DE102011051020B4 - DC linear actuator - Google Patents
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- H02K7/08—Structural association with bearings
Abstract
Gleichstromlinearantrieb umfassend- einen Läufer mit einer beweglichen Spule (09);- eine Linearführung aus einem nicht magnetisierbarem Material, auf welcher der Läufer geführt ist, mit einer Leiteinrichtung (06) und einem daran beweglichen Wagen (08) zur Aufnahme der Spule (09);- einen Stator, an dem ein Magnetkreis gebildet ist, mit einem mittleren Joch (01), welches sich durch eine von der Spule (09) des Läufers umringte Querschnittsfläche erstreckt, zwei parallele äußere Joche (02), welche jeweils Permanentmagnete (04) tragen, die diametral gegenüberliegend zum mittleren Joch (01) angeordnet sind; wobei die Linearführung am mittleren Joch (01) angebracht ist und sich ebenfalls durch die von der Spule (09) umringte Querschnittsfläche erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Joch (01) einen rechteckigen Querschnitt hat, und dass die Linearführung an die plane Oberseite des mittleren Jochs (01) direkt angekoppelt ist.Direct current linear drive comprising - a rotor with a movable coil (09), - a linear guide made of a non-magnetizable material on which the rotor is guided, with a guide (06) and a carriage (08) movable thereon for receiving the coil (09) a stator, on which a magnetic circuit is formed, with a central yoke (01), which extends through a cross-sectional area surrounded by the coil (09) of the rotor, two parallel outer yokes (02), which each have permanent magnets (04) wear, which are arranged diametrically opposite to the middle yoke (01); the linear guide being mounted on the middle yoke (01) and also extending through the cross - sectional area surrounded by the coil (09), characterized in that the central yoke (01) has a rectangular cross section, and in that the linear guide abuts against the planar upper side of the middle yoke (01) is directly coupled.
Description
Die Erfindung betrifft einen Gleichstromlinearantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche so genannten elektrodynamischen Linearmotoren sind insbesondere für den kleineren Leistungsbereich mit relativ kurzen Verfahrwegen einsetzbar. Ihre Vorteile liegen vor allem in der hohen Dynamik und der hohen erzeugbaren Kraft.The invention relates to a DC linear drive according to the preamble of claim 1. Such so-called electrodynamic linear motors can be used in particular for the smaller power range with relatively short travel distances. Their advantages lie above all in the high dynamics and the high producible force.
Gattungsgemäße Gleichstromlinearmotoren bzw. -antriebe werden häufig auch als Schwingspul-, voice-coil- oder moving-coil-Aktoren bzw. -Motoren bezeichnet. Ihr Wirkprinzip - das elektrodynamische Prinzip - ist bereits seit langer Zeit bekannt. Dabei wirkt eine Kraft (Lorentzkraft) auf eine stromdurchflossene Spule, welche sich in einem Magnetfeld befindet. Die Kraft und Richtung der Bewegung des Läufers ist direkt abhängig von der Richtung und der Stärke des Stromflusses durch die Spule.Generic DC linear motors or drives are often referred to as voice coil, voice coil or moving coil actuators or motors. Their principle of action - the electrodynamic principle - has been known for a long time. In this case, a force (Lorentz force) acts on a current-carrying coil, which is located in a magnetic field. The force and direction of movement of the rotor is directly dependent on the direction and magnitude of current flow through the coil.
Aus der
In der
Im genannten Stand der Technik ist es nachteilig, dass die Zwangsführung des Schlittens ein Kippmoment aufnehmen muss, da Zwangsführung und Ursprungsort der Kraft voneinander beabstandet sind. Dementsprechend aufwendig ist die Dimensionierung der Zwangsführung. Insbesondere bei Präzisionsantrieben kommt es auf die hohe Genauigkeit der Positionierung an.In the cited prior art, it is disadvantageous that the positive guidance of the carriage must absorb a tilting moment, since forced guidance and the origin of the force are spaced apart from one another. Accordingly consuming is the dimensioning of the forced operation. Precision drives in particular depend on the high accuracy of the positioning.
Aus der
Bei Synchron- oder Asynchron-Linearmotoren ist das Primärteil zumeist auch als Führungsschiene für das Sekundärteil (Läufer) ausgebildet.In synchronous or asynchronous linear motors, the primary part is usually designed as a guide rail for the secondary part (runners).
Aus der
Die
Aus der
Die
Aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht ausgehend von der
Die Aufgabe wird durch einen Gleichstromlinearantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved by a DC linear drive with the features of claim 1.
Ein erfindungsgemäßer Gleichstromlinearantrieb umfasst einen Stator, der durch einen Magnetkreis mit Permanentmagneten gebildet ist. Der Magnetkreis umfasst dabei ein mittleres und zwei äußere Joche, die parallel zueinander angeordnet sind. Die äußeren Joche sind an ihren Enden abgewinkelt, um eine magnetisch leitende Verbindung zum mittleren Joch herzustellen. Diese Jochanordnung ähnelt einer „8“, die in die Breite gezogen ist. An den äußeren Jochen sind dem mittleren Joch zugewandt, Permanentmagnete angeordnet, die in Richtung ihrer Dicke magnetisiert sind.A DC linear drive according to the invention comprises a stator which is formed by a magnetic circuit with permanent magnets. The magnetic circuit comprises a middle and two outer yokes, which are arranged parallel to each other. The outer yokes are angled at their ends to make a magnetically conductive connection to the middle yoke. This yoke assembly is similar to an "8", which is drawn in width. At the outer yokes facing the middle yoke, permanent magnets are arranged, which are magnetized in the direction of their thickness.
Eine Spule ist in an sich bekannter Weise als Läufer auf dem mittleren Joch, dieses umschließend, angeordnet und in einer Linearführung geführt.A coil is in a conventional manner as a runner on the middle yoke, this enclosing, arranged and guided in a linear guide.
Erfindungsgemäß ist die Linearführung direkt mit dem mittleren Joch gekoppelt. Sie wird von der Spule mit umschlossen. Die Spule umschließt also das mittlere Joch und die Linearführung. Die Linearführung umfasst einen beweglichen Wagen und eine Leiteinrichtung für den Wagen. Der Wagen dient der Aufnahme der Spule und der Aufnahme eines Adapters für einen Tragschlitten.According to the invention, the linear guide is coupled directly to the middle yoke. It is enclosed by the coil. The coil thus encloses the middle yoke and the linear guide. The linear guide comprises a movable carriage and a guide for the carriage. The carriage serves to accommodate the spool and receiving an adapter for a support carriage.
Damit sind Spulenführung und Tragschlittenführung in das Spuleninnere derart verlegt, dass die Lorentzkräfte, die auf die Spule wirken, auch zentral auf den Wagen und damit auf den Tragschlitten wirken. Eine Verkippung ist daher minimiert. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind Wagen und Adapter einteilig ausgeführt.Thus coil guide and support slide guide are placed in the coil interior such that the Lorentz forces acting on the coil, also centrally on the carriage and thus act on the support carriage. Tilting is therefore minimized. In an advantageous embodiment, carriage and adapter are made in one piece.
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass die Führungen für die Spule und den durch die Spule angetriebenen Tragschlitten zentral zur auf die Spule wirkenden Lorentzkraft angeordnet sind, wodurch kein Kippmoment entstehen kann. Außerdem übernimmt das mittlere Joch zusätzlich zur Führungsfunktion für Spule und Tragschlitten auch eine Tragfunktion für den Wagen und Tragschlitten, weshalb die bisher notwendige Gestellplatte, die beide Funktionseinheiten aufnahm, entfallen kann. Da die Jochteile des Magnetkreises direkt mit dem mittleren Joch und der darauf angeordneten Führung verbunden sind, entsteht eine kompakte bauraumminimierte Linearantriebseinheit.The advantages of the invention are in particular to be seen in the fact that the guides for the coil and the supporting carriage driven by the coil are arranged centrally to the Lorentz force acting on the coil, whereby no tilting moment can arise. In addition, the middle yoke in addition to the leadership function for coil and support carriage also assumes a support function for the carriage and support carriage, which is why the previously necessary frame plate, which accommodated both functional units, can be omitted. Since the yoke parts of the magnetic circuit are connected directly to the middle yoke and the guide arranged thereon, a compact space-minimized linear drive unit is formed.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gleichstromlinearantriebes ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the DC linear actuator according to the invention will become apparent from the dependent claims.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Teile der Linearführung aus einem nicht magnetisierbaren Material hergestellt. Besonders geeignet hiefür sind Leichtmetalle und Kunststoffe. Aber auch keramische Werkstoffe sind beispielsweise für Wälzkörper in Umlaufführungen einsetzbar. Durch eine derart gestaltete Linearführung werden der Magnetkreis und die Regelung des Spulenstromes nicht beeinflusst.In a preferred embodiment of the invention, the parts of the linear guide are made of a non-magnetizable material. Particularly suitable for this are light metals and plastics. But also ceramic materials can be used, for example, for rolling elements in circulation guides. Such a linear guide does not affect the magnetic circuit and the regulation of the coil current.
Die Linearführung selbst kann auf alle bekannten Arten ausgeführt sein. In Betracht kommen sowohl rein mechanische Führungen mit Wälz- oder Gleitlagern, aber auch hydrostatische oder hydrodynamische Lagerungen, z. Bsp. Luftlager für den Wagen. Die entsprechende Auslegung kann der Fachmann leicht vornehmen.The linear guide itself can be designed in all known ways. Both purely mechanical guides with rolling or plain bearings, but also hydrostatic or hydrodynamic bearings, z. Eg air bearing for the car. The corresponding design can easily be made by a person skilled in the art.
Im einfachsten Fall kann der Wagen auf einer Leiteinrichtung, z. Bsp. einer Schiene gleitgelagert geführt sein. Alternativ ist die Verwendung einer Kugelumlaufführung oder Kugelwälzführung möglich.In the simplest case, the car on a guide, z. For example, be guided slidingly a rail. Alternatively, the use of a recirculating ball bearing or ball roller guide is possible.
Die Jochteile haben vorzugsweise einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt. Bei diesen Ausführungsformen können preisgünstige flache Magneten verwendet werden. Außerdem wird die Anbindung der Linearführung an das mittlere Joch erleichtert, da eine plane Oberseite des Joches als Führungsgrundfläche zur Verfügung steht. Außerdem sind rechteckige Jochquerschnitte einfach und preiswert herstellbar.The yoke parts preferably have a rectangular or square cross-section. In these embodiments, inexpensive flat magnets can be used. In addition, the connection of the linear guide is facilitated to the middle yoke, as a flat top of the yoke is available as a guide base. In addition, rectangular Jochquerschnitte are easy and inexpensive to produce.
Durch die einfache Anbindungsmöglichkeit der Linearführung an den Jochquerschnitt kann die Linearführung in abgewandelten Ausführungsformen auch auswechselbar gestaltet sein und bietet somit die Möglichkeit, diverse geeignete handelsübliche Führungsbaugruppen mit dem System lediglich durch die Änderung der Spulenabmessungen einsetzen zu können.Due to the simple possibility of connecting the linear guide to the yoke cross section, the linear guide can also be made interchangeable in modified embodiments and thus offers the possibility of being able to use various suitable commercially available guide assemblies with the system merely by changing the coil dimensions.
In jedem Fall kann der Antrieb durch die Konfiguration der Linearführung und die entsprechende Dimensionierung der Spule sehr einfach auf verschiedene Anwendungsszenarien angepasst werden. Die Dimensionierung der Spule und damit die Bestimmung von Kraft, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Antriebes bereiten dem Fachmann keine Schwierigkeiten. Die Spulenwicklung kann als Kupfer- oder Aluminium-Wicklung ausgeführt sein. Bei der Verwendung von Aluminiumdraht für die Spulenwicklung ergeben sich deutliche Vorteile hinsichtlich des Gesamtgewichts des Antriebes und damit auch eine höhere erzielbare Beschleunigung gegenüber herkömmlichen Linearantrieben.In any case, the drive can be easily adapted to different application scenarios by the configuration of the linear guide and the corresponding dimensioning of the coil. The dimensioning of the coil and thus the determination of force, speed and acceleration of the drive prepare the expert no difficulties. The coil winding may be designed as a copper or aluminum winding. The use of aluminum wire for the coil winding results in significant advantages in terms of the total weight of the drive and thus a higher achievable acceleration over conventional linear drives.
Der Gleichstromlinearantrieb umfasst in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch ein Wegmesssystem, um eine genaue Positionierung und ggf. Positionsregelung des Tragschlittens zu ermöglichen. Das Wegmesssystem umfasst dabei vorzugsweise ein Wegmesslineal mit einem inkrementellen Maßstab und einen Wegmesssensor, der auf alle bekannten Arten ausgeführt sein kann. Als besonders geeignet haben sich optische Wegmessverfahren herausgestellt die dem Fachmann bekannt sind. Aber auch induktive, kapazitive oder taktile Messsysteme haben sich bewährt und sind je nach Messaufgabe anwendbar. Der Maßstab kann auf einfache Weise an den Wagen oder den Adapter gekoppelt werden.In a further preferred embodiment, the DC linear drive also includes a displacement measuring system in order to enable accurate positioning and possibly position regulation of the carrier carriage. The displacement measuring system preferably comprises a distance measuring ruler with a incremental scale and a displacement sensor which may be implemented in any known manner. Optical path measuring methods which are known to the person skilled in the art have proven to be particularly suitable. But also inductive, capacitive or tactile measuring systems have proven themselves and can be used depending on the measuring task. The scale can be easily coupled to the cart or adapter.
Um den Wagen bei einer Abschaltung des Stromes in einer sicheren Position zu parken, kann eine Festlegung des Wagens in einer Parkposition erfolgen. Dazu ist ein schaltbarer Magnet besonders geeignet. Der schaltbare Magnet gibt vorzugsweise in stromlosem Zustand einen Verriegelungsmechanismus frei, bei dem ein Formschlusselement, beispielsweise ein Riegel, in eine Aussparung im Wagen oder in der Adapterplatte einrastet. So wird der Wagen an jeder unerwünschter Bewegung gehindert, solange kein Strom fließt. Dadurch wird ein unkontrollierter Aufprall des Wagens an einer Endlage mit seinen ggf. sensiblen Funktionselementen bei Stromabschaltung sicher verhindert. Solche Notbremssysteme sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Deren Gestaltung und Dimensionierung wird dem Fachmann keine Schwierigkeiten bereiten.In order to park the car at a shutdown of the stream in a safe position, a determination of the car can be done in a parking position. For this purpose, a switchable magnet is particularly suitable. The switchable magnet preferably releases a locking mechanism in the de-energized state, in which a positive-locking element, for example a latch, engages in a recess in the carriage or in the adapter plate. So the car is prevented from any unwanted movement, as long as no electricity flows. As a result, an uncontrolled impact of the car at an end position with its possibly sensitive functional elements is safely prevented during power off. Such emergency braking systems are known in various embodiments. Their design and dimensioning will not cause any difficulty to the skilled person.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.A particularly preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail below.
Es zeigen:
-
1 : eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gleichstromlinearantriebes; -
2 : eine Draufsicht auf den in1 dargestellten Gleichstromlinearantrieb; -
3 : eine Schnittdarstellung entlang der SchnittlinieB-B gemäß2 ; -
4 : eine Schnittdarstellung entlang der SchnittlinieA-A gemäß2 .
-
1 a perspective view of a direct current linear drive according to the invention; -
2 : a top view of the in1 illustrated DC linear actuator; -
3 : a sectional view along the cutting lineBB according to2 ; -
4 : a sectional view along the cutting lineAA according to2 ,
In
Der Gleichstromlinearantrieb besitzt in an sich bekannter Weise einen Stator, der einen Magnetkreis bildet. Der Stator umfasst ein mittleres Joch
An den dem mittleren Joch
An dem mittleren Joch
Die Kraftwirkung auf die Spule
Auf dem Wagen
Der Adapter
Der erfindungsgemäße Gleichstromlinearantrieb kann durch einen Verriegelungsmechanismus in einer stabilen Parkposition gehalten werden, damit bei Stromabschaltung der Wagen nicht ungebremst auf das Ende des Führungsweges aufläuft. Zu diesem Zweck ist ein schaltbarer Verriegelungsmagnet
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 01 -01 -
- Joch, mittleresYoke, middle
- 02 -02 -
- Joch, äußeresYoke, outside
- 03 -03 -
- SchraubstiftThreaded
- 04 -04 -
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 05 -05 -
- --
- 06 -06 -
- Leiteinrichtungguide
- 07 -07 -
- Führungsstangeguide rod
- 08 -08 -
- Wagendare
- 09 -09 -
- SpuleKitchen sink
- 10 -10 -
- --
- 11 -11 -
- Adapteradapter
- 12 -12 -
- WegmesslinealWegmesslineal
- 13 -13 -
- WegmesssensorDisplacement
- 14 -14 -
- Verriegelungsmagnetlocking magnet
- 15 -15 -
- Winkelcorner
- 16 -16 -
- Stößeltappet
- 17 -17 -
- Ausnehmungrecess
Claims (8)
Priority Applications (1)
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DE102011051020.6A DE102011051020B4 (en) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | DC linear actuator |
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DE102011051020A1 DE102011051020A1 (en) | 2012-12-13 |
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ID=47220288
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DD91857A (en) * |
-
2011
- 2011-06-10 DE DE102011051020.6A patent/DE102011051020B4/en active Active
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