DE10019230B4

DE10019230B4 - Linearmotor

Info

Publication number: DE10019230B4
Application number: DE10019230A
Authority: DE
Inventors: Ji Hyun Seongnam Hwang; Do Hyun Euiwang Kim; Hyun Joo Euiwang Hwang; Jang Sung Chun
Original assignee: Mirae Corp
Current assignee: Mirae Corp
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2020-04-19
Also published as: JP3448005B2; US6469406B1; DE10019230A1; JP2000341911A

Abstract

Linearmotor
– mit einem Ständer (52) bestehend aus zwei im Abstand angeordneten, zueinander parallelen Längswänden (50), die auf einer Seite durch eine Rückwand (56) miteinander verbunden und auf der gegenüberliegenden Seite offen sind, und aus auf den gegenüberliegenden Innenseiten der Längswände (50) angeordneten, zwischen sich einen Längsraum freilassenden Permanentmagneten (51),
– mit einem Läufer (55), der ein der offenen Seite des Ständers (52) zugeordnetes Außenteil (54) und einen so in den Längsraum ragenden Kernabschnitt (53) aufweist, dass im Betrieb des Linearmotors zwischen den Permanentmagneten (51) und dem Kernabschnitt (53) Luftspalte (C) vorhanden sind, und
– mit einer Kühleinrichtung zum Abführen der vom Linearmotor erzeugten Betriebswärme, wobei die Kühleinrichtung wenigstens ein sich längs einer der Wände (50, 56) des Ständers (52) an vorgegebener Stelle erstreckendes Luftzuführrohr (3) aufweist, das
– mit wenigstens einem außerhalb des Linearmotors befindlichen Gebläse (1) und
– über Luftzuführstutzen (4, 5a) mit...

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Linearmotor ist aus der DE 197 15 530 A1 bekannt. Zum Abführen der von einem solchen Linearmotor erzeugten Betriebswärme wird eine Kühleinrichtung vorgesehen. der Linearmotor besteht aus einem U-förmigen Rahmen mit einander gegenüberliegenden inneren Wänden und einem Brückenteil an einem geschlossenen Ende, der einen länglichen Raum definiert, wobei die inneren Wände eine Mehrzahl von Magneten alternierender Polarität aufweisen. Weiterhin weist dieser Linearmotor einen Ankerblock mit wenigstens einer Spule auf, der sich in dem U-förmigen Rahmen bewegt, wobei der U-förmige Rahmen einen durchgängigen länglichen Kanal mit Öffnungen aufweist, die es der zugeführten Kühlluft gestatten, in den länglichen Raum zu gelangen, so dass die in dem Ankerblock erzeugte Hitze durch die Luft abgeführt wird. Ein solcher Aufbau hat den Nachteil, dass nur ein Teil der durch die Öffnungen zugeführten Luft effektiv zur Kühlung des Linearmotors beiträgt.

In der JP 59076164 ist ein anderer Linearmotor gezeigt, der in seinem U-förmigen Rahmen, in dem sich ein Ankerblock bewegt, mehrere Durchgänge mit Luftausgangsöffnungen aufweist, wobei aus den Ausgangsöffnungen austretende Luft zur Kühlung des Linearmotors vorgesehen ist. Auch diese Ausführung der Kühleinrichtung hat den Nachteil, dass wesentlich mehr Luft geführt wird, als für eine positionsabhängige Kühlung des Ankers notwendig ist.

Ein solcher Linearmotor wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der

1 perspektivisch einen Teil des Linearmotors und

2 den Linearmotor von 1 im Querschnitt zeigt.

Der bekannte Linearmotor hat einen Ständer 52 und einen Läufer 55. Der Ständer hat zwei zueinander parallele Längswände 50, die durch eine Rückwand 56 verbunden sind. Auf den Innenseiten der Längswände 50 sind aufeinanderfolgend Permanentmagnete 51 so angeordnet, dass sich ihre Nordpole und Südpole abwechseln. Der Läufer 55 hat ein Außenteil 54 und einen Kernabschnitt 57 mit Wicklungseinheiten 53. Der Kernabschnitt 57 ragt in den Raum zwischen den Permanentmagneten 51 unter Bildung von Luftspalten C. Die Wicklungseinheiten 53 sind auf einem Kern aus magnetischem oder nichtmagnetischem Material gewickelt.

Für die Aktivierung des Linearmotors wird über eine nicht gezeigte Steuereinheit den Wicklungseinheiten 53 ein elektrischer Strom zugeführt, so dass ein Magnetfeld erzeugt wird, das eine Schubkraft im Zusammenwirken mit den Permanentmagneten 51 und dadurch die Linearbewegung des Läufers 55 im Stator 52 erzeugt.

Aufgrund der Linearbewegung des Läufers 55 in dem Ständer 52 wird aus verschiedenen Gründen Wärme erzeugt, beispielsweise durch Ausbildungen von Wirbelströmen oder von in den Permanentmagneten 51 induzierten Strömen. Da die Permanentmagneten 51 und die Wicklungseinheiten 53 gewöhnlich aus einem Material mit geringem thermischen Widerstand bestehen, ändern sich deren Eigenschaften aufgrund der durch die erzeugte Wärme bedingten Temperaturerhöhung, so dass sich die magnetischen Eigenschaften des Läufers und/oder des Ständers ändern, was die genaue Steuerung des Linearmotors beeinträchtigt.

Man hat deshalb zur Abführung von Wärme an der Außenseite des Läufers Kühlplatten oder im Läufer Kühlschlangen oder Kühlkanäle vorgesehen, wie dies in 2 schematisch dargestellt ist. Diese Kühlung hat sich jedoch als unzureichend erwiesen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, den Linearmotor der eingangs genannten Art so auszubilden, dass bei Konstanthaltung seiner Eigenschaften eine effektive Kühlung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Anspruch 1 beschriebenen Linearmotor gelöst, der in den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildet ist.

Die bei dem erfindungsgemäßen Linearmotor vorgesehene Kühlung gewährleistet die Konstanthaltung seiner Eigenschaften während seines Betriebs. Indem gezielt dort gekühlt wird, wo Wärme entsteht, ist eine selektive Kühlung möglich. Der Luftverbrauch kann dabei auf ein Minimum reduziert werden. Durch Vornahme von Einpressungen oder Prägungen an den Flächen der Permanentmagneten oder der Wicklungseinheit, die mit der Luft in Kontakt kommen, kann die Kühlwirkung durch Oberflächenvergrößerung verbessert werden.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
3 in einem Querschnitt wie 2 eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltung des Linearmotors,
4 einen Längsschnitt durch den Linearmotor von 3
5 in einer Ansicht wie 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearmotors,
6 in einer Ansicht wie 5 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearmotors,
7 einen Längsschnitt durch den Linearmotor von 6 und
8 in einer Ansicht wie 6 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearmotors.
Der Grundaufbau des Ständers 52 und des Läufers 55 der vier gezeigten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Linearmotors entspricht dem von 1 und 2. Anstelle der läuferseitigen Kühlung bei dem bekannten Linearmotor hat seine erfindungsgemäße Ausgestaltung eine ständerseitige Kühlung.
Diese Kühlung besteht in der Ausführungsform von 3 und 4 aus Luftzuführrohren 3, die sich auf den Außenseiten der beiden Längswände 50 und auf der Außenseite der Rückwand 56 des Ständers 52 erstrecken. Die Luftzuführrohre 3 sind einerseits mit einem außerhalb des Linearmotors angeordneten Gebläse 1 und andererseits über Luftzuführstutzen 4 mit den Luftspalten C verbunden. Die Luftzuführstutzen 4 können Durch gangsbohrungen durch die Längswände 50 sein, die in die Freiräume 58 zwischen benachbarten Permanentmagneten 51 münden, wie dies in 4 gezeigt ist. Die Rohrstutzen 4 der Rückwand 56 des Ständers 52 können ebenfalls Durchgangsbohrungen sein, die in den Stirnraum 60 zwischen der Rückwand 56 und den gegenüberliegenden Stirnflächen der Permanentmagnete 51 bzw. der gegenüberliegenden Stirnfläche des Kernabschnitts 57 münden, wobei der Stirnraum 60 in die Luftspalte C übergeht.
Die in Richtung der Pfeile in 3 und 4 strömende Luft führt die vom Linearmotor erzeugte Betriebswärme ab. Für bestimmte Betriebszustände kann eine Luftumwälzung durch freie Konvektion genügen, bei welcher das Gebläse 1 abgeschaltet ist.
In der Ausgestaltung von 5 sind zusätzlich zu den Luftzuführrohren 3 auf den Außenseiten der Längswände 50 des Stators 52 in den Längswänden 50 Querkanäle 61 vorgesehen, die über Luftzuführstutzen 5a, welche durch die Rückwand 56 hindurchgehen, mit Luftzuführrohren 3 verbunden sind und auf der dem Außenteil 54 des Läufers 55 zugewandten Seite der Längswände 50 münden. Diese Ausgestaltung erhöht die Kühlleistung, wobei, was in 5 nicht gezeigt ist, ein Luftzuführrohr 3 an der Rückwand 56 gemäß 3 vorgesehen werden kann.
Die in 6 und 7 gezeigte dritte Ausführungsform des Linearmotors entspricht im wesentlichen der von 3 und 4, wobei zwischen den Luftzuführrohren 3 und dem Luftzuführstutzen 4 jeweils ein Steuerventil 5 angeordnet ist.
Die Ausgestaltung von 8 entspricht im wesentlichen der von 5, wobei zwischen den Luftzuführstutzen 5a und den Luftzuführrohren 3 ebenfalls Steuerventile 6 vorgesehen sind.
Die Steuerventile 5 und 6 werden von einer nicht gezeigten Steuereinheit gestellt, also beispielsweise geöffnet oder geschlossen.
Diese Steuereinheit erhält beispielsweise Signale von einem Positionsdetektor, der die jeweilige Position des Läufers 55 feststellt und der Steuereinheit übermittelt, die dann ihrerseits nur die Steuerventile 5 und 6 öffnet, in deren Bereich Wärme erzeugt und abgeführt werden muss. Die außerhalb dieses Bereichs befindlichen Steuerventile 5 bzw. 6 bleiben geschlossen, wodurch eine für die lokale Kühlung ausreichende minimierte Luftumwälzung vorgesehen wird.
Ferner kann die Kontaktoberfläche der Permanentmagneten 51 oder an der Wicklungseinheit 53 durch Prägung oder Reliefbildung zur Steigerung der Kühlwirkung vergrößert werden.

Claims

Linearmotor – mit einem Ständer (52) bestehend aus zwei im Abstand angeordneten, zueinander parallelen Längswänden (50), die auf einer Seite durch eine Rückwand (56) miteinander verbunden und auf der gegenüberliegenden Seite offen sind, und aus auf den gegenüberliegenden Innenseiten der Längswände (50) angeordneten, zwischen sich einen Längsraum freilassenden Permanentmagneten (51), – mit einem Läufer (55), der ein der offenen Seite des Ständers (52) zugeordnetes Außenteil (54) und einen so in den Längsraum ragenden Kernabschnitt (5 3) aufweist, dass im Betrieb des Linearmotors zwischen den Permanentmagneten (51) und dem Kernabschnitt (53) Luftspalte (C) vorhanden sind, und – mit einer Kühleinrichtung zum Abführen der vom Linearmotor erzeugten Betriebswärme, wobei die Kühleinrichtung wenigstens ein sich längs einer der Wände (50, 56) des Ständers (52) an vorgegebener Stelle erstreckendes Luftzuführrohr (3) aufweist, das – mit wenigstens einem außerhalb des Linearmotors befindlichen Gebläse (1) und – über Luftzuführstutzen (4, 5a) mit den Luftspalten (C) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem wenigstens einen Luftzuführrohr (3) und den Luftzuführstutzen (4, 5a) jeweils ein Steuerventil (5, 6) angeordnet ist, das abhängig von der Position des Läufers (55) betätigbar ist.
Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite jeder Längswand (50) und auf der Außenseite der Rückwand (56) des Ständers (52) jeweils ein Luftzuführrohr (3) angeordnet ist.
Linearmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Längswänden (50) des Ständers (52) zugeordneten Luftzuführstutzen (4) in in Längserstreckung des Ständers (52) zwischen den Permanentmagneten (51) vorgesehene Freiräume (58) münden.
Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Rückwand (56) des Ständers (52) zugeordneten Luftzuführstutzen (4) in einem Stirnraum (60) zwischen der Rückwand (56) und den ihr gegenüberliegenden Stirnflächen der Permanentmagneten (51) und des Kernabschnitts (57) des Läufers (55) münden.
Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch in den Längswänden (50) des Stators (52) in Abständen angeordnete Querkanäle (61), die mit durch die Rückwand (56) des Ständers (52) hindurchgehenden Luftzuführstutzen (5a) verbunden sind und die auf der dem Außenteil (54) des Läufers (55) zugewandten Seite der Längswände (50) münden.