DE60018405T2

DE60018405T2 - Linearmotor und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE60018405T2
Application number: DE60018405T
Authority: DE
Inventors: Houng Joong Hitachi-shi KIM; Hiroshi Hitachinaka-shi KATAYAMA; Kohji Hitachi-shi MAKI
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: EP1178589B1; KR20020003563A; CN100555822C; JP3395155B2; KR100443590B1; EP1178589A1; CN1199341C; TW533658B; DE60018405D1; TW479397B; EP1178589A4; US20040178684A1; US7312542B2; CN1652441A; US6943465B2; JP2001028875A; WO2000069051A1; ATE290264T1; US6825581B1; CN1349678A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearmotor und ein Verfahren zu seiner Herstellung und insbesondere einen Linearmotor und ein Verfahren zur Herstellung eines Linearmotors, wobei ein Anker, auf den eine Spule zu wickeln ist, sowie Magnetpole mit Paaren entgegengesetzter oberer und unterer, abwechselnd angeordneter Magnetpolzähne vorgesehen sind.
Stand der Technik
Es ist im Stand der Technik bekannt, daß, falls das Magnetfeld eines Linearmotors durch einen Permanentmagneten erzeugt wird, ein hoher Schub mit einer kompakten Konstruktion erhalten werden kann. Demgemäß wurden verschiedene Konstruktionen für einen Linearmotor erdacht.
In der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung SHO 63-310361 ist ein Linear-Impulsmotor offenbart, der durch eine vereinfachte Leitungsbehandlung zu geringeren Kosten hergestellt werden kann. Wenngleich die Einzelheiten in der Veröffentlichung beschrieben sind, wird der Aufbau des Linearmotors anhand 12 kurz beschrieben.
Innerhalb eines geraden Ankers 3 mit einem U-förmigen Querschnitt sind zwei Joche parallel befestigt, die auch einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, und eine Spule 4 ist in Längsrichtung auf den unteren Teil jedes Jochs gewickelt. Jedes Joch ist mit zwei aufrecht stehenden Magnetpolen versehen. Eine Magnetpolplatte ist am oberen Teil jedes Magnetpols befestigt, wo Magnetpolzähne 20 in gleichen Abständen zur anderen Magnetpolplatte vorstehen, so daß die Magnetpolzähne 20 einander abwechseln und eine Krähenfuß- Magnetpolfläche bilden. Eine Nadel 6, die so gehalten wird, daß sie sich in Längsrichtung des Ankers 3 bewegen kann, ist mit zwei Sätzen parallel zueinander angeordneter Permanentmagneten 7 versehen, so daß sie der Magnetpolfläche über einen Luftspalt gegenüberstehen, und die Permanentmagneten 7 sind so magnetisiert, daß die Polarität im gleichen Abstand wie derjenige der vorstehenden Zähne der Magnetpolplatte wechselt. Wenn bei dieser Konstruktion ein zweiphasiger Sinuswellenstrom mit einer Phasenverschiebung von 90 Grad der auf jedes Joch gewickelten Spule 4 zugeführt wird, bewegt sich die Nadel 6 wegen des wohlbekannten Linearmotormechanismus auf dem Anker 3 in Längsrichtung.
In DE-C-3 915 623 ist ein Drehgenerator offenbart, bei dem die Magnetpole entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Es wird jedoch nichts zu einem Linearmotor gesagt.
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Wenngleich bei einer bekannten Technik ein Linearmotor durch eine vereinfachte Konstruktion und eine vereinfachte Leitungsbehandlung zu niedrigeren Kosten hergestellt werden kann, treten dabei die folgenden Probleme auf. Das heißt, daß, weil die beiden Magnetpole und Magnetpolplatten, die für den Anker 3 bereitgestellt sind, wie vorstehend erklärt aufgebaut sind, das Lecken des magnetischen Flusses durch die Spalte zwischen den abwechselnden Magnetpolzähnen 20, die vom oberen Teil der zwei Magnetpole vorstehen, insgesamt hoch ist. Daher ist der Schub des Motors, verglichen mit dem Erregungsstrom, geringer. Weil zusätzlich eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Anker 3 und der Nadel 6 in einer Richtung wirkt, wird der Haltemechanismus der Nadel 6 stärker belastet, und es wird folglich eine Beanspruchung in der Konstruktion hervorgerufen, woraus sich verschiedene Probleme ergeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Linearmotor und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen, wobei das Lecken des Flusses durch die Spalte zwischen den Magnetpolzähnen der Magnetpolplatten verringert ist, so daß die magnetische Anziehungskraft zwischen dem Anker und der Nadel minimiert ist.
Mittel zum Lösen der Probleme
Zum Lösen der vorstehenden Aufgabe ist ein Linearmotor mit einem Anker und einer Nadel mit einem Magnetismus bereitgestellt, wobei der Anker zumindest mit einem Magnetpol der ersten Polarität, der den ersten entgegengesetzten Abschnitt aufweist, und einem anderen Magnetpol der zweiten Polarität, der den zweiten entgegengesetzten Abschnitt aufweist, versehen ist, und die Nadel zwischen dem ersten entgegengesetzten Abschnitt und auch zwischen dem zweiten entgegengesetzten Abschnitt angeordnet ist.
Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Linearmotors mit einem Anker und einer Nadel mit Magnetpolen vorgesehen, wobei ein mit einer Spule zu bewickelnder Ankerkern, Magnetpole auf beiden Seiten und eine von oberen Magnetpolzähnen und entgegengesetzten unteren Magnetpolzähnen integrierte Magnetpoleinheit getrennt von einem laminierten Stahlblech hergestellt werden, um eine Ankereinheit zu bilden, und ein Anker, der mit einem Magnetpol der ersten Polarität mit dem ersten entgegengesetzten Abschnitt und einem anderen Magnetpol der zweiten Polarität mit dem zweiten entgegengesetzten Abschnitt versehen ist, durch Montieren der getrennt hergestellten Ankereinheit aufgebaut wird.
Eine genaue Definition der Erfindung ist in den Ansprüchen 1, 5 und 6 gegeben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Ansicht des Linearmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 ist eine Schnittansicht des Linearmotors in 1,
3 ist ein Konzeptdiagramm des magnetischen Flusses des Linearmotors in 1,
4 zeigt einen Linearmotor mit zwei in Reihe angeordneten Ankereinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung,
5 ist ein Linearmotor mit zwei parallel angeordneten Ankereinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung,
6 ist eine schematische Darstellung einer Reihenanordnung von Ankereinheiten gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7 ist eine schematische Darstellung der Nadel gemäß einer anderen (ersten) Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
8 ist eine schematische Darstellung der Nadel gemäß einer anderen (zweiten) Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
9 ist schematische Darstellung der Nadel gemäß einer anderen (dritten) Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
10 ist eine Skizze eines Verfahrens zur Herstellung eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung,
11 ist eine Skizze eines anderen Verfahrens zur Herstellung eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung, und
12 ist eine schematische Darstellung des Linear-Impulsmotors gemäß einer bekannten Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Verwendung der Figuren der Zeichnung erklärt.
1 ist eine schematische Darstellung eines Linearmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 zeigt eine Schnittansicht davon.
In 1 ist 1 ein Magnetpol, 11a ein oberer Magnetpolzahn des Magnetpols 1, 12b ein unterer Magnetpolzahn des Magnetpols 1, 2 ein anderer Magnetpol, 21b ein unterer Magnetpolzahn des Magnetpols 2, 22a ein oberer Magnetpolzahn des Magnetpols 2, 3 ein Anker, 4 eine Ankerspule, 5 ein Ankerkern, 6 eine Nadel, 7 ein Permanentmagnet, 8 ein Spalt zwischen dem oberen Magnetpolzahn 11a des Magnetpols 1 und dem unteren Magnetpolzahn 21b des Magnetpols 2 (oder zwischen dem unteren Magnetpolzahn 12b des Magnetpols 1 und dem oberen Magnetpolzahn 22a des Magnetpols 2) und Ps ein Polabstand von Mitte zu Mitte zwischen zwei benachbarten Magnetpolzähnen auf der selben oberen oder unteren Seite. Der Anker 3 ist unten auf beiden Seiten des Ankerkerns 5 mit den Magnetpolen 1 und 2 versehen, und die Ankerspule 4 ist in Längsrichtung auf den Ankerkern 5 gewickelt, der ein langer und gerader Kern mit einem U-förmigen Querschnitt ist. Demgemäß weist der Anker 3 zwei Magnetpole 1 und 2 auf.
Während der Magnetpol 1 an seinem Oberteil mit einem oberen Magnetpolzahn 11a, einem unteren Magnetpolzahn 12b usw. versehen ist, die zum Magnetpol 2 vorstehen, ist der Magnetpol 2 an seinem Oberteil mit einem unteren Magnetpolzahn 21b, einem oberen Magnetpolzahn 22a usw. versehen, die zum Magnetpol 1 vorstehen. Das heißt, daß die vorstehenden Magnetpolzähne des Magnetpols 1 in zwei Höhen, nämlich einer oberen und einer unteren Höhe angeordnet sind, so daß der (2n – 1)-te Zahn (n = 1, 2, 3, ...) als ein oberer Zahn vorsteht und der (2n)-te Zahn (n = 1, 2, 3, ..) als ein unterer Zahn vorsteht. Im Gegensatz zum Magnetpol 1 sind die Magnetpolzähne des Magnetpols 2 auch in zwei Höhen angeordnet, so daß der (2n – 1)-te Zahn (n = 1, 2, 3, ...) als ein unterer Zahn vorsteht und der (2n)-te Zahn als ein oberer Zahn vorsteht. Wenn die gesamten oberen Magnetpolzähne des Magnetpols 1 und des Magnetpols 2 als eine obere Magnetpolfläche definiert sind und die gesamten unteren Magnetpolzähne als eine untere Magnetpolfläche definiert sind, bedeutet diese Konstruktion, daß zwei Magnetpolflächen, nämlich eine obere und eine untere, bereitgestellt werden, wobei die entgegengesetzten Magnetpolzähne des Magnetpols 1 und des Magnetpols 2 einander abwechseln.
Hier ist ein Paar aus dem ersten oberen Magnetpolzahn 11a und dem unteren Magnetpolzahn 12b als der erste entgegengesetzte Abschnitt definiert und der zweite untere Magnetpolzahn 21b und der obere Magnetpolzahn 22a als der zweite entgegengesetzte Abschnitt definiert. Folglich ist der Anker so aufgebaut, daß das (2n – 1)-te Paar den ersten entgegengesetzten Abschnitt bildet und das (2n)-te Paar den zweiten entgegengesetzten Abschnitt bildet.
Wenn zwischen dem oberen Magnetpolzahn und dem unteren Magnetpolzahn jedes entgegengesetzten Abschnitts ein konstanter Spalt 8 bereitgestellt ist und eine Nadel mit einem Magnetismus durch den Spalt 8 geschoben wird, wird eine Konstruktion bereitgestellt, bei der die Nadel zwischen dem ersten und dem zweiten entgegengesetzten Abschnitt gehalten wird.
Bei der vorstehend angegebenen Konstruktion ist eine Ankereinheit bereitgestellt, bei der der magnetische Fluß zwischen den oberen und den unteren Magnetpolzähnen in dem Spalt zwischen diesen in jedem entgegengesetzten Abschnitt eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Ausführungsform abwechselnd nach oben und nach unten fließt und sich die Nadel durch den Spalt bewegt.
In 2 hält ein Haltemechanismus (auf der Ankerseite) 14 die sich relativ bewegende Nadel 6 auf der Seite des Ankers 3, und ein Haltemechanismus (auf der Nadelseite) 15 hält die sich bewegende Nadel 6 auf der Seite dieser Nadel 6. Die von den Haltemechanismen 14 und 15 gehaltene Nadel 6 bewegt sich in dem Spalt 8, als ob sie in einem Tunnel laufen würde.
Bei einem Linearmotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind zwei verschiedene Magnetpolzähne, nämlich ein oberer und ein unterer Magnetpolzahn, des Ankers 3 bereitgestellt, und die Nadel 6 bewegt sich zwischen den oberen und den unteren Magnetpolzähnen. Vorausgesetzt, daß die Abstände von der Mitte der Nadel 6 zu den oberen und unteren Magnetpolzähnen gleich sind, ist die zwischen der Nadel 6 und den oberen Magnetpolzähnen wirkende Anziehungskraft gleich, jedoch entgegengesetzt zur zwischen der Nadel 6 und den unteren Magnetpolzähnen wirkenden Anziehungskraft. Demgemäß heben die Anziehungskräfte einander auf, so daß sie insgesamt null werden. Daher kann die Anziehungskraft zwischen der Nadel 6 und den Magnetpolzähnen des Ankers 3 verringert werden und demgemäß die Belastung der Haltemechanismen 14 und 15 minimiert werden.
3 ist ein Konzeptdiagramm, in dem der magnetische Fluß eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Ausführungsform dargestellt ist. Wenn die Ankerspule 4 erregt wird und wenn die oberen und die unteren Magnetpolzähne des Magnetpols 1 zur N-Polarität magnetisiert werden, werden die oberen und die unteren Magnetpolzähne des Magnetpols 2 zur S-Polarität magnetisiert. Wenn dies geschieht, fließt der magnetische Fluß vom oberen Magnetpolzahn 11a des Magnetpols 1 zum unteren Magnetpolzahn 21b des Magnetpols 2 und ähnlich vom unteren Magnetpolzahn 12b des Magnetpols 1 zum oberen Magnetpolzahn 22a des Magnetpols 2. Folglich kehrt sich die Richtung des magnetischen Flusses im Spalt 8 zwischen den oberen und den unteren Magnetpolflächen bei jedem Magnetpolabstand um.
Bei einem Linearmotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform fließt wegen des vorstehend Erwähnten der magnetische Fluß von den oberen Magnetpolzähnen zu den unteren Magnetpolzähnen durch den N-Pol und den S-Pol des Permanentmagneten der Nadel 6 und auch von den unteren Magnetpolzähnen durch den S-Pol und den N-Pol des Permanentmagneten der Nadel 6 zu den oberen Magnetpolzähnen. Daher wird der magnetische Weg eines Magnetkreises effektiver Flüsse kürzer, der magnetische Widerstand geringer, nimmt der effektive magnetische Fluß ab und verringert sich das Lecken des magnetischen Flusses.
Weil andererseits ein herkömmlicher Krähenfuß-Linearmotor nur eine einzige Magnetpolfläche aufweist, fließt der magnetische Fluß von den N Polzähnen des Ankers 3 über den S-Pol und den N-Pol des Permanentmagneten der Nadel 6 und kehrt zu den S-Polzähnen des Ankers 3 zurück. Daher wird der magnetische Weg eines Magnetkreises effektiver Flüsse länger. Folglich nimmt bei einem herkömmlichen Krähenfußtyp der magnetische Widerstand zu und das Lecken des magnetischen Flusses, der nicht durch den Permanentmagneten der Nadel 6, sondern direkt vom N-Polzahn zu einem benachbarten S-Polzahn des Ankers 7 fließt, ebenfalls zu.
Als nächstes wird ein Linearmotor mit mehreren in 1 dargestellten Ankereinheiten, die in Reihe oder parallel angeordnet sind, erklärt. 4 zeigt einen Linearmotor mit zwei in Reihe angeordneten Ankereinheiten aus 1.
Im allgemeinen sind in 4 eine Ankereinheit A und eine Ankereinheit B in Reihe angeordnet, so daß der Abstand zwischen dem Magnetpolzahn "a" der Ankereinheit A und dem Magnetpolzahn "b" der benachbarten Ankereinheit B (K·P + P/M) {(K = 0, 1, 2, ...), (M = 2, 3, 4, ...)} ist. P stellt den Magnetpolabstand dar (es wird entweder der Anker- Magnetpolabstand Ps oder der Nadel-Magnetpolabstand Pm ausgewählt), und M stellt die Phase des Motors dar. Insbesondere gelten in 4 K = 3 und M = 2.
In 4 kann der Anker-Magnetpolabstand Ps entweder gleich dem Nadel-Magnetpolabstand Pm oder davon verschieden sein. Das Gleichmachen des Anker-Magnetpolabstands Ps und des Nadel-Magnetpolabstands Pm ist wirksam, um die Schubpulsierung zu verringern, die zwischen dem Permanentmagneten 7 und den Magnetpolzähnen auftritt. Die Nadel 6 ist mit mehreren Permanentmagneten 7 versehen, so daß Polarität zwischen den beiden benachbarten Magnetpolen abwechselt und der Magnetismus zu Z in 2 gerichtet ist.
Wenn die Nadel 6 in dem Spalt 8 durch die Haltemechanismen 14 und 15, wie in 2 dargestellt ist, zwischen der oberen und der unteren Magnetpolfläche der Ankereinheit A und der Ankereinheit B gehalten wird und die Ankerspule 4 der Ankereinheit A und diejenige der Ankereinheit B abwechselnd erregt werden, fließt der magnetische Fluß im Spalt 8 zwischen der oberen Magnetpolfläche und der unteren Magnetpolfläche in jedem Magnetpolabstand in entgegengesetzter Richtung. Demgemäß wird ein Schub infolge von P/2 erzeugt, der für eine Bewegung wesentlich ist, und die Nadel 6 bewegt sich entsprechend.
Wie vorstehend erklärt wurde, wird durch Anordnen von zwei Ankereinheiten in Reihe ein Linearmotor aufgebaut, bei dem sich die Nadel 6 zwischen der oberen Magnetpolfläche und der unteren Magnetpolfläche der Ankereinheiten A und B durch einen Spalt bewegt.
Wenngleich die vorstehende Erklärung eine Anordnung von zwei Ankereinheiten in Reihe abdeckt, wie in 4 dargestellt ist, gilt dies auch für eine Anordnung mehrerer Ankereinheiten in Reihe.
5 zeigt einen Linearmotor mit zwei parallel angeordneten Ankereinheiten aus 1. Wie in 5 dargestellt ist, sind die Ankereinheit A und die Ankereinheit B parallel und vollständig Seite an Seite angeordnet, ist jede Nadel mit mehreren Permanentmagneten 7 versehen, so daß die Polarität zwischen benachbarten Magnetpolen wechselt, und sind die Nadeln 6a und 6b zu einem Teil kombiniert. Hierbei ist die Nadel 6a gegenüber der Nadel 6b um einen Abstand P/2 verschoben. Es ist in bezug darauf auch zulässig, daß die Nadel 6a und die Nadel 6b vollständig Seite an Seite integriert werden, jedoch die Ankereinheit A um einen Abstand P/2 gegenüber der Ankereinheit B verschoben ist.
Bei der parallelen Anordnung in 5 kann der Anker-Magnetpolabstand Ps, wie bei der Reihenanordnung in 4, entweder gleich dem Nadel-Magnetpolabstand Pm oder davon verschieden sein.
Ähnlich wie in 4 fließt, wenn die Nadel 6a und die Nadel 6b durch die in 2 dargestellten Haltemechanismen 14 und 15 in dem Spalt 8 zwischen den oberen und den unteren Magnetpolzähnen der Ankereinheit A bzw. der Ankereinheit B gehalten werden und die Ankerspule 4 der Ankereinheit A und diejenige der Ankereinheit B abwechselnd erregt werden, der magnetische Fluß in dem Spalt 8 zwischen der oberen Magnetpolfläche und der unteren Magnetpolfläche an jedem Magnetpolabstand in entgegengesetzter Richtung. Demgemäß wird ein Schub infolge von P/2 erzeugt, der für eine Bewegung wesentlich ist, und die Nadel 6 bewegt sich entsprechend.
Wie vorstehend erklärt wurde, wird durch paralleles Anordnen von zwei Ankereinheiten und Kombinieren von zwei Nadeln zu einem Teil ein Linearmotor gebildet, wobei sich die Nadel 6a und die Nadel 6b durch einen Spalt zwischen der oberen Magnetpolfläche und der unteren Magnetpolfläche der Ankereinheiten A bzw. B bewegen.
Wenngleich die vorstehende Erklärung eine Anordnung von zwei parallelen Ankereinheiten und eine Kombination von zwei Nadeln zu einem Teil, wie in 5 dargestellt ist, abdeckt, gilt dies auch für eine parallele Anordnung mehrerer Ankereinheiten und eine Kombination mehrerer Nadeln zu einem Teil.
Falls bei einem seriellen oder parallelen Anordnung mehrerer Ankereinheiten die Ankereinheiten oder Nadeln zu einem Teil kombiniert werden, so daß der Abstand entweder zwischen den Magnetpolzähnen zweier benachbarter Ankereinheiten oder zwischen den Magnetpolen zweier benachbarter Nadeln (K·P + P/M) {(K = 0, 1, 2, ...), (M = 2, 3, 4,...)} ist, wie vorstehend erklärt wurde, kann sich jede relativ bewegen, wobei P den Magnetpolabstand darstellt und M die Phase des Motors darstellt.
6 ist eine schematische Darstellung einer Reihenanordnung von Ankereinheiten gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 zeigt einen Zweiphasen-Linearmotor, wobei vier Ankereinheiten in Reihe angeordnet sind, von denen jeweils zwei Ankereinheiten eine Phase bilden und der Magnetpol-Zahnabstand zwischen zwei benachbarten Ankereinheiten der gleichen Phase (K·P) {K = 0, 1, 2, ...} ist und der Magnetpol-Zahnabstand zwischen zwei benachbarten Ankereinheiten verschiedener Phasen (K·P + P/M) {(K = 0, 1, 2, ...), (M = 2, 3, 4,...)} ist {K ist eine optionale Zahl, die maximale Anzahl der zu montierenden benachbarten Ankereinheiten nicht übersteigt, und M ist die Phase des Motors}, vorausgesetzt, daß der Magnetpolabstand P ist. 6(a) zeigt die Anordnung Phase A – Phase B – Phase A – Phase B der Ankereinheiten. 6(b) zeigt die Anordnung Phase A – Phase A – Phase B – Phase B der Ankereinheiten.
Wenn mehrere Ankereinheiten zur Bildung einer Phase montiert werden, wie in 6 dargestellt ist, kann durch den Linearmotor ein größerer Schub erhalten werden. Wenngleich 6 einen Linearmotor einschließt, bei dem vier Ankereinheiten montiert sind, von denen jeweils zwei Ankereinheiten eine Phase bilden, gilt die vorstehende Erklärung auch für eine Anordnung mehrerer Ankereinheiten in Reihe. Das Gleiche gilt für eine parallele Anordnung mehrerer Ankereinheiten und eine Kombination mehrerer Nadeln zu einem Teil.
7 zeigt eine andere Ausführungsform der Nadel gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Nadel 6 in 1 ist mit mehreren Permanentmagneten 7 versehen, so daß die Polarität zwischen zwei benachbarten Magnetpolen wechselt. Bei der Nadel 6 in 7 wird jedoch an Stelle der Permanentmagneten 7 ein flaches ferromagnetisches Material verwendet, und ein erhöhter Magnetpolzahn 13 ist in einem konstanten Intervall auf beiden Seiten des ferromagnetischen Materials bereitgestellt.
Wenn erhöhte Magnetpolzähne 13 auf beiden Seiten des ferromagnetischen Materials bereitgestellt sind, ändert sich der magnetische Widerstand zwischen dem Anker und der Magnetpolfläche. Das heißt, daß der magnetische Widerstand zwischen dem erhöhten Magnetpolzahn 13 und der Magnetpolfläche des Ankers niedriger ist als der magnetische Widerstand zwischen dem flachen Abschnitt 16 des ferromagnetischen Materials und der Magnetpolfläche des Ankers. Durch die Verwendung der Änderung des magnetischen Widerstands kann eine sich frei bewegende Nadel erhalten werden.
Es ist bei der vorstehenden Konstruktion möglich, daß die erhöhten Magnetpolzähne 13 aus einem ferromagnetischen Material bestehen und die flachen Abschnitte 16 aus einem Permanentmagneten bestehen, wodurch eine kombinierte Nadel gebildet ist. Es ist auch möglich, die erhöhten Magnetpolzähne 13 aus ferromagnetischem Material mit den flachen Abschnitten 16 aus nicht magnetischem Material zu kombinieren.
8 zeigt ein Beispiel, in dem die flache Nadel in 7 zu einer rohrförmigen Nadel gebildet ist. Ferromagnetische Materialien 36 und nicht magnetische Materialien 37 sind auf einem Schaft 35 kombiniert. Es können auch Permanentmagneten verwendet werden.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Nadel gemäß der vorliegenden Erfindung. In 9 ist die Nadel 9 zu einem endlosen Riemen oder einer endlosen Kette geformt, in die die ferromagnetischen Materialien 34 eingebettet sind. An Stelle des ferromagnetischen Materials kann ein Permanentmagnet verwendet werden.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt.
10 ist eine Explosionsansicht des Linearmotors in 1. Jeder der Magnetpole 1 und 2 und der Magnetpolzähne 11a, 12b, 21b und 22a wird getrennt hergestellt, und der Magnetpol 1 und die Magnetpolzähne 11a und 12b werden zusammengesetzt, und der Magnetpol 2 und die Magnetpolzähne 12b und 22a werden auch zusammengesetzt, wodurch eine Ankereinheit gebildet wird. Hierzu ist es möglich, den Magnetpol und die oberen und unteren Magnetpolzähne für jede Seite in einem Stück zu pressen und die beiden Seiten zu einer Einheit zusammenzusetzen. Es ist auch möglich, alle Magnetpole und die oberen und unteren Magnetpolzähne für beide Seiten in einem Stück zu pressen.
Der Haltemechanismus (auf der Ankerseite) 14, der an der Ankereinheit montiert ist, hält die Nadel vertikal und horizontal.
11 zeigt ein anderes Herstellungsverfahren eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Herstellungsverfahren werden eine Magnetpoleinheit 31A mit einem Ankerkern, der mit einer Spule 4 zu bewickeln ist, Magnetpole auf beiden Seiten, ein oberer Magnetpolzahn 11a und ein entgegengesetzter unterer Magnetpolzahn 21b aus laminiertem Stahlblech in einem Stück hergestellt.
Die in einer entgegengesetzten Orientierung installierte Magnetpoleinheit 31A dient als die andere Magnetpoleinheit 31A'. Eine Haltestruktur 32 und ein Kanal 33 werden zwischen der Magnetpoleinheit 31A und der anderen Magnetpoleinheit 31A' montiert. Dadurch wird der Anker so aufgebaut, daß die (2n – 1)-te Einheit die Magnetpoleinheit 31A ist, die dem ersten entgegengesetzten Abschnitt entspricht, und die (2n)-te Einheit die andere Magnetpoleinheit 31A' ist, die dem zweiten entgegengesetzten Abschnitt entspricht.
Es ist auch möglich, die Magnetpoleinheiten 31A und 31A' in einer rechten und einer linken Hälfte getrennt herzustellen und die Hälften zu einer Einheit zusammenzusetzen, so daß die Spule 4 von beiden Seiten sandwichförmig eingeschlossen wird.
Wenngleich die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorstehend anhand eines Linearmotors erklärt wurde, sind die Nadel und die Ankereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung auch auf ein Vibrations-Linearstellglied anwendbar, wobei sich die Nadel hin- und herbewegt, wenn der Wechselstrom der Spule der Ankereinheit zugeführt wird.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie vorstehend erklärt wurde, der magnetische Weg eines Magnetkreises effektiver Flüsse kürzer, und das Lecken des magnetischen Flusses kann dementsprechend verringert werden.
Abgesehen davon kann dadurch, daß die Gesamtanziehungskräfte zwischen der Nadel und dem Anker, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Nadel wirken, einander aufheben, die Anziehungskraft zwischen der Nadel und der Magnetpolfläche des Ankers verringert werden und dementsprechend die Belastung der Haltemechanismen minimiert werden.
Zusätzlich kann der Anker gemäß der vorliegenden Erfindung durch Herstellen einer Ankereinheit in getrennten Teilen leicht und wirksam hergestellt werden, wobei eine Magnetpoleinheit mit einem mit einer Spule zu bewickelnden Ankerkern, Magnetpolen auf beiden Seiten, einem oberen Magnetpolzahn und einem entgegengesetzten unteren Magnetpolzahn aus einem Stück aus einem laminierten Stahlblech hergestellt wird.

Claims

Linearmotor mit einem Anker (3) aus magnetischem Material, einer um den Anker gewickelten Spule (4) und einer Nadel (6), die relativ zu dem Anker in dem von dem Anker erzeugten Magnetfeld beweglich ist, mit Reihen von Magnetpolzähnen (11a, 12b) auf einer Seite, die magnetisch an einen Magnetpol (1) des Ankers (3) angeschlossen und in einer ersten und einer zweiten Stufe im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Nadel (6) angeordnet sind, und Reihen von Magnetpolzähnen (22a, 21b) auf der anderen Seite, die magnetisch an die anderen Magnetpole (2) des Ankers (3) angeschlossen und in einer ersten und einer zweiten Stufe im wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Nadel (6) angeordnet sind, wobei Magnetpolzähne der ersten Stufe auf der einen Seite (11a) und Magnetpolzähne der ersten Stufe auf der anderen Seite (22a) abwechselnd längs der Bewegungsrichtung der Nadel (6) angeordnet sind, Magnetpolzähne der zweiten Stufe auf der einen Seite (12b) und Magnetpolzähne der zweiten Stufe auf der anderen Seite (21b) abwechselnd längs der Bewegungsrichtung der Nadel (6) angeordnet sind, und die Nadel (6) zwischen den beidseitigen Magnetpolzähnen der ersten Stufe (11a, 22a) und den beidseitigen Magnetpolzähnen der zweiten Stufe (12b, 21b) positioniert ist.
Motor nach Anspruch 1, wobei, wenn mehrere Ankereinheiten (A, B) montiert sind, die jeweils einen Anker (3), eine Spule (4) und magnetische Polzähne (11a, 22a, 12b, 21b) auf beiden Seiten aufweisen, und der Magnetpolabstand mit P bezeichnet wird, der Magentpolzahnabstand zwischen zwei benachbarten Ankereinheiten (A, B) (k·P + P/M) beträgt, wobei keine beliebige Zahl ist, die die Maximalanzahl zu montierender benachbarter Ankereinheiten (A, B) nicht übersteigt, wobei k = 0, 1, 2, ..., und M die Phase des Motors ist, wobei M = 2, 3, 4, ...
Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn mehrere Ankereinheiten (A, B) montiert sind, die jeweils einen Anker (3), eine Spule (4) und Magnetpolzähne (11a, 22a, 12b, 21b) auf beiden Seiten aufweisen und von denen mindestens zwei eine Phase bilden, und der Magnetpolabstand mit P bezeichnet wird, der Magnetpolzahnabstand zwischen zwei benachbarten Ankereinheiten (A, B) gleicher Phase, (k·P)beträgt und der Magnetpolzahnabstand zwischen zwei benachbarten Ankereinheiten (A, B) unterschiedlicher Phase (k·P + P/M)beträgt, wobei k eine beliebige Zahl ist, die die Maximalanzahl zu montierender benachbarter Ankereinheiten (A, B) nicht übersteigt, wobei k = 0, 1, 2, ..., und M die Phase des Motors ist, wobei M = 2, 3, 4, ...
Motor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Magnetpolzahnabstand einer Ankereinheit (A, B), die einen Anker (3), eine Spule (4) und Magnetpolzähne (11a, 22a, 12b, 21b) auf beiden Seiten aufweist, von dem Magnetpolabstand der Nadel (6) verschieden ist.
Linearmotor mit einem beweglichen Anker (3) aus magnetischem Material, einer um den Anker gewickelten Spule (4) und einer fest gelagerten Nadel (6), die in dem von dem Anker (3) erzeugten Magnetfeld agiert, mit Reihen von Magnetpolzähnen (11a, 12b) auf einer Seite, die magnetisch an einen Magnetpol (1) des Ankers (3) ange schlossen und in einer ersten und einer zweiten Stufe im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Nadel (6) angeordnet sind, und Reihen von Magnetpolzähnen (22a, 21b) auf der anderen Seite, die magnetisch an die anderen Magnetpole (2) des Ankers (3) angeschlossen und in einer ersten und einer zweiten Stufe im wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Nadel (6) angeordnet sind, wobei Magnetpolzähne der ersten Stufe auf der einen Seite (11a) und Magnetpolzähne der ersten Stufe auf der anderen Seite (22a) abwechselnd längs der Bewegungsrichtung der Nadel (6) angeordnet sind, Magnetpolzähne der zweiten Stufe auf der einen Seite (12b) und Magnetpolzähne der zweiten Stufe auf der anderen Seite (21b) abwechselnd längs der Bewegungsrichtung der Nadel (6) angeordnet sind, und die Nadel (6) zwischen den beidseitigen Magnetpolzähnen der ersten Stufe (11a, 22a) und den beidseitigen Magnetpolzähnen der zweiten Stufe (12b, 21b) positioniert ist.
Verfahren zum Herstellen eines Linearmotors mit einem Anker (3) aus magnetischem Material, einer um den Anker gewickelten Spule (4) und einer Nadel (6), die relativ zu dem Anker in dem von dem Anker erzeugten Magnetfeld beweglich ist, mit Reihen von Magnetpolzähnen (11a, 12b) auf einer Seite, die magnetisch an einen Magnetpol (1) des Ankers (3) angeschlossen und in einer ersten und einer zweiten Stufe im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Nadel (6) angeordnet sind, und Reihen von Magnetpolzähnen (22a, 21b) auf der anderen Seite, die magnetisch an die anderen Magnetpole (2) des Ankers (3) angeschlossen und in einer ersten und einer zweiten Stufe im wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Nadel (6) angeordnet sind, wobei Magnetpolzähne der ersten Stufe auf der einen Seite (11a) und Magnetpolzähne der ersten Stufe auf der anderen Seite (22a) abwechselnd längs der Bewegungsrichtung der Nadel (6) angeordnet werden, Magnetpolzähne der zweiten Stufe auf der einen Seite (12b) und Magnetpolzähne der zweiten Stufe auf der anderen Seite (21b) abwechselnd längs der Bewegungsrichtung der Nadel (6) angeordnet werden, die Nadel (6) zwischen den beidseitigen Magnetpolzähnen der ersten Stufe (11a, 22a) und den beidseitigen Magnetpolzähnen der zweiten Stufe (12b, 21b) positioniert wird, und eine einstückig aus einem Ankerkern (5), Magnetpolen (1, 2) und Magnetpolzähnen (11a, 22a, 12b, 21b) zusammengesetzte Magnetpoleinheit getrennt aus laminiertem Stahlblech hergestellt wird, und die Ankereinheit (A, B) durch Kombination der getrennt hergestellten Magnetpoleinheit mit der Spule (4) gebildet wird.