DE102013211441A1

DE102013211441A1 - Linear motor with position detection device

Info

Publication number: DE102013211441A1
Application number: DE201310211441
Authority: DE
Inventors: Michael Lippert; Mark Gehrig; Roland Keller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2014-12-24

Abstract

Ein Linearmotor (2) mit einer langgestreckten Statorbaugruppe (4), der eine Längsrichtung (92) des Linearmotors (2) vorgibt, einer an der Statorbaugruppe (4) in der Längsrichtung (92) antreibbar geführten Läuferbaugruppe (6), einer Positionserfassungseinrichtung (8) zum Erfassen der Position der Läuferbaugruppe (6) in Bezug zu der Statorbaugruppe (4) in der Längsrichtung (92), einer in der Längsrichtung (92) verteilten Anordnung einer Vielzahl von mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Leiterwicklungen (10), und einer in der Längsrichtung (92) verteilten Anordnung einer Mehrzahl vom Permanentmagneten (12) mit abwechselnder Polarität senkrecht zur Längsrichtung (92), ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterwicklungen (10) an oder in der Statorbaugruppe (4) angeordnet und die Permanentmagnete (12) an oder in der Läuferbaugruppe (6) angeordnet sind.A linear motor (2) with an elongated stator assembly (4) which defines a longitudinal direction (92) of the linear motor (2), a rotor assembly (6) that is drivably guided on the stator assembly (4) in the longitudinal direction (92), a position detection device (8) ) for detecting the position of the rotor assembly (6) in relation to the stator assembly (4) in the longitudinal direction (92), an arrangement in the longitudinal direction (92) of a plurality of conductor windings (10) which can be charged with electrical current, and one in the The arrangement of a plurality of permanent magnets (12) with alternating polarity perpendicular to the longitudinal direction (92) distributed in the longitudinal direction (92) is characterized in that the conductor windings (10) are arranged on or in the stator assembly (4) and the permanent magnets (12) on or are arranged in the rotor assembly (6).

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearmotor mit einer Positionserfassungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a linear motor with a position detection device according to the preamble of patent claim 1.

Ein aus DE 20 2005 006 780 U1 bekannter Linearmotor umfasst eine Statoreinheit, eine Läufereinheit. Die Statoreinheit umfasst eine sich in der Längsrichtung des Linearmotors erstreckende Führungsschiene mit Linearlagerflächen und zwei mit dieser fest verbundene Statorhälften, an denen jeweils Permanentmagnete in Längsrichtung des Linearmotors mit abwechselnder Polarität angeordnet sind. Die Läufereinheit umfasst einen Führungswagen mit integrierten Wälzkörpern, die an den Linearlagerflächen der Führungsschiene abrollen können und mit diesen ein Linearlager zum geführten Bewegen der Läufereinheit in der Längsrichtung ausbilden, und einen sich in der Längsrichtung erstreckenden, bandförmigen Abschnitt, der zwischen den beiden Permanentmagnetreihen angeordnet ist und eine Vielzahl von in der Längsrichtung verteilt angeordneten Drahtwicklungen bzw. Spulen enthält, so dass der Linearmotor mit den beiden Statorhälften und dem dazwischen angeordneten bandförmigen Abschnitt der Läufereinheit als Doppelkammlinearmotor ausgebildet ist. Dieser Linearmotor kann ferner eine Wegemesseinheit mit einem an der Läufereinheit angeordneten Messkopf und einer an der Statoreinheit angeordneten Linearmesseinheit. Ein Nachteil dieses Linearmotors ist, dass dieser einen Kabelschlepp zwischen der Statoreinheit und der Läufereinheit benötigt, um die Spulen der Läufereinheit mit Strom zu versorgen und um die in dem Messkopf erzeugten Messsignale zu einer mit der Statoreinheit verbundenen Auswerte- und Steuereinheit zu übertragen. Besonders nachteilig ist, dass dieser Kabelschlepp durch die typischerweise hohe Hubfrequenz bzw. Hubhäufigkeit des Linearmotors im Betrieb stark belastet wird und in der Regel als erstes ausfällt. On off DE 20 2005 006 780 U1 known linear motor comprises a stator, a rotor unit. The stator unit comprises a guide rail extending in the longitudinal direction of the linear motor with linear bearing surfaces and two stator halves permanently connected thereto, on each of which permanent magnets are arranged in the longitudinal direction of the linear motor with alternating polarity. The rotor unit comprises a guide roller with integrated rolling elements, which can roll on the linear bearing surfaces of the guide rail and form with these a linear bearing for guided movement of the rotor unit in the longitudinal direction, and a longitudinally extending, band-shaped portion which is arranged between the two permanent magnet rows and a plurality of wire coils distributed in the longitudinal direction, so that the linear motor having the two stator halves and the band-shaped portion of the rotor unit disposed therebetween is formed as a double-comb linear motor. This linear motor may further comprise a path measuring unit with a measuring head arranged on the rotor unit and a linear measuring unit arranged on the stator unit. A disadvantage of this linear motor is that it requires a cable drag between the stator unit and the rotor unit in order to supply power to the coils of the rotor unit and to transmit the measurement signals generated in the measuring head to an evaluation and control unit connected to the stator unit. A particular disadvantage is that this cable drag is heavily loaded by the typically high stroke frequency or lifting frequency of the linear motor during operation and usually fails first.

Gegenüber den bekannten Einrichtungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Linearmotor zu schaffen, der verschleißarm ist und eine längere Lebensdauer aufweist. Compared to the known devices, the invention has for its object to provide a linear motor, which is wear and has a longer life.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Linearmotor bereitgestellt mit: einer langgestreckten Statorbaugruppe (im Folgenden kurz Stator genannt), der eine Längsrichtung des Linearmotors vorgibt, einer an dem Stator in der Längsrichtung antreibbar geführte Läuferbaugruppe (im Folgenden kurz Läufer genannt), einer Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen der Position des Läufers in Bezug zu dem Stator in der Längsrichtung, einer in der Längsrichtung verteilten Anordnung einer Vielzahl von mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Leiterwicklungen, und einer in der Längsrichtung verteilten Anordnung einer Mehrzahl vom Permanentmagneten mit abwechselnder Polarität senkrecht zur Längsrichtung. To achieve this object, a linear motor is provided with: an elongate stator assembly (hereinafter referred to as a stator) which defines a longitudinal direction of the linear motor, a rotor assembly drivable in the longitudinal direction on the stator (hereinafter referred to as a rotor for short), position detecting means for detecting the position of the rotor with respect to the stator in the longitudinal direction, a longitudinally distributed arrangement of a plurality of electrically energized conductor windings, and a longitudinally distributed arrangement of a plurality of the permanent magnet with alternating polarity perpendicular to the longitudinal direction.

Erfindungsgemäß sind die Leiterwicklungen an oder in der Statorbaugruppe (dem Stator) und die Permanentmagnete an oder in der Läuferbaugruppe (dem Läufer) angeordnet. Durch die Anordnung der Leiterwicklungen an dem Stator wird ein Kabelschlepp zur Versorgung von an der Läuferbaugruppe angeordneten Leiterwicklungen nicht benötigt. Dies vereinfacht den Gesamtaufbau des Linearmotors und vermeidet den herkömmlich im Betrieb stark belasteten und in der Regel als erstes ausfallenden Kabelschlepp zur Stromversorgung der Leiterwicklungen bzw. Spulen. According to the invention, the conductor windings are arranged on or in the stator assembly (the stator) and the permanent magnets on or in the rotor assembly (the rotor). The arrangement of the conductor windings on the stator, a cable towing for supplying arranged on the rotor assembly conductor windings is not needed. This simplifies the overall design of the linear motor and avoids the cable drag that is conventionally heavily loaded during operation and usually fails as the first to supply power to the conductor windings or coils.

Die Positionserfassungseinrichtung kann einen an dem Läufer angeordneten, drahtlos betreibbaren Positionskopf und ein an dem Stator angeordnetes, sich in der Längsrichtung erstreckendes Positionsmessmittel umfassen. Wenn der Positionskopf drahtlos betreibbar ist, wird auch ein Kabelschlepp zur Übertragung von Messsignalen vom Positionskopf des Positionserfassungssystems nicht benötigt. Dies vereinfacht den Gesamtaufbau des Linearmotors noch weiter und vermeidet den herkömmlich im Betrieb stark belasteten Kabelschlepp zur Übertragung von Messsignalen aus dem Positionskopf. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Ausgestaltung der Positionserfassungsmittel kann der Positionskopf so ausgestaltet sein, dass er ohne ein dem Läufer von extern zugeführtes Kabel funktionsfähig ist und dass ein Signal mit Information bezüglich der Position des Positionskopfs in Bezug zu dem Positionsmessmittel drahtlos zur Auswertung, etwa zu dem Positionsmessmittel oder zu in Bezug auf den Positionskopf externen Auswertungsmitteln, übertragen wird. The position detection device may comprise a wirelessly operable position head arranged on the rotor and a position measuring device arranged on the stator and extending in the longitudinal direction. If the position head can be operated wirelessly, no cable drag is required to transmit measurement signals from the position head of the position detection system. This further simplifies the overall design of the linear motor and avoids the cable drag traditionally heavily loaded in operation for transmitting measurement signals from the position head. As an alternative or in addition to this embodiment of the position detection means, the position head can be configured such that it is functional without a cable fed externally to the rotor and that a signal with information regarding the position of the position head with respect to the position measuring means can be used wirelessly for evaluation, for example to the Position measuring means or with respect to the position head external evaluation means transmitted.

Ein Kabelschlepp zur Übertragung von Messsignalen aus dem an der Läuferbaugruppe angeordneten Positionskopf zu einer mit der Statorbaugruppe verbundenen Auswertungsmitteln kann gemäß der folgenden Ausgestaltung vermieden werden, wenn folgendes vorgesehen ist: an einem Ende des Stators angeordnete Übertragungsmittel zum Aussenden einer zeitlich gepulsten, insbesondere elektromagnetischen oder akustischen, Welle in Längsrichtung des Stators, an oder in dem Läufer, insbesondere dem Positionskopf, angeordnete Reflexionsmittel zum Bewirken, dass zumindest ein Teil der von den Übertragungsmitteln ausgesendeten Welle in Richtung zu dem Ende des Stators reflektiert wird, an dem Ende des Stators angeordnete Empfangsmittel zum Empfangen eines reflektierten Teils der von den Übertragungsmitteln ausgesendeten Welle, und Auswertungsmittel zum Bestimmen einer Laufzeit einer von den Übertragungsmitteln ausgesendeten und von den Empfangsmitteln empfangenen Welle und zum Bestimmen der Position des Läufers auf der Grundlage der bestimmten Laufzeit. In dieser Ausgestaltung benötigen die am Positionskopf des Läufers angeordneten Reflexionsmittel keine Stromversorgung und mithin keinen Kabelschlepp. Cable drag for transmitting measurement signals from the position head arranged on the rotor assembly to an evaluation means connected to the stator assembly can be avoided according to the following embodiment, provided that: transmission means arranged at one end of the stator for emitting a temporally pulsed, in particular electromagnetic or acoustic , Shaft in the longitudinal direction of the stator, on or in the rotor, in particular the position head, arranged reflection means for causing at least a part of the transmission means of the transmitted wave is reflected towards the end of the stator, arranged at the end of the stator receiving means for Receiving a reflected part of the wave transmitted by the transmission means, and evaluation means for determining a propagation time of a wave transmitted by the transmission means and received by the receiving means and for determining the position n of the runner on the basis of the determined duration. In this Design require the arranged on the head position of the rotor reflection means no power and therefore no cable drag.

In einer alternativen Ausgestaltung können ein Kabelschlepp und auch ein Führungsmittel vermieden werden, wenn die Positionserfassungseinrichtung als eine Laser-gestützte Entfernungsmesseinrichtung ausgestaltet ist. Die Funktion und der prinzipielle Aufbau einer Laser-gestützten Entfernungsmesseinrichtung sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht ausführlich beschrieben. Zur Implementierung kann an einem Ende des Stators als Übertragungsmittel ein Laser oder eine Laserdiode angeordnet sein und Laserlicht in Richtung zu dem Positionskopf aussenden. Ferner kann an diesem Ende des Stators als Empfangsmittel ein Lichtdetektor zum Messen von reflektiertem Laserlicht angeordnet sein. An dem Positionskopf kann ein optisches Reflexionsmittel, wie etwa ein Spiegel, ein Retroreflektor oder ein Prisma, vorgesehen sein, dass zumindest einen Teil des von dem Laser oder der Laserdiode ausgesendeten Laserlichts in Richtung zu dem Ende des Stators, insbesondere zu dem Lichtdetektor, reflektiert. Alternativ zu einer Lasergestützten Entfernungsmesseinrichtung kann hier auch eine auf der Basis von Ultraschall- oder Radar funktionierende Entfernungsmesseinrichtung eingesetzt werden, deren Funktion und Aufbau dem Fachmann prinzipiell ebenfalls bekannt sind, so dass hierin auch diese nicht ausführlicher beschrieben werden. In an alternative embodiment, a cable drag and a guide means can be avoided if the position detection device is designed as a laser-based distance measuring device. The function and the basic structure of a laser-based distance measuring device are known to the person skilled in the art and therefore will not be described in detail here. For implementation, a laser or a laser diode can be arranged at one end of the stator as a transmission means and emit laser light in the direction of the position head. Furthermore, a light detector for measuring reflected laser light may be arranged as receiving means at this end of the stator. An optical reflection means, such as a mirror, a retroreflector or a prism, may be provided on the position head, which reflects at least part of the laser light emitted by the laser or the laser diode in the direction of the end of the stator, in particular to the light detector. As an alternative to a laser-assisted distance measuring device, it is also possible here to use a distance measuring device which functions on the basis of ultrasound or radar and whose function and structure are also known in principle to a person skilled in the art, so that these will not be described in greater detail herein.

Die Positionserfassungseinrichtung kann an oder in dem Stator angeordnete und sich in der Längsrichtung erstreckende Führungsmittel zum Führen einer Welle in der Längsrichtung und/oder einer entgegengesetzten Richtung umfassen. Dabei kann das Reflexionsmittel dazu ausgebildet sein, auf das Führungsmittel so einzuwirken, dass zumindest ein Teil der mittels des Führungsmittels in der Längsrichtung geführten Welle in eine entgegengesetzte Richtung reflektiert wird. Die Führungsmittel dienen dazu, die Welle weitgehend verlustfrei von dem Übertragungsmittel zu dem Reflexionsmittel und den reflektierten Teil der Welle vom Reflexionsmittel zum Empfangsmittel zu übertragen. The position detecting means may comprise guide means arranged on or in the stator and extending in the longitudinal direction for guiding a shaft in the longitudinal direction and / or an opposite direction. In this case, the reflection means can be designed to act on the guide means so that at least a part of the guided by means of the guide means in the longitudinal direction of the wave is reflected in an opposite direction. The guide means serve to transmit the wave largely lossless from the transmission means to the reflection means and the reflected part of the wave from the reflection means to the receiving means.

In einer Ausgestaltung der Positionserfassungseinrichtung kann das Führungsmittel ein sich in der Längsrichtung des Stators erstreckender Wellenleiter für eine elektromagnetische oder akustische Welle sein. Dabei kann der Wellenleiter einen ersten und einen zweiten sich in der Längsrichtung erstreckenden elektrischen Leiter, die unter Zwischenschaltung eines Dielektrikums voneinander getrennt sind, umfassen. Dabei kann das am Läufer angeordnete Reflexionsmittel dazu ausgebildet sein, die mittels des im Stator ausgebildeten Wellenleiters geführte Welle so zu beeinflussen, dass diese zumindest teilweise reflektiert wird. Insbesondere kann das Reflexionsmittel durch einen den ersten und zweiten elektrischen Leiter in transversaler Richtung, d.h. quer zur Längsrichtung überspannen, wobei seine Enden mit geringem Abstand oder in unmittelbarem elektrischen Kontakt zu einer elektrisch leitenden Oberfläche des zweiten elektrischen Leiters angeordnet sein. Hierbei kann der Stator eine sich in der Längsrichtung erstreckende Nut aufweisen, die den Wellenleiter ausbildet. Eine derartige Ausgestaltung der Positionserfassungseinrichtung ist offenbart in DE 10 2009 015 465 A1 , auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird und deren Inhalt dadurch als hierin aufgenommen anzusehen ist. In one embodiment of the position detection device, the guide means may be a waveguide for an electromagnetic or acoustic wave extending in the longitudinal direction of the stator. In this case, the waveguide, a first and a second extending in the longitudinal direction of electrical conductors, which are separated with the interposition of a dielectric, comprise. In this case, the reflecting means arranged on the rotor can be designed to influence the guided by means of the waveguide formed in the stator shaft so that it is at least partially reflected. In particular, the reflection means may span across the first and second electrical conductors in the transverse direction, ie transversely to the longitudinal direction, with its ends being arranged at a short distance or in direct electrical contact with an electrically conductive surface of the second electrical conductor. Here, the stator may have a groove extending in the longitudinal direction, which forms the waveguide. Such a configuration of the position detection device is disclosed in DE 10 2009 015 465 A1 , the contents of which are hereby incorporated by reference and whose contents are hereby incorporated herein by reference.

In einer anderen Ausgestaltung der Positionserfassungseinrichtung kann das Führungsmittel ein aus einem magnetostriktiven Material ausgebildetes, im Wesentlichen zylinderförmiges Rohr sein, das in der Längsrichtung des Stators ausgerichtet und an bzw. in dem Stator angeordnet ist. Dabei kann die Positionserfassungseinrichtung folgendes umfassen: einen in dem Rohr angeordneten elektrischen Leitungsdraht, als Übertragungsmittel einen an dem Ende des Stators angeordneten, mit dem Leitungsdraht wirkgekoppelten Impulsgeber, der dazu ausgebildet ist, einen zeitlich gepulsten elektrischen Strom in den Leitungsdraht einzuspeisen, als Reflexionsmittel mindestens einen Positionsgebermagnet, der als Permanentmagneten ausgebildet, dessen Polarität im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Rohrs ausgerichtet und der an der Läuferbaugruppe, insbesondere am Positionskopf derselben, angeordnet ist, als Empfangsmittel einen an dem Ende des Stators in Wirkverbindung mit dem Rohr angeordneten Signalwandler, der dazu ausgebildet ist, eine in dem Rohr laufende akustische Welle unter Ausnutzung der Umkehrung des magnetostriktiven Effekts in ein elektrisches Signal umzuwandeln, und ein an dem in Bezug auf den Impulsgeber und den Signalwandler entgegengesetzten Ende des Rohrs in Wirkverbindung mit dem Rohr angeordnetes Dämpfungselement, das dazu ausgebildet ist, eine in dem Rohr zu dem Dämpfungselement laufende akustische Welle wegzudämpfen oder zumindest so zu dämpfen, dass die Welle am Signalwandler nicht wirksam ist. In dieser Ausgestaltung kann das magnetostriktive Material eine Nickel-Eisen-Legierung sein. Der Leitungsdraht kann aus Kupfer ausgebildet sein. Der Stator kann eine sich in der Längsrichtung erstreckende Nut oder Bohrung aufweisen, in der das Rohr aus dem magnetostriktiven Material mit dem darin angeordneten Leitungsdraht aufnehmbar bzw. aufgenommen ist. Eine auf diesem Messprinzip beruhende Positionserfassungseinrichtung ist in DE 203 00 571 U1 offenbart, auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird und deren Inhalt dadurch als hierin aufgenommen anzusehen ist. In another embodiment of the position detection device, the guide means may be a substantially cylindrical tube formed of a magnetostrictive material, which is aligned in the longitudinal direction of the stator and arranged on or in the stator. In this case, the position detection device may comprise: an electrical line wire arranged in the tube, as transmission means a arranged at the end of the stator, operatively coupled to the lead wire pulse generator, which is adapted to feed a temporally pulsed electric current in the lead wire, as a reflection means at least one Position sensor magnet, which is designed as a permanent magnet whose polarity is aligned substantially perpendicular to the longitudinal axis of the tube and which is arranged on the rotor assembly, in particular on the position head thereof, as receiving means arranged at the end of the stator in operative connection with the tube signal converter, which is formed is to convert an acoustic wave running in the tube by utilizing the inverse of the magnetostrictive effect into an electrical signal, and an end of the tube opposite to that in relation to the pulse generator and the signal converter Actively connected to the tube arranged damping element which is adapted to attenuate a running in the pipe to the damping element acoustic wave or at least attenuate so that the wave is not effective on the signal converter. In this embodiment, the magnetostrictive material may be a nickel-iron alloy. The lead wire may be formed of copper. The stator may have a longitudinally extending groove or bore in which the tube of magnetostrictive material with the lead wire disposed therein is receivable. A position detecting device based on this measuring principle is known in DE 203 00 571 U1 is disclosed, the contents of which are hereby incorporated by reference and whose contents are hereby incorporated herein by reference.

In dieser Ausgestaltung kann das Rohr aus dem magnetostriktiven Material mit dem darin angeordneten Leitungsdraht in einer transversalen Richtung des Stators möglichst weit von der Anordnung der Leiterwicklungen und der Anordnung der Permanentmagnete entfernt angeordnet sein, um im Betrieb eine über das Magnetfeld der mit Strom beaufschlagten Leiterwicklungen bewirkten Beeinflussung des magnetostriktiven Effekts in der Positionserfassungseinrichtung so gering wie möglich zu halten oder zu vermeiden. In this embodiment, the tube of the magnetostrictive material with the therein arranged conductor wire in a transverse direction of the stator as far as possible from the arrangement of the conductor windings and the arrangement of the permanent magnets to be arranged to keep in operation over the magnetic field of the current applied conductor windings influencing the magnetostrictive effect in the position detection device as low as possible or to avoid.

Zum Vermeiden einer Beeinflussung der Funktion (des magnetostriktiven Effekts) der Positionserfassungseinrichtung durch das Magnetfeld der im Betrieb mit Strom beaufschlagten Leiterwicklungen kann alternativ oder zusätzlich zu der vorgenannten Maßnahme kann eine magnetische Abschirmeinrichtung in einer transversalen Richtung des Stators zwischen dem Rohr aus dem magnetostriktiven Material mit dem darin angeordneten Leitungsdraht und der Anordnung der Leiterwicklungen sowie der Anordnung der Permanentmagnete angeordnet sein. In order to avoid influencing the function (of the magnetostrictive effect) of the position detecting device by the magnetic field of the current-energized conductor windings, alternatively or in addition to the above-mentioned measure, a magnetic shielding device may be disposed in a transverse direction of the stator between the magnetostrictive material tube Arranged therein conductor wire and the arrangement of the conductor windings and the arrangement of the permanent magnets may be arranged.

Zur Ausgestaltung des den Läufer antreibenden Teils des Stators kann dieser einen im Wesentlichen linearen, bandförmigen Abschnitt umfassen, an oder in dem die Anordnung der Leiterwicklungen angeordnet ist. Der Läufer kann einen Abschnitt umfassen mit einem in einem Querschnitt senkrecht zu der Längsrichtung im Wesentlichen U-förmigen Profil, der einen sich in der Längsrichtung erstreckenden, ersten Schenkelabschnitt und einen dem ersten Schenkelabschnitt gegenüberliegenden, sich in der Längsrichtung erstreckenden, zweiten Schenkelabschnitt umfasst. Dabei kann die Anordnung der Permanentmagnete eine erste Teilanordnung von Permanentmagneten, die an einer dem zweiten Schenkelabschnitt zugewandten Seite des ersten Schenkelabschnitts angeordnet sind, und eine zweite Teilanordnung von Permanentmagneten, die an einer dem ersten Schenkelabschnitt zugewandten Seite des zweiten Schenkelabschnitts angeordnet sind, umfassen. Hierbei können der erste und der zweite Schenkelabschnitt des Läufers den bandförmigen Abschnitt des Stators mit den Leiterwicklungen umgreifen. In dieser Ausgestaltung ist der Linearmotor als Doppelkammlinearmotor ausgestaltet. For the design of the rotor driving part of the stator, this may comprise a substantially linear, band-shaped portion, on or in which the arrangement of the conductor windings is arranged. The runner may comprise a portion having a substantially U-shaped profile in a cross-section perpendicular to the longitudinal direction and including a longitudinally extending first leg portion and a longitudinal leg extending second leg portion opposite the first leg portion. The arrangement of the permanent magnets may comprise a first subassembly of permanent magnets, which are arranged on a side of the first leg section facing the second leg section, and a second subassembly of permanent magnets, which are arranged on a side of the second leg section facing the first leg section. Here, the first and the second leg portion of the rotor can engage around the band-shaped portion of the stator with the conductor windings. In this embodiment, the linear motor is designed as Doppelkamm linear motor.

In einer dazu alternativen Ausgestaltung kann der Linearmotor als Einkammlinearmotor ausgestaltet sein, wodurch eine insgesamt flachere Bauweise des Linearmotors erzielt wird. In der flachen Ausgestaltung als Einkammlinearmotor kann der Stator einen im Wesentlichen linearen, bandförmigen Abschnitt (Statorabschnitt) umfassen, an oder in dem die Anordnung der Leiterwicklungen angeordnet ist. Der Läufer kann ebenfalls einen im Wesentlichen linearen, bandförmigen Abschnitt (Läuferabschnitt) umfassen, der dem Statorabschnitt gegenüberliegend bzw. diesem zugewandt angeordnet ist. Dabei kann in oder an diesem linearen Läuferabschnitt eine, insbesondere im Wesentlichen lineare, Anordnung der Permanentmagnete angeordnet sein. In an alternative embodiment, the linear motor can be configured as Einkammlinearmotor, whereby a total flatter construction of the linear motor is achieved. In the flat configuration as Einkammlinearmotor the stator may comprise a substantially linear, band-shaped portion (stator), on or in which the arrangement of the conductor windings is arranged. The rotor may also comprise a substantially linear, belt-shaped section (rotor section), which is arranged facing the stator section or facing it. In this case, an, in particular substantially linear, arrangement of the permanent magnets can be arranged in or on this linear rotor section.

Der Linearmotor kann eine Führungsschiene, die in Längsrichtung ausgerichtet und mit der Statorbaugruppe verbunden ist und die sich in der Längsrichtung erstreckende Linearlagerflächen aufweist, und ferner einen mit der Läuferbaugruppe verbundenen Führungswagen mit darin angeordneten Wälzkörpern umfassen. Die Wälzkörper können an den Linearlagerflächen der Führungsschiene abrollen und mit den Linearlagerflächen ein Linearlager zum geführten Bewegen des Führungswagens entlang der Führungsschiene ausbilden. Mittels des entlang der Führungsschiene geführten Führungswagens wird der Läufer in der Längsrichtung des Linearmotors geführt. The linear motor may include a guide rail longitudinally aligned and connected to the stator assembly and having longitudinally extending linear bearing surfaces, and further comprising a carriage connected to the rotor assembly having rolling elements disposed therein. The rolling elements can roll on the linear bearing surfaces of the guide rail and form a linear bearing for guided movement of the guide carriage along the guide rail with the linear bearing surfaces. The runner is guided in the longitudinal direction of the linear motor by means of the guide carriage guided along the guide rail.

An dem Läufer kann ein Tischteil zum Befestigen oder Tragen von mittels des Linearmotors zu bewegenden oder in Längsrichtung zu positionierenden Funktionsteilen angeordnet sein. On the runner can be arranged a table part for attaching or supporting by means of the linear motor to be moved or in the longitudinal direction to be positioned functional parts.

Der Linearmotor kann ein mit dem Stator verbundenes erstes Gehäuse umfassen, das einen Längsspalt aufweist, aus dem das Tischteil herausragt, und das den Stator mit den Leitungswicklungen und den Läufer mit Ausnahme des Tischteils aufnimmt. Das erste Gehäuse schützt den den Läufer antreibenden Teil, insbesondere den bandförmigen Abschnitt des Läufers mit den Leiterwicklungen und das den bandförmigen Abschnitt umgreifende U-förmige Profil mit dem ersten und zweiten Schenkelabschnitt mit den Teilanordnungen der Permanentmagnete, den den Läufer führenden Mechanismus, insbesondere die Führungsschiene des Stators und den Führungswagen des Läufers, und die Positionserfassungseinrichtung des Linearmotors vor Verschmutzung und Beschädigung und bewirkt eine Abschirmung in Bezug auf elektromagnetische Impulse (EMV-Abschirmung). The linear motor may include a stator connected to the first housing having a longitudinal gap from which protrudes the table part, and which receives the stator with the line windings and the rotor except for the table part. The first housing protects the rotor driving part, in particular the band-shaped portion of the rotor with the conductor windings and the band-shaped portion embracing U-shaped profile with the first and second leg portion with the sub-assemblies of the permanent magnets, the runner leading mechanism, in particular the guide rail the stator and the carriage of the rotor, and the position detecting device of the linear motor from dirt and damage and causes a shield in terms of electromagnetic pulses (EMC shielding).

Zumindest ein Teilabschnitt des Stators kann als ein Strangpressprofil ausgebildet sein und eine oder mehrere, sich in der Längsrichtung erstreckende Hohlkammern aufweisen. Die Hohlkammern verringern das Gewicht des Strangpressprofils. At least a portion of the stator may be formed as an extruded profile and having one or more, extending in the longitudinal direction of the hollow chambers. The hollow chambers reduce the weight of the extruded profile.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindungen angegeben. In the dependent claims advantageous refinements and improvements of the inventions are given.

Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:

1 eine Schrägansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearmotors mit montiertem ersten, zweiten und dritten Gehäuse, 1 1 is an oblique view of a first embodiment of a linear motor according to the invention with mounted first, second and third housing,

2 eine Schrägansicht des Linearmotors aus der 1, wobei das erste, zweite und dritte Gehäuse entfernt worden sind, 2 an oblique view of the linear motor of the 1 wherein the first, second and third housings have been removed,

3 eine perspektivische Frontseitenansicht des Linearmotors aus der 2, 3 a front perspective view of the linear motor of the 2 .

4 eine perspektivische Rückseitenansicht des Linearmotors aus der 2, 4 a perspective rear view of the linear motor of the 2 .

5 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearmotors, 5 a cross section of a second embodiment of a linear motor according to the invention,

6 einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearmotors, und 6 a cross section of a third embodiment of a linear motor according to the invention, and

7 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Positionserfassungseinrichtung eines Linearmotors. 7 a perspective view of an embodiment of a position detection device of a linear motor.

Gemäß der in den 1 bis 4 gezeigten ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearmotors 2 umfasst dieser eine langgestreckte Statorbaugruppe 4 (im folgenden kurz Stator genannt), die eine Längsrichtung (x-Richtung) 92 des Linearmotors 2 vorgibt, eine an der Statorbaugruppe 4 in der Längsrichtung 92 antreibbar geführte Läuferbaugruppe 6 (im folgenden Läufer genannt) und eine Positionserfassungseinrichtung 8 zum Erfassen der Position der Läuferbaugruppe 6 in Bezug zu der Statorbaugruppe 4 in der Längsrichtung 92. According to the in the 1 to 4 shown first embodiment of a linear motor according to the invention 2 this includes an elongate stator assembly 4 (hereinafter referred to as stator) which has a longitudinal direction (x-direction) 92 of the linear motor 2 pretends one on the stator assembly 4 in the longitudinal direction 92 drivable guided rotor assembly 6 (hereinafter referred to as rotor) and a position detecting device 8th for detecting the position of the rotor assembly 6 in relation to the stator assembly 4 in the longitudinal direction 92 ,

Die Statorbaugruppe bzw. der Stator 4 umfasst ein sich in der Längsrichtung 92 und in der transversalen Richtung 94 erstreckendes Strangpressprofil 82, das zur Gewichtseinsparung mehrere Hohlkammern 84 aufweist und das als Basis- bzw. Trageteil dient für folgendes: einen sich in der Längsrichtung 92 erstreckenden Trageabschnitt 90, von dem ein sich ebenfalls in der Längsrichtung 92 erstreckender bandförmiger Abschnitt 56 auskragt, der parallel zu dem Strangpressprofil 92 angeordnet ist, eine Vielzahl von in dem bandförmiger Abschnitt 56 und mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Leiterwicklungen 10, eine sich in der Längsrichtung 92 erstreckende Führungsschiene 68 zum linearen Führen eines Führungswagens 70 der Läuferbaugruppe 6, eine in dem Strangpressprofil 82 ausgebildete und eine sich in der Längsrichtung 92 erstreckende Nut 50 (am besten in der 2 zu sehen) zum Aufnehmen eines Rohrs 30 der Positionserfassungseinrichtung 8. An beiden sich in der Längsrichtung 92 erstreckenden Seiten der Führungsschiene 68 sind Linearlagerflächen 69 angeordnet, die im Wesentlichen senkrecht zu der transversalen Richtung 94 ausgebildet sind. The stator assembly or the stator 4 includes one in the longitudinal direction 92 and in the transverse direction 94 extending extruded profile 82 , which saves several hollow chambers to save weight 84 and which serves as a base or support part for the following: one in the longitudinal direction 92 extending support section 90 one of which is also in the longitudinal direction 92 extending band-shaped section 56 cantilevered, parallel to the extruded profile 92 is arranged, a plurality of in the band-shaped portion 56 and can be acted upon by electric current conductor windings 10 , one in the longitudinal direction 92 extending guide rail 68 for linear guidance of a guide carriage 70 the rotor assembly 6 , one in the extruded profile 82 trained and one in the longitudinal direction 92 extending groove 50 (best in the 2 to see) to pick up a pipe 30 the position detection device 8th , At both in the longitudinal direction 92 extending sides of the guide rail 68 are linear bearing surfaces 69 arranged substantially perpendicular to the transverse direction 94 are formed.

Die Läuferbaugruppe bzw. der Läufer 4 umfasst den entlang der Führungsschiene 68 in der Längsrichtung 92 verschiebbar bzw. antreibbar führbaren Führungswagen 70, in dem Führungswagen 70 drehbar aufgenommene Wälzkörper 72, die an den Linearlagerflächen 69 abrollen können und zusammen mit den Linearlagerflächen 69 ein Linearlager zur Führung des Führungswagens 70 entlang der Führungsschiene 68, d.h. in der Längsrichtung 92, ausbilden. Der Läufer 6 umfasst ferner ein mit dem Führungswagen 70 fest verbundenes und von diesem getragenes Verbindungsteil 76, ein an dem Verbindungsteil angebrachtes Tischteil 74 zum Befestigen bzw. Tragen von mittels des Linearmotors 2 zu bewegenden oder in Längsrichtung zu positionierenden, anwendungsspezifischen Bau- bzw. Funktionsteilen (nicht gezeigt), und einen ebenfalls an dem Verbindungsteil angebrachten Abschnitt mit einem in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung 92 U-förmigen Profil 58 mit einem ersten und einem zweiten Schenkelabschnitt 60 und 62. An dem ersten Schenkelabschnitt 60 ist eine erste Teilanordnung 64 einer Vielzahl von Permanentmagneten 12 und an dem zweiten Schenkelabschnitt 62 eine zweite Teilanordnung 66 einer Vielzahl von Permanentmagneten 12 angebracht. Die Permanentmagnete der ersten Teilanordnung 64 und die Permanentmagnete der zweiten Teilanordnung 66 sind mit senkrecht zur Längsrichtung 92, d.h. in der transversalen Richtung 94, ausgerichteter, abwechselnder Polarität nebeneinander in der Längsrichtung 92 gereiht. The rotor assembly or the rotor 4 includes the along the guide rail 68 in the longitudinal direction 92 displaceable or drivable feasible guide carriage 70 in the carriage 70 rotatably received rolling elements 72 attached to the linear bearing surfaces 69 can roll and together with the linear bearing surfaces 69 a linear bearing for guiding the carriage 70 along the guide rail 68 ie in the longitudinal direction 92 to train. The runner 6 further includes one with the carriage 70 firmly connected and worn by this connection part 76 , A mounted on the connecting part table part 74 for fastening or carrying by means of the linear motor 2 to be moved or longitudinally to be positioned, application-specific functional parts (not shown), and a likewise attached to the connecting part section with a in a cross-section perpendicular to the longitudinal direction 92 U-shaped profile 58 with a first and a second leg portion 60 and 62 , At the first leg portion 60 is a first subassembly 64 a plurality of permanent magnets 12 and at the second leg portion 62 a second subassembly 66 a plurality of permanent magnets 12 appropriate. The permanent magnets of the first subassembly 64 and the permanent magnets of the second subassembly 66 are perpendicular to the longitudinal direction 92 ie in the transverse direction 94 , aligned, alternating polarity side by side in the longitudinal direction 92 ranked.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung sind erfindungsgemäß die Leiterwicklungen 10 im Stator 4 die Permanentmagnete 12 am Läufer 6 angeordnet. Folglich ist kein Kabelschlepp zur Versorgung der Leiterwicklungen 10 mit elektrischem Strom erforderlich. According to the above description, according to the invention, the conductor windings 10 in the stator 4 the permanent magnets 12 at the runner 6 arranged. Consequently, there is no cable to supply the conductor windings 10 required with electric current.

Die Positionserfassungseinrichtung 8 umfasst allgemein einen am Läufer 6 angeordneten Positionskopf 14 und ein am Stator 4 angeordnetes, sich in der Längsrichtung 92 erstreckendes Positionsmessmittel 16, wobei der Positionskopf 14 drahtlos betreibbar ist. Insbesondere ist der Positionskopf 14 ohne ein dem Läufer 6 von extern zugeführtes Kabel funktionsfähig und die Position des Positionskopfs 14 in Bezug zu dem Positionsmessmittel 16 wird drahtlos auf das Positionsmessmittel 16 übertragen. Folglich ist kein Kabelschlepp zur Übertragung von Messsignalen aus dem Positionskopf 14 zu einer mit dem Stator 4 verbundenen Auswerteeinheit oder Steuereinheit erforderlich. The position detection device 8th generally includes one on the runner 6 arranged position head 14 and one on the stator 4 arranged, in the longitudinal direction 92 extending position measuring means 16 , where the position head 14 is wirelessly operable. In particular, the position head 14 without a the runner 6 externally supplied cable is functional and the position of the position head 14 in relation to the position measuring means 16 wirelessly to the position measuring device 16 transfer. Consequently, there is no cable drag for transmitting measurement signals from the position head 14 to one with the stator 4 required evaluation unit or control unit required.

Genauer gesagt und wie in den 2 bis 4 gezeigt umfasst die Positionserfassungseinrichtung 8 an einem Ende 4a des Stators 4 angeordnete Übertragungsmittel 18 zum Aussenden einer zeitlich gepulsten Welle in Längsrichtung 92 des Stators 4, an dem Positionskopf 14 des Läufers 6 angeordnete Reflexionsmittel 20 zum Bewirken, dass zumindest ein Teil der von den Übertragungsmitteln 18 ausgesendeten Welle in Richtung zu dem Ende 4a des Stators 4 reflektiert wird, an dem Ende 4a des Stators 4 angeordnete Empfangsmittel 22 zum Empfangen eines reflektierten Teils der von den Übertragungsmitteln 18 ausgesendeten Welle, und Auswertungsmittel 24 zum Bestimmen einer Laufzeit einer von den Übertragungsmitteln 18 ausgesendeten und von den Empfangsmitteln 22 empfangenen Welle und zum Bestimmen der Position des Läufers 6 auf der Grundlage der bestimmten Laufzeit der Welle. Die Positionserfassungseinrichtung 18 umfasst ferner an bzw. in dem Stator 4 angeordnete und sich in Längsrichtung 92 erstreckende Führungsmittel 26 zum Führen der Welle in der Längsrichtung 92 und/oder einer entgegengesetzten Richtung. Das Reflexionsmittel 20 ist dazu ausgebildet, auf das Führungsmittel 26 so einzuwirken, dass zumindest ein Teil der mittels des Führungsmittels 26 in der Längsrichtung 92 geführten Welle in die entgegengesetzte Richtung zu den Empfangsmitteln 22 reflektiert wird. More specifically and as in the 2 to 4 The position detecting device comprises 8th at one end 4a of the stator 4 arranged transmission means 18 for emitting a temporally pulsed wave in the longitudinal direction 92 of the stator 4 , at the position head 14 of the runner 6 arranged reflection means 20 to cause at least part of the transmission means 18 emitted wave towards the end 4a of the stator 4 is reflected, at the end 4a of the stator 4 arranged receiving means 22 for receiving a reflected part of the transmission means 18 emitted wave, and evaluation means 24 for determining a term of one of the transmission means 18 sent out and from the receiving means 22 received wave and for determining the position of the rotor 6 based on the specific duration of the wave. The position detection device 18 further comprises on or in the stator 4 arranged and in the longitudinal direction 92 extending guide means 26 for guiding the shaft in the longitudinal direction 92 and / or an opposite direction. The reflection agent 20 is designed to be on the guide 26 to act so that at least a part of the means of guidance 26 in the longitudinal direction 92 guided wave in the opposite direction to the receiving means 22 is reflected.

Wie in der 1 gezeigt, umfasst der Linearmotor 2 ferner ein erstes Gehäuse 78 mit einem sich in der Längsrichtung 92 erstreckenden Längsspalt 80, ein zweites Gehäuse 86 und ein nach Anwenderwunsch ausgestaltetes drittes Gehäuse 88. Das erste, zweite und dritte Gehäuse 78, 86 und 88 ist jeweils am Stator 4 anbringbar. Die Gehäuse 78, 86 und 88 können jeweils ein-, zwei- oder mehrteilig ausgeführt sein. Auch können zwei oder alle drei dieser Gehäuse zu einer ein-, zwei- oder mehrteiligen Gehäusebaueinheit zusammengefasst sein. Wenn das erste Gehäuse 78 am Stator 4 angebracht ist, sind darin der Trageabschnitt 90 mit dem daraus auskragenden bandförmigen Abschnitt 56 mit den darin angeordneten Leiterwicklungen 10 und die Führungsschiene 68 des Stators sowie der Läufer 6 mit seinen Einzelteilen 70, 72, 76, 58, 60, 62, 64, 66, mit Ausnahme des Tischteils 74, das aus dem Längsspalt 80 herausragt, und des Positionskopfs 14, der im zweiten Gehäuse 86 aufnehmbar ist, aufgenommen. Wenn das zweite Gehäuse 86 am Stator 4 angebracht ist, ist darin im Wesentlichen die Positionserfassungseinrichtung 8 mit den am Stator 4 angeordneten Positionsmessmitteln 16, Übertragungsmitteln 18, Führungsmitteln 26, Empfangsmitteln 22 und dem am Läufer 6 angeordneten Positionsmesskopf 14 mit den Reflexionsmitteln 20 aufgenommen. Wenn das dritte Gehäuse 88 am Stator 4 angebracht ist, können darin zusätzliche Bauteile und Elemente, wie etwa Energie- und Signalkabel, die zum Betrieb von auf dem Tischteil 74 angeordneten, anwendungsspezifischen Bau- bzw. Funktionsteilen erforderlich sind, aufgenommen sein. Like in the 1 shown, includes the linear motor 2 Furthermore, a first housing 78 with one in the longitudinal direction 92 extending longitudinal gap 80 , a second housing 86 and a third housing designed according to the user's wishes 88 , The first, second and third housings 78 . 86 and 88 is on the stator 4 mountable. The housing 78 . 86 and 88 can each be one, two or more parts executed. Also, two or all three of these housing can be combined to form a one, two or more parts housing unit. If the first case 78 at the stator 4 is attached, are therein the support section 90 with the projecting band-shaped section 56 with the conductor windings arranged therein 10 and the guide rail 68 of the stator and the rotor 6 with its items 70 . 72 . 76 . 58 . 60 . 62 . 64 . 66 , with the exception of the table part 74 coming out of the longitudinal gap 80 protrudes, and the position head 14 in the second case 86 is receivable, recorded. If the second case 86 at the stator 4 is mounted, it is essentially the position detection device 8th with the on the stator 4 arranged position measuring means 16 , Transmission means 18 , Guidance 26 , Receiving means 22 and at the runner 6 arranged position measuring head 14 with the reflectants 20 added. If the third case 88 at the stator 4 attached, it may contain additional components and elements, such as power and signal cables, for operation on the table top 74 arranged, application-specific construction or functional parts are required to be included.

In der in der 7 gezeigten und in der DE 203 00 571 U1 ausführlicher beschriebenen Ausführungsform der Positionserfassungseinrichtung 8 umfasst diese als Führungsmittel 26 ein aus einem magnetostriktiven Material ausgebildetes, im Wesentlichen zylinderförmiges Rohr 30, das in der Längsrichtung 92 des Stators 4 ausgerichtet und an bzw. in dem Stator 4 angeordnet ist, einen in dem Rohr 30 angeordneten elektrischen Leitungsdraht 32, als Übertragungsmittel 18 einen an dem Ende 4a der Statorbaugruppe 4 angeordneten, mit dem Leitungsdraht 32 wirkgekoppelten Impulsgeber 34, der dazu ausgebildet ist, einen zeitlich gepulsten elektrischen Strom in den Leitungsdraht 32 einzuspeisen, als Reflexionsmittel 20 mindestens einen (im gezeigten Beispiel zwei) Positionsgebermagnet 46, der/die als Permanentmagnet ausgebildet, dessen Polarität im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Rohrs 30 ausgerichtet und der am Positionskopf 14 der Läuferbaugruppe 6 angeordnet ist, als Empfangsmittel 22 einen an dem Ende 4a der Statorbaugruppe 4 in Wirkverbindung mit dem Rohr 30 angeordneten Signalwandler 40, der dazu ausgebildet ist, eine in dem Rohr 30 laufende akustische Welle unter Ausnutzung der Umkehrung des magnetostriktiven Effekts in ein elektrisches Signal umzuwandeln, und ein an dem in Bezug auf den Impulsgeber 34 und den Signalwandler 40 entgegengesetzten Ende 30b des Rohrs 30 in Wirkverbindung mit dem Rohr 30 angeordnetes Dämpfungselement 38, das dazu ausgebildet ist, eine in dem Rohr 30 laufende akustische Welle wegzudämpfen. Als das magnetostriktive Material des Rohrs 30 ist eine Nickel-Eisen-Legierung und als das elektrisch leitfähige Material des Leitungsdrahts 32 ist Kupfer ausgewählt. Der Außen- bzw. Innendurchmesser des Rohrs 30 beträgt ca. 0,7 mm bzw. 0,5 mm. In the in the 7 shown and in the DE 203 00 571 U1 described in more detail embodiment of the position detection device 8th includes these as a guide 26 a formed of a magnetostrictive material, substantially cylindrical tube 30 in the longitudinal direction 92 of the stator 4 aligned and on or in the stator 4 is arranged one in the pipe 30 arranged electrical conductor wire 32 , as a means of transmission 18 one at the end 4a the stator assembly 4 arranged, with the conductor wire 32 Effectively coupled pulse generator 34 which is adapted to a temporally pulsed electric current in the lead wire 32 feed, as a reflection means 20 at least one (in the example shown two) Magnets magnet 46 which is designed as a permanent magnet whose polarity is substantially perpendicular to the longitudinal axis of the tube 30 aligned and the head of the position 14 the rotor assembly 6 is arranged as a receiving means 22 one at the end 4a the stator assembly 4 in operative connection with the tube 30 arranged signal converter 40 which is designed to be one in the pipe 30 making use of the inverse of the magnetostrictive effect to convert an acoustic wave into an electrical signal, and to that with respect to the pulse generator 34 and the signal converter 40 opposite end 30b of the pipe 30 in operative connection with the tube 30 arranged damping element 38 that is designed to be one in the pipe 30 To dampen the current acoustic wave. As the magnetostrictive material of the tube 30 is a nickel-iron alloy and as the electrically conductive material of the conductor wire 32 is selected copper. The outer and inner diameter of the tube 30 is about 0.7 mm or 0.5 mm.

Im Betrieb der in der 7 gezeigten Positionserfassungseinrichtung 8 wird ein Positionsmessvorgang dadurch eingeleitet, dass der Impulsgeber 34 einen kurzen Stromimpuls in den Leitungsdraht 32 ausgibt. Dieser Stromimpuls erzeugt ein zirkulares Magnetfeld (Erregermagnetfeld) 44, dessen Feldlinien um den Leitungsdraht 32 herum verlaufen, wie in der 7 gezeigt, und das aufgrund der weichmagnetischen Eigenschaften des als Führungsmittel 26 bzw. Wellenleiter dienenden Rohrs 30 in diesem gebündelt wird. An der zu messenden Stelle befinden sich die Positionsgebermagnete 46, deren Feldlinien rechtwinklig zu dem zirkularen Erregermagnetfeld 44 verlaufen und ebenfalls in dem Rohr 30 gebündelt sind, so dass die Magnetisierung des Rohrs 30 im Bündelungsbereich besonders stark ist. In dem Bereich des Rohrs 30, in dem sich beide Magnetfelder, das Erregermagnetfeld 44 und das von den Positionsgebermagneten 46 erzeugte Magnetfeld, überlagern, entsteht im kristallinen Gefüge des Rohrs 30 eine elastische Verformung durch Magnetostriktion, die eine sich in Richtung 42 und 48 zu den beiden Enden 30a und 30b des Rohrs 30 ausbreitende, akustische bzw. mechanische Welle erzeugt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Welle beträgt ca. 2830 m/s und ist weitgehend unempfindlich gegenüber auf das Rohr 30 einwirkenden Umwelteinflüssen, einschließlich der Temperatur, Erschütterungen und Verschmutzung. Die in der Ausbreitungsrichtung 48 zum Rohrende 30b laufende Welle wird am Rohrende 30b durch das dort angeordnete Dämpfungselement 38 weggedämpft. Die in der Ausbreitungsrichtung 42 zum Rohrende 30a bzw. zu dem Signalwandler 40 laufende Welle wird in dem Signalwandler 40 unter Umkehrung des magnetostriktiven Effekts in ein elektrisches Signal umgewandelt, das den Auswertungsmitteln 24 zugeführt wird. Die Auswertungsmittel 24 bestimmen die Laufzeit der Welle vom Erzeugungsort (d.h. dem Bereich des Rohrs, in dem das Erregermagnetfeld 44 und das von den Positionsgebermagneten 46 erzeugte Magnetfeld sich überlagern) bis zum Detektionsort (d.h. zum Signalwandler 40). Die Laufzeit der Welle ist proportional zum Abstand zwischen den Positionsgebermagneten 46 und dem Signalwandler 40. In operation in the 7 shown position detection device 8th a position measuring process is initiated by the fact that the pulse generator 34 a short pulse of current in the lead wire 32 outputs. This current pulse generates a circular magnetic field (exciter magnetic field) 44 , whose field lines around the conductor wire 32 run around like in the 7 shown, and that due to the soft magnetic properties of the as a guide 26 or waveguide serving pipe 30 is bundled in this. The position transmitter magnets are located at the point to be measured 46 whose field lines are perpendicular to the circular exciter magnetic field 44 run and also in the tube 30 are bundled, so that the magnetization of the tube 30 is particularly strong in the bundling area. In the area of the pipe 30 , in which both magnetic fields, the excitation magnetic field 44 and that of the position sensor magnets 46 generated magnetic field, superimpose, arises in the crystalline structure of the pipe 30 an elastic deformation due to magnetostriction, which is a towards 42 and 48 to the two ends 30a and 30b of the pipe 30 propagating, acoustic or mechanical wave generated. The propagation speed of this wave is about 2830 m / s and is largely insensitive to the pipe 30 acting Environmental factors, including temperature, shock and pollution. The in the direction of propagation 48 to the end of the pipe 30b running shaft is at the pipe end 30b through the damping element arranged there 38 damped. The in the direction of propagation 42 to the end of the pipe 30a or to the signal converter 40 current wave is in the signal converter 40 reversed the magnetostrictive effect converted into an electrical signal that the evaluation means 24 is supplied. The evaluation tools 24 determine the transit time of the wave from the place of production (ie the area of the tube in which the exciter magnetic field 44 and that of the position sensor magnets 46 superimposed magnetic field) to the detection site (ie to the signal converter 40 ). The running time of the shaft is proportional to the distance between the position sensor magnets 46 and the signal converter 40 ,

Genauer betrachtet bestimmen die Auswertungsmittel 24 die Zeit, die von der Ausgabe des Stromimpulses durch den Impulsgeber 34, d.h. vom Zeitpunkt der Erzeugung des Erregermagnetfelds 44, bis Empfang der Welle am Signalwandler 40 vergeht. Weil das Erregermagnetfeld 44 sich annähernd mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, ist die Zeitdauer der Ausbreitung des Erregermagnetfelds 44 vom Impulsgeber 34 bis zu den Positionsmagneten 46 im Vergleich zu der Laufzeit der Welle vom Erzeugungsort bei den Positionsmagneten 46 bis zum Signalwandler 40 vernachlässigbar. More precisely, the evaluation tools determine 24 the time taken by the output of the current pulse by the pulser 34 , ie from the time of generation of the exciting magnetic field 44 , until reception of the wave at the signal converter 40 passes. Because the exciter magnetic field 44 propagates approximately at the speed of light, is the period of propagation of the exciting magnetic field 44 from the pulse generator 34 up to the position magnets 46 in comparison to the duration of the wave from the place of production at the position magnets 46 to the signal converter 40 negligible.

In der der 2 gezeigten, ersten Ausführungsform des Linearmotors 2 ist das als Führungsmittel 26 bzw. Wellenleiter dienende Rohr 30 der Positionserfassungseinrichtung 8 in einer Nut 50 angeordnet, die sich in der Längsrichtung 92 erstreckt und in dem Strangpressprofil 82 des Stators 4 ausgebildet ist. In the 2 shown, the first embodiment of the linear motor 2 is that as a guide 26 or waveguide serving pipe 30 the position detection device 8th in a groove 50 arranged in the longitudinal direction 92 extends and in the extruded profile 82 of the stator 4 is trained.

In den in den 5 und 6 gezeigten, zweiten und dritten Ausführungsform des Linearmotors 2 ist das Rohr 30 in einer Bohrung 52 angeordnet, die sich in der Längsrichtung 92 erstreckt und in dem Strangpressprofil 82 des Stators 4 ausgebildet ist. In the in the 5 and 6 shown, second and third embodiments of the linear motor 2 is the pipe 30 in a hole 52 arranged in the longitudinal direction 92 extends and in the extruded profile 82 of the stator 4 is trained.

In der in der 5 gezeigten, zweiten Ausführungsform ist diese Bohrung 52 und mithin das Rohr 30 der Positionserfassungseinrichtung 8 in der transversalen Richtung 94 möglichst weit entfernt von der Antriebseinheit des Linearmotors 2, d.h. von der Anordnung der Leiterwicklungen 10 (in dem bandförmigen Abschnitt 56) des Stators 4 und den Anordnungen 64 und 66 der Permanentmagnete (in dem ersten und zweiten Schenkelabschnitt 60 und 62) des Läufers 6, angeordnet. Diese Anordnung dient dazu, eine Beeinflussung der Funktion der Positionserfassungseinrichtung 8 durch die in der Antriebseinheit erzeugten Magnetfelder möglichst gering zu halten bzw. zu vermeiden. Das Rohr 30 einerseits und die Anordnung der Leiterwicklungen 10 und die Anordnungen 64 und 66 der Permanentmagnete andererseits sind in der transversalen Richtung 94 gesehen auf gegenüberliegenden Seiten der Führungsschiene 68 angeordnet. In the in the 5 shown, second embodiment, this hole 52 and therefore the pipe 30 the position detection device 8th in the transverse direction 94 as far away as possible from the drive unit of the linear motor 2 , ie the arrangement of the conductor windings 10 (in the band-shaped section 56 ) of the stator 4 and the orders 64 and 66 the permanent magnets (in the first and second leg portions 60 and 62 ) of the runner 6 arranged. This arrangement serves to influence the function of the position detection device 8th to minimize or avoid by the magnetic fields generated in the drive unit. The pipe 30 on the one hand and the arrangement of the conductor windings 10 and the arrangements 64 and 66 the permanent magnets on the other hand are in the transverse direction 94 seen on opposite sides of the guide rail 68 arranged.

In der in der 6 gezeigten, dritten Ausführungsform ist die Bohrung 52 mit dem darin aufgenommenen Rohr 30 der Positionserfassungseinrichtung 8 in der transversalen Richtung 94 bezüglich der Führungsschiene 68 auf der gleichen Seite wie die Antriebseinheit, d.h. die Anordnung der Leiterwicklungen 10 und die Anordnungen 64 und 66 der Permanentmagnete, angeordnet. Zum Verringern bzw. Vermeiden einer Beeinflussung der Funktion der Positionserfassungseinrichtung 8 durch die in der Antriebseinheit erzeugten Magnetfelder ist eine Abschirmeinrichtung 54 vorgesehen. Die Abschirmeinrichtung 54 ist plattenförmig und aus einem weichmagnetischen Material, hier aus Eisen, ausgebildet und zwischen der Antriebseinheit und der Bohrung 52 bzw. dem Rohr 30 der Positionserfassungseinrichtung 8 angeordnet. In the in the 6 shown third embodiment is the bore 52 with the tube received therein 30 the position detection device 8th in the transverse direction 94 with respect to the guide rail 68 on the same side as the drive unit, ie the arrangement of the conductor windings 10 and the arrangements 64 and 66 the permanent magnets arranged. For reducing or avoiding influencing the function of the position detection device 8th by the magnetic fields generated in the drive unit is a shielding device 54 intended. The shielding device 54 is plate-shaped and made of a soft magnetic material, here iron, and formed between the drive unit and the bore 52 or the pipe 30 the position detection device 8th arranged.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22: Linearmotor linear motor
44: Statorbaugruppe bzw. Stator Stator assembly or stator
4a 4a: Ende The End
4b 4b: entgegengesetztes Ende opposite end
66: Läuferbaugruppe bzw. Läufer Rotor assembly or rotor
88th: Positionserfassungseinrichtung Position detection device
10 10: Leiterwicklung conductor winding
12 12: Permanentmagnet permanent magnet
14 14: Positionskopf position head
16 16: Positionsmessmittel Position measuring means
18 18: Übertragungsmittel transmission means
20 20: Reflexionsmittel reflecting means
22 22: Empfangsmittel receiving means
24 24: Auswertungsmittel evaluating means
26 26: Führungsmittel guide means
28 28: Wellenleiter waveguides
30 30: Rohr pipe
30a 30a: Ende The End
30b 30b: entgegengesetztes Ende opposite end
32 32: Leitungsdraht lead wire
34 34: Impulsgeber pulse
36 36: Empfänger receiver
38 38: Dämpfungselement damping element
40 40: Signalwandler signal converter
42 42: Ausbreitungsrichtung der mechanischen Welle Propagation direction of the mechanical shaft
44 44: Erregermagnetfeld exciting magnetic field
46 46: Positionsgebermagnet Position magnet Magnet
48 48: Ausbreitungsrichtung der mechanischen Welle Propagation direction of the mechanical shaft
50 50: Nut groove
52 52: Bohrung drilling
54 54: Abschirmeinrichtung shielding
56 56: bandförmiger Abschnitt band-shaped section
58 58: U-förmiges Profil U-shaped profile
60 60: erster Schenkelabschnitt first leg section
62 62: zweiter Schenkelabschnitt second leg section
64 64: erste Teilanordnung first subassembly
66 66: zweite Teilanordnung second subassembly
68 68: Führungsschiene guide rail
69 69: Linearlagerfläche Linear bearing surface
70 70: Führungswagen carriages
72 72: Wälzkörper rolling elements
74 74: Tischteil table part
76 76: Verbindungsteil connecting part
78 78: erstes Gehäuse first housing
80 80: Längsspalt longitudinal gap
82 82: Strangpressprofil Extruded
84 84: Hohlkammer hollow
86 86: zweites Gehäuse second housing
88 88: drittes Gehäuse third case
90 90: Trageabschnitt support section
92 92: x-Richtung bzw. Längsrichtung x-direction or longitudinal direction
94 94: y-Richtung bzw. transversale Richtung y-direction or transverse direction
96 96: z-Richtung z-direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202005006780 U1 [0002]
DE 102009015456 A1 [0010]
DE 20300571 U1 [0011, 0036]

Claims

Linear motor ( 2 comprising: an elongate stator assembly ( 4 ), which has a longitudinal direction ( 92 ) of the linear motor ( 2 ), one on the stator assembly ( 4 ) in the longitudinal direction ( 92 ) drivable guided rotor assembly ( 6 ), a position detection device ( 8th ) for detecting the position of the rotor assembly ( 6 ) with respect to the stator assembly ( 4 ) in the longitudinal direction ( 92 ), one in the longitudinal direction ( 92 ) distributed plurality of can be acted upon by electric current conductor windings ( 10 ), one in the longitudinal direction ( 92 ) distributed arrangement of a plurality of permanent magnets ( 12 ) with alternating polarity perpendicular to the longitudinal direction ( 92 ), characterized in that the conductor windings ( 10 ) on or in the stator assembly ( 4 ) and the permanent magnets ( 12 ) on or in the rotor assembly ( 6 ) are arranged.

A linear motor according to claim 1, wherein the position detection means ( 8th ) one on the rotor assembly ( 6 ) arranged position head ( 14 ) and one on the stator assembly ( 4 ), in the longitudinal direction ( 92 ) extending position measuring means ( 16 ), wherein the position head ( 14 ) is wirelessly operable.

Linear motor according to claim 1 or 2, wherein the position head ( 14 ) without one of the rotor assemblies ( 6 ) externally supplied cable is functional and a signal with information regarding the position of the position head ( 14 ) in relation to the position measuring means ( 16 ) is transmitted wirelessly for evaluation.

Linear motor according to one of claims 1 to 3, wherein the position detection device ( 8th ) comprises: at one end ( 4a ) of the stator assembly ( 4 ) transmission means ( 18 ) for emitting a time-pulsed, in particular electromagnetic or acoustic, wave in the longitudinal direction ( 92 ) of the stator assembly ( 4 ), on or in the rotor assembly ( 6 ), in particular the position head ( 14 ), arranged reflection means ( 20 ) for causing at least a part of the transmission means ( 18 ) emitted wave towards the end ( 4a ) of the stator assembly ( 4 ) is reflected at the end ( 4a ) of the stator assembly ( 4 ) arranged receiving means ( 22 ) for receiving a reflected part of the transmission means ( 18 ) emitted wave, and evaluation means ( 24 ) for determining a transit time of one of the transmission means ( 18 ) and received by the receiving means ( 22 ) and determining the position of the rotor assembly ( 6 ) based on the specific duration of the wave.

Linear motor according to claim 4, wherein the position detection device ( 18 ) on or in the stator assembly ( 4 ) and in the longitudinal direction ( 92 ) extending guide means ( 26 ) for guiding a shaft in the longitudinal direction ( 92 ) and / or an opposite direction, and wherein the reflection means ( 20 ) is adapted to the guide means ( 26 ) to act so that at least a part of the by means of the guide means ( 26 ) in the longitudinal direction ( 92 ) guided wave is reflected in an opposite direction.

Linear motor according to claim 5, wherein the guide means ( 26 ) in the longitudinal direction ( 92 ) of the stator assembly ( 4 ) extending waveguide ( 28 ) for an electromagnetic or acoustic wave, and wherein the reflection means ( 20 ) is formed, which by means of the waveguide ( 28 ) guided wave so that it is at least partially reflected.

A linear motor according to claim 5, wherein the position detection means ( 8th ) comprises: as a guiding means ( 26 ) is formed from a magnetostrictive material, such as a nickel-iron alloy, formed substantially cylindrical tube ( 30 ), which in the longitudinal direction ( 92 ) of the stator assembly ( 4 ) and arranged on or in this, one in the tube ( 30 ) arranged electrical conductor wire ( 32 ), as a means of transmission ( 18 ) one at the end ( 4a ) of the stator assembly ( 4 ), with the conductor wire ( 32 ) Actually coupled pulse generator ( 34 ), which is adapted to a temporally pulsed electric current in the lead wire ( 32 ), as a reflection means ( 20 ) at least one position sensor magnet ( 46 ), which is designed as a permanent magnet whose polarity substantially perpendicular to the longitudinal axis of the tube ( 30 ) and the on the rotor assembly ( 6 ), in particular at the position head ( 14 ) thereof, as receiving means ( 22 ) one at the end ( 4a ) of the stator assembly ( 4 ) in operative connection with the tube ( 30 ) arranged signal converter ( 40 ), which is adapted to receive one in the tube ( 30 ) converting acoustic current wave into an electrical signal by utilizing the inverse of the magnetostrictive effect, and to the one with respect to the pulse generator ( 34 ) and the signal converter ( 40 ) opposite end ( 30b ) of the pipe ( 30 ) in operative connection with the tube ( 30 ) arranged damping element ( 38 ), which is adapted to receive one in the tube ( 30 ) to the damping element ( 38 ) running acoustic wave to attenuate them at the signal converter ( 40 ) is not effective.

A linear motor according to claim 7, wherein the stator assembly ( 4 ) has a longitudinally extending groove ( 50 ) or bore ( 52 ) in which the pipe ( 30 ) of the magnetostrictive material with the conductor wire ( 32 ) is receivable.

Linear motor according to claim 7 or 8, wherein the tube ( 30 ) of the magnetostrictive material with the conductor wire ( 32 ) in a transverse direction ( 94 ) of the stator assembly ( 4 ) as far as possible from the arrangement of the conductor windings ( 10 ) and the arrangement of the permanent magnets ( 12 ), in particular at the transversal direction ( 94 ) of the arrangement of the conductor windings ( 10 ) and the arrangement of the permanent magnets ( 12 ) opposite side of the stator assembly ( 4 ) is arranged.

Linear motor according to one of claims 7 to 9, wherein in a transverse direction ( 94 ) of the stator assembly ( 4 ) between the pipe ( 30 ) of the magnetostrictive material with the conductor wire ( 32 ) and the arrangement of the conductor windings ( 10 ) and the arrangement of the permanent magnets ( 12 ) a magnetic shielding device ( 44 ) is arranged.

Linear motor according to one of claims 1 to 10, wherein the stator assembly ( 4 ) has a substantially band-shaped section ( 46 ), on or in which the arrangement of the conductor windings ( 10 ) is arranged.

Linear motor according to one of claims 1 to 11, wherein the rotor assembly ( 6 ) a section having a profile which is substantially U-shaped in a cross section perpendicular to the longitudinal direction ( 58 ), this section extending in the longitudinal direction ( 92 ) extending first leg portion ( 60 ) and a first leg section ( 60 ), in the longitudinal direction ( 92 ) extending second leg portion ( 62 ), and wherein the arrangement of the permanent magnets ( 12 ) a first subassembly of permanent magnets ( 12a ) at one of the second leg portion ( 62 ) facing side of the first leg portion ( 60 ), and a second subassembly of permanent magnets ( 12b ) located on a first leg section ( 60 ) facing side of the second leg portion ( 62 ) are arranged.

A linear motor according to claim 11 or 12, wherein the first and second leg portions ( 60 . 62 ) of the rotor assembly ( 6 ) the band-shaped section ( 56 ) of the stator assembly ( 4 ) with the conductor windings ( 10 ) embrace.

Linear motor according to one of Claims 1 to 13, with a guide rail ( 78 ), which are longitudinal ( 92 ) and with the stator assembly ( 4 ) and in the longitudinal direction ( 92 ) extending linear bearing surfaces ( 69 ) and with one with the rotor assembly ( 6 ) associated carriages ( 70 ) with rolling bodies arranged therein ( 72 ) on the linear bearing surfaces ( 69 ) of the guide rail ( 78 ) and with the linear bearing surfaces ( 69 ) a linear bearing for guided movement of the carriage ( 70 ) along the guide rail ( 68 ) train.

Linear motor according to one of claims 1 to 14, with a rotor assembly ( 6 ) arranged table part ( 74 ) for fastening or carrying by means of the linear motor ( 2 ) to be moved or in the longitudinal direction to be positioned functional parts.

A linear motor as claimed in claim 15, including one with the stator assembly ( 4 ) connected first housing ( 78 ), which has a longitudinal gap ( 80 ), from which the table part ( 74 protrudes), and that the stator assembly ( 4 ) with the line windings ( 10 ) and the rotor assembly ( 6 ) with the exception of the table part ( 74 ).

Linear motor according to one of claims 1 to 16, wherein at least a portion of the stator assembly ( 4 ) as an extruded profile ( 82 ) is formed and one or more, in the longitudinal direction ( 92 ) extending hollow chambers ( 84 ) having.