DE102011102973A1

DE102011102973A1 - Linearmotor

Info

Publication number: DE102011102973A1
Application number: DE201110102973
Authority: DE
Inventors: Oliver Bochert; Jens Greiner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-12-06
Also published as: CN202872492U

Abstract

Zum Ausschluss von Fehlern bei der Kontaktierung von Spulen (14) von Linearmotoren (1) wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, am Slider (7) eine Leiterplatte (15) mit Leiterbahnen (U, V, W) und Leiterbahnsegementen (Z) vorzusehen und die Spulen (14) unter Zwischenordnung der Leiterbahnen (U, V, W) und Leiterbahnsegmente (Z) mit einer Versorgungsleitung (17) zu verschalten.

Description

Stand der Technik
Diese Erfindung bezieht sich auf Linearmotoren, welche im Wesentlichen eine erste Reihe und eine zweite, in geringem Abstand zur ersten Reihe angeordnete Reihe von Permanentmagneten aufweist. In dem gegenseitigen Abstand, der üblicherweise als Luftspalt bezeichnet wird, ist ein sogenannter geradliniger Slider angeordnet. Dieser Slider wird im Wesentlichen von einem geradlinigen Träger gebildet, auf dem drei Spulen oder eine Mehrzahl von drei Spulen einander nebengeordnet angebracht sind. Werden diese Spulen bestromt, wird eine lineare Bewegung der Slider entlang dem Luftspalt hervorgerufen. Linearmotoren dieser Art und Ausbildung sind etwa aus EP0949749 bekannt.
Wie im einzelnen die jeweiligen Spulen gebildet sind, hängt von den Anforderungen ab, die an den Motor geknüpft werden. So ist es beispielsweise bekannt, die Spulen durch entsprechende Stanzungen oder Ätzungen zu bilden. Sehr verbreitet sind aber auch aus mit Backlack ummanteltem Draht gewickelte Spulen, bei denen die jeweiligen Windungen zur Ausbildung einer „flächigen” Spule einander nebengeordnet werden. Dabei wird unter einer „flächigen” Spule eine solche verstanden, bei der bezogen auf die Wickelachse eine Vielzahl von Windungen einander nebengeordnet sind, während in Richtung der Wickelachse nur einige wenige Windungslagen übereinander liegen. Ist die Wicklung der jeweiligen Spule abgeschlossen, wird zur Herstellung eines weiterverarbeitungsfähigen Verbunds die gebildete Wicklung verbacken und nach dem Verbacken auf einen Träger aufgebracht. Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass das Aufbringen der Wicklungen auf den Träger auch schon vor dem Verbacken erfolgen kann. Ist in diesem Fall der Träger ebenfalls mit Backlack versehen, lassen sich während dem Verbacken der Windungen diese auch gleichzeitig mit dem Träger verbinden, so dass am Ende des Backschritts der Träger und die Spule bzw. die Spulen eine Einheit bilden.
Um eine einwandfreie Funktion des jeweiligen Linearmotors zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass jede erste Spule von der ersten Phase, jede zweite Spule von der zweiten Phase und jede dritte Spule von der dritten Phase eines dreiphasigen Wechselstroms durchflossen wird und dass die jeweiligen Drahtenden dieser drei Spulen zusammengeschaltet sind. Um dies zu realisieren, werden insbesondere bei gewickelten Spulen die jeweiligen Drähte der verschiedenen Spulen zu einer Seite des Sliders geführt und dort mit den entsprechenden Phasen einer Versorgungsleitung leitend verbunden. Eine derartige Kontaktierung von gewickelten Spulen erfordert einen hohen Aufwand, da an der Stelle, an der die Drahtenden mit den entsprechenden Phasen der Versorgungsleitung verbunden werden sollen, eine Vielzahl von Drahtenden zur Verbindung anstehen. Will man eine aufwendige Nachverfolgung der jeweiligen Drahtenden ausschließen, ist es notwendig, die jeweiligen Drähte beispielsweise durch Fahnen zu kennzeichnen. Darüber hinaus wird das Verlegen von mit Backlack ummanteltem Spulendraht auch deshalb als nachteilig erachtet, weil der Backlack unter mechanischem Einfluss zum Abplatzen neigt und somit die Ursache für Kurzschlüsse bildet.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrund, einen Linearmotor anzugeben, bei welchem die Kontaktierung der jeweiligen aus Draht gewundenen Spulen mit einer Versorgungsspannung vereinfacht ist.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Eine vorteilhafte Ausbildung und Weiterbildungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 und drei entnehmbar.
Kontaktierfehler sind ausgeschlossen, wenn gemäß Anspruch 1 am oder im Slider eine Leiterplatte vorgesehen ist, die drei Leiterbahnen und wenigstens ein Leiterbahnsegment umfasst, jede Leiterbahn mit einer Phase des dreiphasigen Wechselstroms der Versorgungsleitung verbunden ist, der Drahtanfang jeder ersten Spule mit der ersten Leiterbahn, der Drahtanfang jeder zweiten Spule mit der zweiten Leiterbahn und der Drahtanfang jede dritte Spule mit der dritten Leiterbahn leitend verbunden ist und die Drahtenden dieser drei Spulen mit dem Leiterbahnsegment ebenfalls leitend verbunden sind.
Schließen gemäß Anspruch 2 die jeweiligen Drahtenden und/oder Drahtanfänge der Spulen zu der Seite der Spule, an welcher sie aus dieser heraustreten, einen Winkel α von 90° +/– 15° ein und schneiden die Drahtenden und/oder Drahtanfänge der Spulen die Leiterbahnen und/oder das oder die Leiterbahnsegmente unter dem gleichen Winkel α, sind mechanische Bewegungen, welche die Backlackbeschichtung bzw. die Isolierung schädigen und Kurzschlüsse nach sich ziehen können, ausgeschlossen.
Eine weitere Vereinfachung des Aufbaus ist dann erreicht, wenn gemäß Anspruch 3 der Träger und die Leiterplatte einstückig ausgebildet sind.
Darstellung der Figuren
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Linearmotor;
2 eine Sicht auf eine Magnetstruktur;
3 einen Slider in Seitenansicht; und
4 eine andere Ausführung eines Slider nach 3.
Wege zum Ausführen der Erfindung
Die Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden.
In 1 ist eine Linearmotor 1 im Schnitt gezeigt. Dieser Linearmotor 1 wird im Wesentlichen von einem u-förmigen Profil 2a, 2b, 2c gebildet. An der Innenseite 3a des Schenkels 2a des u-förmigen Profils ist ein erster Permanentmagnet 4a und an der Innenseite 3b des Schenkels 2b ein zweiter Permanentmagnet 4b angeordnet, wobei die beiden einander zugewandten Polflächen 5a, 5b der beiden Permanentmagnete 4a, 4b eine voneinander verschiedene Polarität aufweisen. In 1 ist dies dadurch angedeutet, dass der Nordpol des ersten Permanentmagneten 4a und der Südpol des zweiten Permanentmagneten 4b einander gegenüberstehen. Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass das in Blickrichtung auf 1 nächst folgende und durch die sichtbaren Permanentmagnete 4a, 4b verdeckte Paar Permanentmagnete wiederum von einem ersten und einem zweiten Permanentmagneten gebildet wird, wobei allerdings die der gegenüberliegenden Polfläche zugewandten Polfläche des nächst folgenden und vom ersten Permanentmagnet 4a verdeckten Permanentmagneten als Nordpol und die der gegenüberliegenden Polfläche zugewandten Polfläche des nächst folgenden und vom zweiten Permanentmagnet 4b verdeckten Permanentmagneten als Südpol ausgebildet ist. Diese alternierenden Polaritäten zwischen den verschiedenen Permanentmagneten 4a, 4a', 4a'' sind in 2 veranschaulicht, welche eine Sicht auf einen ersten Schenkel 2a in Pfeilrichtung P gemäß 1 zeigt. Dieser Darstellung ist auch entnehmbar, dass die jeweiligen ersten Permanentmagneten 4a, 4a', 4a'', welche an der Innenseite 3a des Schenkels 2a angeordnet sind, mit gegenseitigem seitlichen Abstand AS zueinander am Schenkel 2a befestigt sind.
Ferner ist 1 entnehmbar, dass im Luftspalt 6, welcher zwischen den ersten und zweiten Permanentmagneten 4a, und 4b gebildet wird, ein schwertförmig ausgebildeter Slider 7 eingreift. Dieser Slider 7 wird im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen von einem Träger 8 gebildet, der an seinem unteren Ende 9 in einer Nut 10, welche im Profilteil 2c belassen ist, geführt ist. Der Luftspalt 6 wird von einem mit dem Träger 8 festverbundenen Dachstück 11 abgedeckt, welches mittels Linearlagern 12a, 12b auf den Schenkelflächen 13a, 13b in Blickrichtung auf die 1 verschiebbar aufliegt.
Wie der 1 weiter entnehmbar ist, ist an der dem Schenkel 2a bzw. der dem ersten Permanentmagneten 4a zugewandten Seite des Träges 8 eine aus gewickeltem Backlackdraht hergestellte Spule 14 angebracht. Sofern erforderlich, kann in einem weiteren – nicht näher dargestellten – Ausführungsbeispiel auch eine weitere Spule an der Seite des Trägers 8 angebracht sein, die dem zweiten Permanentmagneten 4b zugewandt ist, oder auch nur von einer einzigen, großen Drahtspule gebildet sein, die dann den Träger 8 zumindest teilweise durchdringt.
Ferner ist im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel an der Seite des Trägers 8, die dem oder den ersten Permantmangneten 4a zugewandt ist, eine Leiterplatte 15 vorgesehen. Diese Leiterplatte 15 erstreckt sich – wie 3 zeigt – entlang dem oberen Randes 16 des Trägers 8 und oberhalb von nur drei schematisch dargestellten Spulen 14, 14', 14''. Diese Leiterplatte 15 ist mit drei Leiterbahnen U, V, W und einem Leiterbahnsegment Z versehen. Die mit Blickrichtung auf 3 rechten Enden der Leiterbahnen U, V, W sind mit einem Anschlusskabel 17 verbunden, welches jede Leiterbahn U, V, W mit einer Phase einer dreiphasigen Drehstromquelle (nicht dargestellt) versorgt. Um die gewünschte lineare Bewegung des Sliders 7 im Luftspalt 6 des Linearmotors 1 zu erzeugen, ist der Drahtanfang A der Spule 14 mit der Leiterbahn U, der Drahtanfang A' der Spule 14 mit der Leiterbahn V und der Drahtanfang A'' der Spule 14'' mit der Leiterbahn W verbunden und sind die jeweiligen Drahtenden E, E', E'' der Spulen 14, 14', 14'' über das Leiterbahnsegment Z miteinander leitend verbunden. Deutlich ist der Darstellung gemäß 3 entnehmbar, dass die jeweilige Kontaktierung der Drahtenden E und der Drahtanfänge A mit den jeweiligen Leiterbahnen U, V, W bzw. Leiterbahnsegment Z in unmittelbar räumlicher Nähe zu den Spulen 14 erfolgt. Diese räumliche Nähe sowie die Sichtbarkeit der Spulen 14, 14', 14'', der jeweiligen Drahtenden E, Drahtanfänge A, der Leiterbahnen U, V, W und des Leiterbahnsegments Z stellt sicher, dass nach der Erfindung Kontaktierungsfehler ausgeschlossen sind.
Außerdem ist 3 auch entnehmbar, dass die jeweiligen Drahtenden E und Drahtanfänge A zu der Seite 18 der Spulen 14, 14', 14'', an der sie aus der jeweiligen Spule 14, 14, 14'' austreten, einen Winkel α von etwa 90° einschließen und in etwa mit diesem Winkel auch auf die Leiterbahnen U, V, W und das Leiterbahnsegment Z treffen. Diese kurze, geradlinige Ausführung der Drahtanfänge A und der Drahtenden E stellt sicher, dass die Drahtanfänge A und Drahtenden E keinen überflüssigen und den Backlack schädigenden Bewegungen ausgesetzt werden müssen, um eine Kontaktierung mit den Leiterbahnen U, V, W bzw. dem Leitbahnsegment Z herzustellen.
Nur der Vollständigkeit halber sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass die Bestückung des jeweiligen Trägers 8 nicht auf drei Drahtspulen 14, 14', 14'' beschränkt ist. Vielmehr kann in einem anderen – nicht näher ausgeführten – Ausführungsbeispiel der Träger 8 auch mit 6, 9, 12, 15 oder 18 Spulen 14 bestückt sein, solange sichergestellt ist, dass die Anzahl der verwendeten Spulen 14 ein Mehrfaches von drei Spulen 14 ist. Werden beispielsweise 18 Spulen 14 verwendet, kommen insgesamt 36 Drahtenden E und Drahtanfänge A zusammen, die ohne die erfindungsgemäßen Leiterbahnen U, V, W nur unter erheblichem Aufwand fehlerfrei zu kontaktieren sind.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, welches sich von dem vorherigen Ausführungsbeispiel allein dadurch unterscheidet, dass keine separate Leiterplatte vorgesehen, sondern die Leiterbahnen U, V, W sowie das Leiterbahnsegment Z direkt auf dem Träger 8 ausgebildet sind.
Bezugszeichenliste

1: Linearmotor
2a, 2b, 2c: u-förmiges Profil
3a, 3b: Innenseiten
4a, 4b: Permanentmagneten
5a, 5b: Polflächen
6: Luftspalt
7: Slider
8: Träger
9: unteres Ende
10: Nut
11: Dachstück
12: Lager
13: Schenkelfläche
14: Spule
15: Leiterplatte
16: Rand
17: Anschlusskabel
18: Seite
AS: Abstand
A: Drahtanfang
E: Drahtende
U: Leiterbahn
V: Leiterbahn
W: Leiterbahn
Z: Leiterbahnsegment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0949749 [0001]

Claims

Linearmotor mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten (4a, 4b), die abwechselnd magnetische Polflächen (5a, 5b) entlang einem gradlinigen Luftspalt (6) bereitstellen, mit drei oder einer Mehrzahl von drei gewickelten Spulen (14), wobei jede Spule (14) einen Drahtanfang (A) und ein Drahtende (E) aufweist, mit einer Versorgungsleitung (16), die dreiphasigen Wechselstrom führt, wobei jede erste Spule (14) von der ersten Phase, jede zweite Spule (14') von der zweiten Phase, jede dritte Spule (14'') von der dritten Phase durchflossen sind und die jeweiligen Drahtenden (E) dieser drei Spulen (14, 14', 14'') zusammengeschaltet sind, und mit einem in den Luftspalt (6) eintauchenden geradlinigen Slider (7), der einen Träger (8) aufweist, auf oder an welchem die Spulen (14, 14', 14'') nebeneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass am oder im Slider (7) eine Leiterplatte (10) vorgesehen ist, die drei Leiterbahnen (U, V, W) und wenigstens ein Leiterbahnsegment (Z) umfasst, dass jede Leiterbahn (U, V, W) mit einer Phase des dreiphasigen Wechselstroms der Versorgungsleitung (16) verbunden ist, dass der Drahtanfang (A) jeder ersten Spule (14) mit der ersten Leiterbahn (U), der Drahtanfang (A') jeder zweiten Spule (14') mit der zweiten Leiterbahn (V) und der Drahtanfang (A'') jede dritte Spule (14') mit der dritten Leiterbahn (W) leitend verbunden ist und dass die Drahtenden (E, E', E'') dieser drei Spulen (14, 14', 14'') mit dem Leiterbahnsegment (Z) ebenfalls leitend verbunden sind.
Linearmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Drahtenden (E, E', E'') und/oder Drahtanfänge (A, A', A'') der Spulen (14, 14, 14'') zu der Seite (17) der Spulen (14, 14', 14''), an welcher sie aus dieser heraustreten, einen Winkel α von 90° +/– 15° einschließen und dass die Drahtenden (E, E', E'') und fader Drahtanfänge (A, A', A'') der Spulen (14, 14', 14'') die Leiterbahnen (U, V, W) und/oder das oder die Leiterbahnsegmente (Z) unter dem gleichen Winkel α schneiden.
Linearmotor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (10) und der Träger (8) einstückig ausgebildet ist.