GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearmotor, und
insbesondere einen Linearmotor, der als ein Zweiphasen- und ein
Mehrphasen-Linearimpulsmotor oder als ein bürstenloser
Gleichstrom-Linearmotor arbeitet
-
In der US 5,179,306 sind ein Linearmotor und ein Verfahren zur
Benutzung des Motors zum Erzeugen einer ausreichenden hin- und
herlaufenden Schubwirkung, um zu ermöglichen, daß Förderfluids
durch die Produktionsröhre eines Schachts zur Bodenoberfläche
gepumpt werden, beschrieben. Der Motor ist ein dreiphasiger
zylindrischer Linearmotor des PM-Typs mit einer
Antriebseinrichtung und einem Stator, wobei der Stator einen Satz von
Spulen zum Erzeugen einer Reihe elektromagnetischer Felder,
die zumindest teilweise in axialer Richtung verlaufen, bei
Versorgung mit einem elektrischen Strom, und einen Statorkern
zum Definieren einer Vielzahl von beabstandeten, transversal
angeordneten Spulenempfangsschlitzen und einer ringförmigen,
axial verlaufenden Antriebseinrichtungs-Aufnahmebohrung
aufweist.
-
In der japanischen provisorischen Gebrauchsmuster-Offenlegung
Nr. 63-191878 ist ein Beispiel eines Induktors eines
PM-Scheiben-Linearschrittmotors beschrieben. Bei diesem
Linearschrittmotor besteht der Stator aus mehrphasigen Elektromagneten, und
Permanentmagnete, die aus dünnen Platten hergestellt sind,
sind an der Poloberfläche gegenüberliegend der
Antriebseinrichtung angebracht, und die Polarität der benachbarten
magnetischen Antriebskraft der Permanentmagneten ist voneinander
verschieden. Die Zähne der Antriebseinrichtung sind in einer
Linie in der Bewegungsrichtung mit einem Abstand der Zähne,
der gleich dem Polabstand der Pole der Permanentmagneten des
Stators ist, angeordnet. Die Elektronagnete des Stators sind
in einer Linie unter gleichen Intervallen in Richtung der
Bewegung der Antriebseinrichtung in einem natürlichen Vielfachen
der Anzahl der Phasen angeordnet. Die Positionen der Pole der
Permanentmagneten, die an die Elektromagneten der Phasen
angebracht sind, sind zueinander um 360º/Phase verschoben.
-
Fig. 11 ist eine Längsschnittansicht zum Illustrieren eines
zylindrischen Linearmotors mit Permanentmagneten gemäß dem
Stand der Technik.
-
In Fig. 11 weist ein Statorkern 101 eines Stators 100 des
zylindrischen Linearmotors mit Permanentmagneten einen
ringförmigen Jochabschnitt mit einem geringen Innendurchmesser auf,
der ringförmige Statorzahnoberteile 102a bildet, sowie einen
ringförmigen Jochabschnitt mit einem großen Innendurchmesser,
der ringförmige Statorzahnunterteile 102b bildet, wobei die
Jochabschnitte alternierend in der Wellenrichtung laminiert
sind. Somit sind Statorzähne 102, bestehend aus einer Anzahl
ringförmiger Zahnoberteile 102a und ringförmiger
Zahnunterteile (Nuten) 102b, in der inneren peripherischen Oberfläche des
Statorkerns 101 unter gleichen Abständen in der Wellenrichtung
gebildet.
-
Ringartige Wicklungen 103, 104, ... sind in den ringförmigen
Zahnunterteilen (Nuten) 102b gebildet. Die ringförmigen
Wicklungen 103, 104, ... 110 sind derart angeordnet, daß sie
insgesamt zwei Phasen aufweisen, wie in Fig. 12 gezeigt, so daß
die ringförmigen Wicklungen 103, 105, 107 und 109 dermaßen
verbunden sind, daß deren Polaritäten alternierend zum Bilden
einer Phase (A-Phase) umgekehrt sind, und die ringförmigen
Wicklungen 104, 106, 108 und 110 sind dermaßen verbunden, daß
deren Polaritäten zum Bilden der anderen Phase (B-Phase)
alternierend umgekehrt sind. Da der Stator 100 wie oben
beschrieben konf iguriert ist, ist der Polabstand des Stators 100
viermal so groß wie der Zahnabstand der Statorzähne 102.
-
Weiterhin ist ein Antriebseinrichtungskern 301 einer
Antriebseinrichtung
300 zylindrisch, und Permanentmagnetpole 302, die
so magnetisiert sind, daß sie radial verschiedene Polaritäten
aufweisen, sind auf der äußeren Peripherie des
Antriebseinrichtungskerns alternierend in der Wellenrichtung unter einen
Abstand gleich dem Zweifachen des Zahnabstands der Statorzähne
102 angeordnet. Demzufolge beträgt der Polabstand der
Antriebseinrichtung 300 das Vierfache des Abstands der
Statorzähne und fällt mit dem Polabstand des Stators 100 zusammen.
-
Die zweiphasigen Wicklungen, die in dem Statorkern 101
angeordnet sind, sind voneinander um den Zahnabstand der
Statorzähne verschoben, d.h. ein Viertel des Polabstands des Stators
in der Wellenrichtung, und der Linearmotor bildet einen
zweiphasigen zylindrischen Linearimpulsmotor mit Permanentmagneten
und mit einem Grundbewegungsbetrag für jeden Schritt, der
gleich einem Viertel des Polabstands ist, d.h. des Abstands
der Statorzähne.
-
Bei dem zylindrischen Linearimpulsmotor mit Permanentmagneten,
der wie oben beschrieben konf iguriert ist, ist es jedoch zum
Verbinden der ringförmigen Wicklungen 103, 104, ... 110
notwendig, Nuten in äußeren peripherischen Abschnitt der
ringförmigen Jochbereiche der Zahnoberteile 102a und der
Zahnunterteile 102b vorzusehen und die Enden der Wicklungen 103, 104,
... 110 aus den Nuten herauszuziehen, so daß die
herausgezogenen Enden verbunden werden und in Zuführungsausziehnuten, die
in den Nuten gebildet sind, aufgenommen werden. Demzufolge
gibt es insofern ein Problem, als daß die Betriebseffizienz
der Motoranordnung verschlechtert ist.
-
Andererseits hängt die Größe der Zahnunterteile 102b der
Statorzähne 102 zum Aufnehmen der Wicklungen 103, 104, ... 110
von dem Abstand der Statorzähne ab. Wenn der Abstand der
Statorzähne gering ist, können die Zahnunterteile 102b nicht
größer gemacht werden, und die Stromleiter pro Phase können nicht
erhöht werden. Demzufolge gibt es insofern ein Problem, als
daß die Antriebskraft gering ist.
-
Da der Motor weiterhin die auf der Seite der
Antriebseinrichtung angeordneten Permanentmagnetpole aufweist, ist es
erforderlich, daß die Länge des Motors größer ist als eine Summe
der Länge in der Wellenrichtung von dem
Antriebseinrichtungskern und der Länge eines Hubs, und es gibt insofern ein
Problem, als daß die Länge des Motors verlängert ist, wenn der
Hub verlängert ist.
-
Da der Motor zusätzlich vom Permanentmagnetentyp ist, kann der
Motor theoretisch als bürstenloser Gleichstrommotor betrieben
werden, wobei es insofern ein Problem gibt, als es notwendig
ist, eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Position der
Antriebseinrichtung separat für diesen Zweck vorzusehen, und die
Länge des Motors dementsprechend verlängert ist.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Probleme
entworfen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, diese Probleme zu lösen und einen Linearmotor mit
Permanentmagneten zu schaffen, der Permanentmagnetpole aufweist,
die auf der Seite des Stators angeordnet sind, und der eine
verbesserte Betriebseffizienz von den Wicklungen und der
Motoranordnung aufweist, und Wicklungsunterbringungsabschnitte
ohne Abhängigkeit von dem Zahnabstand der Statorzähne zum
Erhalten einer großen Antriebskraft vergrößert haben kann.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung eines Linearmotors mit Permanentmagneten, der
als bürstenloser Gleichstrommotor betreibbar ist, zum Bilden
eines Linearservosystems auf kostengünstige Art ohne
Hinzufügung einer Sensoreinrichtung zum Erfassen der Position der
Antriebseinrichtung in separater Weise.
-
Um die obigen Aufgaben zu lösen, enthält der Linearmotor einen
Stator mit einem Statorkern, der eine gerade Anzahl
hervorstehender Pole aufweist, welche unter einem gleichen
Winkelabstand radial nach innen angeordnet sind, und Wicklungen
aufweist, die auf die hervorstehenden Pole einzeln gewickelt
sind, und der eine Antriebseinrichtung aufweist mit einem
Antriebseinrichtungskern, welche derart innerhalb des Stators
angeordnet ist, daß sie beweglich in der Wellenrichtung
gelagert ist, und eine Vielzahl von Antriebseinrichtungszähnen
aufweist, die auf einer äußeren peripherischen Oberfläche
davon in der Wellenrichtung angeordnet sind, wobei die
vorliegende Erfindung folgendermaßen konfiguriert ist:
-
(1) Eine Vielzahl von Permanentmagnetpolen, welche derart
radial magnetisiert sind, daß sie in der Wellenrichtung
alternierend verschiedene Polaritäten aufweisen, sind unter
einem gleichen Abstand auf inneren peripherischen
Oberflächen der hervorstehenden Pole des Statorkerns
angeordnet, und die Antriebseinrichtungszähne sind unter
einem Abstand, der das Doppelte des Anordnungsabstands
der Permanentmagnetpole beträgt, angeordnet, wobei der
Antriebseinrichtungskern durch Laminieren von
Antriebseinrichtungskernelementen ausgebildet ist, von denen
jedes durch Laminieren einer vorbestimmten Anzahl von
Antriebseinrichtungseisenplatten des
Antriebseinrichtungskerns gebildet ist, wobei die
Antriebseinrichtungskernelemente sequentiell um einen Winkel gedreht sind, der
durch eine Anordnung der auf äußeren peripherischen
Abschnitten der Antriebseinrichtungseisenplatten
angeordneten Zähne bestimmt ist, wobei die hervorstehenden Pole
des Stators auseinander benachbarten Paaren der
hervorstehenden Pole bestehen und m Sätze hervorstehender
Polgruppen enthalten, die jeweils aus (N/m) hervorstehenden
Polen zusammengesetzt sind, die gleichmäßig unter einem
Winkel von (720m/N) Grad angeordnet sind, wobei die
Anzahl der hervorstehenden Pole N beträgt und die
Phasenanzahl des Motors m ist, wobei die Wicklungen, die auf
die (N/m)-1 oder (N/m)-2 hervorstehenden Pole gewickelt
sind, zu den hervorstehenden Polgruppen gehören, die
derart verbunden sind, daß sie einander entgegengesetzte
Polaritäten zwischen dem Paar der hervorstehenden Pole
aufweisen und derart verbunden sind, daß sie eine einander
gleiche Polarität aufweisen zwischen den hervorstehenden
Polen, welche nicht das Paar der hervorstehenden Pole
bilden, und derart gegenüberliegend angeordnet sind, daß
das hervorstehenden Polpaar, das zu den anderen
hervorstehenden Polen dazwischen gehört, dazwischen liegt,
zur Bildung von Phasenwicklungen für m Phasen, wobei die
übrigen hervorstehenden Pole, die an der
Phasenkonfiguration der hervorstehenden Polgruppe für die Phasen nicht
teilnehmen, zur Erfassung einer Position in der
Wellenrichtung und einer Bewegungsrichtung der
Antriebseinrichtung als Sensorpole eingesetzt sind, wobei der
Linearmotor als ein m-phasiger Linearimpulsmotor oder ein
bürstenloser Gleichstrom-Linearmotor betreibbar ist.
-
(2) Der Statorkern weist 8k hervorstehende Pole auf, wenn die
Phasenanzahl m gleich 2 ist und k eine natürliche Zahl
größer oder gleich 1 ist, und k Sätze von Zahngruppen,
wobei jeder Satz zwei mit einem Winkel von (135/k) Grad
dazwischen angeordnete Zähne aufweist, auf einem äußeren
peripherischen Abschnitt der
Antriebseinrichtungseisenplatte angeordnet sind, wobei die Zahngruppen mit einem
Winkel (360/k) Grad zueinander angeordnet sind, wobei der
Antriebseinrichtungskern durch die
Antriebseinrichtungskernelemente gebildet ist, welche mit einer sequentiellen
Drehung um (135/k) Grad laminiert sind, wobei ein
Anordnungsabstand der Permanentmagnetpole, die auf dem
Statorkern angeordnet sind, 4t beträgt, wenn eine Dicke des
Antriebseinrichtungskernelements in der Wellenrichtung t
beträgt.
-
(3) Der Statorkern weist 12k hervorstehende Pole auf, wenn
die Phasenanzahl m gleich 3 ist und k eine natürliche
Zahl größer oder gleich 1 ist, und k Sätze von
Zahngruppen, wobei jeder Satz zwei mit einem Winkel von (150/k)
Grad dazwischen angeordnete Zähne aufweist, auf einem
äußeren peripherischen Abschnitt der
Antriebseinrichtungseisenplatte angeordnet sind, wobei die Zahngruppen
mit einem Winkel von (360/k) Grad zueinander angeordnet
sind, wobei der Antriebseinrichtungskern durch die
Antriebseinrichtungskernelemente gebildet ist, die mit
einer sequentiellen Drehung um (150/k) Grad laminiert sind,
-
wobei ein Anordnungsabstand der permanenten Magnetpole,
welche auf dem Statorkern angeordnet sind, 6t beträgt,
wenn eine Dicke des Antriebseinrichtungskernelements in
der Wellenrichtung t beträgt.
-
Im Betrieb der vorliegenden Erfindung ist, da der Linearmotor
mit Permanentmagneten, der wie oben beschrieben konfiguriert,
die Statorwicklungen aufweist, die auf die hervorstehenden
Pole gewunden sind und in der Umfangsrichtung des Stators
angeordnet sind, die Betriebseffizienz der Wicklungen
verbessert, und der Wicklungsaufnahmeabschnitt kann vergrößert sein,
um die Stromleiter ohne Abhängigkeit von dem Zahnabstand der
Statorzähne zu vergrößern, so daß der Linearmotor mit einer
großen Antriebskraft realisiert werden kann.
-
Weiterhin kann ein großer Hub erzielt werden, da die
Permanentmagnetpole auf der Seite des Stators angeordnet sind, und
zwar ohne die Länge des Motors zu erhöhen.
-
Da weiterhin Teile der hervorstehenden Statorpole als
Sensorpole zum Erfassen einer Position und einer Bewegungsrichtung
der Antriebseinrichtung benutzt werden können, kann der
Linearmotor als bürstenloser Gleichstrom-Linearmotor ohne
Bereitstellung der Positionserfassungseinrichtung, wie z.B. eines
herkömmlichen Kodierers oder Auflösers, in separater Weise
betrieben werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Es zeigen:
-
Fig. 1 eine Längsschnittansicht zum Illustrieren einer
Ausführungsform eines Linearmotors gemäß der
vorliegenden Erfindung;
-
Fig. 2 eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Statorkerns
nach Fig. 1;
-
Fig. 3 eine transversale Schnittansicht, aufgenommen
entlang der Linie III-III von Fig. 1;
-
Fig. 4 eine ebene Ansicht einer
Antriebseinrichtungseisenplatte zum Bilden eines Antriebseinrichtungskerns;
-
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht von
Antriebseinrichtungszähnen, die durch Laminieren der
Antriebseinrichtungseisenpiatten von Fig. 4 mit Rotation unter
einem vorbestimmten Winkel, gesehen von einem Stator
aus, gebildet sind;
-
Fig. 6 ein Verbindungsdiagramm der Statorwicklungen;
-
Fig. 7 eine transversale Schnittansicht zum Illustrieren
einer weiteren Ausführungsform eines Linearmotors
(dreiphasig) der vorliegenden Erfindung;
-
Fig. 8 eine ebene Ansicht einer
Antriebseinrichtungseisenplatte zum Bilden eines Antriebseinrichtungskerns
von Fig. 7;
-
Fig. 9 eine vergrößerte Ansicht von
Antriebseinrichtungszähnen, die durch Laminieren der
Antriebseinrichtungseisenplatten von Fig. 8 mit Rotation um einen
vorbestimmten Winkel, gesehen von einem Stator aus,
gebildet sind;
-
Fig. 10 ein Verbindungsdiagramm der Statorwicklungen;
-
Fig. 11 eine transversale Schnittansicht eines zylindrischen
Linearmotors mit Permanentmagneten nach dem Stand
der Technik; und
-
Fig. 12 ein Verbindungsdiagramm von Statorwicklungen nach
Fig. 11.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden
jetzt illustrativ und detailliert mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben.
-
Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht zum Illustrieren einer
Ausführungsform eines Linearmotors nach der vorliegenden
Erfindung, Fig. 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines
Statorkerns von Fig. 1, und Fig. 3 ist eine transversale
Schnittansicht, aufgenommen entlang der Linie III-III von
Fig. 1.
-
Die Ausführungsform zeigt den Fall, in dem die Anzahl von
Phasen n beträgt und k eine natürliche Zahl und m=2 und k=1 ist,
und dementsprechend die Anzahl N der hervorstehenden
Statorpole N=8k=8 beträgt.
-
In den Fig. 1 bis 3 enthält ein Stator 1 einen Statorkern 10
und Statorwicklungen W1, W2, W3, ... W8. Eine Vielzahl von
Permanentmagnetpolen 19 ist unter einem gleichen Abstand in
der Wellenrichtung auf inneren peripherischen Oberflächen
einer geraden Anzahl von, acht bei der Ausführungsform,
hervorstehenden Polen 11, 12, 13, ... 18, welche unter einem
gleichen Winkelabstand radial nach innen von dem Statorkern 10
angeordnet sind, und in der radialen Richtung magnetisiert sind,
so daß die Polaritäten an den inneren peripherischen
Oberflächen der Permagnetpole 19 alternierend N und S sind,
angeordnet.
-
Die Permanentmagnetpole 19, die auf den inneren peripherischen
Oberflächen der hervorstehenden Pole 11, 12, 13, ... 18
angeordnet sind, sind derart angeordnet, daß sie dieselbe
Polarität an derselben Position in der Wellenrichtung aufweisen, und
acht Permanentmagnetpole 19, die an derselben Position in der
Wellenrichtung angeordnet sind, sind in einen Ring
ausgebildet, der durch Öffnungen zwischen den hervorstehenden Polen
eingeschnitten ist.
-
Der Statorkern 10 mit den Statorwicklungen W1, W2, W3, ... W8,
die auf die acht hervorstehenden Pole 11, 12, 13, ... 18
aufgewickelt sind, ist in einem Gehäuse 20 mittels
Halterungseinrichtungen 21 und 22 und nicht gezeigten Schrauben gehaltert.
-
Andererseits ist eine Antriebseinrichtung 3, die innerhalb des
Stators 1 angeordnet ist, beweglich in der Wellenrichtung über
Lager 23 und 24 durch die Halterungseinrichtungen 21 und 22
gelagert. Eine Vielzahl von Antriebseinrichtungszähnen 40
(Zahnoberteile 40a und Zahnunterteile 4db) sind an äußeren
peripherischen Abschnitten 31, 32, 33, ... 38 eines
Antriebseinrichtungskernes 30 der Antriebseinrichtung gegenüberliegend
den acht hervorstehenden Polen 11, 12, 13, ... 18 in der
Richtung einer Welle 39 des Antriebseinrichtungskerns unter einem
Abstand gleich dem Doppelten des Anordnungsabstands der
Permanentmagnetpole 19 angeordnet, und die Zahnunterteile 40b sind
mit nichtmagnetischen Elementen 41 gefüllt, so daß die äußere
peripherische Oberfläche des Antriebseinrichtungskerns 30 mit
einer einzelnen zylindrischen Oberfläche fertiggestellt ist.
-
Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer
Antriebseinrichtungseisenplatte 42, die den Antriebseinrichtungskern 30 bildet. In Fig. 4
bezeichnen die Bezugszeichen 43 und 44 zwei Zähne, die am
äußeren peripherischen Abschnitt der
Antriebseinrichtungseisenplatte 42 angeordnet sind und welche einen Satz von Zähnen
bilden, der unter einem Winkel von 135/k Grad oder 135 Grad
(für k=1) zwischen einander angeordnet sind. Die
Ausführungsform zeigt den Fall, in dem k=1, d.h. es gibt einen Satz
von Zähnen 43 und 44, während es für den Fall von
beispielsweise k=2 zwei Sätze von Zähnen gibt, und wobei jeder
Satz zwei Zähne aufweist, die unter einem Winkel von 135/k
Grad oder 67,5 Grad angeordnet sind, und die zwei Sätze von
Zähnen in der äußeren peripherischen Richtung unter einem
Winkel von 360/k Grad oder 180 Grad dazwischen angeordnet sind.
-
Fig. 5 zeigt Antriebseinrichtungszähne 40 der äußeren
peripherischen Abschnitte 31, 32, 33, ... 38 des
Antriebseinrichtungskerns 30, der durch Laminieren von
Antriebseinrichtungskernelementen
45 gebildet ist, welche durch eine vorbestimmte
Anzahl von Antriebseinrichtungseisenplatten 42 gebildet sind,
die auf eine Dicke t laminiert sind, wobei die
Antriebseinrichtungskernelemente 45 um einen Winkel von 135/k Grad oder
135 Grad für k=1, gesehen vom Stator 1 aus, gedreht sind.
Schraffierte Bereiche stellen die Zahnoberteile 40a dar, und
blanke oder unschraffierte Bereiche stellen die Zahnunterteile
40b dar. Durch Laminieren der Antriebseinrichtungskernelemente
45 mit sequentieller Drehung sind Zähne 40 mit einem
Zahnabstand von 8t (die Dicke des Zahns ist 2t, und die Dicke des
Zahnbodens ist 6t) auf den äußeren peripherischen Abschnitten
31, 32, 33, ... 38 gebildet. Dementsprechend beträgt ein
Abstand der Permanentmagnetpole 19, die im Statorkern 10
angeordnet sind, 4t (die Hälfte des Abstands der Antriebszähne).
-
Weiterhin beträgt, wie aus Fig. 5 klar erscheint, die
Verschiebung der Zähne 40 der äußeren peripherischen Abschnitte
bezüglich des äußeren peripherischen Abschnitts 31 3/8 des
Zahnabstands für den äußeren peripherischen Abschnitt 32, 6/8
für den äußeren peripherischen Abschnitt 33, 9/8 (oder 1/8)
für den äußeren peripherischen Abschnitt 34, 4/8 für den
äußeren peripherischen Abschnitt 46, 7/8 für den äußeren
peripherischen Abschnitt 36, 10/8 (oder 2/8) für den äußeren
peripherischen Abschnitt 37 und 5/8 für den äußeren peripherischen
Abschnitt 38. Die Zähne der benachbarten äußeren
peripherischen Abschnitte sind um 3/8 des Zahnabstandes voneinander
verschoben.
-
In Fig. 3 bilden zwei Paare hervorstehender Pole 11, 12 und
15, 16, die nebeneinanderliegend angeordnet sind, einen Satz
hervorstehender Polgruppen bestehend aus N/m hervorstehenden
Polen, d.h. 4 hervorstehende Pole mit einem Bezug, die
einheitlich unter einen Winkel von (720m/N) Grad angeordnet sind,
d.h. 180 Grad für m=2 und N=8k= 8. Weiterhin bilden die
hervorstehenden Pole 13, 14 und 17, 18 einen Satz einer
hervorstehenden Polgruppe bestehend aus vier hervorstehenden Polen
mit derselben Anordnungsbeziehung, so daß m=2 Sätze
hervorstehender Polgruppen insgesamt gebildet sind.
-
Die Wicklungen W1, W2, W6 und W3, W4, W7, die auf die
{(N/m)-1} oder drei hervorstehende Pole von vier
hervorstehenden Polen, die jede der vorstehenden Polgruppen bilden,
gewickelt sind, d.h. die hervorstehenden Pole 11, 12, 16 und 13,
14, 17 sind, wie in Fig. 6 gezeigt, zur Bildung von einer
Phase A und B verbunden, um so einen Zweiphasenmotor zu bilden.
-
Mit den Wicklungen für die Phasen A und B, wie in Fig. 6
gezeigt, sind die Wicklungen W1 und W2, die auf das Paar der
nebeneinanderliegenden hervorstehenden Pole gewickelt sind,
derart verbunden, daß sie einander entgegengesetzte Polaritäten
aufweisen, und die Wicklungen W1 und W6, welche auf die
hervorstehenden Pole 11 und 16 gewickelt sind, die so angeordnet
sind, daß sie die hervorstehenden Pole 17 und 18 der anderen
Phase zwischen sich liegend haben, sind dermaßen verbunden,
daß sie dieselbe Polarität aufweisen, um die A-Phase zu
bilden. In ähnlicher Weise sind die Wicklungen W3 und W4, die auf
das Paar der hervorstehenden Pole 13 und 14, die einander
benachbart sind, gewickelt sind, derart verbunden, daß sie
einander entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, und die
Wicklungen W4 und W7, die auf die hervorstehenden Pole 14 und 17
gewickelt sind, die derart angeordnet sind, daß sie die
hervorstehenden Pole 15 und 16 der anderen Phase zwischen sich
liegend haben, sind derart verbunden, daß sie dieselbe
Polarität aufweisen, um die B-Phase zu bilden.
-
Weiterhin bilden die hervorstehenden Pole 15 und 18, die nicht
an der Phasenkonfiguration der hervorstehenden Polgruppe
teilnehmen, und die Wicklungen W5 und W8 davon Sensorpole SA bzw.
SB.
-
Bei der obigen Konfiguration bildet, wenn die hervorstehenden
Polpaare 11, 12; 15, 16; 13, 14; und 17, 18 der
hervorstehenden Polgruppe angeregt werden, jedes Paar einen geschlossenen
magnetischen Pfad, und jeder der geschlossenen magnetischen
Pfade ist so konfiguriert, daß er keinen gemeinsamen
magnetischen Pfad aufweist.
-
Die Sensorpole SA und SB werden durch einen
Hochfrequenz-Oszillator, der nicht gezeigt ist, angeregt und können eine
variierende Induktivität in Übereinstimmung mit einer
Positionsbeziehung der Antriebseinrichtungszähne 40 und der
Permanentmagnetpole 19 der Sensorpole SA und SB erfassen. D.h., wenn die
Permanentmagnetpole 19 der Sensorpole SA und SB gegenüber den
Zahnoberteilen 40a der Antriebseinrichtungszähne 40 liegen,
ist die Induktivität maximal, und wenn die Permanentmagnetpole
19 der Sensorpole SA und SB den Zahnunterteilen 40b der
Antriebseinrichtungszähne 40 mit einem Abstand dazwischen
gegenüberliegen, ist die Induktion minimal. Da weiterhin die
Antriebseinrichtungszähne 40 in der Wellenrichtung
phasenverschoben sind, wie oben beschrieben wurde, können die
Sensorpole Antriebseinrichtungspositionssignale erzeugen, die in der
Phase um 90 Grad im elektrischen Winkel verschoben sind.
-
Dementsprechend kann bei der obigen Konfiguration der
zweiphasige zylindrische Linearimpulsmotor mit Permanentmagneten
einschließlich der Positionssensoren konfiguriert werden. In
diesem Fall ist der Grundbewegungsbetrag für jeden Schritt ein
Viertel des Zahnabstandes der Antriebseinrichtungszähne 40,
d.h. 2t (wobei t eine Dicke des
Antriebseinrichtungskernelements 45 ist). Da weiterhin die Sensorpole SA und SB zum
Erfassen der Position und der Bewegung.srichtung der
Antriebseinrichtung 3 vorgesehen sind, kann der Linearimpulsmotor als ein
bürstenloser Gleichstrom-Servomotor betrieben werden.
-
Die Fig. 7 bis 11 illustrieren eine weitere Ausführungsform
eines Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 7
ist eine transversale Schnittansicht, die ähnlich wie Fig. 3
der vorhergehenden Ausführungsform ist.
-
Die Ausführungsform zeigt den Fall, in dem die Phasenanzahl m
ist und k eine natürliche Zahl ist und m=3 und k=1 ist, und
dementsprechend die Anzahl N der hervorstehenden Statorpole
N=12k=12 beträgt. Die Ausführungsform von Fig. 7 ist dieselbe
wie die Ausführungsform von Fig. 1 mit Ausnahme der
nachstehenden Beschreibung.
-
In Fig. 7 ist eine Vielzahl von Permanentmagnetpolen 63 unter
einem gleichen Abstand in der Wellenrichtung auf inneren
penpherischen Oberflächen der zwölf hervorstehenden Pole 51, 52,
53, ... 62 unter einem gleichen Abstandswinkel radial nach
innen von einem Statorkern 50 angeordnet und radial
magnetisiert, so daß die Polaritäten an inneren peripherischen
Oberflächen der Permanentmagnetpole 63 abwechselnd N und S sind.
Weiterhin sind Statorwicklungen W51, W52, W53, ... W62 auf die
zwölf hervorstehenden Pole 51, 52, 53, ... 62 jeweils
aufgewickelt.
-
Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer
Antriebseinrichtungseisenplatte 71 zum Bilden eines Antriebseinrichtungskerns 70. In Fig. 8
bezeichnen die Bezugszeichen 72 und 73 zwei auf einem äußeren
peripherischen Abschnitt der Antriebseinrichtungseisenplatte
71 angeordnete Zähne, welche einen Satz von Zähnen bilden, der
mit einem Winkel von 150/k Grad oder 150 Grad (für k=1)
zwischen einander angeordnet ist. Die Ausführungsform zeigt den
Fall k=1, d.h. den Fall, in dem es einen Satz von Zähnen 72
und 73 gibt, während zwei Sätze von Zähnen für den Fall von
k=2 beispielsweise vorgesehen ist, wobei jeder Satz mit einem
Winkel von 150/k Grad oder 75 Grad angeordnet ist, und die
zwei Sätze von Zähnen in der äußeren peripherischen Richtung
mit einem Winkel von 360/k Grad oder 180 Grad dazwischen
angeordnet sind.
-
Fig. 9 zeigt Antriebseinrichtungszähne 80 der äußeren
peripherischen Abschnitte 81, 82, 83, ... 92 des
Antriebseinrichtungskerns 70, die durch Laminieren von
Antriebseinrichtungskernelementen 70 gebildet sind, die durch eine vorbestimmte
Anzahl von Antriebseinrichtungseisenplatten 71 gebildet sind,
welche auf eine Dicke t unter Drehung der
Antriebseinrichtungskernelemente um einen Winkel von 150/k Grad oder 150 Grad
für k=l, gesehen vom Stator 1 aus, laminiert sind.
Schraffierte Abschnitte stellen Zahnoberteile 80a dar, und blanke oder
unschraffierte Bereiche stellen Zahnunterteile 8db dar. Durch
Laminieren der Antriebseinrichtungskernelemente 74 mit
sequentieller Drehung werden Zähne mit einem Zahnabstand von 12t
(eine Dicke des Zahns beträgt 2t, und eine Dicke des
Zahnunterteus beträgt 10t) auf den äußeren peripherischen
Abschnitten 81, 82, 83, ... 92 gebildet. Dementsprechend beträgt ein
Abstand der Permanentmagnetpole 63, die im Statorkern 50
angeordnet sind, 6t (die Hälfte des Zahnabstands der
Antriebseinrichtung).
-
In Fig. 7 bilden zwei Paare hervorstehender Pole 51, 52 und
57, 58, die nebeneinander angeordnet sind, einen Satz einer
hervorstehenden Polgruppe, bestehend aus N/m hervorstehenden
Polen, d.h. 4 hervorstehende Pole mit einem Bezug, die
gleichmäßig unter einem Winkel von (720m/N) Grad angeordnet sind,
d.h. 180 Grad für M=3 und N=12k=12. Die hervorstehenden Pole
53, 54; 59, 60 und die hervorstehenden Pole 55, 56; 61, 62
bilden zwei Sätze hervorstehender Polgruppen, jeweils
bestehend aus vier hervorstehenden Polen mit derselben
Anordnungsbeziehung, so daß m=3 Sätze hervorstehender Polgruppen
insgesamt gebildet sind.
-
Die Wicklungen W51, W52, W57; W55, W56, W61; und W59, W60,
W53, die auf die {(N/m)-1} oder drei hervorstehenden Pole der
vier hervorstehenden Pole, die jeweils die hervorstehenden
Polgruppen bilden, gewickelt sind, d.h. die hervorstehenden
Pole 51, 52, 57; 55, 56, 61; und 59, 60, 53 sind, wie in Fig.
10 gezeigt, zur Bildung der Phasen A, B und C verbunden, um
einen dreiphasigen Motor zu bilden.
-
Die Wicklungen für die Phasen A, B und C sind, wie in Fig. 10
gezeigt, auf dieselbe Art und Weise wie bei der vorhergehenden
Ausführungsform verbunden. Die hervorstehenden Pole 54, 58 und
62, die nicht an der Phasenkonfiguration der hervorstehenden
Polgruppe teilnehmen, und deren Wicklungen W54, W58 und W62
bilden Sensorpole SC, SA und SB.
-
Dementsprechend kann bei der obigen Konfiguration ein
dreiphasiger zylindrischer Linearimpulsmotor mit Permanentmagneten
einschließlich der Positionssensoren konfiguriert werden. In
diesem Fall ist der Grundbewegungsbetrag für jeden Schritt ein
Viertel des Zahnabstandes der Antriebseinrichtungszähne 80,
d.h. 3t (wobei t eine Dicke des
Antriebseinrichtungskernelements 74 ist). Da weiterhin die Sensorpole SA, SB und SC zum
Erfassen der Position und der Bewegungsrichtung der
Antriebseinrichtung 3 vorgesehen sind, kann der Linearimpulsmotor als
ein bürstenloser Gleichstrom-Servomotor betrieben werden.
-
Die Technik nach der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die
Technik der Ausführungsformen beschränkt und kann eine andere
Einrichtung zur Erzielung derselben Funktion sein. Weiterhin
kann die Technik nach der vorliegenden Erfindung innerhalb des
Schutzumfangs der obigen Konfiguration modifiziert und
vielfältig erweitert werden.
-
Wie aus der obigen Beschreibung klar erscheint, kann gemäß der
vorliegenden Erfindung ein zwei- oder dreiphasiger
Linearimpulsmotor mit Permanentmagneten oder ein
Gleichstrom-Linearmotor mit Permanentmagneten konfiguriert werden, und die auf die
hervorstehenden Pole gewickelten Wicklungen sind im Statorkern
in Umfangsrichtung angeordnet. Dementsprechend kann der
Wicklungsunterbringungsabschnitt vergrößert sein, um die
Stromleiter ohne Abhängigkeit vom Zahnabstand zu erhöhen, so daß der
kleine Linearmotor mit einer großen Antriebskraft konfiguriert
werden kann.
-
Da weiterhin die Permanentmagnetpole auf der Seite des Stators
angeordnet sind, kann ein langer Hub ohne Erhöhung der Länge
des Motors erhalten werden. Da eine vorbestimmte Anzahl von
Antriebseinrichtungseisenplatten zur Bildung der
Antriebseinrichtungskernelemente laminiert werden kann und die
Statorkernelemente mit sequentieller Drehung um einen vorbestimmten
Winkel zur Bildung des Antriebseinrichtungskerns laminiert
werden können, ist seine Herstellbarkeit exzellent.
-
Da weiterhin die Sensorpole zum Erfassen der Position und der
Bewegungsrichtung der Antriebseinrichtung mit enthalten sind,
kann das Linearservosystem auf kostengünstige Weise als
bürstenloser Gleichstrom-Linearmotor ohne Notwendigkeit der
Bereitstellung einer Erfassungseinrichtung, wie z.B. eines
Kodierers oder eines Auflösers, in separater Weise gebildet
werden.
-
Ein Linearmotor wird als ein m-phasiger Linearimpulsmotor oder
ein bürstenloser Gleichstrom-Linearmotor, der eine große
Antriebskraft erzeugen kann, betrieben. Der Linearnotor enthält
eine gerade Anzahl von N hervorstehenden Polen 11, 12, ...,
die unter einem gleichen Winkelabstand angeordnet sind, und
enthält einen Stator 1 mit einer Vielzahl von
Permanentmagnetpolen, die auf inneren peripherischen Oberflächen der
hervorstehenden Pole dermaßen angeordnet sind, daß sie zueinander
unterschiedliche Polaritäten in der Wellenrichtung aufweisen,
sowie eine Antriebseinrichtung 3, die beweglich in der
Wellenrichtung angeordnet ist. Die hervorstehenden Pole werden durch
Paare der hervorstehenden Pole, die benachbart sind, gebildet,
und enthalten m Sätze hervorstehender Polgruppen, jeweils
bestehend aus (Nim) hervorstehenden Polen, die unter einem
Winkel von (720m/N) Grad angeordnet sind, und Wicklungen W1, W2,
die auf (N/m)-1 oder (N/m)-2 hervorstehenden Polen
gewickelt sind, welche zu den hervorstehenden Polgruppen
gehören, die so verbunden sind, daß sie entgegengesetzte
Polaritäten unter dem Paar hervorstehender Pole aufweisen, und sind so
verbunden, daß sie die gleiche Polarität unter den
hervorstehenden Polen aufweisen, welche nicht das Paar der
hervorstehenden Pole bilden, und angeordnet sind, daß sie
zwischen den hervorstehenden Polen für die andere Phase zu
Bildung von Phasenwicklung für m Phasen liegen. Die restlichen
hervorstehenden Pole der hervorstehenden Polgruppe dienen zum
Erfassen einer Position und einer Bewegungsrichtung der
Antriebseinrichtung 3 als Sensorpole SA und SB.