtung A variieren. Dies liegt daran, dass die Längen der Permanentmagneten 5 gegenüber der Zähne 7 gleich sind und nicht abhängig von den Segmentkernen 4 im Querschnitt variieren, der die Bewegungsrichtung A und die Vorsprungsrichtung der Zähne 7 aufweist.
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Mit diesen Konfigurationen kann bei dem Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform die Unausgeglichenheit der Induktivität der Spulen 6 verringert werden, die um die Zähne 7 der Segmentkerne 4 gewickelt sind. Daher kann die Schubpulsation beim Antrieb des Synchron-Linearmotors reduziert und die Steuerbarkeit verbessert werden.
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Aufgrund des Einflusses der Enden kann insbesondere die Induktivität der Spulen 6, die um die Zähne 7 der Segmentkerne (1) und (6) gewickelt sind, die die Segmentkerne 4 an den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A sind, kleiner sein als die Induktivität der Spulen 6, die um die Zähne 7 der Segmentkerne (2) bis (5) gewickelt sind, die die Segmentkerne 4 abgesehen von den Segmentkernen 4 auf den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A sind, und die Induktivität von jeder Phase neigt dazu, unausgeglichen zu sein.
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Bei dem Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung variieren die Längen der Permanentmagneten 5 gegenüber der Zähne 7 abhängig von den Segmentkernen 4 nicht, so dass es möglich ist, die Unausgeglichenheit zu unterdrücken, und zwar selbst wenn die Spulen 6 zumindest um die Zähne 7 an den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A gewickelt sind.
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In einem Fall, bei dem die Längen der Permanentmagnete 5 in Vorsprungsrichtung der Zähne 7 variieren, da die Spulen 6 um alle der Zähne 7 der Segmentkerne 4 gewickelt sind, und zwar wenn die Längen der Permanentmagnete 5 gegenüber der Zähne 7 abhängig von den Segmentkernen 4 variieren, variiert die Flächenpressung, die aufgrund der Wicklungs- und Befestigungskraft, die zum Zeitpunkt des Wickelns der Spulen auf die Zähne aufgebracht wird, auf die Permanentmagneten 5 aufgebracht wird. Daher besteht eine Gefahr dahingehend, dass die Permanentmagneten 5 abhängig von der Flächenpressung Risse bekommen.
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Daher ist es wünschenswert, dass die Dicken hm der Permanentmagneten 5 in Bewegungsrichtung A variieren. Mit diesen Konfigurationen können bei dem Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform die Permanentmagneten 5 daran gehindert werden, Risse zu bekommen.
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Zweite Ausführungsform
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20 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements eines Synchron-Linearmotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und zwar von der Statorseite aus gesehen, wobei die Ansicht entlang der Richtung parallel zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten und der Bewegungsrichtung erfolgt. Genauer gesagt, es sind 20, sowie 21 und 22, die später beschrieben werden, Querschnittsansichten, die entlang der Bewegungsrichtung A erfolgen, und zwar an Positionen der Pfeile der Magnetisierungsrichtung 9 in 2, und dies gilt auch für die folgende Beschreibung. In 20 bis 22 sind die Spulen 6 nicht dargestellt.
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In 20 unterscheidet sich ein Synchron-Linearmotor 103 gemäß der zweiten Ausführungsform von dem Synchron-Linearmotor 101 gemäß der ersten Ausführungsform in den folgenden Aspekten:
- Wenn die Breite Wm1 in Stapelrichtung B für jeden von den Permanentmagneten 5, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, die Breite Wm2 in Stapelrichtung B für jeden von den Permanentmagneten 5, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an zweiter Stelle von den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, und die Breite Wm3 in Stapelrichtung B für jeden von den Permanentmagneten 5 gegeben ist, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an dritter Stelle von den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, ist die Relation Wm1 ≠ Wm2 erfüllt. Außerdem ist die Relation Wm2 = Wm3 erfüllt. Die Anzahl der unterschiedlichen Formen der Vielzahl von Permanentmagneten 5, das heißt die Anzahl der unterschiedlichen Formarten beträgt zwei.
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Außerdem sind die beiden Permanentmagneten 5, die die Breite Wm1 aufweisen, in den Zähnen 7 der Segmentkerne (1) bzw. (6) angeordnet, die die Segmentkerne 4 sind, die an symmetrischen Positionen bezüglich eines Breitenzentrums des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A angeordnet sind. Außerdem sind die zwei Permanentmagneten 5, die jeweils die Breite Wm2 aufweisen, in den Zähnen 7 des Segmentkerns (2) bzw. (5) angeordnet, die die Segmentkerne 4 sind, die an symmetrischen Positionen bezüglich des Breitenzentrums des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A angeordnet sind.
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Weiterhin sind die zwei Permanentmagneten 5, die jeweils die Breite Wm3 aufweisen, in den Zähnen 7 der Segmentkerne (3) bzw. (4) angeordnet, die die Segmentkerne 4 sind, die an symmetrischen Positionen bezüglich des Breitenzentrums des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A angeordnet sind. Das heißt, die Vielzahl von Permanentmagneten 5, die die gleiche Form aufweisen, sind in den Zähnen 7 der Segmentkerne 4 an symmetrischen Positionen bezogen auf das Breitenzentrum des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A angeordnet.
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21 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements in einem Vergleichsbeispiel bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der zweiten Ausführungsform, und zwar von der Statorseite aus gesehen, wobei die Ansicht entlang der Richtung parallel zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten und der Bewegungsrichtung erfolgt. In 21 unterscheidet sich das Vergleichsbeispiel 201 des Synchron-Linearmotors von dem Synchron-Linearmotor 103 gemäß der zweiten Ausführungsform in den folgenden Aspekten.
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Das Vergleichsbeispiel 201 des Synchron-Linearmotors in 21 weist die gleiche Konfiguration wie das erste Vergleichsbeispiel 201 des Synchron-Linearmotors in 6 der ersten Ausführungsform auf, und zwar in einem anderen Querschnitt gesehen. Bei dem Vergleichsbeispiel 201 in 21 ist die Relation Wm = Wm1 = Wm2 = Wm3 erfüllt. In 21 sind die Spulen 6 nicht dargestellt.
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Im Folgenden wird die Wirkung der zweiten Ausführungsform beschrieben.
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Die Dicken hm von allen von den Permanentmagneten 5 in 20 und 21 in Bewegungsrichtung A sind gleich groß. Außerdem sind im Falle des Vergleichsbeispiels 201 des in 21 gezeigten Synchron-Linearmotors die Form und die magnetische Eigenschaft von allen von den Permanentmagneten 5 die gleichen, und somit nimmt der primäre Cogging-Schub zu, und zwar wie in 8 und 11 der ersten Ausführungsform gezeigt.
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Wie außerdem bei der ersten Ausführungsform beschrieben, können durch Änderungen der Werte der Magnetflussdichten, die an den Spaltoberflächen der Segmentkerne 4 erzeugt werden, die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren geändert werden, die in den Segmentkernen 4 erzeugt werden.
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Die Werte der Magnetflussdichten, die an den Spaltoberflächen der Segmentkerne 4 erzeugt werden, können nicht nur durch Ändern der Dicke hm der Permanentmagneten 5, wie in der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 2 geändert werden, sondern auch durch Ändern der Breite Wm in Stapelrichtung B der Permanentmagneten 5, wie in 20 dargestellt.
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Somit können mit der Relation Wm1 ≠ Wm2 wie in 20 dargestellt, die Werte der Magnetflussdichten geändert werden, die an den Spaltoberflächen der Segmentkerne 4 erzeugt werden, und die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren, die in den Segmentkernen 4 erzeugt werden, können geändert werden. Somit können sich, wie in 13 der ersten Ausführungsform dargestellt, die primären Cogging-Schübe gegenseitig unterdrücken, die in den Segmentkernen 4 erzeugt werden. Daher kann, wie in 14 der ersten Ausführungsform gezeigt, der primäre Cogging-Schub reduziert werden.
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Wenn es erforderlich ist, dass die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren in entgegengesetzte Richtungen geändert werden, können mit der Relation Wm1 > Wm2 außerdem die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren in Richtungen geändert werden, die entgegengesetzt zu diesen bei dem Fall sind, bei dem die Relation Wm1 < Wm2 erfüllt ist. Daher unterdrücken sich, ähnlich wie in 14 der ersten Ausführungsform, die primären Cogging-Schubvektoren gegenseitig, so dass diese dazu fähig sind, den primären Cogging-Schub zu reduzieren.
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Außerdem können aus den gleichen Gründen, wie oben beschrieben, die Werte der Magnetflussdichten, die an den Spaltoberflächen der Segmentkerne 4 erzeugt werden, mit der Relation von Wm1 < Wm3, Wm1 > Wm3, Wm2 < Wm3, Wm2 > Wm3 oder Kombinationen von beispielsweise Wm1 < Wm3 und Wm2 > Wm3 geändert werden. Außerdem hat die Kombination Wm1 = Wm2 # Wm3 einen ähnlichen Effekt.
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Das heißt, wenn die Anzahl der unterschiedlichen Formen der Vielzahl von Permanentmagneten zwei oder mehr beträgt, können beispielsweise wie in 13 der ersten Ausführungsform dargestellt, die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren zu der Anordnung geändert werden, bei der die primären Cogging-Schubvektoren sich gegenseitig unterdrücken, die in den Segmentkernen (1) bis (6) erzeugt werden, die die Segmentkerne 4 sind.
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So kann, wie in 14 der ersten Ausführungsform gezeigt, der primäre Cogging-Schub reduziert werden.
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22 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines beweglichen Elements in einem vierten Modifikationsbeispiel bezüglich des Synchron-Linearmotors gemäß der zweiten Ausführungsform, und zwar von der Statorseite aus gesehen, wobei die Ansicht entlang der Richtung parallel zu der Stapelrichtung der elektromagnetischen Stahlplatten und der Bewegungsrichtung erfolgt. In 22 unterscheidet sich das vierte Modifikationsbeispiel 104 des Synchron-Linearmotors von dem Synchron-Linearmotor 103 gemäß der zweiten Ausführungsform in den folgenden Aspekten.
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Bezüglich des vierten Modifikationsbeispiels 104 des Synchron-Linearmotors in 22 sind bei dem Synchron-Linearmotor 103 gemäß der zweiten Ausführungsform die Breite Wm1 in Stapelrichtung B von jedem von den Permanentmagneten 5, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, die Breite Wm2 in Stapelrichtung B von jedem von den Permanentmagneten 5, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an zweiter Stelle von den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, und die Breite Wm3 in Stapelrichtung B von jedem von den Permanentmagneten 5 verschieden voneinander, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an dritter Stelle von den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind. Das heißt, dass die Relation Wm1 ≠ Wm2 ≠ Wm3 erfüllt ist. In 22 sind die Spulen 6 nicht dargestellt.
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Wie in 22 dargestellt, sind bei dem vierten Modifikationsbeispiel 104 des Synchron-Linearmotors die Breiten Wm1, Wm2 und Wm3 in Stapelrichtung B der Permanentmagnete 5 so vorgegeben, dass sie die Relation Wm1 ≠ Wm2 ≠ Wm3 erfüllen, so dass eine Variation in der Breite von drei oder mehr Permanentmagneten 5 in Stapelrichtung B vorliegt. Somit können die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren zu einer Anordnung geändert werden, bei der die primären Cogging-Schubvektoren sich gegenseitig unterdrücken, die in den Segmentkernen (1) bis (6) erzeugt werden.
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In 22 ist die Relation Wm1 < Wm2 < Wm3 angegeben. Es können jedoch auch andere Relationen verwendet werden, solange drei oder mehr unterschiedliche Breiten der Permanentmagneten 5 in Stapelrichtung B gegeben sind.
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Außerdem werden die Breiten Wm der Permanentmagneten 5 in Stapelrichtung B geändert, so dass der Cogging-Schub geändert werden kann, ohne den Hub des beweglichen Elements 2 zu ändern.
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In 20 ist die Breite der Permanentmagneten 5 in Stapelrichtung B derart dargestellt, dass sie kürzer sind als die Breite der Segmentkerne 4 in Stapelrichtung B. Allerdings kann, wie in 23 dargestellt die Breite der Permanentmagneten 5 in Stapelrichtung B länger sein als die Breite der Segmentkerne 4 in Stapelrichtung B. Außerdem können wie in 24 und 25 dargestellt die Permanentmagnete 5 jeweils in eine Vielzahl von Segmente in Stapelrichtung B aufgeteilt bzw. geteilt sein.
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Bei dem Synchron-Linearmotor gemäß der zweiten Ausführungsform können, wie in 26 und 27 gezeigt, die Längen der Permanentmagneten 5 in Vorsprungsrichtung der Zähne 7 anstelle der Breiten Wm der Permanentmagneten 5 in Stapelrichtung B variieren. Selbst bei dieser Konfiguration können die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren zu einer Anordnung geändert werden, bei der die primären Cogging-Schubvektoren sich gegenseitig unterdrücken, die in den Segmentkernen 4 erzeugt werden, so dass es möglich ist, den primären Cogging-Schub zu reduzieren.
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Wenn allerdings die Längen der Permanentmagneten 5 in Vorsprungsrichtung der Zähne 7 variieren, und zwar wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, ist die Induktivität von jeder für die Antriebssteuerung des Synchron-Linearmotors zu verwendenden Phase unausgeglichen, und die Schubpulsation zum Zeitpunkt des Antriebs des Synchron-Linearmotors ist erhöht, so dass die Steuerbarkeit verschlechtert ist.
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Daher ist es wünschenswert, dass die Breiten Wm der Permanentmagneten 5 in Stapelrichtung B variieren. Das liegt daran, dass die Längen der Permanentmagneten 5 gegenüberliegend zu den Zähnen 7 gleich sind und abhängig von den Segmentkernen 4 in Querschnittsrichtung nicht variieren, die die Bewegungsrichtung A und die Vorsprungsrichtung der Zähne 7 aufweist.
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Mit diesen Konfigurationen kann bei dem Synchron-Linearmotor gemäß der zweiten Ausführungsform ähnlich zu der ersten Ausführungsform, und zwar selbst wenn die Spulen 6 zumindest um die Zähne 7 an den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A gewickelt sind, die Unausgeglichenheit bei der Induktivität der Spulen 6 unterdrückt werden, die um die Zähne 7 der Segmentkerne 4 gewickelt sind. Somit kann die Schubpulsation beim Antrieb des Synchron-Linearmotors reduziert werden und die Steuerbarkeit verbessert werden.
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Dritte Ausführungsform
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Ein Synchron-Linearmotor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Synchron-Linearmotor 101 der 2 gemäß der ersten Ausführungsform in den folgenden Aspekten.
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Der Synchron-Linearmotor gemäß der dritten Ausführungsform hat die gleiche Erscheinungsform wie das erste Vergleichsbeispiel 201 in 6, und zwar bezogen auf den Synchron-Linearmotor gemäß der ersten Ausführungsform, ist jedoch ein Synchron-Linearmotor, der sich nur in den Rest-Magnetflussdichten unterscheidet, die magnetische Eigenschaften der Permanentmagnete 5 in der Struktur des ersten Vergleichsbeispiels 201 sind.
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Insbesondere, wenn die Rest-Magnetflussdichte Br1 für jeden von den Permanentmagneten 5, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, die Rest-Magnetflussdichte Br2 für jeden von den Permanentmagneten 5, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an zweiter Stelle von den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, und die Rest-Magnetflussdichte Br3 für jeden von den Permanentmagneten 5 gegeben ist, die in den Segmentkernen 4 angeordnet sind, die an der dritten Stelle von den beiden Endseiten in Bewegungsrichtung A angeordnet sind, ist die Relation Br1 ≠ Br2 erfüllt. Außerdem ist die Relation Br2 = Br3 erfüllt.
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Das heißt, dass die Anzahl von unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften bei der Vielzahl von Permanentmagneten 5 zwei beträgt. Außerdem sind die zwei Permanentmagneten 5, die jeweils die Rest-Magnetflussdichten Br1 aufweisen, in den Zähnen 7 der Segmentkerne (1) bzw. (6) angeordnet, die die Segmentkerne 4 sind, die an symmetrischen Positionen bezüglich des Breitenzentrums des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A angeordnet sind.
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Außerdem sind die zwei Permanentmagneten 5, die jeweils die Rest-Magnetflussdichte Br2 aufweisen, in den Zähnen 7 der Segmentkerne (2) bzw. (5) angeordnet, die die Segmentkerne 4 sind, die an symmetrischen Positionen bezüglich des Breitenzentrums des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A angeordnet sind. Außerdem sind die zwei Permanentmagnete 5, die jeweils die Rest-Magnetflussdichte Br3 aufweisen, in den Zähnen 7 der Segmentkerne (3) bzw. (4) angeordnet, die die Segmentkerne 4 sind, die an symmetrischen Positionen bezüglich des Breitenzentrums des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A angeordnet sind.
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Das heißt, die Vielzahl von Permanentmagneten 5, die die gleichen magnetischen Eigenschaften aufweisen, sind in den Zähnen 7 der Segmentkerne 4 an symmetrischen Positionen bezüglich des Breitenzentrums des beweglichen Elements 2 in Bewegungsrichtung A angeordnet.
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Außerdem haben alle Permanentmagnete 5 des Synchron-Linearmotors gemäß der dritten Ausführungsform die gleiche Form.
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Im Folgenden wird die Wirkung der dritten Ausführungsform beschrieben.
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Wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, können durch Änderungen der Werte der Magnetflussdichten, die an den Spaltoberflächen der Segmentkerne 4 erzeugt werden, die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren geändert werden, die in den Segmentkernen 4 erzeugt werden.
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Die Werte der Magnetflussdichten, die an den Spaltoberflächen der Segmentkerne 4 erzeugt werden, können nicht nur durch das Ändern der Dicken hm der Permanentmagneten 5, wie in der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, und der Breiten Wm der Permanentmagneten 5, wie in der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 20 beschrieben, geändert werden, sondern auch durch das Ändern der Rest-Magnetflussdichten Br der Permanentmagneten 5 geändert werden, und zwar wie in 2 der ersten Ausführungsform.
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So können mit der Relation Br1 ≠ Br2 die Werte der Magnetflussdichten geändert werden, die an den Spaltoberflächen der Segmentkerne 4 erzeugt werden, und die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren können geändert werden, die in den Segmentkernen 4 erzeugt werden. Damit können sich, wie in 13 der ersten Ausführungsform dargestellt, die primären Cogging-Schübe gegenseitig unterdrücken, die in den Segmentkernen 4 erzeugt werden. Daher kann, wie in 14 der ersten Ausführungsform gezeigt, der primäre Cogging-Schub reduziert werden.
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Wenn es außerdem erforderlich ist, dass die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren zu entgegengesetzten Richtungen geändert werden, können mit der Relation von Br1 < Br2 die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren in Richtung geändert werden, die entgegengesetzt zu denen im Fall der Relation Br1 > Br2 sind. Daher unterdrücken sich, ähnlich wie in 14 der ersten Ausführungsform, die primären Cogging-Schubvektoren gegenseitig, so dass es möglich ist, den primären Cogging-Schub zu reduzieren.
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Außerdem können die Werte der Magnetflussdichten, die an den Spaltoberflächen der Segmentkerne 4 erzeugt werden, mit der Relation von Br1 < Br3, Br1 > Br3, Br2 < Br3, Br2 > Br3, oder Kombinationen von beispielsweise Br1 < Br3 und Br2 > Br3 geändert werden. Außerdem hat die Kombination Br1 = Br2 ≠ Br3 einen ähnlichen Effekt.
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Das heißt, wenn die Anzahl von unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften der Vielzahl von Permanentmagneten 5, wie beispielsweise in 13 der ersten Ausführungsform dargestellt, zwei oder mehr beträgt, können die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren zu einer Anordnung geändert werden, bei der die primären Cogging-Schubvektoren sich gegenseitig unterdrücken, die in den Segmentkernen (1) bis (6) erzeugt werden, die die Segmentkerne 4 sind. So kann, wie in 14 der ersten Ausführungsform gezeigt, der primäre Cogging-Schub reduziert werden.
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Ferner können auch durch drei oder mehr Variationen der magnetischen Eigenschaften der Permanentmagneten 5 mit der Relation Br1 ≠ Br2 ≠ Br3 (beispielsweise Br1 < Br2 < Br3) die Phasen der primären Cogging-Schubvektoren zu einer Anordnung geändert werden, bei der die primären Cogging-Schubvektoren sich gegenseitig unterdrücken, die in den Segmentkernen (1) bis (6) erzeugt werden.
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Außerdem werden die Magnetflussdichten der Permanentmagneten 5 geändert, so dass der Cogging-Schub geändert werden kann, ohne den Hub des beweglichen Elements 2 zu ändern.
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Um die Rest-Magnetflussdichten Br der Permanentmagneten 5 zu ändern, ist es außerdem nur erforderlich, dass die magnetischen Eigenschaften der Permanentmagneten 5 durch eine Änderung im Material genannt „Klasse“ bzw. englisch „grade“ der Permanentmagneten 5, eine Änderung des Herstellungslos der Permanentmagneten 5 oder einer Änderung des Magnetisierungsverhältnisses der Permanentmagneten 5 variieren, und ein Verfahren dafür ist nicht besonders eingeschränkt.
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Das Magnetisierungsverhältnis der Permanentmagneten 5 wird durch einen Wert dargestellt, der durch Dividieren der Magnetisierung, die nach dem Entfernen des externen Magnetfeldes verbleibt, durch die Magnetisierung im gesättigten Zustand erhalten wird, und zwar wenn die Permanentmagneten 5 durch ein externes Magnetfeld in einem Magnetisierungsschritt zum Magnetisieren magnetisiert werden. Daher kann die Magnetisierung der Permanentmagneten 5 in dem Magnetisierungsschritt eingestellt werden, so dass es möglich ist, die Erhöhung der Teilezahl mit nur einer Art von Permanentmagneten zu unterdrücken.
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Der Synchron-Linearmotor kann durch eine Kombination aus dem Fall, bei dem die Anzahl der unterschiedlichen Formen der Vielzahl von Permanentmagneten zwei ist, und dem Fall konstruiert werden, bei dem die Anzahl der unterschiedlichen Magneteigenschaften der Vielzahl von Permanentmagneten 5 zwei beträgt, die bei der ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben sind.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Der Synchron-Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist für Synchron-Linearmotoren in verschiedenen Bereichen einsetzbar.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Synchron-Linearmotor
- 102
- Synchron-Linearmotor
- 102-2
- Synchron-Linearmotor
- 102-3
- Synchron-Linearmotor
- 103
- Synchron-Linearmotor
- 104
- Synchron-Linearmotor
- 2
- bewegliches Element
- 3
- Stator
- 4
- Segmentkern
- 4-1
- Halbsegmentkern
- 5
- Permanentmagnet
- 6
- Spule
- 7
- Zahn
- 8
- Kernrücken
- 9
- Magnetisierungsrichtung
- 10
- Basisbereich
- 11
- vorstehender Pol
- 14
- Kern
- 201
- erstes Vergleichsbeispiel eines Synchron-Linearmotors
- 202
- zweites Vergleichsbeispiel eines Synchron-Linearmotors
