DE10053321A1

DE10053321A1 - Linearmotor

Info

Publication number: DE10053321A1
Application number: DE10053321A
Authority: DE
Inventors: Erich Lunz; Frank Duerschmied
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2002-05-16
Also published as: US6822349B2; WO2002035690A1; EP1329015A1; JP2004512797A; US20040041474A1

Abstract

Ein Linearmotor ist mit einem Sekundärteil (1) versehen, das mehrere hintereinander angeordnete Permanentmagnete (4) mit wechselnder Orientierung der Polarität oder Erregerwicklungen vorsieht. Diese Permanentmagnete (4) oder Erregerwicklungen sind schraubenförmig um die Drehachse herum gewunden. Weiterhin ist ein Primärteil (2) vorgesehen, dessen stromdurchflossene Wicklung (3) parallel zu den Permanentmagneten (4) oder Erregerwicklungen und um die Drehachse herum derart angeordnet ist, daß ein magnetisches Wanderfeld schraubenförmig um die Drehachse herum wandert.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Linearmotoren, die beispielsweise als Syn chron- oder Asychron-Motore ausgeführt sein können. Derartige Linearmotore finden zunehmend Anwendung im Werkzeugmaschinenbau.

Aus DE 195 47 686 A1 beispielsweise ist ein elektrischer Synchron- Linearmotor bekanntgeworden. Ein Sekundärteil setzt sich aus mehreren zu einander identischen Sekundäreinzelteilen zusammen, und ist in einem Ma schinenbett zwischen zwei Führungsschienen befestigt. Auf diesen ist ein brückenartiger Maschinenschlitten geführt, der an seiner dem Sekundärteil des Linearmotors zugewandten Unterseite das Primärteil trägt. Das Primärteil um faßt einen Block, in dem elektrische Spulen und Leitungen untergebracht sind. Alle vorhandenen Sekundäreinzelteile sind bezüglich der Magnetpolanordnung identisch zueinander aufgebaut und weisen jeweils vier Permanentmagnete auf. In Längsrichtung des Sekundärteils fortschreitend folgt jeweils ein Nordpol einem Südpol und umgekehrt. Die Schrittweite des Polrasters, d. h. der Abstand zwischen zwei gleichnamigen Polen, ist gleich der halben Länge eines Sekun däreinzelteiles.

Derartige Linearmotoren können Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 100 m/min erreichen. Allerdings sind die in Verfahrrichtung übertragbaren Kräfte beschränkt.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Linearmotor anzugeben, der diesen Nachteil vermeidet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Linearmotor gelöst, der ein Sekundärteil aufweist, das mehrere hintereinander angeordnete Permanent magnete mit wechselnder Orientierung der Polarität oder Erregerwicklungen aufweist, welche Permanentmagnete oder Erregerwicklungen schraubenförmig um eine Drehachse herum gewunden sind, und der mit einem Primärteil verse hen ist, dessen stromdurchflossene Wicklung parallel zu den Permanentma gneten oder Erregerwicklungen und um die Drehachse herum derart angeord net ist, daß ein magnetisches Wanderfeld schraubenförmig um die Drehachse herum wandert.

Die Kraft des Wanderfeldes wirkt entlang der Schraubenlinie. Sie läßt sich in Komponenten aufteilen, die in Axialrichtung und in Umfangsrichtung wirken. Die in Axialrichtung wirksame Komponente bewirkt, daß das Primärteil axial an dem Sekundärteil berührungslos abgestützt ist. Die in Umfangsrichtung wirk same Komponente bewirkt, daß sich eine Relativdrehung zwischen dem Se kundärteil und dem Primärteil um die Drehachse herum einstellt. Über die Stei gung der gewundenen Permanentmagnete bzw. Erregerwicklungen, also deren Anordnung um die Drehachse herum, kann beispielsweise Einfluß genommen werden auf die Geschwindigkeit, mit der sich Primärteile und Sekundärteile zueinander in Axialrichtung bewegen.

Ferner kann über die Steigung auf das in Umfangsrichtung wirksame Drehmo ment Einfluß genommen werden, das zwischen Primärteil und Sekundärteil wirksam ist. Eine geringe Steigung bedeutet ein hohes Drehmoment, und somit deutlich erhöhte, axial übertragbare Kräfte.

Mit der vorliegenden Erfindung werden die vorteilhaften Eigenschaften von bekannten Linearmotore mit den vorteilhaften Eigenschaften von an sich be kannten Kugelgewindetrieben kombiniert.

In den meisten Anwendungen bewegt sich das Primärteil, das dann als Läufer bezeichnet wird. In diesem Fall ist das Sekundärteil gestellfest, und dann als Ständer bezeichnet. Das Primärteil kann alternativ Ständern und das Sekun därteil Läufer sein.

Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung kann ein Ständer eine Gewinde spindel und der Läufer eine Spindelmutter umfassen bzw. der Läufer eine Ge windespindel und der Ständer eine Spindelmutter.

Vorzugsweise ist die Wicklung des Primärteils aus einer Vielzahl hintereinan der angeordneter Teilwicklungen gebildet. Die Teilung der Permanentmagnete oder der Erregerwicklungen des Sekundärteils ist vorzugsweise gleich einer Teilung der Teilwicklungen des Primärteils.

Die Permanentmagnete können entlang mehrerer Windungen um die Drehach se herum vorgesehen sein, wobei Permanentmagnete gleicher Polarität paral lel zur Drehachse fluchtend hintereinander angeordnet sind.

Die Spindelmutter ist vorzugsweise über ein Radiallager-, insbesondere Wälz- oder Gleitlager auf der Gewindespindel drehbar gelagert. Auf diese Weise ist eine einwandfreie Positionierung der Spindelmutter auf der Gewindespindel gewährleistet.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in zwei Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Einen erfindungsgemäßen Linearmotor in schematischer Dar stellung

Fig. 2 Die Spindelmutter des erfindungsgemäßen Linearmotors aus Fig. 1

Der erfindungsgemäße Linearmotor weist eine Gewindespindel 1 und eine dar auf drehbar angeordnete Spindelmutter 2 auf. Die Gewindespindel 1 und die Spindelmutter 2 haben eine gleiche Steigung.

Die in Fig. 2 deutlich abgebildete Spindelmutter 2 weist an ihrem Innenum fang eine Vielzahl hintereinander angeordneter Spulen 3 auf, wobei gleichna mige Pole aneinander benachbarter Spulen 3 voneinander abgewandt sind. Im vorliegenden Beispiel bilden die hintereinander angeordneten Spulen 3 einen Gewindegang.

Die Gewindespinde 1 weist an ihrem Außenumfang eine Vielzahl hintereinan der angeordneter Permanentmagnete 4 auf, die einen Gewindegang an der Gewindespindel 1 bilden. Gleichnamige Pole aneinander benachbarter Perma nentmagnete 4 sind voneinander abgewandt. Die Spulen 3 der Spindelmutter 2 greifen zwischen Windungen von Permanentmagneten 4 der Gewindespindel 1.

Es ist vorteilhaft, jedoch nicht dargestellt, daß zwischen der Spindelmutter 2 und der Gewindespindel 1 ein Radiallager vorgesehen wird, um die Spindel mutter 2 auf der Gewindespindel 1 in den radialen Richtungen einwandfrei zu lagern. Damit ist eine einwandfreie Zentrierung gewährleistet, die eine ein wandfreie Funktion des Linearmotors ermöglicht.

Nachstehend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Linearmotors näher beschrieben. Zu diesem Zweck sei angenommen, daß die Spindelmutter 2 ein stillstehendes Primärteil, also einen Ständer und die Gewindespindel 1 ein rotierendes Sekundärteil, also Läufer, bildet.

Die stromdurchflossenen Spulen 3 erzeugen ein Wanderfeld, das entlang der gegebenen Steigung um die Drehachse herum wirkt. Die Kraft des Wanderfel des läßt sich in Komponenten aufteilen, die in Axial- und in Umfangsrichtung wirken. Die axiale Komponente bewirkt, daß das Primärteil axial an dem Se kundärteil berührungslos abgestützt ist. Die in Umfangsrichtung wirksame Komponente bewirkt, daß sich das Primärteil gegenüber dem Sekundärteil um die Drehachse herum dreht. Über die Steigung der gewundenen Permanent magnete 4 wird direkt das zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil wirk same Drehmoment bei gegebener Magnetfeldstärke bestimmt.

Bei konstanter Drehgeschwindigkeit zwischen Gewindespindel 1 und Spindel mutter 2 und großer Steigung, ergeben sich schnellere axiale Verfahrge schwindigkeiten zwischen Gewindespindel 1 und Spindelmutter 2, wohingegen bei kleiner Steigung eine langsamere Verfahrgeschwindigkeit zwischen Spin delmutter 2 und Gewindespindel 1 zu erreichen ist. Allerdings ist die axial übertragbare Kraft zwischen Gewindespindel 1 und Spindelmutter 2 dann we gen des erhöhten Drehmoments vergrößert.

Erfindungsgemäße Linearmotoren können in Werkzeugmaschinen, aber auch in der Fördertechnik zum Einsatz kommen. Besonders günstig sind sehr schnell drehende Linearmotoren, so daß auch bei einer geringen Steigung hohe Verfahrgeschwindigkeiten erzielt werden können.

Erfindungsgemäße Linearmotoren sind in den axialen Richtungen berüh rungslos - also verschleißfrei - aufgrund der wirkenden Magnetfelder abge stützt und bilden ein Getriebe.

Bezugszeichenliste

1

Gewindespindel

2

Spindelmutter

3

Spule

4

Permanentmagnet

Claims

1. Linearmotor, mit einem Sekundärteil, das mehrere hintereinander angeord nete Permanentmagnete (4) mit wechselnder Orientierung der Polarität oder Erregerwicklungen aufweist, welche Permanentmagnete (4) oder Erreger wicklungen schraubenförmig um eine Drehachse herum gewunden sind, und mit einem Primärteil (2), dessen stromdurchflossene Wicklung (3) par allel zu den Permanentmagneten (4) oder Erregerwicklungen und um die Drehachse herum derart angeordnet sind, daß ein magnetisches Wander feld schraubenförmig um die Drehachse herum wandert.

2. Linearmotor nach Anspruch 1, bei dem ein Ständer eine Gewindespindel (1) und der Läufer eine Spindelmutter (2) umfaßt.

3. Linearmotor nach Anspruch 1, bei dem ein Läufer eine Gewindespindel (1) und der Ständer eine Spindelmutter (2) umfaßt.

4. Linearmotor nach Anspruch 1, bei der die Wicklung des Primärteils (2) aus einer Vielzahl hintereinander angeordneter Teilwicklungen (3) gebildet ist.

5. Linearmotor nach Anspruch 4, bei der eine Teilung der Permanentmagnete (4) oder der Erregerwicklungen des Sekundärteils (2) gleich ist einer Tei lung der Teilwicklungen (3) des Primärteils.

6. Linearmotor nach Anspruch 1, bei der entlang mehrerer Windungen um die Drehachse herum die Permanentmagnete (4) vorgesehen sind, wobei Permanentmagnete (4) gleicher Orientierung der Polarität parallel zur Dreh achse fluchtend hintereinander angeordnet sind.

7. Linearmotor nach den Ansprüchen 2 oder 3, bei dem die Spindelmutter (2) über ein Radiallager, insbesondere Wälz- oder Gleitlager, auf der Gewin despindel (1) drehbar gelagert ist.