DE10004773A1 - Linearmotor - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearmotor mit mindestens einer sich über eine bestimmte Länge erstreckenden elektrischen Wicklung mit einem so bezeichneten ersten Ende und einem so bezeichneten zweiten Ende, die mindestens teilweise einen Stabanker umschlingt, der einen axial permanent magnetisierten, in einer Seltenerdlegierung ausgebildeten Stabmagneten mit einem so bezeichneten ersten Magnetende und einem so bezeichneten zweiten Magnetende mit zum ersten Magnetende entgegengesetzter Polarität aufweist, wobei der Stabanker entlang eines Verfahrweges zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung bezüglich der elektrischen Wicklung verschiebbar ist, so, dass sich in der ersten Endstellung des Stabankers, unter Bildung eines bestimmten Abstands des ersten Magnetendes vom ersten Ende der elektrischen Wicklung, das erste Magnetende innerhalb des Innenraums der elektrischen Wicklung befindet sowie sich in der zweiten Endstellung des Stabankers, unter Bildung eines bestimmten Abstands des ersten Magnetendes vom zweiten Ende der elektrischen Wicklung, das erste Magnetende innerhalb des Innenraums der elektrischen Wicklung befindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearmotor gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei Linearmotoren der vorgenannten Art, wie sie aus der deutschen Patentschrift 30 20 852 bekannt sind, hat sich gezeigt, dass die vom Anker gelieferte Schub-/Zugkraft von der Position des Ankers entlang seines Verfahrweges abhängt. Insbesondere nimmt die Schub-/Zugkraft nach den Enden des Verfahrweges hin stark ab. Dieses Verhalten ist vor allem bei Anwendungen von Linearmotoren in der automatisierten Montagetechnik, besonders beim Aufnehmen und Plazieren von Bauelementen, störend.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Anker eine entlang seines gesamten Verfahrweges im Wesentlichen konstante Schub-/Zugkraft liefert.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die genannten Merkmale wird eine entlang des gesamten Verfahrweges des Ankers gleichmässig zu- oder abnehmende magnetische Energie des Stabmagneten, den der Anker aufweist, erreicht und damit eine entscheidende Vorraussetzung dafür geschaffen, dass der Anker eine entlang seines gesamten Verfahrweges im Wesentlichen konstante Schub-/Zugkraft liefert.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen, jeweils in schematischer Wiedergabe,

Fig. 1 als Längsschnitt und Prinzipdarstellung den Grundaufbau eines erfindungsgemässen Linearmotors, wobei sich ein Stabanker bezüglich einer mindestens einen elektrischen Wicklung in einer ersten Endstellung befindet,

Fig. 2 als Längsschnitt und Prinzipdarstellung den Grundaufbau des erfindungsgemässen Linearmotors gemäss Fig. 1, wobei sich der Stabanker bezüglich der mindestens einen elektrischen Wicklung in einer zweiten Endstellung befindet,

Fig. 3 den Grundaufbau des erfindungsgemässen Linearmotors gemäss Fig. 1 und Fig. 2 unter darstellungstechnisch vereinfachender Weglassung des Stabankers, als Ausführungsbeispiel für ein Linearlager des Stabankers,

Fig. 4 den Grundaufbau des erfindungsgemässen Linearmotors unter darstellungstechnisch vereinfachender Weglassung des Stabankers, als weiteres Ausführungsbeispiel für ein Linearlager des Stabankers,

Fig. 5 den Grundaufbau des erfindungsgemässen Linearmotors gemäss Fig. 1 und Fig. 2 unter darstellungstechnisch vereinfachender Weglassung der Stabankers, als weiteres Ausführungsbeispiel für ein Linearlager des Stabankers,

Fig. 6 als Längsschnitt und Prinzipdarstellung den Grundaufbau eines erfindungsgemässen Linearmotors, der in Weiterbildung des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1 eine zweite elektrische Wicklung aufweist, wobei sich der Stabanker bezüglich der elektrischen Wicklungen in einer ersten Endstellung befindet,

Fig. 7 als Längsschnitt und Prinzipdarstellung den Grundaufbau eines erfindungsgemässen Linearmotors gemäss Fig. 6, wobei sich der Stabanker bezüglich der elektrischen Wicklungen in einer zweiten Endstellung befindet,

Fig. 8 den Grundaufbau des erfindungsgemässen Linearmotors gemäss Fig. 6 und Fig. 7 unter darstellungstechnisch vereinfachender Weglassung des Stabankers, als Ausführungsbeispiel für ein Linearlager des Stabankers,

Fig. 9 den Grundaufbau des erfindungsgemässen Linearmotors gemäss Fig. 6 und Fig. 7 unter darstellungstechnisch vereinfachender Weglassung des Stabankers, als weiteres Ausführungsbeispiel für ein Linearlager des Stabankers,

Fig. 10 den Grundaufbau des erfindungsgemässen Linearmotors gemäss Fig. 6 und Fig. 7 unter darstellungstechnisch vereinfachender Weglassung des Stabankers, als weiteres Ausführungsbeispiel für ein Linearlager des Stabankers.

Fig. 1 zeigt als Längsschnitt und Prinzipdarstellung den Grundaufbau eines erfindungsgemässen Linearmotors mit mindestens einer sich über eine Länge l erstreckenden elektrischen Wicklung 2 mit einem ersten Ende 4 und einem zweiten Ende 6, die mindestens teilweise einen Stabanker 8 umschlingt, der einen axial, d. h. in einer Richtung entlang einer Stabachse 10, permanent magnetisierten, in einer Seltenerdlegierung - bevorzugt einer Neodym-Eisen- Bor-Legierung - ausgebildeten Stabmagneten 12 mit einem ersten Magnetende 14 und einem zweiten Magnetende 16 mit zum ersten Magnetende 14 entgegengesetzter Polarität aufweist - die entgegengesetzten Polaritäten sind unter willkürlicher Zuordnung zu den Magnetenden als Nordpol N und Südpol S gekennzeichnet - wobei der Stabanker 8 zwischen einer nachfolgend näher beschriebenen ersten und einer nachfolgend näher beschriebenen zweiten Endstellung bezüglich der elektrischen Wicklung 2 verschiebbar ist, so dass der Verfahrweg des Stabankers 8 durch den Abstand der ersten und zweiten Endstellung gegeben ist.

Der Stabanker 8 weist eine Hülse 20 auf, in der mindestens teilweise der Stabmagnet 12 angebracht ist. Die Hülse 20 ist in einem nichtferromagnetischen Material ausgebildet, z. B. in einem Metall wie beispielsweise Messing oder unmagnetischer Stahl oder z. B. in einem Kunststoffmaterial wie beispielsweise Polycarbonat (PC) oder Polyoxymethylen (POM). Der Stabmagnet 12 ist vorzugsweise in die Hülse 20 eingeklebt, beispielsweise mit einem Cyanacrylat -Klebstoff, oder z. B. eingepresst.

Die elektrische Wicklung 2 und/oder der Stabanker 8 und/oder der Stabmagnet 12 sind vorzugsweise kreiszylinderförmig ausgebildet. Die elektrische Wicklung 2 bildet zusammen mit einem Spulenkörper 22, der eine Hülse 24 aufweist - auf die vorteilhaft die elektrische Wicklung 2 aufgebracht ist - sowie vorteilhaft Seitenteile 23 und 25, eine Spule 26, die zum Schutz der elektrischen Wicklung 2 vorteilhaft ein Gehäuse 3 aufweist. Die Seitenteile 23 und 25 sowie die Hülse 24 werden fertigungstechnisch vorteilhaft durch Spritzgiessen als ein Kunststoffteil hergestellt, das den Spulenkörper 22 bildet.

Der Stabanker 8 ist - wie vorgenannt - bezüglich der elektrischen Wicklung 2 verschiebbar angebracht, wozu der Spulenkörper 22 mindestens ein Linearlager für den Stabanker 8 aufweist. Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ist die Hülse 24 des Spulenkörpers 22 als Linearlager 30 für den Stabanker 8 ausgebildet, das nachfolgend anhand von Fig. 3 weitergehend beschrieben wird.

Die elektrische Wicklung 2 weist vorzugsweise eine entlang ihrer Länge l im Wesentlichen konstante Windungsdichte - als auf die Längeneinheit der Wicklungslänge bezogene Windungszahl - auf.

In dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 weist der Stabanker 8 ein - zum Anschluss einer Last vorgesehenes - Abtriebende 52 auf und ein Messende 54, das Bestandteil eines Weglängenmesssystems 56 zur Stellungsabfrage des Stabankers 8 ist.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 weist das Messende 54 eine Gebereinheit 60 auf, die z. B. optisch oder magnetisch in entlang einer Messstreckeneinheit 58 des Weglängenmesssystems 56 angebrachten Sensoren stellungsabhängig Signale erzeugt, die einem elektronischen Steuer- und/oder Regelsystem 62 für die Bestromung der elektrischen Wicklung 2 zugeführt werden.

Auf diese Weise kann der erfindungsgemässe Linearmotor sowohl im offenen als auch im geschlossenen Regelkreis betrieben werden, um eine bestimmte Stellung des Stabankers 8 präzise einzustellen.

Für den erfindungsgemässen Linearmotor sind Mittel zur Begrenzung des Verfahrweges des Stabankers 8 vorgesehen.

Die Mittel zur Begrenzung des Verfahrweges des Stabankers 8 umfassen vorteilhaft das Weglängenmesssystem 56 und das elektronische Steuer- und/oder Regelsysstem 62 für die Bestromung der elektrischen Wicklung 2.

In besonders einfacher Ausbildung weist der Stabanker 8, wie im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 dargestellt ist, vorteilhaft als Ringe ausgebildete Anschläge 53, 55 als Mittel zur Begrenzung seines Verfahrweges auf. Die Anschläge 53, 55 sind vorteilhaft in einem Kunststoffmaterial ausgebildet, durch das ein gedämpftes Anschlagen am Spulenkörper 22 erreicht wird.

In dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 befindet sich der Stabanker 8 bezüglich der mindestens einen elektrischen Wicklung 2 in einer ersten Endstellung, wobei, unter Bildung eines Abstandes s des ersten Magnetendes 14 vom ersten Ende 4 der elektrischen Wicklung 2, sich das erste Magnetende 14 innerhalb des Innenraums 18 der elektrischen Wicklung 2, der auch in den Darstellungen von Fig. 2 und Fig. 3 eingetragen ist, befindet. Ferner befindet sich in der ersten Endstellung des Stabankers 8, unter Bildung eines Abstandes h des zweiten Magnetendes 16 vom zweiten Ende 6 der elektrischen Wicklung 2, das zweite Magnetende 16 ausserhalb des Innenraums 18 der elektrischen Wicklung 2.

Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1, wobei, abweichend hiervon, sich der Stabanker 8 bezüglich der mindestens einen elektrischen Wicklung 2 in einer zweiten Endstellung befindet, wobei sich in der zweiten Endstellung des Stabankers 8, unter Bildung eines Abstands s' des ersten Magnetendes 14 vom zweiten Ende 6 der elektrischen Wicklung 2, das erste Magnetende 14 innerhalb des Innenraums 18 der elektrischen Wicklung 2 befindet.

Der Stabanker 12 ist zwischen der ersten und zweiten Endstellung bezüglich der elektrischen Wicklung 2 verschiebbar, wie vorangehend bereits beschrieben.

Dabei sind die erste Endstellung und die zweite Endstellung des Stabankers 12 als Enden des Verfahrweges des Stabankers 12 mittels der vorgenannten Mittel zur Begrenzung des Verfahrweges eingestellt.

Das Verschieben bzw. Verfahren des Stabankers 8 erfolgt zwischen den beiden vorgenannten Endstellungen durch Bestromen der elektrischen Wicklung 2, wobei durch Stromumkehr eine Richtungsumkehr der Linearbewegung des Stabankers 8 entlang seines Verfahrweges bewirkt wird. Besonders vorteilhaft erfolgt das Bestromen unter Einschaltung des Weglängenmesssystems 56 sowie des Steuer- und/oder Regelsystems 62, wie vorangehend bereits beschrieben, um die beiden Endstellungen und jede bestimmte, erforderliche Stellung des Stabankers 8 zwischen den beiden Endstellungen einzustellen.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 ist der Stabmagnet 12 aus mehreren Einzelmagneten 121, 122, 123, 124, 125 mit gleicher, axialer Magnetisierungsrichtung - wobei benachbarte Einzelmagnete jeweils mit Polen, wie durch die Bezeichnungen N und S verdeutlicht, entgegengesetzter Polarität aneinander grenzen - zusammengesetzt. Dadurch wird die Bruchgefahr gegenüber einem verhältnismässig langen Einzelmagneten in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise beträchtlich verringert.

Bei einem Ausführungsbeispiel eines kleineren Linearmotors, der erfindungsgemäss aufgebaut war, setzt sich der Stabmagnet 12 aus 20 in einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung ausgebildeten Einzelmagneten zusammen, von denen jeder einen Durchmesser von 4 mm und eine Länge von 3 mm aufweist.

Bei Linearmotoren gemäss dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 und Fig. 2, vorzugsweise mit langer Spule 26/elektrischer Wicklung 2, beträgt - zur Erzielung einer vom Stabanker 8 gelieferten, entlang seines Verfahrweges im Wesentlichen konstanten Schub-/Zugkraft besonders vorteilhaft - in der vorgenannten ersten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand s des ersten Magnetendes 14 vom ersten Ende 4 der elektrischen Wicklung 2 und/oder in der vorgenannten zweiten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand s' des ersten Magnetendes 14 vom zweiten Ende 6 der elektrischen Wicklung 2 mindestens 1/20 der Länge l der elektrischen Wicklung 2.

Bei Linearmotoren gemäss dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 und Fig. 2, vorzugsweise mit gedrungener Spule 26/elektrischer Wicklung 2, beträgt - zur Erzielung einer vom Stabanker 8 gelieferten, entlang seines Verfahrweges im Wesentlichen konstanten Schub-/Zugkraft besonders vorteilhaft - in der vorgenannten ersten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand s des ersten Magnetendes 14 vom ersten Ende 4 der elektrischen Wicklung 2 und/oder in der vorgenannten zweiten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand s' des ersten Magnetendes 14 vom zweiten Ende 6 der elektrischen Wicklung 2 mindestens 1/10 der Länge l der elektrischen Wicklung 2.

Bei Linearmotoren gemäss dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 und Fig. 2, vorzugsweise mit kurzer Spule 26/elektrischer Wicklung 2, beträgt - zur Erzielung einer vom Stabanker 8 gelieferten, entlang seines Verfahrweges im Wesentlichen konstanten Schub-/Zugkraft besonders vorteilhaft - in der vorgenannten ersten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand s des ersten Magnetendes 14 vom ersten Ende 4 der elektrischen Wicklung 2 und/oder in der vorgenannten zweiten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand s' des ersten Magnetendes 14 vom zweiten Ende 6 der elektrischen Wicklung 2 mindestens 1/5 der Länge l der elektrischen Wicklung 2.

Bei Linearmotoren gemäss dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 und Fig. 2, vorzugsweise mit langer Spule 26/elektrischer Wicklung 2, beträgt - zur Erzielung einer vom Stabanker 8 gelieferten, entlang seines Verfahrweges im Wesentlichen konstanten Schub-/Zugkraft besonders vorteilhaft - in der vorgenannten ersten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand h des zweiten Magnetendes 16 vom zweiten Ende 6 der elektrischen Wicklung 2 mindestens 1/20 der Länge l der elektrischen Wicklung 2.

Bei Linearmotoren gemäss dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 und Fig. 2, vorzugsweise mit gedrungener Spule 26/elektrischer Wicklung 2, beträgt - zur Erzielung einer vom Stabanker 8 gelieferten, entlang seines Verfahrweges im Wesentlichen konstanten Schub-/Zugkraft besonders vorteilhaft - in der vorgenannten ersten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand h des zweiten Magnetendes 16 vom zweiten Ende 6 der elektrischen Wicklung 2 mindestens 1/10 der Länge l der elektrischen Wicklung 2.

Bei Linearmotoren gemäss dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 und Fig. 2, vorzugsweise mit kurzer Spule 26/elektrischer Wicklung 2, beträgt - zur Erzielung einer vom Stabanker 8 gelieferten, entlang seines Verfahrweges im Wesentlichen konstanten Schub-/Zugkraft besonders vorteilhaft - in der vorgenannten ersten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand h des zweiten Magnetendes 16 vom zweiten Ende 6 der elektrischen Wicklung 2 mindestens 1/5 der Länge l der elektrischen Wicklung 2.

Fig. 3 zeigt den Grundaufbau des erfindungsgemässen Linearmotors gemäss Fig. 1 und Fig. 2 unter darstellungstechnisch vereinfachender Weglassung des in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Stabankers 8. Der Spulenkörper 22 weist mindestens ein Linearlager für den Stabanker 8 auf, wobei die Hülse 24 des Spulenkörpers 22 als Linearlager 30 für den Stabanker 8 ausgebildet ist. Dazu ist die Innenfläche Hülse 24 besonders glatt ausgebildet und/oder mit einer glatten, gleitfähigen Auskleidung - z. B. aus POM - versehen, so dass sich zwischen Stabanker 8 und Linearlager 30 ein niedriger Reibungskoeffizient ergibt.

Fig. 4 zeigt den Grundaufbau des erfindungsgemässen Linearmotors gemäss Fig. 1 und Fig. 2 unter darstellungstechnisch vereinfachender Weglassung des in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Stabankers 8, wobei der Spulenkörper 22 mindestens ein Linearlager 32, 34 im Bereich eines Endes 36 und im Bereich eines Endes 38 aufweist.

Das mindestens eine Linearlager 32, 34 ist, gemäss der Darstellung von Fig. 4, beispielsweise als Gleitlager 40, 42 ausgebildet. Das mindestens eine Gleitlager 40, 42 weist eine Innenfläche 44, 46 mit vorzugsweise verrundeten Kanten 45, 47, 49, 51 auf.

Besonders vorteilhaft ist das mindestens eine Linearlager 32, 34, gemäss der Darstellung von Fig. 5, beispielsweise als Linearkugellager 48, 50 ausgebildet.

Fig. 6 und Fig. 7 zeigen als Längsschnitt und Prinzipdarstellung den Grundaufbau eines erfindungsgemässen Linearmotors, bei dem in Weiterbildung des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1 und Fig. 2 an der mindestens einen, sich über die Länge l erstreckenden elektrischen Wicklung 2 eine mindestens zweite, sich über eine Länge l' erstreckende elektrische Wicklung 2' mit einem ersten Ende 4' und einem zweiten Ende 6' angebracht ist, die mindestens teilweise den zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung bezüglich der elektrischen Wicklungen 2 und 2' verschiebbar angebrachten Stabanker 8 umschlingt und bezüglich der ersten elektrischen Wicklung 2 - vorzugsweise gleichzeitig - mit entgegengesetztem Umlaufsinn von einem elektrischen Spulenstrom durchflossen wird, wobei sich in der ersten, in Fig. 6 dargestellten Endstellung des Stabankers 8 unter Bildung eines Abstands h' des zweiten Magnetendes 16 vom ersten Ende 4' der zweiten elektrischen Wicklung 2', das zweite Magnetende 16 innerhalb des Innenraums 18' der zweiten elektrischen Wicklung 2' befindet sowie sich in der zweiten, in Fig. 7 dargestellten Endstellung des Stabankers 8, unter Bildung eines Abstands h" des zweiten Magnetendes 16 vom zweiten Ende 6' der zweiten elektrischen Wicklung 2', das zweite Magnetende 16 innerhalb des Innenraums 18' der zweiten elektrischen Wicklung 2' befindet.

Das Verschieben bzw. Verfahren des Stabankers 8 erfolgt zwischen den beiden vorgenannten Endstellungen durch Bestromen der elektrischen Wicklungen 2 und 2', wobei beide Wicklungen - wie vorangehend beschrieben - mit entgegengesetztem Umlaufsinn vom elektrischen Spulenstrom durchflossen werden. Durch Umkehr des Spulenstromes - unter Beibehaltung entgegengesetzten Umlaufsinns in den elektrischen Wicklungen 2 und 2' - wird eine Richtungsumkehr der Linearbewegung des Stabankers 8 entlang seines Verfahrweges bewirkt. Besonders vorteilhaft erfolgt das Bestromen unter Einschaltung des Weglängenmesssystems 56 sowie eines Steuer- und/oder Regelsystems 62', um die beiden Endstellungen und jede bestimmte, erforderliche Stellung des Stabankers 8 zwischen den beiden Endstellungen einzustellen.

Vorzugsweise ist die zweite elektrische Wicklung 2' kreiszylinderförmig ausgebildet. Ihre Länge l' ist in bevorzugter Ausbildung gleich der Länge l der ersten elektrischen Wicklung 2.

Ferner ist vorzugsweise die zweite elektrische Wicklung 2' mit der gleichen Windungszahl wie die erste elektrische Wicklung 2 ausgebildet.

Vorzugsweise weist die zweite elektrische Wicklung 2' eine entlang ihrer Länge l' im Wesentlichen konstante Windungsdichte - als auf die Längeneinheit der Wicklungslänge bezogene Windungszahl - auf. In bevorzugter Ausbildung weist die zweite elektrische Wicklung 2' im Wesentlichen die gleiche Windungsdichte wie die erste elektrische Wicklung 2 auf.

Die elektrische Wicklung 2' bildet zusammen mit einem Spulenkörper 22', der eine Hülse 24' aufweist - auf die vorteilhaft die elektrische Wicklung 2' aufgebracht ist - sowie vorteilhaft Seitenteile 23' und 25', eine Spule 26'.

Vorzugsweise bilden der Spulenkörper 22' der zweiten elektrischen Wicklung 2' und der Spulenkörper 22 der ersten elektrischen Wicklung 2 einen gemeinsamen Spulenkörper 22", wobei die Hülse 24' des Spulenkörpers 22' der zweiten elektrischen Wicklung 2' und die Hülse 24 des Spulenkörpers 22 der ersten elektrischen Wicklung 2 eine gemeinsame Hülse 24" sowie die Spule 26' der zweiten elektrischen Wicklung 2' und die Spule 26 der ersten elektrischen Wicklung 2 eine gemeinsame Spule 26" bilden, die zum Schutz der elektrischen Wicklungen 2 und 2' ein gemeinsames Gehäuse 3" aufweist.

Die Seitenteile 23, 25, 23', 25', ein Zwischenteil 27 sowie die gemeinsame Hülse 24" werden fertigungstechnisch vorteilhaft durch Spritzgiessen als ein Kunststoffteil hergestellt, das den gemeinsamen Spulenkörper 22" bildet.

Der Stabanker 8 ist bezüglich der elektrischen Wicklungen 2 und 2' verschiebbar angebracht, wozu der gemeinsame Spulenkörper 22" mindestens ein Linearlager für den Stabanker 8 aufweist. Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 und Fig. 7 ist die gemeinsame Hülse 24" des gemeinsamen Spulenkörpers 22" als Linearlager 30' für den Stabanker 8 ausgebildet, das nachfolgend anhand von Fig. 8 weitergehend beschrieben wird.

Durch die Weiterbildung der Ausführungsform des Linearmotors gemäss Fig. 1 und Fig. 2 zu der Ausführungsform gemäss Fig. 6 und Fig. 7 wird in besonders vorteilhafter Weise eine Verdoppelung der vom Stabanker gelieferten Schub- /Zugkräfte erzielt.

Fig. 8 zeigt den Grundaufbau des erfindungsgemässen Linearmotors gemäss Fig. 6 und Fig. 7 unter darstellungstechnisch vereinfachender Weglassung des in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellten Stabankers 8, wobei die gemeinsame Hülse 24" des gemeinsamen Spulenkörpers 22" als Linearlager 30' für den Stabanker 8 ausgebildet ist. Dazu ist die Innenfläche der Hülse 24" besonders glatt ausgebildet und/oder mit einer glatten, gleitfähigen Auskleidung - z. B. aus POM - versehen, so dass sich zwischen Stabanker 8 und Linearlager 30' ein niedriger Reibungskoeffizient ergibt.

Fig. 9 zeigt den Grundaufbau des erfindungsgemässen Linearmotors gemäss Fig. 6 und Fig. 7 unter darstellungstechnisch vereinfachender Weglassung des in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellten Stabankers 8, wobei der gemeinsame Spulenkörper 22" mindestens ein Linearlager 32', 34' im Bereich eines Endes 36' und im Bereich eines Endes 38' aufweist.

Das mindestens eine Linearlager 32', 34' ist, gemäss der Darstellung von Fig. 9, beispielsweise als Gleitlager 40', 42' ausgebildet. Das mindestens eine Gleitlager 40', 42' weist eine Innenfläche 44', 46' mit vorzugsweise verrundeten Kanten 45', 47', 49', 51' auf.

Besonders vorteilhaft ist das mindestens eine Linearlager 32', 34', gemäss der Darstellung von Fig. 10, beispielsweise als Linearkugellager 48', 50' ausgebildet.

In dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 und Fig. 7 weist der Stabanker 8 ein - zum Anschluss einer Last vorgesehenes - Abtriebende 52' auf und das Messende 54, das Bestandteil des Weglängenmesssystems 56 zur Stellungsabfrage des Stabankers 8 ist.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 und Fig. 7 - dargestellt in Fig. 7 - weist das Messende 54 einen Lesekopf 60' auf, der beim Verfahren des Stabankers 8 an einem Linearmassstab 58' des Weglängenmesssystems 56 entlangfährt. Der Linearmassstab 58' kann z. B. aus einem Glasstab bestehen mit feinen lichtundurchlässigen Strukturen, z. B. aus Chrom oder mit Gitterstrukturen aus Goldstrichen, die gerichtet reflektieren, während die Lücken diffus reflektieren. Die Abtastung durch den Lesekopf erfolgt hierbei photoelektrisch.

Anstelle von Glas können vorteilhaft auch hartmagnetische Bänder oder Platten verwendet werden, in die eine feine Struktur einmagnetisiert wurde, die vom Lesekopf 60' nach Art eines Magnetton- oder Videokopfes ausgelesen wird.

Die vom Lesekopf 60' aufgenommenen, stellungsabhängigen Signale werden über ein Schleppkabel 61' einem elektronischen Steuer- und/oder Regelsystem 62' für die Bestromung der elektrischen Wicklungen 2 und 2' zugeführt.

Der erfindungsgemässe Linearmotor kann, unabhängig von der Anzahl elektrischer Wicklungen, sowohl im offenen Regelkreis (open loop control) - z. B. als Schrittmotor mit einer vorgegebenen zeitlichen Abfolge von Schrittimpulsen - als auch im geschlossenen Regelkreis (closed loop) betrieben werden. Durch Einbeziehung des Linearmotors in einen geschlossenen Regelkreis - also unter Rückmeldung der Stellung/Position des Stabankers 8 - ist eine präzise Positionierung und Einstellung von Kraft und Geschwindigkeit möglich.

Auch für den vorangehend beschriebenen erfindungsgemässen Linearmotor mit elektrischen Wicklungen 2 und 2' sind Mittel zur Begrenzung des Verfahrweges des Stabankers 8 vorgesehen.

Die Mittel zur Begrenzung des Verfahrweges des Stabankers 8 umfassen vorteilhaft das Weglängenmesssystem 56 und das elektronische Steuer- und/oder Regelsystem 62' für die Bestromung der ersten elektrischen Wicklung 2 und zweiten elektrischen Wicklung 2', unter deren Einbeziehung - wie vorangehend beschrieben - die beiden Endstellungen, als Grenzen des Verfahrweges des Stabankers 8, präzise eingestellt werden können.

In besonders einfacher Ausbildung weist der Stabanker 8, wie im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 bzw. Fig. 7 dargestellt ist, vorteilhaft als Ringe ausgebildete Anschläge 53', 55' als Mittel zur Begrenzung seines Verfahrweges auf. Die Anschläge 53', 55' sind vorteilhaft in einem Kunststoffmaterial ausgebildet, durch das ein gedämpftes Anschlagen am Spulenkörper 22" erreicht wird.

Bei Linearmotoren gemäss dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 und Fig. 7, vorzugsweise mit langer Spule 26'/elektrischer Wicklung 2', beträgt - zur Erzielung einer vom Stabanker 8 gelieferten, entlang seines Verfahrweges im Wesentlichen konstanten Schub-/Zugkraft besonders vorteilhaft - in der vorgenannten ersten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand h' des zweiten Magnetendes 16 vom ersten Ende 4' der zweiten elektrischen Wicklung 2' und/oder in der vorgenannten zweiten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand h" des zweiten Magnetendes 16 vom zweiten Ende 6' der zweiten elektrischen Wicklung 2' mindestens 1/20 der Länge l' der zweiten elektrischen Wicklung 2'.

Bei Linearmotoren gemäss dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 und Fig. 7, vorzugsweise mit gedrungener Spule 26'/elektrischer Wicklung 2', beträgt - zur Erzielung einer vom Stabanker 8 gelieferten, entlang seines Verfahrweges im Wesentlichen konstanten Schub-/Zugkraft besonders vorteilhaft - in der vorgenannten ersten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand h' des zweiten Magnetendes 16 vom ersten Ende 4' der zweiten elektrischen Wicklung 2' und/oder in der vorgenannten zweiten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand h" des zweiten Magnetendes 16 vom zweiten Ende 6' der zweiten elektrischen Wicklung 2' mindestens 1/10 der Länge l' der zweiten elektrischen Wicklung 2'.

Bei Linearmotoren gemäss dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 und Fig. 7, vorzugsweise mit kurzer Spule 26'/elektrischer Wicklung 2', beträgt - zur Erzielung einer vom Stabanker 8 gelieferten, entlang seines Verfahrweges im Wesentlichen konstanten Schub-/Zugkraft besonders vorteilhaft - in der vorgenannten ersten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand h' des zweiten Magnetendes 16 vom ersten Ende 4' der zweiten elektrischen Wicklung 2' und/oder in der vorgenannten zweiten Endstellung des Stabankers 8 der Abstand h" des zweiten Magnetendes 16 vom zweiten Ende 6' der zweiten elektrischen Wicklung 2' mindestens 1/5 der Länge l' der zweiten elektrischen Wicklung 2'.

In der obigen Beschreibung gemachte Angaben zu einer der offenbarten Ausführungsformen gelten, soweit sinnvoll und in sinnvoller Übertragung, jeweils auch für andere Ausführungsformen. Insbesondere liegt in diesen Angaben keine Einschränkung.

Claims (44)

1. Linearmotor mit mindestens einer sich über eine Länge (l) erstreckenden elektrischen Wicklung (2) mit einem ersten Ende (4) und einem zweiten Ende (6), die mindestens teilweise einen Stabanker (8) umschlingt, der einen axial, in einer Richtung entlang einer Stabachse (10), permanent magnetisierten, in einer Seltenerdlegierung ausgebildeten Stabmagneten (12) mit einem ersten Magnetende (14) und einem zweiten Magnetende (16) mit zum ersten Magnetende (14) entgegengesetzter Polarität aufweist, wobei der Stabanker (8) zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung bezüglich der elektrischen Wicklung (2) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der ersten Endstellung des Stabankers (8), unter Bildung eines Abstands (s) des ersten Magnetendes (14) vom ersten Ende (4) der elektrischen Wicklung (2), das erste Magnetende (14) innerhalb des Innenraums (18) der elektrischen Wicklung (2) befindet sowie sich in der zweiten Endstellung des Stabankers (8), unter Bildung eines Abstands (s') des ersten Magnetendes (14) vom zweiten Ende (6) der elektrischen Wicklung (2), das erste Magnetende (14) innerhalb des Innenraums (18) der elektrischen Wicklung (2) befindet.

2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (s) des ersten Magnetendes (14) vom ersten Ende (4) der elektrischen Wicklung (2) und/oder in der zweiten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (s') des ersten Magnetendes (14) vom zweiten Ende (6) der elektrischen Wicklung (2) mindestens 1/20 der Länge (l) der elektrischen Wicklung (2) beträgt.

3. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (s) des ersten Magnetendes (14) vom ersten Ende (4) der elektrischen Wicklung (2) und/oder in der zweiten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (s') des ersten Magnetendes (14) vom zweiten Ende (6) der elektrischen Wicklung (2) mindestens 1/10 der Länge (l) der elektrischen Wicklung (2) beträgt.

4. Linearmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (s) des ersten Magnetendes (14) vom ersten Ende (4) der elektrischen Wicklung (2) und/oder in der zweiten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (s') des ersten Magnetendes (14) vom zweiten Ende (6) der elektrischen Wicklung (2) mindestens 1/5 der Länge (l) der elektrischen Wicklung (2) beträgt.

5. Linearmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der ersten Endstellung des Stabankers (8), unter Bildung eines Abstands (h) des zweiten Magnetendes (16) vom zweiten Ende (6) der elektrischen Wicklung (2), das zweite Magnetende (16) ausserhalb des Innenraums (18) der elektrischen Wicklung (2) befindet.

6. Linearmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (h) des zweiten Magnetendes (16) vom zweiten Ende (6) der elektrischen Wicklung (2) mindestens 1/20 der Länge (l) der elektrischen Wicklung (2) beträgt.

7. Linearmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (h) des zweiten Magnetendes (16) vom zweiten Ende (6) der elektrischen Wicklung (2) mindestens 1/10 der Länge (l) der elektrischen Wicklung (2) beträgt.

8. Linearmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (h) des zweiten Magnetendes (16) vom zweiten Ende (6) der elektrischen Wicklung (2) mindestens 1/5 der Länge (l) der elektrischen Wicklung (2) beträgt.

9. Linearmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabanker (8) eine Hülse (20) aufweist, in der mindestens teilweise der Stabmagnet (12) angebracht ist.

10. Linearmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabmagnet (12) aus mehreren Einzelmagneten (121, 122, 123, 124, 125) mit gleicher, axialer Magnetisierungsrichtung zusammengesetzt ist.

11. Linearmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Wicklung (2) und/oder der Stabanker (8) und/oder der Stabmagnet (12) kreiszylinderförmig ausgebildet sind.

12. Linearmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Wicklung (2) zusammen mit einem Spulenkörper (22), der eine Hülse (24) aufweist, eine Spule (26) bildet.

13. Linearmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (22) mindestens ein Linearlager für den Stabanker (8) aufweist.

14. Linearmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (24) des Spulenkörpers (22) als Linearlager (30) für den Stabanker (8) ausgebildet ist.

15. Linearmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (22) mindestens ein Linearlager (32, 34) im Bereich eines Endes (36) und im Bereich eines Endes (38) aufweist.

16. Linearmotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Linearlager (32, 34) als Gleitlager (40, 42) ausgebildet ist.

17. Linearmotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Gleitlager (40, 42) eine Innenfläche (44, 46) mit verrundeten Kanten (45, 47, 49, 51) aufweist.

18. Linearmotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Linearlager (32, 34) als Linearkugellager (48, 50) ausgebildet ist.

19. Linearmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabanker (8) ein Abtriebende (52) und ein Messende (54), das Bestandteil eines Weglängenmesssystems (56) ist, aufweist.

20. Linearmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Begrenzung des Verfahrweges des Stabankers (8) vorgesehen sind.

21. Linearmotor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabanker (8) Anschläge (53, 55) als Mittel zur Begrenzung seines Verfahrweges aufweist.

22. Linearmotor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Begrenzung des Verfahrweges des Stabankers (8) das Weglängen­ messsystems (56) und ein elektronisches Regel- und/oder Steuersystem (62) für die Bestromung der elektrischen Wicklung (2) umfassen.

23. Linearmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Wicklung (2) eine entlang ihrer Länge (l) im Wesentlichen konstante Windungsdichte aufweist.

24. Linearmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der mindestens einen, sich über die Länge (l) erstreckenden elektrischen Wicklung (2) eine mindestens zweite, sich über eine Länge (l') erstreckende elektrische Wicklung (2') mit einem ersten Ende (4') und einem zweiten Ende (6') angebracht ist, die mindestens teilweise den zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung bezüglich der elektrischen Wicklungen 2 und 2' verschiebbar angebrachten Stabanker (8) umschlingt und bezüglich der ersten elektrischen Wicklung (2) mit entgegengesetztem Umlaufsinn von einem elektrischen Spulenstrom durchflossen wird, wobei sich in der ersten Endstellung des Stabankers (8), unter Bildung eines Abstands (h') des zweiten Magnetendes (16) vom ersten Ende (4') der zweiten elektrischen Wicklung (2'), das zweite. Magnetende (16) innerhalb des Innenraums (18') der zweiten elektrischen Wicklung (2') befindet sowie sich in der zweiten Endstellung des Stabankers (8), unter Bildung eines Abstands (h") des zweiten Magnetendes (16) vom zweiten Ende (6') der zweiten elektrischen Wicklung (2'), das zweite Magnetende (16) innerhalb des Innenraums (18') der zweiten elektrischen Wicklung (2') befindet.

25. Linearmotor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Wicklung (2') kreizylinderförmig ausgebildet ist.

26. Linearmotor nach einem der Ansprüche 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (l') der zweiten elektrischen Wicklung (2') gleich der Länge (l) der ersten elektrischen Wicklung (2) ausgebildet ist.

27. Linearmotor nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Wicklung (2') mit der gleichen Windungszahl wie die erste elektrische Wicklung (2) ausgebildet ist.

28. Linearmotor nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Wicklung (2') eine entlang ihrer Länge (l') im Wesentlichen konstante Windungsdichte aufweist.

29. Linearmotor nach Anspruch 23 und 28, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Wicklung (2') im Wesentlichen die gleiche Windungsdichte wie die erste elektrische Wicklung (2) aufweist.

30. Linearmotor nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Wicklung (2') zusammen mit einem Spulenkörper (22'), der eine Hülse (24') aufweist, eine Spule (26') bildet.

31. Linearmotor nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (22') der zweiten elektrischen Wicklung (2') und der Spulenkörper (22) der ersten elektrischen Wicklung (2) einen gemeinsamen Spulenkörper (22") bilden, wobei die Hülse (24') des Spulenkörpers (22') der zweiten elektrischen Wicklung (2') und die Hülse (24) des Spulenkörpers (22) der ersten elektrischen Wicklung (2) eine gemeinsame Hülse (24") sowie die Spule (26') der zweiten elektrischen Wicklung (2') und die Spule (26) der ersten elektrischen Wicklung (2) eine gemeinsame Spule (26") bilden.

32. Linearmotor nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Spulenkörper (22") mindestens ein Linearlager für den Stabanker (8) aufweist.

33. Linearmotor nach Anspruch 31 und 32, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Hülse (24") des gemeinsamen Spulenkörpers (22") als Linearlager (30') für den Stabanker (8) ausgebildet ist.

34. Linearmotor nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Spulenkörper (22") mindestens ein Linearlager (32', 34') im Bereich eines Endes (36') und im Bereich eines Endes (38') aufweist.

35. Linearmotor nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Linearlager (32', 34') als Gleitlager (40', 42') ausgebildet ist.

36. Linearmotor nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Gleitlager (40', 42') mindestens eine Innenfläche (44', 46') mit verrundeten Kanten (45', 47', 49', 51') aufweist.

37. Linearmotor nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Linearlager (32', 34') als Linearkugellager (48', 50') ausgebildet ist.

38. Linearmotor nach einem der Ansprüche 24 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabanker (8) ein Abtriebende (52) und das Messende (54), das Bestandteil des Weglängenmesssystems (56) ist, aufweist.

39. Linearmotor nach einem der Ansprüche 24 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Begrenzung des Verfahrweges des Stabankers (8) vorgesehen sind.

40. Linearmotor nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabanker (8) Anschläge (55, 53') als Mittel zur Begrenzung seines Verfahrweges aufweist.

41. Linearmotor nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Begrenzung des Verfahrweges des Stabankers (8) das Weglängenmesssystem (56) und ein elektronische Steuersystem (62') für die Bestromung der ersten elektrischen Wicklung (2) und zweiten elektrischen Wicklung (2') umfassen.

42. Linearmotor nach einem der Ansprüche 24 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (h') des zweiten Magnetendes (16) vom ersten Ende (4') der zweiten elektrischen Wicklung (2') und/oder in der zweiten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (h") des zweiten Magnetendes (16) vom zweiten Ende (6') der zweiten elektrischen Wicklung (2') mindestens 1/20 der Länge (l') der zweiten elektrischen Wicklung beträgt.

43. Linearmotor nach einem der Ansprüche 24 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (h') des zweiten Magnetendes (16) vom ersten Ende (4') der zweiten elektrischen Wicklung (2) und/oder in der zweiten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (h") des zweiten Magnetendes (16) vom zweiten Ende (6') der zweiten elektrischen Wicklung (2') mindestens 1/10 der Länge (l') der zweiten elektrischen Wicklung (2') beträgt.

44. Linearmotor nach einem der Ansprüche 24 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (h') des zweiten Magnetendes (16) vom ersten Ende (4') der zweiten elektrischen Wicklung (2') und/oder in der zweiten Endstellung des Stabankers (8) der Abstand (h") des zweiten Magnetendes (16) vom zweiten Ende (6') der zweiten elektrischen Wicklung (2') mindestens 1/5 der Länge (l') der zweiten elektrischen Wicklung (2') beträgt.