DE69019523T2 - Bürstenloser Gleichstrom-Linearmotor. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrom-Linearmotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Bei einem bürstenlosen Gleichstrom-Linearmotor kann der Strom ohne die Verwendung von Bürsten an die Spulen übertragen werden. Daher hat ein solcher Motor die Vorteile, daß keine Abnützung von Bürstenteilen auftritt und keine Wartungsarbeiten, wie der Austausch von abgenützten Bürsten durchgeführt werden müssen. Auch werden negative Einflüsse auf elektronische Anordnungen, wie z.B. elektrische Störungen vermieden, die erzeugt werden, wenn eine Bürste den Strom schaltet. Daher wurden bereits mehrere Vorschläge für solche Motoren gemacht, wie sie beispielsweise der japanischen Bekanntmachungsschrift Toku-Ko-Sho 59-1061, der japanischen Druckschrift 61-24907 und dergleichen entnehmbar sind.
• US-A-4,151,447 beschreibt einen bürstenlosen Gleichstrom- Linearmotor der oben genannten Art, der eine Spuleneinheit mit zwei flachen Spulen aufweist, deren jeweilige Abmessung in Bewegungsrichtung durch eine gegebene Regel zur magnetischen Polteilung der Magneteinheit in Beziehung gesetzt ist. Das gleiche gilt sowohl für den Teilungsabstand, mit dem die Spulen angeordnet sind, als auch für den Abstand den jeder der Sensoren von seiner zugehörigen Spule besitzt.
• Es ist jedoch nicht möglich, den Schub dieses bekannten Motors einfach dadurch zu erhöhen, daß man eine oder mehrere Spuleneinheiten hinzufügt; dies gilt insbesondere, wenn jede der Spuleneinheiten drei flache Spulen umfassen soll.
Zusammenfassung der Erfindung
• Angesichts des oben Gesagten ist es das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen bürstenlosen Gleichstrom-Linearmotor zu schaffen, der zwei oder mehr Spuleneinheiten verwendet, von denen jede einen Satz von drei flachen Spulen besitzt und somit geringe Schubkraft-Änderungen zeigt, und für den eine Sensoreinheit ausreicht, d.h. daß unabhängig davon, wieviele Spuleneinheiten angebracht werden, um die Schubkraft zu erhöhen, keine zusätzlichen Sensoreinheiten erforderlich sind, und der lediglich drei elektrische Drähte benotigt, um die Ströme an die Spulen zu übertragen, so daß die Verdrahtung nicht kompliziert ist.
• Dieses Ziel der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, daß ein bürstenloser Gleichstrom-Linearmotor mit den im Anspruch 1 zusammengefaßten Merkmalen geschaffen wird.
• Entsprechend den konkreten Maßnahmen werden die Breitenabmessungen des leeren Kernabschnittes und des Windungsabschnittes der flachen Spulen sowie die relative Lage der drei flachen Spulen zueinander und weiterhin die relative Lage zwischen den drei Sensoren unter Berücksichtigung der magnetischen Polteilung der Magneteinheit genau bestimmt. Darüber hinaus wird die entsprechende relative Lage zwischen den drei Sensoren, die die Sensoreinheit bilden, und den drei flachen Spulen, die die Spuleneinheit bilden, festgelegt und dann die Polarität des elektrischen Stroms, der den drei Anschlüssen der Dreiecksoder der Stern-Verbindung, die die elektrischen Strom- Anschlüsse der flachen Spulen miteinander verbindet, zugeführt wird, durch die elektrische Strom-Schalteinrichtung in Übereinstimmung mit den Positions-Detektionssignalen der die Sensoreinheit bildenden Sensoren vorgegeben. Die Stromkraft gemäß der Fleming'schen Linke-Hand-Regel wird immer in der gleichen Richtung in den Windungsabschnitten von wenigstens zwei flachen Spulen entsprechend den magnetischen Polflächen der Magneteinheit in Bezug auf die Polarität der magnetischen Polflächen der Magneteinheit erzeugt. Folglich kann eine Relativbewegung zwischen der Magneteinheit und der Spuleneinheit erzeugt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Ziele und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung; in dieser zeigen:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Spuleneinheit und einer Sensoreinheit,
• Fig. 2 eine Querschnittsansicht,
• Fig. 3 eine skizzenhafte perspektivische Ansicht eines bürstenlosen Gleichstrom-Linearmotors,
• Fig. 4 ein Verdrahtungsdiagramm zur Wiedergabe eines Beispiels für eine Steuerschaltung,
• Fig. 5 bis 7 erläuternde Figuren zur Darstellung eines konkreten Beispiels einer Abmessungs-Beziehung und einer Verdrahtungsbedingung,
• Fig. 8 bis 10 erläuternde Figuren zur schematischen Darstellung der Beziehung zwischen der Richtung des in jede der flachen Spulen fließenden Stroms, die die elektrische Polarität des Stromes schalten, und dem Magnetkörper,
• Fig. 11 bis 13 Diagramme zur Darstellung der auftretenden Schubkraft-Muster, und
• Fig. 14 eine Vorderansicht einer Spuleneinheit und einer Sensoreinheit zur Darstellung anderer Ausführungsformen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• In Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung der Spuleneinheit 2, die den bürstenlosen Gleichstrom-Linearmotor 1 der Erfindung bildet, und der Sensoreinheit 3 wiedergegeben, die einstückig mit dieser Spuleneinheit 2 verbunden ist.
• Die Spuleneinheit 2 umfaßt drei flache Spulen 2a, 2b und 2c, die die gleiche Form besitzen. Die Sensoreinheit 3 umfaßt drei magnetische Detektionssensoren 3a, 3b und 3c, die aus drei Hall-Elementen oder dergleichen bestehen; jeder der flachen Spulen 2a bis 2c entspricht einer der magnetischen Detektionssensoren 3a bis 3c. Ihre entsprechende relative Lage wird im folgenden im einzelnen beschrieben. Die elektrischen Versorgungsdrähte, die dazu dienen, jeder der flachen Spulen 2a bis 2c Strom zuzuführen, sowie die Signaldrähte eines jeden Sensors 3a bis 3c sind unter Verwendung des flexiblen gedruckten Substrates 4 angeschlossen.
• Die Spuleneinheit 2 und die Sensoreinheit 3 sind, wie in der Querschnittsdarstellung aus Fig. 2 gezeigt, aufgehängt und in beweglicher Weise an dem Bewegungsteil 11' der Schiene 11 montiert, die aus den äußeren Schienen 12, 12 und den inneren Schienen 13, 13 besteht, und bilden somit einen bürstenlosen Gleichstrom-Linearmotor 1 mit beweglicher Spulenanordnung.
• Die Magneteinheit 16 umfaßt die Joche 14, 14, die zwischen den äußeren Schienen 12, 12 und den inneren Schienen 13, 13 stehen, sowie eine Reihe von isometrischen Permanentmagneten 15, 15, die in Längsrichtung angeordnet sind; darüber hinaus sind die Polaritäten zwischen benachbarten und einander gegenüberliegenden Magneten invertiert. Folglich wird ein gleichförmiges Magnetfeld zwischen den aufeinander zuweisenden Magneten 15, 15 gebildet. Der Magnetkreis kann auch in der Weise gebildet werden, daß die Magnete 15 nur auf einer Seite und die Joche 14 auf der anderen Seite angeordnet sind. Ein Ende der elektrischen Versorgungsdrähte ist bei Verwendung des flexiblen gedruckten Substrates 4 mit dem Schienenende 17 verbunden, das am Endbereich der Schiene 11 (Fig. 3) installiert ist. Der Kabelbaum 19 ist mit diesem Schienenende 17 über einen Verbinder 18 verbunden. Die Steuerschaltung 20 ist mit einem Ende des Kabelbaumes 19 verbunden. Die Steuerschaltung 20 bildet die elektrische Strom-Schalteinrichtung, der die Detektionssignale der magnetischen Detektionssensoren 3a bis 3c zugeführt werden, um die relative Lage zwischen der Spuleneinheit 2 und der Magneteinheit 16 in Übereinstimmung mit der Polarität der Magnete 15, 15 zu detektieren, und die die Polarität der den flachen Spulen 2a bis 2c zugeführten Ströme vorgibt. Ein Beispiel für die Steuerschaltung 20 ist in Fig. 4 wiedergegeben. Die Steuerschaltung 20 besitzt die Positions- Detektionsschaltung 21, der die magnetischen Detektionssignale der magnetischen Detektionssensoren 3a bis 3c zugeführt werden und die die relative Lage zwischen der Spuleneinheit 2 (den flachen Spulen 2a bis 2c) und der Magneteinheit 16 detektiert, sowie die Schalt-Schaltung 22 für die elektrischen Ströme. Weiterhin sind zwischen den Schaltungen 21 und 22 eine Treiberschaltung 24 zum logischen Ansteuern von Schaltelementen der elektrischen Stromschalt-Schaltung 22 sowie eine Bewegungsrichtung-Steuerungsschaltung 24 installiert, die mit dem Bewegungsrichtung-Transferschalter 25 verbunden ist.
• Die Abmessungen und die entsprechende relative Lage der flachen Spulen 2a bis 2c, die die Spuleneinheit 2 bilden, die entsprechende relative Lage der magnetischen Detektions- Sensoren 3a bis 3c, die die Sensoreinheit 3 bilden, und die Festlegung des entsprechenden Abstandes zwischen den Spulen 2a bis 2c beziehen sich auf die Abmessungen der isometrischen Magneten 15.
• Der gewählte Teilungsabstand L der flachen Spulen 2a, 2b und 2c ist
• L = 2nl/3,
• wobei n eine natürliche Zahl mit Ausnahme der Vielfachen von 3 und
• 2l
• die magnetische Polteilung der Magneteinheit 16 ist.
• Der gewählte Teilungsabstand M der magnetischen Detektions- Sensoren 3a, 3b und 3c ist:
• M = 2l/3 + 2l x 2m
• wobei m eine der Zahlen 0, 1, 2, 3 .... und 2l die magnetische Polteilung der Magneteinheit 16 ist.
• Der entsprechende Abstand Nx zwischen den flachen Spulen 2a bis 2c und den jeweils entsprechenden magnetischen Detektionssensoren 3a bis 3c ist unterschiedlich in Abhängigkeit von der Verbindung zwischen den elektrischen Stromanschlüssen der flachen Spulen 2a bis 2c und kann in folgender Weise beschrieben werden:
• (1) Im Fall einer Sternschaltung (Typ 1)
• Nx = (2 px + 1)l.
• (2) Im Fall einer Sternschaltung (Typ 2)
• Nx = 2 (px + 1/3)l oder Nx = 2 (px + 2/3)l.
• (3) Im Fall der Dreiecksschaltung
• Nx = 2 (px + 1/3)l oder Nx = 2 (px + 2/3)l.
• Dabei bedeutet 2l die magnetische Polteilung der Magneteinheit 16, p eine der Zahlen 0, 1, 2, 3, 4 ... usw. und x einen der Buchstaben a, b oder c.
• Beispielsweise bezeichnet Na den Abstand von der Mitte der flachen Spule 2a zum magnetischen Detektionssensor 3a. Das gleiche gilt für Nb und Nc. Nb und Nc bezeichnen die Abstände von den Mitten der flachen Spulen 2b, 2c zu den magnetischen Detektionssensoren 3b bzw. 3c.
• Einige Beispiele für die relativen Abmessungen, wie sie oben vorgeschrieben wurden, und ihre Wirkungen, werden im folgenden erläutert.
• Fig. 5 zeigt das Beispiel einer Sternschaltung (Typ 1) gemäß dem obigen Fall (1) L = 10l/3, der Abstand zwischen den flachen Spulen 2a und 2b und zwischen 2b und 2c wird dadurch erhalten, daß man in der Gleichung L = 2nl/3 für n den Wert 5 einsetzt.
• Der entsprechende Abstand Na = 11l des magnetischen Detektionsensors 3a von der Mitte der flachen Spule 2a wird dadurch erhalten, daß man in die Gleichung Na = (2pa + 1)l für pa den Wert 5 einsetzt. In der gleichen Weise erhält man Nb = 7l dadurch, daß man pb durch den Wert 3 ersetzt, und Nc = 3l dadurch, daß man pc durch den Wert 1 ersetzt.
• Die Anfangsenden der Wicklungen der flachen Spulen 2a bis 2c werden mit A&sub1;, B&sub1; bzw. C&sub1; bezeichnet, während die hinteren Enden der Wicklungen mit A&sub2;, B&sub2; bzw. C&sub2; bezeichnet sind. Das hintere Ende A&sub2; der Wicklung der flachen Spule 2a, das Anfangsende B&sub1; der Wicklung der flachen Spule 2b und das hintere Ende C&sub2; der Wicklung der flachen Spule 2c sind miteinander verbunden. Auf diese Anordnung wird die Sternschaltung angewendet.
• Fig. 6 zeigt ein weiteres Beispiel der Sternschaltung (Typ 2).
• Der Wert L = 10l/3 für den Abstand zwischen den flachen Spulen 2a und 2b sowie zwischen 2b und 2c wird dadurch erhalten, daß man in die Gleichung L = 2 nl/3 für n den Wert 5 einsetzt.
• Na = 32l/3 wird für den Abstand zwischen der Mitte der flachen Spule 2a und dem magnetischen Detektionssensor 3a dadurch erhalten, daß man in den Ausdruck Na = 2(pa + 1/3)l für p den Wert 5 einsetzt. In der gleichen Weise erhält man Nb = 20l/3 dadurch, daß man für pb den Wert 3 einsetzt, und Nc = 8l/3 dadurch, daß man für pc den Wert 1 einsetzt.
• Die Anfangsenden der Wicklungen der flachen Spulen 2a, 2b und 2c werden wieder als A&sub1;, B&sub1; bzw. C&sub1; bezeichnet, während die hinteren Enden der Wicklungen mit A&sub2;, B&sub2; bzw. C&sub2; bezeichnet werden. Das hintere Ende A&sub2; der Wicklung der flachen Spule 2a, das Anfangs- bzw. vordere Ende B&sub1; der Wicklung der flachen Spule 2b und das hintere Ende C&sub2; der Wicklung der flachen Spule 2c werden miteinander verbunden. Auf diese Anordnung wird die Sternschaltung angewendet.
• Fig. 7 zeigt das Beispiel einer Dreiecks-Schaltung. Die Abstände zwischen den flachen Spulen 2a und 2b und zwischen 2b und 2c und die entsprechenden Abstände zwischen der Mitte der flachen Spulen 2a bis 2c und den zugehörigen magnetischen Detektionssensoren 3a bis 3c sind von der gleichen Art wie im Fall der Sternschaltung (Typ 2) (Fig. 6).
• Die Anfangsenden der Wicklungen der flachen Spulen 2a bis 2c werden mit A&sub1;, B&sub1; bzw. C&sub1; bezeichnet und die hinteren Enden der Wicklungen mit A&sub2;, B&sub2; bzw. C&sub2;. A&sub1; ist mit B&sub1; verbunden und in der gleichen Weise sind A&sub2; mit C&sub1; und B&sub2; mit C&sub2; verbunden. Ihre Anschlüsse werden als A', C' bzw. B' bezeichnet und auf diese Anordnung wird die Dreiecksschaltung angewendet.
• Die Arbeitsweise des bürstenlosen Gleichstrom-Linearmotors 1, bei dem die flachen Spulen 2a bis 2c und die magnetischen Detektionssensoren 3a bis 3c in der Spuleneinheit 2 bzw. der Sensoreinheit 3 angeordnet sind, wobei jede ihrer Abmessungsbeziehungen vorgeschrieben ist, und der, wie oben erwähnt, an der Schiene 11 aufgehängt und installiert ist, wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 10 beschrieben.
• Im Fall der Sternschaltung (Typ 1), wird, wie in Fig. 5 gezeigt, die den elektrischen Strom schaltende Schaltung 22 der Steuerschaltung 20 so gesteuert, daß sie +V (v) am Anschluß A einprägt, wenn der magnetische Detektionssensor 3a einem N-Pol der Magneteinheit 16 entspricht, und 0 (v), wenn er einem S-Pol entspricht. In der gleichen Weise wird sie so gesteuert, daß sie am Anschluß B 0 (v) einprägt, wenn der magnetische Detektionssensor 3b einem N-Pol entspricht, und +V (v), wenn er einem S-Pol entspricht; weiterhin wird sie so gesteuert, daß sie am Anschluß C +V (v) einprägt, wenn der magnetische Sensor 3c einem N-Pol entspricht, und 0 (v), wenn er dem S-Pol entspricht, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Der Zustand der elektrischen Ströme zu den Anschlüssen A&sub1;, B&sub2; und C&sub1; an diesem Punkt, der vom Zeitablauf der Magnetdetektion der jeweiligen magnetischen Detektionssensoren 3a bis 3c abhängt, ergibt sich aus dem in dieser Figur gezeigten Zeitdiagramm, wobei dieses auf die Position des magnetischen Detektionssensors 3c bezug nimmt. Beispielsweise entsprechen im Fall der Position (1) des magnetischen Detektionssensors 3a alle magnetischen Detektionssensoren 3a, 3b und 3c, die um 2l/3 verschoben sind, einem S-Pol und es wird an den Anschlüssen A&sub1; und C&sub1; 0 (v) eingeprägt, während +V (v) am Anschluß B&sub2; eingeprägt wird. Somit fließt ein Strom von B&sub2; nach B&sub1;, von A&sub2; nach A&sub1; und von C&sub2; nach C&sub1; durch die Sternschaltung in den flachen Spulen 2a bis 2c.
• Wie oben erwähnt, ändert sich der Zustand des elektrischen Stroms zu den drei Anschlüssen A&sub1;, B&sub2; und C&sub1; der Sternschaltung in Abhängigkeit von den magnetischen Detektionssignalen, die die magnetischen Detektionssensoren 3a bis 3c entsprechend der Polarität der Magneteinheit 16 abgeben, und die Richtung des Stromes, der in die flachen Spulen 2a bis 2c fließt, schaltet sich der Reihe nach in Abhängigkeit vom Zeitablauf um. An diesem Punkt befinden sich die flachen Spulen 2a bis 2c in einer solchen Stellung, wie sie durch das Abmessungsverhältnis vorgegeben wird, und nehmen die Wirkung der Schubkraft gemäß der Flemming'schen Linke-Hand-Regel in Abhängigkeit von der Richtung des Stromes auf, der in jedem der Windungsabschnitte fließt, und in Abhängigkeit von der entsprechenden Polarität der Magneteinheit 16, so daß diese Kraft fortschreitend von links nach rechts wirkt, wie dies schematisch in den Figuren 8 (a) - (h) gezeigt ist.
• Im Fall der Sternschaltung (Typ 2) , wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, ist die Bedingung des elektrischen Stromes so, daß der Strom zu den Anschlüssen A&sub1;, B&sub2; und C&sub1; gesandt wird, die mit +V (v) , 0 (v) bzw. -V (v) bezeichnet sind, wie dies Fig. 9 zeigt. Die Schaltzeitpunkte ergeben sich aus dem in Fig. 9 gezeigten Zeitdiagramm, das für die Position des magnetischen Detektionssensors 3a wiedergegeben ist. Beispielsweise wird bei der Position (2) des magnetischen Detektionssensors 3a die Spannung -V (v) am Anschluß A&sub1;, die Spannung +V (v) an B&sub2; und die Spannung 0 (v) am Anschluß C&sub1; eingeprägt. Damit ist das elektrische Potential am Verbindungspunkt der Anschlüsse A&sub2;, B&sub1; und C&sub2;, auf die die Sternschaltung angewendet ist, immer mit 0 (v) wiedergegeben, und es fließt kein Strom zum Anschluß C&sub1; (0 (v)), sondern der Strom fließt vom Anschluß B&sub2; nach B&sub1; und von A&sub2; nach A&sub1;.
• In diesem Fall nehmen die flachen Spulen 2a bis 2c in der gleichen Weise, wie dies oben beschrieben wurde, die Schubkraft gemäß der Flemming'schen Linke-Hand-Regel in Abhängigkeit von der Richtung des Stromes auf, der in jeden der Windungsabschnitte der flachen Spulen 2a bis 2c fließt, und entsprechend der Polarität der Magneteinheit 16, und somit bewegen sie sich nach und nach von links nach rechts, wie dies schematisch in den Figuren 9 (a) bis (h) wiedergegeben ist.
• Im Falle der in Fig. 7 gezeigten Dreiecksschaltung wird die den elektrischen Strom schaltende Schaltung 22 der Steuerschaltung 20 so gesteuert, daß sie die Spannung +V (v) am Anschluß A' einprägt, wenn der magnetische Detektionssensor 3a einem N-Pol der Magneteinheit 16 entspricht, und die Spannung 0 (v), wenn er einem S- Pol entspricht. In der gleichen Weise wird diese Schaltung so gesteuert, daß sie die Spannung 0 (v) am Anschluß B' einprägt, wenn der magnetische Detektionssensor 3b einem N-Pol entspricht, und die Spannung V (v) einprägt, wenn der Sensor dem S-Pol entspricht; weiterhin wird sie so gesteuert, daß sie die Spannung +V (v) am Anschluß C' einprägt, wenn der magnetische Detektionssensor 3c einem N-Pol entspricht, und die Spannung 0 (v) wenn dieser Sensor einem S-Pol entspricht, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Die Bedingung der elektrischen Ströme, die zu den Anschlüssen A', B' und C' an diesem Punkt fließen, hängt von dem magnetischen Detektions-Zeitverlauf der jeweiligen magnetischen Detektionssensoren 3a bis 3c ab; es ist ein Zeitverlauf, wie er in dieser Figur für die Position des magnetischen Detektionssensors 3a gezeigt wird. Beispielsweise entsprechen im Fall der Position (3) des magnetischen Detektionssensors 3a alle magnetischen Detektionssensoren 3a, 3b und 3c, die um 2l/3 verschoben sind, einem S-Pol und es werden die Spannung 0 (v) am Anschluß A' und die Spannung +V (v) an den Anschlüssen B' und C' eingeprägt. Es fließt kein Strom zwischen dem Anschluß B¹ und dem Anschluß C', die wegen der Sternschaltung das gleiche elektrische Potential besitzen, aber es fließt ein Strom von A&sub2; nach A&sub1; und ein Strom von B&sub2; nach B&sub1;.
• In diesem Fall erfahren die flachen Spulen 2a bis 2c in der gleichen Weise wie oben beschrieben eine Schubkraft gemäß der Flemming'schen Linke-Hand-Regel in Abhängigkeit von der Richtung des in jedem der Windungsabschnitte der flachen Spulen 2a bis 2c fließenden Stroms und der entsprechenden Polarität der Magneteinheit 16 und bewegen sich nach und nach von links nach rechts, wie dies schematisch in Fig. 10 (a) bis (h) dargestellt ist.
• Die Schubkräfte Fa, Fb und Fc, die auf die jeweilige flache Spule 2a bis 2c im Falle der Sternschaltung (Typ 1), (Typ 2) und der Dreiecks-Schaltung wirken, sind in den Figuren 11 bis 13 dargestellt, wenn das Magnetfeld gleichförmig gehalten wird. Dabei sind folgende Abkürzungen verwendet:
• V: Spannung
• R: Widerstand einer Spule
• B: Magnetflußdichte
• N: Windungszahl einer Spule
• l: Arbeitslänge des Magnetflusses.
• Im Falle der Sternschaltung (Typ 1) wird die Schubkraft
• F&sub4; = Fb = Fc = (4V/3R) BNl
• angelegt, wie in Fig. 11 gezeigt. Das Schubkraftmuster erzeugt eine Phasenverschiebung von 2l/3 entsprechend den Abmessungsverhältnissen wie bei den flachen Spulen 2a bis 2c und der Magneteinheit 16, und die maximale Schubkraft, die auf die Spuleneinheit 2 wirkt, ist
• F = (20 V/9R) BNl.
• Die Abnahme der Schubkraft, die bei jedem 2l/3 auftritt, ist:
• F' = (2V/R) BNl.
• Somit kann die Änderung der Schubkraft auf 10 % der maximalen Schubkraft begrenzt werden.
• Im Falle der Sternschaltung (Typ 2) werden die Schubkräfte
• Fa = Fb = Fc = (V/R) BNl, und
• Fa' = Fb' = Fc' = (2V/3R) BN1
• ausgeübt, wie in Fig. 12 gezeigt. Die maximale Schubkraft ist
• F = (2V/3R) BNl
• und die Abnahme des Schubes, die bei jedem 2l/3 auftritt, ist
• F' = (5V/3R) BNl.
• Somit kann die Änderung der Schubkraft auf 17 % der maximalen Schubkraft begrenzt werden.
• Im Fall der Delta-Schaltung werden die Schubkräfte
• Fa = Fb = Fc = (2V/R) BNl, und
• Fa' = FB' = Fc' = (4V/3R) BNl
• ausgeübt, wie in Fig. 13 dargestellt.
• Die maximale Schubkraft F ist
• F = (4 VR/R) BNl
• und die Abnahme des Schubes, die bei jedem 2 l/3 auftritt, ist
• F' = (10V/3R) BNl.
• Somit kann die Änderung der Schubkraft auf 17 % des maximalen Schubes begrenzt werden.
• Der bürstenlose Gleichstrom-Linearmotor 1, der den oben beschriebenen Aufbau besitzt und in der oben beschriebenen Weise arbeitet, zielt nicht nur auf eine bessere Haltbarkeit und eine Verminderung der elektrischen Störungen, weil er keine Bürsten besitzt, sondern weist auch eine exzellente Steuerbarkeit auf, weil der sich bewegende Teil kernlos ist und weil sich nur eine geringe Änderung der auf die sich bewegenden Spulen ausgeübten Schubkraft ergibt.
• Darüber hinaus können mehrere Spuleneinheiten 2 angebracht werden, um die Schubkraft zu erhöhen.
• In diesem Fall wird die Sternschaltung oder die Dreiecksschaltung verwendet, um jede Windung der flachen Spulen 2a bis 2c, die jede der Spuleneinheiten 2 und 2' bilden, in jeder benachbarten Spuleneinheit in Abhängigkeit von den Abmessungsverhältnissen zwischen der Magneteinheit 16 und jeder der flachen Spulen 2a bis 2c umgekehrt zu erhalten.
• Wie in Fig. 14 gezeigt, sind das hintere Ende A&sub2; der Wicklung der flachen Spule 2a, das Anfangsende B&sub1; der Wicklung der flachen Spule 2b und das hintere Ende C der flachen Spule 2c mit dem Draht in der Spuleneinheit 2 verbunden, und das Anfangsende A&sub1;' der Wicklung der flachen Spule 2a, das Ende B&sub2;' der Wicklung der flachen Spule 2b und das vordere Ende der Wicklung C&sub1;' der flachen Spule 2c sind mit dem Draht in der Spuleneinheit 2' verbunden. Was die drei Anschlüsse A&sub1;, B&sub2; und C&sub1; der Spuleneinheit 2 und die drei Anschlüsse A&sub2;', B&sub1;' und C&sub2;' der Spuleneinheit 2' anbelangt, so sind A&sub1; und A&sub2;', B&sub2; und B&sub1;' und C&sub1; und C&sub2;' jeweils miteinander verbunden, um die gemeinsamen Anschlüsse A, B bzw. C zu bilden. Somit bleibt selbst dann, wenn mehrere Spuleneinheiten 2 befestigt werden, die Anzahl der Drähte zum Schalten der elektrischen Strompolarität für die flachen Spulen 2a bis 2c in unveränderter Weise gleich drei, wie im Fall von nur einer Spuleneinheit, so daß keine Notwendigkeit besteht, die Anzahl der Drähte zu vergrößern. Auch genügt ein Paar von magnetischen Detektionssensoren 3a bis 3c, um die Schaltzeitpunkte der elektrischen Strompolarität zu steuern, unabhängig von der Anzahl der Spuleneinheiten 2.
• Die möglichen Positionen für die magnetischen Detektionssensoren 3a bis 3c sind nicht auf die in jedem der Ausführungsbeispiele gezeigten Positionen beschränkt, und es ist jede Position möglich, die die Schaltzeitpunkte für die Polarität des elektrischen Stroms bewirkt.
• In dem Fall, daß die Bewegungsrichtung umgekehrt wird, wird die Polarität des elektrischen Stroms so geschaltet, daß die zu den gezeigten Ausführungsbeispielen entgegengesetzten Ströme in jede der flachen Spulen gesandt werden.

Claims (7)

1. Bürstenloser Gleichstrom-Linearmotor (1), der folgendes umfaßt:

- eine Magneteinheit (16), in der mehrere isometrische Magneten (14) mit einer regulären magnetischen Polteilung (21) so angeordnet sind, daß sich ihre Magnetisierungsrichtungen abwechseln und daß ihre magnetischen Polflächen in der Richtung, die senkrecht zu ihrer Magnetisierungsrichtung ist, in einer Reihe angeordnet sind,

- eine Spuleneinheit (2), die für eine Relativbewegung langs der magnetischen Polflächen der Magnete (14) angeordnet ist und eine Reihe von flachen Spulen (2a, 2b, 2c) umfaßt, die alle dieselbe Form besitzen und von denen jede Spule (2a, 2b, 2c) einen vorauslaufenden Windungsabschnitt, einen leeren Kernabschnitt und einen nachlaufenden Windungsabschnitt umfaßte wobei sowohl die Abmessung der Spulen (2a, 2b, 2c) in Richtung der Relativbewegung als auch der Teilungsabstand ihrer Anordnung in Übereinstimmung mit der magnetischen Polteilung (21) festgelegt sind,

- eine Sensoreinheit zum Detektieren der relativen Position der Spuleneinheit (2) bezüglich der Magneteinheit (16), wobei die Sensoreinheit (3) bezüglich der Spuleneinheit (2) fest angeordnet ist und mehrere Magnetsensoren (3a, 3b, 3c) umfaßt, deren Anzahl der Anzahl der flachen Spulen (2a, 2b, 2c) in der Spuleneinheit (2) entspricht, und wobei jeder Sensor (3a, 3b, 3c) einer der Spulen (2a, 2b, 2c) zugeordnet ist und von ihr einen Abstand aufweist, der in Übereinstimmung mit der magnetischen Polteilung (21) festgelegt ist,

- eine Stromschalteinrichtung (20), die Ströme mit verschiedenen Phasen für jede der Spulen (2a, 2b, 2c) liefert und die Polarität dieser Ströme in Abhängigkeit von Signalen von den Magnetsensoren (3a, 3b, 3c) ändert,

dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (1) zwei oder mehr Spuleneinheiten (2, 2') umfaßt, von denen jede drei flache Spulen (2a, 2b, 2c) umfaßt, daß die drei Abschnitte einer jeden dieser Spulen (2a, 2b, 2c) die gleichen Abmessungen in Richtung der Relativbewegung besitzen, wobei diese Abmessung gleich der Hälfte der magnetischen Polteilung (21) ist, daß die Spulen (2a, 2b, 2c) mit einer Abstandsteilung (L) angeordnet sind, die gleich n/3 der magnetischen Polteilung (21) ist [wobei n irgendeine natürliche Zahl mit Ausnahme der ganzzahligen Vielfachen von 3 ist], daß die Spuleneinheiten (2, 2') aneinander befestigt sind und mehrere gemeinsame Anschlüsse (A, B, C) besitzen, die mit entsprechenden Ausgängen der Stromschalteinrichtung (20) verbunden sind, die die Ströme mit den verschiedenen Phasen an die gemeinsamen Anschlüsse (A, B, C) in Abhängigkeit von den Signalen der einen Sensoreinheit (3) liefert, die allen Spuleneinheiten (2, 2') gemeinsam ist, und daß die Sensoreinheit (3) drei Sensoren (3a, 3b, 3c) umfaßt, die mit einer Teilung (M) angeordnet sind, die gleich 1/3 + 2m der magnetischen Polteilung (21) ist [m = 0, 1, 2, 3, ...].

2. Bürstenloser Gleichstrom-Linearmotor (1) nach Anspruch 1, bei dem die Sensoreinheit (3) als ein Körper an den Spuleneinheiten (2, 2') befestigt ist.

3. Bürstenloser Gleichstrom-Linearmotor (1) nach Anspruch 1, bei dem die Magnetsensoren (3a, 3b, 3c), die in der Sensoreinheit (3) enthalten sind, aus Hall-Elementen bestehen.

4. Bürstenloser Gleichstrom-Linearmotor (1) nach Anspruch 1, bei dem die elektrischen Versorgungsdrähte, über die der Strom an die flachen Spulen (2a, 2b, 2c) übertragen wird, und die Signaldrähte, die die Sensoreinheit (3) mit der Stromschalteinrichtung (20) verbinden, aus einem flexiblen gedruckten Substrat (4) bestehen.

5. Bürstenloser Gleichstrom-Linearmotor (1) nach Anspruch 1, bei dem die Magneteinheit (16) Joche (14) umfaßt, die zwischen äußeren Schienen (12) und inneren Schienen (13) stehen.

6. Bürstenloser Gleichstrom-Linearmotor (1) nach Anspruch 1, bei dem die Spuleneinheit (2) und die Sensoreinheit (3) eine Bewegungseinheit bilden, die so angeordnet ist, daß sie auf einer Schieneneinheit beweglich ist, die aus äußeren Schienen (12) und inneren Schienen (13) besteht, so daß ein Linearmotor mit beweglicher Spuleneinheit gebildet wird.

7. Bürstenloser Gleichstrom-Linearmotor (1) nach Anspruch 1, bei dem die Stromschalteinrichtung (20) von einer Steuerschaltung gebildet wird, die folgendes umfaßt:

- eine Positionsdetektorschaltung (21) zum Detektieren der relativen Position zwischen der Spuleneinheit (2) und der Magneteinheit (16),

- eine Strom-Schalt-Schaltung (22)

- eine Treiberschaltung (23), die zwischen der Detektorschaltung (21) und der Schalt-Schaltung (22) angeschlossen ist, um logische Schaltelemente der Schalt- Schaltung (22) anzusteuern, und

- eine Bewegungsrichtungs-Steuerschaltung (24), die mit einem Bewegungsrichtungs-Transferschalter (25) verbunden ist.