(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのコイルキャリア（１．１）とこのコイルキャリア（１．１）内に配置された少なくとも１つのコイル（１．２）とを有する第１部材（１）と、この第１部材（１）に対して可動な第２部材（２）とを備える短いストローク用のリニアモータであって、この第２部材は、前記コイルキャリア（１．１）の両側に配置された、複数の磁石（２．２）を有する複数の磁石キャリア（２．１）を備え、前記コイルキャリア（１．１）が、当該２つの磁石キャリア（２．１）間で可動であるように、前記複数の磁石キャリア（２．１）が、複数のスペーサ（２．３）によって互いに分離されている当該リニアモータにおいて、  前記の複数のスペーサ（２．３）は、前記第１部材（１）内の複数の開口部（１．３）を貫通して敷設されていること、
前記複数の開口部（１．３）は、前記第２部材（２）に対する前記第１部材（１）の移動度を２つの立体方向（Ｘ，Ｙ）で制限すること、及び
前記複数の開口部（１．３）及び前記複数のスペーサ（２．３）は、前記２つの立体方向（Ｘ，Ｙ）、すなわちＸ方向とＹ方向とにストッパを形成することを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記複数の磁石キャリア（２．１）又は前記複数の磁石キャリア（２．１）上に配置された前記複数の磁石（２．２）の間隔が、前記第２部材（２）に対する前記第１部材（１）の移動度を第３立体方向（Ｚ）で制限することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記スペーサ（２．３）は、非強磁性材料、特にステンレス鋼から製造されていることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のリニアモータ。
【請求項４】
偶数個の磁石（２．２）が、それぞれの磁石キャリア（２．１）上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記第１部材（１）は、前記コイルキャリア（１．１）の周りに延在する１つのフレーム（１．４）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記フレーム（１．４）は、異なる向き（Ｘ−Ｚ，Ｘ−Ｙ）の２つの取り付け面（１．５．１，１．５．２）を有し、これらの取り付け面（１．５．１，１．５．２）はそれぞれ、複数の取り付け孔（１．７）を有し、これらの取り付け孔（１．７）は、前記第１部材（１）を用途物に固定するために使用されることを特徴とする請求項５に記載のリニアモータ。
【請求項７】
前記フレーム（１．４）は、導電性の材料から製造されていて、一カ所（１．４．１）で遮断されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のリニアモータ。
【請求項８】
前記少なくとも１つのコイル（１．２）は、前記コイルキャリア（１．１）の複数の開口部内に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のリニアモータ。
【請求項９】
前記少なくとも１つのコイル（１．２）は、封止用コンパウンド（１．１．１）でモールドされていること、及び／又は、前記少なくとも１つのコイル（１．２）は、炭素繊維プレート（１．６）で覆われていることを特徴とする請求項８に記載のリニアモータ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのコイル（１．２）は、封止用コンパウンド（１．１．１）及び／又は炭素繊維プレート（１．６）によって前記コイルキャリア（１．１）の周りに延在する１つのフレーム（１．４）に熱によって結合されていることを特徴とする請求項５又は９に記載のリニアモータ。
【請求項１１】
搬送用ロック装置（３）用の複数の装置（１．８，２．４）が、前記第１部材（１）と前記第２部材（２）とに設けられていて、この第１部材（１）とこの第２部材（２）とが、この搬送用ロック装置（３）によって互いに固定可能である請求項１〜１０のいずれか１項に記載のリニアモータ。
【請求項１２】
前記リニアモータは、コアレスリニアモータとして構成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のリニアモータ。
【請求項１３】
位置決め装置用の振動を遮断するプラットフォームにおいて、
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の少なくとも１つのリニアモータが、プラットフォーム（４）とベース（５）との間の振動を能動的に減衰するために配置されていて、第１部材（１）が、前記ベース（５）に結合されていて、第２部材（２）が、前記プラットフォーム（４）に結合されている当該プラットフォーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショートストロークリニアモータに関する。駆動範囲が制限されているこのようなリニアモータは、例えば、望まない振動を能動的に減衰するために使用される。
【背景技術】
【０００２】
外側から印加されたか又は当該位置決め時に誘起されたプラットフォームの振動が、当該位置決めの精度を著しく低下させるので、位置決め装置によって複数の物体を高い精度で位置決めするため、振動を遮断するプラットフォームを使用することが、例えば半導体技術から公知である。
【０００３】
上記プラットフォームは、受動的な振動減衰手段を有する丈夫なグラナイト石でもよい。当該振動減衰手段は、例えばスプリング又は空気圧式ダンパによって実現され得る。特別な要求に対しては、当該プラットフォームの振動が能動的に減衰され得るシステムも公知である。このため、一方では、望まない振動を識別し得るセンサが必要とされ、他方では、当該振動に逆らって作用し得るアクチュエータが必要とされる。当該アクチュエータは、プラットフォームとベースとの間に配置される。
【０００４】
欧州特許出願公開第２０７５４８４号明細書が、振動の能動的な遮断を明瞭に記載している。未公開の欧州特許出願第１４１６８３８４．７号明細書が、適切なセンサに対して例示している。
【０００５】
コアレスリニアモータが、アクチュエータとして例示されている。このようなリニアモータの場合、複数の平面コイルを有する第１部材が、複数の磁石キャリア上の当該第１部材の両側に配置されている複数の磁石を有する第２部材の空隙内で移動する。逆の極性を成して対向するこれらの磁石によって、大きい磁界力が、これらの磁石間の空隙内で得られる。このことは、この空隙内に配置されたこの第１部材の複数のコイルを鉄心なしに構成することを可能にする。その結果、引力が、この第１部材に作用しない。この第１部材が、この第２部材によって当該リニアモータの長手方向又は駆動方向に妨害されずに移動され得るように、当該複数の磁石キャリアが、重なり合って結合されている。このことは、多くの場合はＵ字状の継鉄によって達成される。この場合、これらの磁石は、この継鉄の２つの脚鉄の内面に配置されている。これらの磁石キャリアをこの第１部材の両側で結合することも公知である。すなわち、リニアモータが、例えば欧州特許出願公開第１７５８２３１号明細書から公知である。
【０００６】
最後に、減衰を能動的に遮断するために使用されるリニアモータが、欧州特許第０９１６０３８号明細書から公知である。この明細書の図２が、扁平な１つのコイルキャリアとこのコイルキャリア内に配置された複数のコイルとを有する第１部材と、この第１部材に対して可動な第２部材とを示す。この第２部材は、このコイルキャリアの両側に配置された複数の磁石を有する複数の磁石キャリアを備える。ここでは、当該示された３つの平面コイルのうちの中央のコイルだけが、力を生成するために使用される。当該外側の２つのコイルは、減衰すべき振動を測定するために使用される。Ｕ字状の１つの継鉄が、当該双方の磁石キャリアを分離し、この第１部材を包囲する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２０７５４８４号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１７５８２３１号明細書
【特許文献３】欧州特許第０９１６０３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、振動を能動的に減衰する分野における非常に特殊な用途に合わせて構成されている、非常にコンパクトに組み立てられたショートストロークリニアモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、請求項１に記載の装置によって解決される。この装置の好適な詳細は、請求項１に従属する請求項に記載されている。
【００１０】
１つのコイルキャリアとこのコイルキャリア内に配置された複数のコイルとを有する第１部材と、この第１部材に対して可動な第２部材とを備える短いストローク用のリニアモータが示される。この第２部材は、このコイルキャリアの両側に配置された複数の磁石を有する複数の磁石キャリアを備える。このコイルキャリアが、当該２つの磁石キャリア間で可動であるように、複数のスペーサが、これらの磁石キャリアを互いに分離する。それ故に、複数のスペーサが、複数の開口部を貫通して敷設されている。
【００１１】
上記の複数の磁石キャリア間のスペーサとして使用される構造体が、第１部材内の開口部を貫通して敷設される場合、この第１部材に周設される第２部材の把持部材が省略され得ることが分かる。したがって、リニアモータの性能が低下することなしに、このリニアモータの非常にコンパクトな寸法が達成される。換言すれば、本発明は、所定の容積内に非常に大きい駆動力を確保することを可能にする。当該リニアモータの駆動範囲の、これによって引き起こされる制限は、特殊な用途で振動を能動的に減衰するためのシステムにおいて障害にならない。
【００１２】
特に、振動を能動的に減衰する分野では、ベースとプラットフォームとの間のアクチュエータの寸法のあらゆる減少が、ばね式に支承されたプラットフォームとみなし得る逆振り子の振動傾向を小さくするので、コンパクトな構造が、さらなる利点である。
【００１３】
本発明のさらなる利点及び詳細を図面に示された実施の形態に基づいて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ショートストロークリニアモータの第１の実施の形態である。
【図２】このリニアモータの別の図である。
【図３】このリニアモータの第１断面図である。
【図４】このリニアモータの第２断面図である。
【図５】ショートストロークリニアモータの変更された第１部材を第２の実施の形態として示す。
【図６】本発明のリニアモータによって振動を能動的に減衰するプラットフォームを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１及び２は、本発明によるショートストロークリニアモータのための第１の実施の形態である。このリニアモータの第１部材１及び第２部材２が、異なる２つの視線方向から示されている。図３及び４は、このリニアモータの断面図である。
【００１６】
第１部材１は、平坦な中央領域を有する。この中央領域は、コイルキャリア１．１である。当該平坦な領域は、Ｘ−Ｙ面内に延在する。この場合、当該リニアモータは、Ｙ方向に駆動する。平面コイル１．２が、コイルキャリア１．１内に配置されている。平面コイル１．２は、図３の断面図で初めて識別することができる。何故なら、平面コイル１．２は、コイルキャリア１．１の内部で封止用コンパウンド１．１．１（例えば、エポキシ樹脂）でモールドされていて、カバー部分によって保護されているからである。封止用コンパウンド１．１．１は、コイル１．２で発生する熱を他の方向へ誘導し、このときにコイルキャリア１．１のコイル１．２と当該加熱されたカバー部分との異なる熱膨張係数を相殺する。
【００１７】
ここでは、コイルが、用語「平面コイル」で示されている。当該コイルの軸方向の長さが、当該コイルの直径よりも小さいか又は明らかに小さい。一般に、このようなコイルでは、多数の巻線が、半径方向に並んで巻き付けられているが、軸方向には一層又は数層しか成さない線が、重なり合って巻き付けられている。
【００１８】
コイルキャリア１．１が、安定したフレーム１．４に結合されていて（又はそれどころか、両要素が一体的に形成されていて）、このフレームによって包囲されている。フレーム１．４は、取り付け孔１．７付きの取り付け面１．５．１及び１．５．２を有する。取り付け孔１．７は、第１部材１を用途物（アプリケーション）に固定するために使用される。異なる向きに配向された２つの取り付け面１．５．１又は１．５．２が提供されることによって、異なる作業方向に対応できるようにするため、異なる取り付け位置が選択され得る。フレーム１．４及び扁平領域１．１は、例えばアルミニウムのような非強磁性材料から製造されている。１つの通し部が、フレーム１．４内に設けられている。給電線１．９が、この通し部に引き通されている。コイル１．２が、給電線１．９を通じて給電される。
【００１９】
第２部材２は、扁平な２つの磁石キャリア２．１を有する。これらの磁石キャリア２．１は、強磁性板として形成されていて、コイルキャリア１．１の両側に配置されている。図１では、第１部材１の外側に配置された上の磁石キャリア２．１が識別される。図２では、下の磁石キャリア２．１が、フレーム１．４の内側に配置されている。フレーム１．４は、コイルキャリア１．１のよりもＺ方向に明らかに広い。その結果、下の磁石キャリア２．１は、フレーム１．４からＺ方向に突出していない。
【００２０】
双方の磁石キャリア２．１が、これらの磁石キャリア２．１の、コイルキャリア１．１に面した側で複数の磁石２．２を支持する。通常は、これらの磁石２．２は、駆動方向Ｙに交互する極性を成してこれらの磁石キャリア２．１上に配置されている一方で、それぞれ異なる磁極Ｎ，Ｓが、コイルキャリア１．１の両側で対向して設置されている。ここでは、上記リニアモータのこの領域に沿った断面が示されているので、コイル１．２と磁石２．２との配置が、図３で良好に識別され得る。
【００２１】
上記リニアモータは、コアレスモータとして構成されているので、磁石２．２が、引力を第１部材１に引き起こさない。しかし、双方の磁石キャリア２．１は、相互に引っ張り合う。双方の磁石キャリア２．１を離間保持し、第１部材１が第２部材２に対して移動し得る空隙を磁石２．２と磁石２．２との間に提供するため、４つのスペーサ２．３がそれぞれ、ボルト２．３．１によって双方の磁石キャリア２．１に結合されている。これらのボルト２．３．１を収容するための孔２．４が、図２及び４で識別することができる。図２及び４では、これらのボルト２．３．１は、見やすさの理由から示されていない。
【００２２】
図４は、スペーサ２．３の領域の断面を示す。スペーサ２．３は、従来のリニアモータの構造方式とは違って第１部材１の横に沿って通されている。より詳しく言うと、スペーサ２．３は、開口部１．３を通じて第１部材１内に延在する。その結果、確かに、上記リニアモータの可能な移動範囲が、その駆動方向Ｙとこの駆動方向Ｙに対して直角のＸ方向とで著しく制限される。しかし、当該リニアモータは、振動を能動的に減衰するために非常に小さい移動だけを可能にすれば済むので、当該移動範囲の著しい制限は欠点でない。他方では、これらのスペーサ２．３のこの配置は、従来の技術において普通に実施されているような第１部材１を包囲する構造なしで済むリニアモータの非常にコンパクトな構造を可能にするので、当該配置は、利点をもたらす。さらに、開口部１．３及びスペーサ２．３は、Ｘ方向とＹ方向とにストッパを形成する。緊急時に、例えば、非常に大きい力が、外側から印加されたときに、これらのストッパは、可動な複数の質点間の非常に大きい相対移動を回避する。第１部材１内の開口部１．３の横断面と第２部材２内のスペーサ２．３の横断面との双方が、円形である場合、当該双方の直径が、Ｘ方向とＹ方向とに提供される移動範囲を決定する。Ｚ方向では、磁石２．２と磁石２．２との間の空隙が、第２部材２に対する第１部材１又はコイルキャリア１．１の移動自由度を限定する。
【００２３】
磁石２．２の磁界を妨害しないため、上記リニアモータのコンパクト性に起因して磁石２．２の非常に近くに配置されたスペーサ２．３が、ステンレス鋼のような非磁性材料から製造されている。したがって、一方の磁石キャリア２．１から他方の磁石キャリア２．１への磁界の帰還が不十分であるので、それぞれ極性を交互させて並んで配置されている偶数個の磁石をそれぞれの磁石キャリア２．１上に設けることが望ましい。その結果、１つの磁石キャリア２．１から離れると、磁界が消滅する。この場合、２つの磁石２．２の対向している極が異なるので、磁界の強さの高い変調が、第２部材２の空隙の内部で得られる。したがって、非常に大きい力が、第１部材１内のコイル１．２を通電することによって達成され得る。
【００２４】
組み込まれた状態では、第１部材１と第２部材２との間の相対位置が、それぞれの用途物によって予め設定される。しかし、当該リニアモータがまだ組み込まれていない間は、搬送用ロック装置３が、利用し得る。この搬送用ロック装置３の構造が、図４において最も良好に識別することができる。この搬送用ロック装置は、上の磁石キャリア２．１内の孔２．５に差し込まれているボルト３を有する。このボルト３は、その端部にボルト溝を有する。このボルト３は、当該ボルト溝によって第１部材１内の孔１．８にボルト止めされている。ボルト３の直径と孔２．５の直径とは、互いに対応する。したがって、双方の磁石キャリア２．１が、スペーサ２．３を介して互いに固定結合されているので、第１部材１と第２部材２との間のＸ−Ｙ方向の当該相対位置が固定されている。
【００２５】
ボルト３の締め付け時に、ボルト３によって押し込まれたスリーブ３．１が、第１部材１と第２部材２との間で締め付けられることによって、第１部材１と第２部材２との相対位置が、Ｚ方向に固定される。搬送用ロック装置３が取り外されるときに、スリーブ３．１も、第１部材１と第２部材２との間の空隙から取り出され得る。
【００２６】
図１に示された双方のボルト３によって、第１部材１と第２部材２との間の相対位置が、全ての６自由度において固定されている。
【００２７】
複数のスペーサ２．３を互いに正確に整合するため、スペーサ２．３は、上の磁石キャリア２．１内の孔２．４の対応する面に対応するガイド面２．７を有する。このとき、これらのスペーサ２．３の整合が、互いに既に確定されているように、コストの理由から、このような１つのガイド面２．７だけが、各スペーサ２．３に設けられている。双方の磁石キャリア２．１が、搬送用ロック装置３のための孔２．５に対応する取り付け装置によってＸ−Ｙ方向に互いに整合される。
【００２８】
図５には、本発明の別の実施の形態が示されている。ここで提唱された複数の対策は、その全体において有益であるだけではなくて、それぞれ別々に第１の実施の形態と有益に組み合わせられてもよい。
【００２９】
説明したように、第１部材１は、例えばフライス工程によって非強磁性材料から製造される。この場合、当該非強磁性材料の、コイル１．２で発生した熱を搬出するための良好な熱伝導率に起因して、アルミニウム又は銅のような導電性の材料が有益である。しかしながら、コイル１．２中の電流が変化するので、リニアモータの動特性を低下させる渦電流が、当該コイル１．２で発生する。このような渦電流を回避するため又は少なくとも減少させるため、この実施の形態では、第１部材１のフレーム１．４の遮断部１．４．１が設けられている。
【００３０】
さらに、非常に安定なフレーム１．４は、コイル１．２で発生した熱を広い面の取り付け面１．５．１又は１．５．２へ伝えるために適する。取り付け面１．５．１又は１．５．２は、通常は、非常に丈夫で、ヒートシンクとして使用される鋼から成る物体に結合している。コイル１．２からフレーム１．４への当該熱の移送を支援するため、コイルキャリア１．１内のコイル１．２が、従来のように、良好な熱伝導性の樹脂１．１．１でモールドされているだけではなくて、この実施の形態では、さらに炭素繊維プレート１．６によって、扁平なコイル１．１の両側で覆われている。このような炭素繊維プレート１．６は、アルミニウム若しくは銅又は言うまでもなく鉄から成るカバー部分とは全く違って、電気的に（渦電流なしに）且つ磁気的に（支配的な磁界による力なしに）中立のように振る舞う。しかし、炭素繊維プレート１．６は、コイル１．２の廃熱をフレーム１．４へ良好に伝え、良好な機械的な保護も提供する。
【００３１】
従来の実施の形態では、第１部材１は、ただ１つのコイル１．２と各磁石キャリア２．１上に２つの磁石２．２とを有する。リニアモータに提供される力を増大させるため、当該モータの寸法が、追加のコイル１．２と磁石２．２とを組み込むためにＹ方向に増大され得る。この場合、コイル１．２の数が、それぞれ１つだけ増加され得る。磁石２．２の数が、（１つの磁石キャリア２．１当たり）それぞれ２つだけ増加され得る。
【００３２】
図６には、リニアモータが、異なる位置に、すなわち振動を減衰するために異なる方向に取り付けられ得ることが概略的に示されている。図６では、各磁石キャリア２．１上の６つの磁石２．２（及び第１部材１内の３つの平面コイル１．２）を有する２つの当該リニアモータが識別される。これらの磁石２．２（及びこれらの平面コイル１．２）は、Ｙ方向又はＺ方向の振動を減衰するために使用されている。当該２つのリニアモータは、位置決め装置用のプラットフォームとして使用されるグラナイト４とベース５との間に配置されている。この場合、第１部材１はそれぞれ、ベース５に直接に結合されている（図６の複数の矢印が、ボルト止め部分を明瞭に示す）。この場合、それぞれの異なる取り付け面１．５．１又は１．５．２が使用される。したがって、第１部材１の廃熱が、ベース５に向かって誘導される。その結果、当該位置決め装置のキャリアとしてのグラナイト４が、低温に保持されたままである。第２部材２がそれぞれ、適合する機械的インターフェイス４．１を介してグラナイト４に結合されている。当該取り付けに必要な第１部材１の取り付け孔１．７と第２部材２の磁石キャリア２．１内の取り付け孔２．６とが、その前の図面において良好に識別することができる。
【００３３】
コストを下げるため、例えば取り付け孔２．６のような個々の細部が、上記の双方の位置のうちの一方の位置で全く必要とされないときでも、双方の磁石キャリア２．１は、完全に同一に構成されている。
【符号の説明】
【００３４】
１  第１部材
１．１  コイルキャリア、扁平領域
１．１．１  封止用コンパウンド、樹脂
１．２  平面コイル
１．３  開口部
１．４  フレーム
１．４．１  遮断部
１．５．１  取り付け面
１．５．２  取り付け面
１．７  取り付け孔
１．８  孔
１．９  給電線
２  第２部材
２．１  磁石キャリア
２．２  磁石
２．３  スペーサ
２．３．１  ボルト
２．４  孔
２．５  孔
２．６  取り付け孔
２．７  ガイド面
３  ボルト
３．１  スリーブ
４  グラナイト
５  ベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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