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Die Erfindung betrifft einen Motor mit mindestens zwei feststehenden, sich im Abstand mit ihren ungleichnamigen Polen gegenüberliegenden Dauermagneten, zwischen denen ein hin- und herbeweglicher, als
Anker wirkender Kolben gelagert ist, der auf einem mindestens durch einen der Dauermagnete hindurchgeführten
Antriebsgestänge befestigt ist und der von einer Erregerwicklung umgeben ist.
Bisher bekannte mit Magnetkraft betriebene Motoren bzw. Antriebsaggregate basieren im wesentlichen darauf, dass eine Eisenstange od. dgl. in eine mit Strom beaufschlagte elektromagnetische Spule gezogen wird, wobei ausschliesslich die magnetische Anziehungskraft ausgenutzt wird.
Bekannte Antriebsaggregate dieser Art sind auf Grund der speziellen Lage der jeweiligen Magnetfelder nachteilig. So werden beispielsweise gewöhnlich Dauermagnete benutzt, deren gleichnamige Pole sich gegenüberliegen, um auf diese Weise ein verwendbares Magnetfeld zwischen den Dauermagneten zu erzeugen.
Diese Magnete können zusätzlich innerhalb einer Erregerwicklung liegen, die ein Magnetfeld erzeugt, dessen
Feldstärke grösser ist als die Feldstärke des von dem Dauermagneten erzeugten Magnetfeldes, wobei die Richtung dieser beiden Magnetfelder unterschiedlich sein kann. Weitere Nachteile können dadurch entstehen, dass die
Permanentmagnete der oben beschriebenen Art in der Nähe von Versorgungsleitungen liegen können, die einen hohen Gleichstrom oder einen hochfrequenten Wechselstrom führen.
Die beschriebenen Umstände können dazu führen, dass der magnetische Zustand der Permanentmagnete ständig beeinträchtigt bzw. verschlechtert wird, so dass die Anordnung insgesamt nicht mehr funktionstüchtig bleibt.
Bei einem in der franz. Patentschrift Nr. 1. 261. 677 beschriebenen Motor mit mindestens zwei
Dauermagneten, die sich mit Abstand mit ihren ungleichnamigen Polen gegenüberliegen, zwischen denen ein hin- und herbeweglicher, als Anker wirkender Kolben gelagert ist, der auf einer mindestens durch einen der
Dauermagnete hindurchgeführten Abtriebsstange befestigt ist und der von einer Erregerwicklung umgeben ist, muss dann, wenn grössere mechanische Kräfte erzeugt werden sollen, das Trägheitsmoment des aus Weicheisen bestehenden Ankers sehr gross sein, wozu dieser Weicheisenanker eine sehr grosse Masse haben muss. Bei diesen bekannten Motoren wird bei Beaufschlagung der Erregerwicklung der Anker derart polarisiert, dass er nur jeweils von einem der beiden Dauermagnete abgestossen wird, während der andere Dauermagnet ebenfalls im abstossenden Sinn auf den Anker einwirkt.
Daher muss bei dem bekannten Motor die Beaufschlagung der
Erregerwicklung mit Strom dann unterbrochen werden, wenn der Anker sich seiner Mittelstellung nähert, so dass er sich dann ausschliesslich unter dem Einfluss der Trägheitskraft in Richtung auf den gegenüberliegenden
Dauermagneten bewegt. Bei gegebenen Baumassen können mit einer derartigen Anordnung nur sehr geringe Abtriebskräfte erzeugt werden, da während der Bewegung des Ankers die Magnetkraft eines einzigen Poles zum Antrieb des Ankers stets nur im Bereich der halben Bewegungsbahn wirksam ist. Bei dem bekannten
Mechanismus führt die gewählte Anordnung der Magnete weiterhin zu einer sehr hohen Haftkraft, die nur in unmittelbarer Magnetnähe wirksam ist und für einen Motor an sich unerwünscht ist.
Bei einer andern in der franz. Patentschrift Nr. 1. 261. 677 beschriebenen Ausführungsform wirken jeweils Elektromagnete auf einen Dauermagneten, der der eigentliche arbeitende Kolbenteil ist, wobei es nicht zu einer magnetischen Umpolarisierung dieses arbeitenden Kolbenteiles kommt. Bei dieser bekannten Anordnung kann es bei einer hohen Schaltfrequenz auch zu einer Entmagnetisierung der Dauermagnete kommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber den bekannten Motoren verbesserten Motor zu schaffen, von dem eine translatorische Bewegung mit erhöhter Abtriebskraft abgeleitet werden kann. Dabei geht es insbesondere darum, den Motor mit translatorisch angetriebenem Abtriebselement so zu gestalten, dass der Motor sofort nach dem Einschalten mit voller Kraft arbeitet, u. zw. im Gegensatz zur elektrischen Rotationsmotoren, bei denen die volle Antriebsleistung erst mit anwachsender Drehzahl erreicht wird.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist der erfindungsgemässe Motor dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete als U-förmige Magnete ausgebildet sind, dass die Erregerwicklung mit ihrer Achse senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ankers liegend, teilweise in die sich gegenüberliegenden Dauermagnete eingelassen ist, und dass der Stromfluss durch die Erregerwicklung in Abhängigkeit von der Stellung des Ankers umkehrbar ist.
Bei der gewählten Anordnung der Dauermagnete wird ein ringförmiger, geschlossener Magnetfluss erreicht, wobei unter den jeweiligen Betriebsbedingungen eine Entmagnetisierung der Dauermagnete nicht möglich ist. Die Erregerwicklung ist zwischen den beiden Dauermagneten angeordnet und umgibt den von den Dauermagneten gebildeten Raum, wobei ein Magnetfeld erzeugt wird, das senkrecht zu dem Luftspalt zwischen den zugeordneten Dauermagneten liegt, so dass in Abhängigkeit von der Richtung des von der Erregerwicklung erzeugten Magnetfeldes die Dauermagnete einem Magnetisierungsprozess unterworfen werden, so dass diese Dauermagnete ihre magnetische Sättigung beibehalten. Auf diese Weise wird eine mögliche Verringerung bzw.
Abnahme der Magnetfeldkraft verhindert. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Motors gegenüber den bekannten Motoren besteht darin, dass bei jedem Bewegungszyklus der Anker jeweils von den zwei Polen des einen Dauermagneten abgestossen und von den gegenüberliegenden Polen des andern Dauermagneten angezogen wird, so dass bei weitem grössere mechanische Kräfte abgeleitet werden können als bei den bekannten Motoren.
Dadurch, dass die Erregerwicklung stationär zwischen den beiden Dauermagneten eingelassen ist und den sich hin- und herbewegenden Anker mit Abstand umgibt, wird gegenüber Anordnungen, bei denen eine oder mehrere Spulen direkt auf den sich bewegenden Anker gewickelt sind, neben Trägheitsproblemen auch
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verhindert, dass durch die Bewegung der Spule durch die Magnetkraftlinien der Permanentmagnete eine entgegengesetzt gerichtete Induktion stattfindet, durch die der Wirkungsgrad erheblich herabgesetzt werden kann.
Die Geschwindigkeit, mit der der Anker zwischen den beiden Dauermagneten hin- und herbewegt wird, hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der die Stromflussrichtung durch die Erregerwicklung und damit das von der Erregerwicklung erzeugte Magnetfeld umgekehrt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 1 und 2 beschrieben. Es zeigen : Fig. l und 2 in schematischen Darstellungen Schnittansichten des erfindungsgemässen Motors zum Antrieb von Schlag- oder Stosswerkzeugen.
Gemäss den Fig. 1 und 2 enthält der erfindungsgemässe Motor zwei Dauermagnetpaare mit U-förmigen Dauermagneten--l und 2-- einerseits, bzw. U-förmigen Dauermagneten-3 und 4--anderseits aus einer Kobalt-Seltene-Erdmetall-Legierung. Obwohl in den Zeichnungen zwei Dauermagnetpaare dargestellt sind, arbeitet der Motor jedoch auch nur mit einem Dauermagnetpaar, da die Wirkung von zwei Dauermagnetpaaren rein addierend ist. Die Dauermagnete--l und 2 bzw 3 und 4--sind mit Abstand voneinander so in einem Gehäuse untergebracht, dass für jedes Dauermagnetpaar die Pole des einen Dauermagneten jeweils den ungleichnamigen Polen des andern Dauermagneten gegenüberliegen.
Auf diese Weise wird für jedes Dauermagnetpaar ein ringförmiger geschlossener Magnetfluss erzielt, so dass unter den jeweiligen vorhandenen Betriebsbedingungen keine Entmagnetisierung der Dauermagnete möglich ist. Die beiden Dauermagnete jedes Dauernmagnetpaares sind in einem bestimmten Abstand voneinander in das Gehäuse --29-- eingesetzt, so dass von den beiden Dauermagneten und dem Gehäuse --29-- ein geschlossener Raum begrenzt wird. Gemäss Fig. l befindet sich in diesem Raum eine Erregerwicklung--5--, die einen zwischen den Dauermagneten hin- und
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des Ankers--9-. Dies hat zur Folge, dass der Anker-9-von dem einen Dauermagneten angezogen und von dem andern Dauermagneten abgestossen wird.
Wird der Stromfluss in der Erregerwicklung --5-umgekehrt, so wird auch der Anker--9--magnetisch umgepolt, so dass er nunmehr von dem Dauermagneten, der ihn bisher anzog, abgestossen und von dem gegenüberliegenden Dauermagneten angezogen wird. Bei ständig wechselnder Umkehrung des Stromflusses in der Erregerwicklung --5-- führt der Anker --9-- somit eine hin- und hergehende Bewegung zwischen den beiden Dauermagneten--l und 2--aus.
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3-der4--des zweiten Dauermagnetpaares ist ein Anker --10-- hin- und herbeweglich, der mit Abstand von einer in die Dauermagnete eingelassenen stationären Erregerwicklung --7-- umgeben ist.
Die Anker--9 und 10-sind mittels nicht ferromagnetischer Führungsstangen --12 und 13--, die in Längsrichtung beweglich durch die Dauermagnete --2 und 3--und die Trennwand --11-- hindurchgeführt sind, miteinander verbunden.
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Orientierung der von ihnen aufgebauten Magnetfelder umzukehren. Der Stromwender-28--kann als Kommutator bezeichnet werden und hat Bürstenkontaktpaare--24, 25 bzw. 26, 27--. Die Kontakte-24 und 25--bewirken durch die zugeordnete Erregerwicklung einen Stromfluss in der einen Richtung, während die Kontakte--26 und 27--einen Stromfluss in der andern Richtung hervorrufen.
An der einen Seite des Ankers --9-- ist eine Kontaktstange--31--befestigt, die verschiebbar durch den äusseren Dauermagneten-lhindurchgeführt ist und bei der hin- und hergehenden Bewegung des Ankers --9-- abwechselnd die Kontaktpaare-24, 25 bzw. 26, 27-- schliesst Wenn der Anker-9-und damit auch der Anker-10sich im Bereich der Polflächen der Dauermagnete--l bzw. 3-befinden, schliesst die Kontaktstange-31-- das entsprechende Bürstenkontaktpaar, wodurch das Magnetfeld der Erregerwicklungen umgekehrt wird und damit auch die magnetische Polarisierung der Anker-9 und 10--. Die durch die Führungsstangen --12 und 13-miteinander verbundenen Anker führen damit gemeinsam eine hin- und hergehende Bewegung aus.
Die Führungsstangen --12 und 13-sind mittels Kugellagern --14-- gelagert.
Die Versorgung der Erregerwicklungen--5 und 7--mit Strom erfolgt durch die nur schematisch dargestellte Anschlussleitung --34--.
Gemäss den Fig. l und 2 dient der erfindungsgemässe Motor zum Antrieb eines Schlagwerkzeuges in Form eines Schlaghammers--37--. Das Schlagwerkzeug ist mit Handgriffen-38 und 39--versehen. Der Schlaghammer--37--, der gemäss Fig. 1 an der Verbindungsstange --16-- befestigt ist, kann gegen andere Arbeitswerkzeuge ausgetauscht werden.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Gerät ist das Werkzeug--37--an einer Verbindungsstange befestigt, die durch ein Führungsrohr--40--hindurchgeführt ist.