DE112011103204T5

DE112011103204T5 - Kostengünstiger Mehrfachspulen-Linearaktor

Info

Publication number: DE112011103204T5
Application number: DE112011103204T
Authority: DE
Inventors: Toan Minh Vu; David Dehe Huang; Edward August NEFF
Original assignee: SMAC Inc
Current assignee: SMAC Inc
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2013-08-14
Also published as: US9780634B2; WO2012040620A2; CN103477542B; JP5963755B2; JP2013538036A; CN103477542A; WO2012040620A3; US20120080960A1

Abstract

Hierin sind Verfahren und Systeme für kostengünstige Lienaraktoren offenbart, welche Hübe und Kräfte bei verschiedenen Werten liefern können. Die hierin präsentierten Ausführungsformen weisen Teile und Komponenten auf, welche sowohl für Mehrfachspulen- als auch für Einfachspulen-Aktordesigns nutzbar sind. Gemäß der einen Ausführungsform kann ein Magnetgehäuse demontierbar oder dauerhaft mit einer Spulenanordnung verbunden sein, welche jegliche Zahl von Spulen aufweist. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Aktorgehäuse mit einem Magnetgehäuse verbunden sein, welches jegliche Zahl von Magneten oder Spulen aufweist.

Description

Verbundene Anmeldungen
Die Erfindung beansprucht die Priorität der US-Amerikanischen Provisional Patentanmeldung mit Nr. 61/385,898, eingereicht am 21. September 2010, deren Inhalt hierein durch Bezugnahme angebunden wird.
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Aktoren mit bewegter Spule und insbesondere einen kostengünstigen Linearaktor, der gestaltet werden kann, um entweder eine einzelne oder mehrere Spulen aufzuweisen, wobei das Design der einfachen oder Mehrfach-Spulen, die gleichen Basisteile verbindet.
Hintergrund der Erfindung
Linearaktoren sind mechanische Vorrichtungen, die elektrische Energie in mechanische Energie wandeln, um wiederholte Aktionen durchzuführen, die Linearbewegung erfordern. Z. B. können Linearaktoren in einer Montagefabrik verwendet werden, um Deckel auf Flaschen zu platzieren, automatisch Post zu frankieren und zu beschriften, Glas zu schneiden, Chips auf Schaltkreise zu setzen, verschiedene Knöpfe oder Berührungsbereiche auf elektronischen Vorrichtungen und eine breite Variation von anderen Aufgaben, die im Stand der Technik bekannt sind, auszuführen.
Einige Aufgaben können einen oder mehrere Linearaktoren wie sie in den Patentanmeldungen 12/622,372 und 12/860,809 dargestellt sind, deren gesamte Inhalte durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden. Typischerweise hat ein kostengünstiger Linearaktor einen einzigen Pol und einen einzigen 24 oder 48 Volt Gleichstrom-Spulenlinearmotor. Geringe Bewegung tritt in typischen kostengünstigen Linearaktorgestaltungen auf, da dort typischerweise nur eine einzige Spule ist. Folglich gewährleisten diese Gestaltungen typischerweise einen begrenzten Hubweg oder -Wert (z. B. maximaler Hub von 150 mm).
Manche Anwendungen können einen höheren Hubwert erfordern (zum Beispiel mehr als 150 mm). Aktoren, welche einen höheren Hubwert bereitstellen, haben längere magnetische Kreise. Längere magnetische Kreise erzeugen weniger Kraft als kleinere magnetische Kreise, wenn eine einzelne Spule verwendet wird. Dementsprechend sinkt die Kraft, welche für eine vorgegebene Stromstärke erzeugt wird, mit einem Erhöhen des Hubwerts, wenn der Linearaktor nur eine Spule aufweist.
Um mehr Kraft für einen längeren Hub zu erzeugen, werden Aktoren üblicherweise mehr Spulen hinzugefügt. Mehr Spulen führen zu kürzeren magnetischen Kreisen, welche folglich zu höheren Kräften führen, welche bei einer vorgegebenen erzeugten Spannung erzeugt werden. Allerdings haben Aktoren mit mehrfachen Spulen eine größere bewegter Masse, eine größere Spulenanordnung, mehrere teure Spulen und teurere Magnete, da ihre Polaritäten periodisch umgekehrt werden müssen. Darum sind herkömmliche Mehrfachspulen-Designs allgemein teurer als ihre Einfachspulen-Entsprechungen.
Darum besteht ein Bedürfnis, mit Linearspulenaktoren verbundene Kosten zu senken, so dass Mehrfachspulen-Linearspulenaktoren auf weniger teure Art hergestellt werden können.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Gegenwärtig offenbarte Ausführungsformen zielen darauf ab, Probleme zu lösen, welche eines oder mehrere der Probleme betreffen, welche im Stand der Technik präsentiert werden, und auch darauf, zusätzliche Merkmale bereitzustellen, welche durch Bezugnahme auf die folgenden detaillierten Beschreibung leicht ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen aufgefasst werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Magnetgehäuse hergestellt werden, um Magneten und eine Spulenanordnung daran montierbar aufzuweisen. Die Spulenanordnung kann jegliche Zahl von Spulen aufweisen, und das Magnetgehäuse kann jegliche Zahl von Magneten aufweisen. Das Magnetgehäuse ist so ausgestaltet, dass es mit einer breiten Vielfalt von Konfigurationen von Magneten und Spulenanordnungen verbunden werden kann, um ein vorbestimmtes Magnetfeld zu liefern. Beispielsweise sind ein Magnetgehäuse, welches für eine 3-Spulen-Anordnung hergestellt wurde, und ein Magnetgehäuse, welches für eine 6-Spulen-Anordnung hergestellt wurde, identisch. In einer weiteren Ausführungsform ist ein Mittelstab in dem Magnetgehäuse zwischen den Spulen angeordnet.
In weiteren Ausführungsformen weist ein Aktorgehäuse einen Kolben auf, welcher mit einer Linearführungsanordnung und der Spulenanordnung verbunden ist. Die Linearführungsanordnung ist ausgestaltet, um dem Kolben entsprechend einem Magnetfeld in das Aktorgehäuse hinein und aus dem Aktorgehäuse hinaus zu führen, wann immer ein Strom durch die Spulen der Spulenanordnung geführt wird. In einer weiteren Ausführungsform ist das Aktorgehäuse ausgestaltet, mit dem Magnetgehäuse verbunden zu werden. In einer weiteren Ausführungsform ist das Aktorgehäuse ausgestaltet, mit dem Magnetgehäuse unabhängig von der Zahl von Spulen oder Magneten, welche innerhalb des Magnetgehäuses enthalten sind, verbunden zu werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Spulenanordnung als eine einheitliche Komponente ausgestaltet, welche in Aktoren genutzt werden kann, welche eine beliebige Zahl von Spulen aufweisen. Beispielsweise ist gemäß einer Ausführungsform die Spulenanordnung für einen 6-Spulen-Aktor dieselbe wie eine Spulenanordnung für einen 3-Spulen-Aktor. In einer weiteren Ausführungsform ist die Spulenanordnung ausgestaltet, 3, 6 oder 9 Spulen aufzuweisen, welche mit ihr verbunden sind. In einer weiteren Ausführungsform können alle Komponenten der Erfindung demontierbar miteinander verbunden sein. In einer Ausführungsform können alle von den Komponenten hergestellt sein, um in Spulenaktoren, welche jegliche Zahl von Magneten und Spulen aufweisen, nutzbar und austauschbar zu sein.
Manche Ausführungsformen können eine Zahl von Merkmalen aufweisen, welche durch Schaltungen auf einer Platine ausführbar sind (zum Beispiel programmierbare Positionierung, Geschwindigkeit oder Kraft und/oder die Fähigkeit sicherzustellen, dass eine oder mehrere Aufgaben erfolgreich fertig gestellt wurden, oder andere in dem Stand der Technik bekannte Aufgaben). In weiteren Ausführungsformen ist der Linearspulenaktor ausgestaltet, elektrische Kommunikationen zu empfangen, um ein Magnetfeld zu erzeugen. In einer weiteren Ausführungsform ist das durch die Spulen erzeugte Magnetfeld direkt durch die Stromstärke gesteuert bzw. geregelt (kurz: gesteuert), welche der elektrischen Verbindung, welche mit dem Linearspulenaktor verbunden ist, zugeführt wird.
Diese und weitere Ausführungsformen werden durch durchschnittliche Fachmänner leichter gewürdigt mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und die hierin bereitgestellte detaillierte Beschreibung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1(a) stellt eine Seitenansicht einer beispielhaften Spulenanordnung, welche 6 Spulen aufweist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
1(b) stellt eine Seitenansicht einer beispielhaften Spulenanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
1(c) stellt eine Über-Kopf-Ansicht einer beispielhaften Spulenanordnung, welche sechs Spulen aufweist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
2(a) stellt eine Seitenansicht eines beispielhaften Magnetgehäuses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, welches mit einer Spulenanordnung verbunden ist.
2(b) stellt eine Querschnitts-Seitenansicht eines beispielhaften Magnetgehäuses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, welches mit einer Spulenanordnung verbunden ist.
3(a) stellt eine perspektivische Seitenansicht eines beispielhaften Magnetgehäuses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, welches mit einer Spulenanordnung verbunden ist.
3(b) stellt eine Überkopfansicht eines beispielhaften Magnetgehäuses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, welches mit einer Spulenanordnung verbunden ist.
4 stellt eine Querschnitts-Seitenansicht eines beispielhaften Linearspulenaktors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, welcher eine Spule aufweist.
5 stellt eine Querschnitts-Seitenansicht eines beispielhaften Linearspulenaktors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, welcher sechs Spulen aufweist.
Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
In der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, welche einen Bestandteil hiervon bilden, und in welchen mittels Darstellung spezifische Ausführungsformen, in welchen die Erfindung ausgeführt werden kann, gezeigt sind. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen genutzt werden können und strukturelle Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In manchen Ausführungsformen können alle oder ein Teil der hergestellten Teile auf einer CNC-Drehbank wie beispielsweise dem Hardinge-Modell RS51MSY oder einer anderen Drehbank, welche die Fähigkeit hat, beide Enden einer Komponente (zum Beispiel durch Unterspindel-Übertragung) maschinell zu bearbeiten und auch die Fähigkeit, Fräsarbeiten auszuführen, maschinell hergestellt werden. In manchen Ausführungsformen können andere Herstellungswerkzeuge, welche in den mechanischen Fachgebieten bekannt sind, genutzt werden. Gemäß manchen Ausführungsformen kann jedes Teil in einem einzigen Vorgang auf einer Drehbank oder einem anderen Herstellungswerkzeug hergestellt werden, wodurch die Notwendigkeit für zusätzliche Vorgänge reduziert und/oder beseitigt wird. Manche Ausführungsformen der Erfindung können aus Aluminium, Stahl oder jeglichem im Fachgebiet bekannten Material hergestellt werden.
Eine beispielhafte Spulenanordnung 101 ist in 1 dargestellt. Sechs Spulen 102 sind auf einem Spulengehäuse 104 montiert. Jede Spule 102 enthält ein leitfähiges Material, welches in einer Abfolge von Windungen um einen Spulenkörper herumgewickelt ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann jede Spule 102 als ein einzelnes einheitliches Stück maschinell hergestellt sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Satz einer Zahl von Spulen 102 als ein einzelnes einheitliches Stück maschinell hergestellt sein. Ein Magnetfeld wird erzeugt, wenn ein Strom durch das leitfähige Material jeder Spule hindurch geleitet wird. Die Stärke des Magnetfelds entspricht der Zahl von Windungen, welcher jeder Spule 102 zugeordnet ist, und der Stromstärke, welche durch das leitfähige Material geleitet wird. Die in 1(a) bis 1(c) dargestellte beispielhafte Ausführungsform nutzt 74 Windungen pro Spule, doch ist vorstellbar, dass jegliche Zahl von Windungen pro Spule genutzt werden kann.
Außerdem kann die in 1(a) bis 1(c) dargestellte Spule 102 einen Widerstand von ungefähr 1,7 Ohm, 6,8 Ohm pro Phase, mit einem Kupferdraht mit einem Durchmesser von 29 im AWG-System aufweisen. Ein Durchschnittsfachmann würde erkennen, dass diese Spezifikationen nur beispielhaft sind. Es ist vorstellbar, dass jegliche Art leitfähigen Materials mit verschiedenen Spezifikationen genutzt werden kann. Es ist ferner vorstellbar, dass die Spulen elektrisch mit einer Stromquelle und/oder miteinander auf jegliche in den elektrischen und mechanischen Fachgebieten bekannte Weise verbunden sein können.
In weiteren Ausführungsformen kann das Spulengehäuse 104 eine beliebige Zahl von Spulen 102 aufweisen. Wenn beispielsweise ein kleinerer Hub für einen Linearaktor benötigt wird, kann es wünschenswert sein, nur eine Spule 102 zu verwenden. Da Spulen 102 teuer sind, wird ein Verwenden nur eine Spule Kosten sparen. Ein Nutzen nur einer Spule 102 wird jedoch weniger Kraft bei einem festgesetzten Hubwert bereitstellen. Folglich können Linearaktoren, welche mehr als eine Spule 102 aufweisen, für Aufgaben, welche höhere Hubwerte erfordern, erwünscht sein.
In einer Ausführungsform kann das Spulengehäuse 104 maschinell hergestellt sein, um für jegliche Zahl von Spulen 102 ähnlich zu sein. Das heißt, dass ein Spulengehäuse 104, welches für eine Spule 102 maschinell hergestellt ist, dasselbe ist wie ein für 6 Spulen 102 maschinell hergestelltes Spulengehäuse 104. Demzufolge wäre der einzige Unterschied bei den Spulengehäusen 104 die Zahl von Spulen 102. Dies würde einen einzigen Fertigungslauf ermöglichen, um nur ein Design eines Spulengehäuses 104 maschinell herzustellen, welches für Linearspulenaktoren genutzt werden kann, welche jegliche Zahl von Spulen 102 aufweisen. Diese Einheitlichkeit in der maschinellen Herstellung spart Gesamtherstellungskosten.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann die Zahl von Spulen 102, welche auf einem Spulengehäuse 104 aufgenommen werden kann, vor dem herstellen des Spulengehäuses 104 vorbestimmt werden. Beispielsweise kann ein Spulengehäuse 104 hergestellt werden, welches die Fähigkeit hat, bis zu 6 Spulen aufzunehmen.
Zusätzlich zum Sparen von Herstellungskosten würden Wartungskosten gespart werden. Wegen der Einheitlichkeit bei dem Produkt würden Teile leicht ersetzbar werden. Außerdem benötigen Aktoren, welche einfacher und einheitlich sind, weniger Training und Dokumentation für Wartungsarbeiter zum Warten und Reparieren. Folglich werden mit Wartung verbundene zusätzliche Kosten auch vermieden.
Es ist vorstellbar, dass die eine oder mehr Spulen 102 direkt auf einem Spulengehäuse 104 maschinell hergestellt werden oder getrennt maschinell hergestellt werden, so dass sie demontierbar an dem Spulengehäuse 104 angebracht sein können. Diese Flexibilität und Einheitlichkeit senkt weiter Kosten, welche mit Herstellung und Wartung verbunden sind.
Eine Querschnittsansicht der beispielhaften Spulenanordnung 101 ist in 1(b) dargestellt. Die Spule 102 ist so ausgestaltet, dass ein Magnetfeld erzeugt werden kann, wenn Strom durch das leitfähige Material (z. B. Kupfer usw.) in der Spule 102 geleitet wird. Die Form der Spule 102 ist nur beispielhaft, es ist vorstellbar, dass die Spule 102 jegliche erwünschte Form haben kann.
1(c) stellt eine Ansicht von unten der beispielhaften Spulenanordnung 101 dar. In dieser Konfiguration kann die Spulenanordnung 101 demontierbar angeordnet sein, dauerhaft bewegbar verbunden sein oder bewegbar verbunden sein mit einem beispielhaften Magnetgehäuse 206 wie in 2(a) dargestellt. Wie 2(a) darstellt, kann der untere Teil des Spulengehäuses 104 der Spulenanordnung 101 von dem Magnetgehäuse 206 hervorstehen, so dass es mit dem Kolben 414 (siehe 4) verbunden werden kann. Das Magnetgehäuse 206 kann einen oder mehr Magnete 208 aufweisen, wie in der Querschnitts-Seitenansicht des Magnetgehäuses 206 in 2(a) dargestellt. Die Magnete 218 ausgestaltet, um magnetisch mit der einen oder mehr Spulen zu wechselwirken.
Wie 2(b) veranschaulicht, kann die Spule 102 auf dem Spulengehäuse 104 der Spulenanordnung 101 zwischen zwei Magneten 208, welche auf entgegengesetzten Teilen des Magnetgehäuses 206 angeordnet sind, positioniert sein. Ein Mittelstab 210 ist zwischen der einen oder mehr Spulen 102 positioniert, um eine lineare Hin- und Herbewegung zu ermöglichen. Jegliche Zahl von Magneten 208 kann innerhalb des Magnetgehäuses 206 angeordnet sein. Die Magnete 208 können jegliche Form oder Größe haben und können demontierbar angebracht oder dauerhaft an dem Magnetgehäuse 206 befestigt sein.
Es ist vorstellbar, dass das Magnetgehäuse 206 ein ähnliches Basisteil für eines oder mehr Designs hat. Beispielsweise kann das Magnetgehäuse 206 hergestellt sein, um ein Spulengehäuse 104 aufzuweisen, welches eine, drei, sechs oder neun Spulen 102 aufweist. Es ist vorstellbar, dass das Magnetgehäuse 206 hergestellt sein kann, um zwischen jeglicher Zahl und Kombination von Spulen 102 ähnlich zu sein. Dementsprechend kann ein Magnetgehäuse 206 dasselbe Basisteil sein, welches für jegliche Zahl von Aktoren, welche jegliche Zahl von Spulen 102 aufweisen, nutzbar ist.
Die Flexibilität, ein einheitliches Magnetgehäuse 206 zu haben, ermöglicht es Teilen, für viele verschiedene Sätze von Aktoren hergestellt zu werden. Aktoren können konstruiert werden, welche das Magnetgehäuse 206 nutzen, um spezifische Hubwerte und Kräfte entsprechend der verwendeten Zahl von Magneten 208 und Spulen 102 bereitzustellen. Ein einziger Fertigungslauf kann genutzt werden, um ein Magnetgehäuse 206 zu erzeugen, welches in vielen verschiedenen Aktoren nutzbar ist. Das Magnetgehäuse 206 als ein einziges Basisteil zu haben spart Kosten, weil nur ein einziges Magnetgehäuse 206 erzeugt zu werden braucht. Wenn mehrere Teile hergestellt werden, müssen Maschinenwerkzeuge konfiguriert werden, um verschiedene Designs maschinell herzustellen. Dies fügt Kosten und mögliche Komplikationen hinzu. Folglich spart ein einheitliches Magnetgehäuse 206, welches für viele verschiedene Aktorendesigns nutzbar ist, Herstellungskosten.
Ferner spart das Wartungskosten, ein einheitliches Design zu haben. Ein fehlerhaftes Magnetgehäuse 206 kann leicht ersetzt werden, wenn es durchgehend bei einem Gerät standardisiert ist. Außerdem können Kosten, welche mit einem Training von Wartungsarbeiten und Beschäftigten verbunden sind, reduziert werden, weil standardisierte Komponenten leichter zu verstehen sind und man leichter mit ihnen arbeiten kann. Wegen Einheitlichkeit im Design sind Arbeiter weniger anfällig dafür, Fehler zu begehen.
Es ist vorstellbar, dass die Spulenanordnung 101 in ein Magnetgehäuse 206 auf jegliche Art, die im mechanischen Fachgebiet bekannt ist, eingebracht werden kann, und dass das Magnetgehäuse 206 jegliche Form haben kann. 2(a) stellt die Spulenanordnung 101 dar, welche durch einen oberen Teil des Magnetgehäuses 206 eingebracht ist. Es ist jedoch vorstellbar, dass die Spulenanordnung 101 von jeder Seite oder von dem unteren Teil eines Magnetgehäuses 206 eingebracht werden kann.
3(a) stellt eine perspektivische Ansicht eines Magnetgehäuses 306 dar, welches 10 Magnete 308 aufweist. Ein Mittelstab 310 ist zwischen der einen oder mehr Spulen 302 angeordnet, um eine lineare Hin- und Herbewegung zu ermöglichen. Magnetische Kreise 312, welche durch die Permanentmagnete 308 erzeugt sind, sind in 3(b) dargestellt. Die Magnetfelder der Magneten 308 und der Spulen 302 wechselwirken, um einen Kolben 414 (siehe 4) anzutreiben, wenn Strom durch das leitfähige Material in den Spulen 302 geleitet wird.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Magnetgehäuse 306 jegliche Zahl von Magneten 308 aufweisen, um jegliche Zahl von magnetischen Kreisen 312 zu erzeugen. Die Magneten 308 des Magnetgehäuses 306 können mit jeglicher Zahl von Spulen 302 wechselwirken, welche mit einer Spulenanordnung 301 eingebracht sind, um ein Magnetfeld zu erzeugen um einen Kolben 414 (4) anzutreiben, wenn Strom durch das leitfähige Material in den Spulen 302 geleitet wird.
In der einen Ausführungsform kann jeglicher Teil des Magnetgehäuses 306 und/oder der Spulenanordnung 300 aus einem oder mehr ähnlichen Basisteilen hergestellt sein. Ferner kann jeglicher Teil des Magnetgehäuses 306 und/oder der Spulenanordnung 301 aus Teilen hergestellt sein, welche untereinander nicht einheitlich sind. Beispielsweise kann gemäß einer Ausführungsform die Spulenanordnung 301 aus Teilen hergestellt sein, welche spezifikationsspezifisch sind (zum Beispiel Hubwert, Kraft, usw.), doch das Magnetgehäuse 306 kann aus Teilen hergestellt sein, welche für Aktoren genutzt werden können, welche ich jegliche Spezifikation aufweisen (zum Beispiel Hubwert, Kraft, usw.). Einen von einem Teil, welcher nicht spezifikationsspezifisch ist, mit einem spezifikationsspezifischen Teil zusammenzuwirken zu haben spart Kosten und ermöglicht es Teilen, hergestellt zu werden um zu gegenwärtigen Systemen zu passen. Wie früher erläutert stellt die Einheitlichkeit von Teilen und Komponenten über ein Spektrum von Aktoren hinweg Einsparungen sowohl bei einer Herstellung als auch bei einer Wartung bereit.
Die Spulenanordnung 301 kann ferner an dem Magnetgehäuse 306 demontierbar angebracht oder dauerhaft damit verbunden sein. Mit dieser Flexibilität kann ein einziger Aktor, welcher ein einziges Magnetgehäuse 306 aufweist, geändert und konfiguriert werden, um verschiedene Kräfte bei bestimmten Hubwerten bereitzustellen. Außerdem kann es Wartungskosten senken, ist den Komponenten zu ermöglichen, demontierbar angebracht zu sein, da nur die eine fehlerhafte Komponente ersetzt zu werden bräuchte, im Gegensatz zu einem gesamten System.
Ein beispielhafter kostengünstiger Aktor 400, welcher ein Spulengehäuse 404 mit einer Spule 402 nutzt, ist in einer Querschnitts-Seitenansicht in 4 dargestellt. Das Spulengehäuse 404 ist mit einem Kolben 414 verbunden, so dass sich der Kolben 414 bewegt, wenn sich das Spulengehäuse 404 bewegt. Der Kolben 414 ist verschiebbar an einer Linearführungsanordnung 416 angebracht. Die Linearführungsanordnung 416 führt die Bewegung des Kolbens 414 und ermöglicht eine lineare Hin- und Herbewegung des Kolbens 414 in das Aktorgehäuse 418 hinein und daraus heraus.
Ein elektrischer Strom kann durch die Spulen 402 hindurchtreten, um ein Magnetfeld zu erzeugen, welches mit dem Magneten 408 wechselwirken kann, um den Kolben 414 linear in das Gehäuse 416 hinein oder daraus heraus zu bewegen. Die Richtung der Bewegung des Kolbens 414 hängt von der Polarität des Stroms ab, welcher durch die Spule 402 geleitet wird. Die Kraft der Bewegung hängt von der Stromstärke des Stroms, der Größe des magnetischen Kreises und der Menge von Windungen des Leiters in der Spule ab.
Jegliche Komponente in der Ausführungsform von 4 kann so hergestellt sein, dass sie zwischen Aktoren, welche verschiedene Spezifikationen aufweisen, einheitlich ist. Beispielsweise stellt 4 ein Magnetgehäuse 406 dar, welches eine Spulenanordnung 400 aufweist, welche eine Spule 402 aufweist. Dasselbe Magnetgehäuse 406 aus 4 kann eine Spulenanordnung 400 aufnehmen, welche ich jegliche Zahl oder Arten von Spulen 402 aufweist.
Ähnlich können der Mittelstab 410, der Kolben 414, die lineare Linearführungsanordnung 416 und das Aktorgehäuse 418 aus einheitlichen Teilen hergestellt sein. Folglich können Wartung, Reparatur und Herstellungskosten für jeden Aktor gesenkt werden. Es ist vorstellbar, dass jede Komponente hergestellt werden kann um standardisiert und für Aktoren unterschiedlicher Hübe, Kräfte und Spulen genutzt zu werden.
Elektrische Verbindungen sind durch einen elektrischen Anschluss 420 bereitgestellt. Es ist vorstellbar, dass der Aktor in 4 jegliche Zahl von elektrischen Anschlüssen aufweisen kann und jegliche Zahl von elektronischen Befehlsfolgen aufweisen kann. Ferner können beispielhafter Ausführungsformen jegliche Zahl von digitalen Steuerungen bzw. Regelungen auf einer Platine oder analogen Schaltungen aufweisen, welche in dem Fachgebiet bekannt sind. Ferner ist es vorstellbar, dass Ausführungsformen der Erfindungen ferngesteuert werden können, um Schaltungen auf einer Platine zu verringern und Gesamt-Aktorkosten zu senken.
Die beispielhafte Ausführungsform von 4 kann nützlich sein, wenn eine Anwendung keinen hohen Hubwert benötigt. Wie in 4 dargestellt, sind der magnetische Kreis und der Hub kleiner. Ein kleinerer magnetischer Kreis erzeugt eine höhere Kraft bei einem vorgegebenen Stromwert. Ein kleinerer magnetischer Kreis benötigt weniger Teile und benötigt weniger Rohmaterialien für eine Herstellung. Ein Benötigen weniger Teile und Materialien kann Herstellungseinsparungen bereitstellen. Folglich liefert die beispielhafte Ausführungsform von 4 eine höhere Kraft und einen kleineren Hub bei geringeren Kosten.
Ein kleinerer magnetischer Kreis liefert jedoch eine geringere Kraft für einen höheren Hubwert. Wenn beispielsweise der Hubweg des Kolbens 414 in 4 erhöht wird, sinkt die Kraft, wenn die Größe des magnetischen Kreises ansteigt. Ein Erhöhen des Hubs der beispielhaften Ausführungsform von 4 kann zu weniger Kraft führen als eine Anwendung benötigt.
Eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Linearaktors 500, welcher einen höheren Hubwert aufweist als die Ausführungsform aus 4, ist in 5 dargestellt. In dieser beispielhaften Ausführungsform weist das Magnetgehäuse 506 10 Magnete 508 und eine Spulenanordnung 501 auf, welche sechs Spulen 502 auf einem Spulengehäuse 504 aufweist. Ein Kolben 514 ist mit dem Spulengehäuse 504 verbunden. Der Kolben 514 ist mit der Linearführungsanordnung 516 verbunden. Ein Anbringen des Kolbens 514 an der Linearführungsanordnung 516 ermöglicht es dem Kolben 514, sich verschiebbar in das Aktorgehäuse 518 hinein und daraus heraus zu bewegen. Ein Leiten von Strom durch die sechs Spulen 502 erzeugt ein Magnetfeld, welches mit den Magneten 508 wechselwirkt, um den Kolben verschiebbar zu bewegen. Die Bewegung des Kolbens 514 hängt von der Stromstärke und Polarität des Stroms ab. Strom wird dem Linearaktor 500 von der elektrischen Verbindung 520 bereitgestellt.
Wie in 5 dargestellt, können stärkere Magnetfelder erzeugt werden, um eine größere Kraft bei der linearen Bewegung des Kolbens 514 zu erzeugen. Die größere Kraft und die stärkeren Magnetfelder ermöglichen es dem Linearaktor 500, einen größeren Hubwert zu haben, ohne Kraft zu opfern. Darum kann es wünschenswert sein, mehr Spulen 502 zu haben, wenn ein höherer Hub benötigt wird.
Ausführungsformen von 5 können eine oder mehr Komponenten aufweisen, welche hergestellt sein können, um übergreifend bei Linearaktoren 500, welche verschiedene Spulen 502 aufweisen, einheitlich zu sein. Beispielsweise kann jeglicher Teil des Liniereaktors 500 aus 5 hergestellt sein, um mit einem anderen austauschbar zu sein. Beispielsweise kann das Aktorgehäuse 518 mit einem Magnetgehäuse 506 verbunden sein, welches eine Spulenanordnung 501 aufweist, welche ich jegliche Zahl von Spulen 502 aufweist. Ähnlich kann jegliche Zahl von Spulen 502 mit einem Spulengehäuse 504 einer Spulenanordnung 501 verbunden sein, welche mit dem Aktorgehäuse 518 verbunden sein kann.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können eines oder mehr Teile einer Steuer- bzw. Regelungsschaltung aufweisen. Ferner können Ausführungsformen der Erfindung eine oder mehr Verbindungen aufweisen, welche Kommunikationssignale von einem entfernten Ort annehmen. Außerdem können Ausführungsformen der Erfindung nur eine elektrische Verbindung aufweisen, wobei die Stromstärke mittels einer getrennten Komponente gesteuert bzw. geregelt wird.
Es ist ferner vorstellbar, dass Spulen, welche jegliche Zahl von Wicklungen aufweisen, in Ausführungsformen der Erfindung genutzt werden können. Spulen, welche mehr Wicklungen aufweisen, erzeugen höhere Kräfte, sind jedoch teurer. Spulen, welche weniger Wicklungen aufweisen, erzeugen geringere Kräfte, sind jedoch billiger. Es ist ferner vorstellbar, dass Spulenanordnungen einheitlich sein können, um jegliche Zahl von Spulen aufzunehmen, welche ich jegliche Zahlverwicklungen aufweisen.
Es ist ferner vorstellbar, dass die hierin beschriebenen Spulen als ein einziges einheitliches Stück maschinell hergestellt werden. Ferner ist es vorstellbar, dass die Spulen jegliches leitfähiges Material nutzen, welches jeglichen Impedanzwert aufweist.
Es ist ferner vorstellbar, dass jeglicher hierin beschriebener Teil als eine austauschbare Komponente bereitgestellt werden kann, welcher für Linearaktoren nutzbar ist, welche verschiedene Spulen aufweisen. Beispielsweise ist vorstellbar, dass die Spulenanordnung mit dem Magnetgehäuse kombiniert werden kann, um eine Kraft eines bestimmten Werts bereitzustellen. Die Kombination kann dann an einem Aktorgehäuse angebracht werden. Eine andere Kombination von Spulenanordnung und Magnetgehäuse kann auch an demselben Aktorgehäuse angebracht werden.
Es ist ferner vorstellbar, dass Komponenten der Erfindung demontierbar oder dauerhaft aneinander befestigt sein können. Die demontierbare oder dauerhafte Anbringung kann durch jegliches in den mechanischen Fachgebieten bekannte Verfahren erfolgen. Ferner ist es vorstellbar, dass eine oder mehr hierin beschriebene Teile als ein einziges einheitliches Stück maschinell hergestellt sein können.
Es ist ferner vorstellbar, dass jegliche Komponente für Aktoren hergestellt sein kann, welche eine bestimmte vorbestimmte Menge von Spulen aufweisen. Beispielsweise kann vorbestimmt sein, dass ein Fertigungslauf Magnetgehäuse aufweisen wird, welche ausgestaltbar sind, um 3, 6 oder 9 Spulen aufzunehmen. Ähnlich kann jeglicher Teil hergestellt werden, um die vorbestimmten Spulenparameter zu akzeptieren. Es ist vorstellbar, dass jeglicher vorbestimmte Spulenparameter genutzt werden kann.
Während verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass sie lediglich als Beispiel dargestellt wurden, nicht zur Beschränkung. Ähnlich können die verschiedenen Diagramme eine beispielhafte Konfiguration für die Erfindung veranschaulichen, was getan wird, um ein Verständnis der Merkmale und Funktionalität, welche mit der Erfindung einhergehen können, zu fördern. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispielkonfigurationen beschränkt, sondern kann unter Verwendung einer Vielfalt von alternativen Konfigurationen ausgeführt sein. Ferner sind die Zeichnungen von Komponenten beispielhaft und veranschaulichen nicht eine Skala oder ein Größenverhältnis von einer Komponente gegenüber einer anderen. Obwohl die Erfindung oben in Form von verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen und Ausgestaltungen beschrieben ist, ist außerdem zu verstehen, dass die verschiedenen Merkmale und Funktionalitäten, welche bei einer oder mehr der individuellen Ausführungsformen beschrieben wurden, in ihrer Anwendbarkeit nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt sind, mit welcher sie beschrieben sind, sondern stattdessen, einzelne oder in manchen Kombinationen, auf eine oder mehr der anderen Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden können, unabhängig davon, ob solche Ausführungsformen beschrieben sind und unabhängig davon, ob solche Merkmale als Bestandteil einer beschriebenen Ausführungsform dargestellt sind. Folglich sollten die breite und der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch jegliche der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform beschränkt werden.

Claims

Ein Verfahren zum Herstellen eines Linearaktors, das Verfahren aufweisend Herstellen eines Magnetgehäuses, welches ausgestaltet ist, einen oder mehr Magneten aufzuweisen, wobei das Magnetgehäuse ausgestaltet ist, sich mit einer Spulenanordnung zu verbinden, welche ausgestaltet ist, eine jegliche von 1 bis N Spulen aufzunehmen, wobei N eine vorbestimmte ganze Zahl größer als 1 ist, wobei das Magnetgehäuse ausgestaltet ist, mit der Spulenanordnung unabhängig von der Zahl von Spulen, welche mit der Spulenanordnung verbunden sind, verbunden zu werden, wobei die Spulen ausgestaltet sind, ein Magnetfeld innerhalb des Magnetgehäuses zu erzeugen, wenn Strom durch sie hindurch geleitet wird; und Herstellen eines Aktorgehäuses, wobei das Aktorgehäuse einen Kolben aufweist, welcher mit einer Linearführungsanordnung verbunden ist, wobei die Linearführungsanordnung ausgestaltet ist, den Kolben verschiebbar zu führen, so dass ein Bereich des Kolbens sich linear in das Aktorgehäuse hinein und aus ihm hinaus bewegt, wenn ein Magnetfeld erzeugt wird, wobei der Kolben mit der Spulenanordnung verbunden ist und das Aktorgehäuse mit dem Magnetgehäuse verbunden ist.
Das Verfahren zum Herstellen des Linearaktors gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend Herstellen der Spulenanordnung.
Das Verfahren zum Herstellen des Linearaktors gemäß Anspruch 2, wobei die Spulenanordnung ausgestaltet ist, eine jegliche von einer, drei oder sechs Spulen aufzunehmen.
Das Verfahren zum Herstellen des Linearaktors gemäß Anspruch 2, wobei das Magnetgehäuse und die Spulenanordnung hergestellt sind, um mit einer Mehrzahl von verschiedenen Spulensätzen nutzbar zu sein, wobei jeder Spulensatz eine vorbestimmte Zahl von Spulen aufweist.
Das Verfahren zum Herstellen des Linearaktors gemäß Anspruch 1, wobei die ein oder mehr Magneten in dem Magnetgehäuse ausgestaltet sind, sich mit dem Magnetgehäuse in einer vorbestimmten Orientierung zu verbinden, um ein gewünschtes Magnetfeld zu erzeugen, welches mit einer vorbestimmten Zahl von Spulen wechselwirkt, um es dem Kolben zu ermöglichen, eine gewünschte Linearkraft zu liefern.
Das Verfahren zum Herstellen des Linearaktors gemäß Anspruch 1, wobei das Aktorgehäuse ferner ausgestaltet ist, sich mit dem Magnetgehäuse zu verbinden, wobei das Magnetgehäuse ausgestaltet ist, einen jeglichen von 1 bis M Magneten aufzunehmen, wobei M eine ganze Zahl größer als 1 ist.
Das Verfahren zum Herstellen des Linearaktors gemäß Anspruch 1, wobei das Magnetgehäuse ausgestaltet ist, demontierbar mit dem Aktorgehäuse verbunden zu sein, wobei der Kolben ausgestaltet ist, demontierbar mit der Spulenanordnung verbunden zu sein, und wobei die Spulenanordnung ausgestaltet ist, demontierbar mit dem Magnetgehäuse verbunden zu sein.
Das Verfahren zum Herstellen des Linearaktors gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend ein Herstellen eines Mittelstabs, welcher ausgestaltet ist, innerhalb einer oder mehrerer Spulen der Spulenanordnung positioniert zu sein.
Das Verfahren zum Herstellen des Linearaktors gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend ein Herstellen einer elektrischen Verbindung, welche ausgestaltet ist, mit dem Aktorgehäuse verbunden zu sein, wobei die elektrische Verbindung ausgestaltet ist, eines oder mehr Signale für ein Erzeugen des Magnetfelds zu empfangen.
Ein Linearaktor, aufweisend: ein Magnetgehäuse, welches einen oder mehr Magneten aufweist; eine Spulenanordnung, welche mit dem Magnetgehäuse verbunden ist, wobei die Spulenanordnung ausgestaltet ist, eine jegliche von 1 bis N Spulen aufzunehmen, wobei N eine vorbestimmte ganze Zahl größer als 1 ist, wobei das Magnetgehäuse ausgestaltet ist, mit der Spulenanordnung unabhängig von der Zahl von Spulen, welche mit der Spulenanordnung verbunden sind, verbunden zu sein, wobei die N Spulen ausgestaltet sind, ein Magnetfeld zu erzeugen, wenn ein Strom durch sie hindurch geleitet wird; einen Mittelstab, welcher innerhalb eines zentralen Bereichs der N Spulen angeordnet ist; einen elektrischen Anschluss, welcher elektrisch mit den N Spulen verbunden ist, wobei der elektrische Anschluss ausgestaltet ist, eines oder mehr Signale zu empfangen, um den Strom zu steuern, der durch die N Spulen leitet; und ein Aktorgehäuse, aufweisend: einen Kolben, welcher ausgestaltet ist, mit der Spulenanordnung verbunden zu sein; und eine Linearführungsanordnung, welche mit dem Kolben verbunden ist, wobei die Linearführungsanordnung ausgestaltet ist, den Kolben verschiebbar zu führen, so dass ein Bereich des Kolbens sich auf lineare Art in das Aktorgehäuse hinein und aus ihm hinaus bewegen kann.
Der Linearaktor gemäß Anspruch 10, wobei die Spulenanordnung ausgestaltet ist, eine jegliche von einer, drei oder sechs aufzunehmen.
Der Linearaktor gemäß Anspruch 10, wobei die Spulenanordnung bewegbar mit dem Magnetgehäuse verbunden ist.
Der Linearaktor gemäß Anspruch 10, wobei das Magnetgehäuse ausgestaltet ist, bewegbar an dem Aktorgehäuse angebracht zu sein.
Der Linearaktor gemäß Anspruch 10, wobei die N Spulen ausgestaltet sind, demontierbar an der Spulenanordung angebracht zu sein.
Der Linearaktor gemäß Anspruch 10, wobei das Magnetgehäuse ausgestaltet ist, einen jeglichen von 1 bis M Magneten zu enthalten, wobei M eine ganze Zahl größer als 1 ist.
Ein Linearaktor, aufweisend: ein Magnetgehäuse, welches einen oder mehr Magneten aufweist; eine Spulenanordnung, welche mit dem Magnetgehäuse verbunden ist, wobei die Spulenanordnung N Spulen aufweist, wobei die N Spulen ausgestaltet sind, ein Magnetfeld zu erzeugen, wenn Strom durch sie hindurch geleitet wird, wobei N eine ganze Zahl gleich oder größer als eins ist; einen Mittelstab, welcher innerhalb der N Spulen positioniert ist; einen elektrischen Anschluss, welcher elektrisch mit den N Spulen verbunden ist, wobei der elektrische Anschluss ausgestaltet ist, eines oder mehr Signale zu empfangen, um den Strom der N Spulen zu steuern; und ein Aktorgehäuse, aufweisend: einen Kolben, welcher mit der Spulenanordnung verbunden ist; und eine Linearführungsanordnung, welche mit dem Kolben verbunden ist, wobei die Linearführungsanordnung ausgestaltet ist, den Kolben verschiebbar zu führen, so dass ein Bereich des Kolbens sich linear in das Aktorgehäuse hinein und aus ihm hinaus bewegen kann, wobei das Aktorgehäuse ausgestaltet ist, das Magnetgehäuse unabhängig von der Zahl von Spulen und der Zahl von Magneten, welche mit der Spulenanordnung, welche mit dem Magnetgehäuse verbunden ist, verbunden sind, aufzunehmen.
Der Linearaktor gemäß Anspruch 16, wobei das Magnetgehäuse ausgestaltet ist, sich mit der Spule zu verbinden, welche ausgestaltet ist, eine jegliche von 1 bis N Spulen aufzunehmen.
Der Linearaktor gemäß Anspruch 17, wobei die Spulenanordnung ausgestaltet ist, eine jegliche von einer, drei oder sechs Spulen aufzunehmen.
Der Linearaktor gemäß Anspruch 16, wobei das Magnetgehäuse ausgestaltet ist, demontierbar mit dem Aktorgehäuse verbunden zu sein, wobei der Kolben ausgestaltet ist, demontierbar mit der Kolbenanordnung verbunden zu sein, und wobei die Kolbenanordnung ausgestaltet ist, demontierbar mit dem Magnetgehäuse verbunden zu sein.
Der Linearaktor gemäß Anspruch 16, wobei die Spulenanordnung bewegbar mit dem Magnetgehäuse verbunden ist.