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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Synchron-Linearmotor mit einem
Primärteil
und einem Sekundärteil,
wobei das Primärteil
Primärteilnuten
für ein
oder mehrphasige Wicklungen und das Sekundärteil Permanentmagnete umfasst,
und mit Endstücken
am Primärteil
für einen
Kraftwelligkeitsausgleich.
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Besonders
in der Verfahrenstechnik sowie bei der automatisierten Herstellung
verschiedener Produkte finden elektrische Stellmotoren eine zunehmende
Verbreitung. Mit derartigen Stellmotoren kann ein beliebiges Objekt
an einer gewünschten
Stelle positioniert und/oder ausgerichtet werden. Hierzu werden
insbesondere dem Fachmann bekannte elektrische Synchronmotoren eingesetzt,
die eine möglichst
gleichmäßige und
störungsfreie
Kraftentfaltung aufweisen müssen.
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Bei
rotatorischen Synchronmotoren tritt aufgrund der notwendigen Nutung
des Stators eine periodische Drehmomentwelligkeit auf. Zur Vermeidung dieser
Drehmomentwelligkeit werden üblicherweise der
Rotor oder Stator geschrägt
ausgeführt,
zum Beispiel um eine Ständernutteilung.
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Von
den rotatorischen Synchronmotoren unterscheiden sich die Synchron-Linearmotoren
dadurch, dass sie einen Anfang und ein Ende aufweisen, wohingegen
die rotatorischen Synchronmotoren über den Umfang betrachtet quasi
endlos sind. In diesen Endbereichen entstehen bei Synchron-Linearmotoren
periodische Motorendkräfte
in Bewegungsrichtung, die die Positioniergenauigkeit des Linearmotors
verringern. Dies wird dadurch verursacht, dass je nach Stellung
des Primärteils,
das üblicherweise
mit Primärteilnuten
für ein-
oder mehrphasige Wickelungen versehen ist, relativ zum Sekundärteil, d.h.
einer Folge von Permanentmagneten mit jeweils zwei als Nord- und
Südpol
wirkenden Polpaaren, diese magnetischen Pole unterschiedlich überdeckt werden.
Somit werden Vorzugslagen des Primärteils gebildet, in denen die
gespeicherte magnetische Energie des Linearmotors besonders groß ist. Um
den Synchron-Linearmotor aus dieser Position herauszubewegen ist
eine so genannte Polkraft notwendig, die bis zu 20% der Motornennkraft
betragen kann. Über jedem
Magnetpol befindet sich eine Vorzugslage, so dass diese Polkraft
periodisch auftritt und auch als Pol- oder Kraftwelligkeit bezeichnet
wird.
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Um
einen Kraftwelligkeitsausgleich zu erreichen, damit der Synchron-Linearmotor
stets an einer gewünschten
Stelle positioniert werden kann, ist es aus der
DE 195 28 043 C1 bekannt,
die beiden Endbereiche des Primärteils
unbewickelt auszuführen und
abgeschrägt
auszubilden, wodurch dieser abgeschrägte Bereich, in Draufsicht
auf den Synchron-Linearmotor gesehen, mindestens zwei benachbarte Pole
des Sekundärteils überdeckt,
wodurch deren Magnetkräfte
sich im Wesentlichen aufheben. Zur Ermittlung dieses Neigungswinkels
sind jedoch umfangreiche Berechnungen bzw. Testversuche erforderlich.
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Die
DE 198 29 052 C1 offenbart
einen ähnlichen
Synchron-Linearmotor,
bei dem die Endstücke derart
ausgebildet sind, dass deren Stirnflächen senkrecht zur Bewegungsrichtung
des Synchron-Linearmotors verlaufen und gegebenenfalls eine dem Sekundärteil zugewandte
Kante des Endstücks
gerundet ausge führt
sein kann. Mit dieser Rundung kann die Kraftwelligkeit ausgeglichen
werden.
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Im
Weiteren zeigt die
DE
199 15 945 C1 einen Synchron-Linearmotor, dessen Primärteil von mindestens
zwei Teilpaketen aus Blech gebildet ist, die in Draufsicht gesehen,
in Stufen angeordnet sind, die ebenfalls unbewickelt sind. Mit diesen
Stufen ist erreicht, dass ein Spalt zwischen zwei benachbarten Polen
der Permanentmagnete des Sekundärteils überdeckt
wird.
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Weiterhin
ist es bekannt, zur Erzielung eines Kraftwelligkeitsausgleichs eines
mehrphasigen Synchron-Linearmotors die verschiedenen Phasen unterschiedlich
anzusteuern, um so eine geeignete Kommutierung zu erhalten. Dies
ist beschrieben im Tagungsband SPS/IPC/DRIVES 2005, Fachhochschule
Dortmund, Fachbereich Informatik, Prof. Dr.-Ing. Christoph Röhrig. Dieses
Verfahren erfordert jedoch einen erheblichen steuerungstechnischen Aufwand.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Synchron-Linearmotor der eingangs
genannten Art anzugeben, bei dem in einfacher Weise ein Kraftwelligkeitsausgleich
erreicht wird, um Objekte exakt positionieren zu können.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass an einer dem Primärteil
zugewandten Stirnseite jedes Endstücks eine nutartige Ausnehmung
vorgesehen ist.
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Der
Kerngedanke der Erfindung besteht darin, an sich bekannte Endstücke an einander
gegenüberliegenden
Enden des beweglichen Primärteils ebenfalls
wicklungsfrei auszuführen
und zur Verringerung der an diesen Endstücken auftretenden Polkräfte zusätzlich eine
nutartige Ausnehmung in den Endstücken auszubilden. Dabei kann
diese Ausnehmung im Rahmen der Erfindung vom Fachmann in an sich
beliebiger Weise gestaltet werden, bevorzugt jedoch wie im Folgenden
beschrieben. Die Ausnehmung ist an einer dem Primärteil zugewandten
Stirnseite im Endstück
vorgesehen und in Richtung auf das Sekundärteil bzw. die mehreren Pole
der Permanentmagnete hin offen. Durch diese zusätzliche Ausnehmung im Endstück wird
jedoch die magnetische Verbindung zwischen Endstück und Primärteil praktisch nicht verändert, wodurch
es zu keiner Beeinträchtigung
dieser magnetischen Verbindung kommt. Dabei kann die Ausnehmung
auch übergreifend
an dem Endstück
und dem Primärteil
ausgebildet sein, d.h. dass auch an einer Stirnseite des Primärteils eine
solche Ausnehmung vorgesehen ist. Selbstverständlich sind an einem Primärteil an
beiden Enden jeweils gleichartig ausgebildete Endstücke angeordnet.
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Der
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Endstück in einfacher
Weise mit der zusätzlichen Ausnehmung
ausgebildet werden kann. Hierzu ist praktisch kein konstruktiver
Aufwand erforderlich. Zudem führt
eine derartige Ausgestaltung des Endstücks dazu, dass eine lastunabhängige Unterdrückung der
Kraftwelligkeit erhalten wird, d.h. unabhängig davon, ob der Synchron-Linearmotor
im Leerlauf oder unter Last betrieben wird. Somit ist in einfacher Weise
die Stellgenauigkeit des Synchron-Linearmotors wesentlich verbessert,
um beispielsweise bei Herstellungsprozessen verbesserte Arbeitsergebnisse
zu erhalten. Durch einfache Änderungen
der Dimensionierung der nutartigen Ausnehmung an den Endstücken können Vergleiche
verschiedener Synchron-Linearmotoren angestellt werden, um eine
optimale Dimensionierung der nutartigen Ausnehmung zu ermitteln.
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Bevorzugt
ist die nutartige Ausnehmung entsprechend einer Polteilung am Sekundärteil dimensioniert,
um somit den Spalt zwischen zwei benachbarten Polen am Sekundärteil im
Wesentlichen vollständig überdecken
zu können,
wodurch sich deren magnetische Einflüsse auf das Endstück bzw.
das Primärteil
aufheben. Insbesondere ist die nutartige Ausnehmung rechteckig entsprechend
der Größe der Primärteilnuten
ausgeformt.
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Die
Breite, in Bewegungsrichtung des Primärteils gesehen, der nutartigen
Ausnehmungen kann vom Fachmann in einfacher Weise derart gewählt werden,
dass ein größtmöglicher
Kraftwelligkeitsausgleich erhalten wird. Beispielsweise kann die Breite
der nutartigen Ausnehmung, in Bewegungsrichtung des Primärteils gesehen,
halb so groß gewählt werden
wie die Breite der Primärteilnuten.
In diesem Fall bietet es sich an, an den Stirnflächen des Primärteils entsprechende
Ausnehmungen vorzusehen.
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Zweckmäßigerweise
besteht das Endstück für den Kraftwelligkeitsausgleich
aus einem für
derartige Synchron-Linearmotoren bekannten Elektroblech bzw. es
ist als massives Metallstück
ausgebildet, wobei die Permeabilität des Endstücks entsprechend der auftretenden
Magnetfeldstärken
gewählt werden
kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das Endstück
einstückig
mit dem Primärteil
ausgebildet und vorzugsweise in einem einzigen Stanzvorgang aus
einem entsprechenden Blech ausgestanzt.
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Selbstverständlich kann
das Endstück
mit der nutartigen Ausnehmung auch als Nachrüstteil ausgebildet sein, um
es beispielsweise an einen bereits vorhandenen Kurzstator eines
Synchron-Linearmotors zu montieren.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch
zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung
ist nur durch die Ansprüche
definiert.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die zugehörigen
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 einen
erfindungsgemäßen Synchron-Linearmotor
im Querschnitt und
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2 eine
vergrößerte Darstellung
der Einzelheit II nach 1.
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Der
Synchron-Linearmotor 1 umfasst ein bewegliches Primärteil 2,
wie durch den Doppelpfeil X angedeutet, und ein Sekundärteil 3.
Das Sekundärteil 3 weist
mehrere nebeneinander angeordnete Permanentmagnete 4 auf,
deren Nord- und Südpole jeweils
abwechselnd angeordnet sind, wie durch die Buchstaben N und S verdeutlicht.
Im Primärteil 2 sind vorzugsweise äquidistant
und gleich dimensioniert mehrere Primärteilnuten 7 zur Aufnahme
von ein- oder mehrphasigen Wicklungen ausgebildet, die zur Vereinfachung
der Darstellung nicht abgebildet sind. Werden diese Wicklungen in
an sich bekannter Weise mit einem Strom gewünschter Stärke und Phase beaufschlagt,
bewegt sich das Primärteil 2 aufgrund der
Wechselwirkung mit den Permanentmagneten 4 des Sekundärteils 3 mit
einer gewünschten
Geschwindigkeit zu einer vorbestimmten Stelle, um beispielsweise
ein Objekt zu positionieren und/oder auszurichten.
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Zusätzlich sind
an dem Primärteil 2 jeweils endseitig
Endstücke 5 angeordnet,
wobei an den Endstücken 5 keine
vorstehend beschriebenen Wicklungen vorgesehen sind. Mit diesen
Endstücken 5 kann
ein Kraftwelligkeitsausgleich durch die entstehenden Polkräfte im Synchron-Linearmotor 1 erreicht werden.
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Zur
Verbesserung der Wirkung der Endstücke 5 sind an den
Endstücken 5 jeweils
eine gleichartige nutartige Ausnehmung 6 vorgesehen. Diese Ausnehmung 6 ist
jeweils an der Stirnseite des Endstücks 5 ausgebildet,
die dem Primärteil 2 zugewandt ist.
Die Ausnehmungen 6 sind in Richtung auf das Sekundärteil 3 hin
offen.
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Durch
die Ausnehmung 6 erfolgt keine Beeinträchtigung der magnetischen Verbindung
zwischen Endstück 5 und
Primärteil 2,
so dass ein lastunabhängiger
Ausgleich der Kraftwelligkeit des Synchron-Linearmotors 1 erhalten
wird. Die Breite und Tiefe der nutartigen Ausnehmung 6 kann
beispielsweise derart gewählt
werden, dass sie im Wesentlichen den Abmessungen der Primärteilnuten 7 entsprechen
oder nur halb so breit sind. In diesem Fall ist vorzugsweise an
der Stirnseite des Primärteils 2, die
dem Endstück 5 zugewandt
ist, eine korrespondierende Ausnehmung 6a ausgebildet.
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Dabei
kann das Endstück 5 entweder
einstückig
mit dem Primärteil 2 ausgebildet
sein, beispielsweise in Form eines Blechzuschnitts, der aus einem Blech
ausgestanzt wird, oder als Nachrüstteil,
das nachträglich
an einem Primärteil 2 montiert
wird.
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Das
Endstück 5 weist
die Breite b auf, die beispielsweise einer Ständernutteilung des Ständerblechschnittes
entspricht. Ein Schenkel des Endstückes ist mit a·b bemessen,
wobei b das Maß der
Breite des Endstückes
und a ein in Abhängigkeit
der gegebenen Geometrie zu optimierender Faktor ist, wobei a < 1 ist.