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Die Erfindung bezieht sich auf einen linearen Asynchronmotor mit einem
ortsfest waagerecht angeordneten, über die ganze Wegstrecke reichenden Anker aus
magnetisierbarem Material, mit einem parallel zu ihm bewegbaren, bewegliche Anschlußleitungen
und bewickelte Polzähne tragenden, ein phasenabhängig in einer von zwei Richtungen
wanderndes Magnetfeld erzeugenden Induktor als Läufer und mit einem Führungsschienenpaar,
auf dem Rollen des Läufers so abrollen, daß ein konstanter Betriebsluftspalt zwischen
den parallelen Anker- und Läuferflächen festgelegt ist.
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Bei einem bekannten Motor dieser Art (britische Patentschrift 967
985, F i g. 6, 7) liegen die Rollen des Läufers sowohl im Betrieb als auch in der
Ruhestellung von oben auf dem Führungsschienenpaar auf. Hierbei ist es möglich,
daß auf die Führungsschienen gefallene kleinere Fremdkörper den Rollwiderstand vergrößern
und die Einhaltung des zulässigen Luftspaltes beeinträchtigen. Außerdem ist beim
Abschalten des bekannten Motors mit einem vom Rollwiderstand abhängigen Nachlauf
zu rechnen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Motor so für
eine Verwendung als kleiner Stellmotor für Meßzwecke weiterzubilden, daß der Luftspalt
und der Rollwiderstand durch eventuell eingedrungene Staubteile od. dgl. nicht beeinträchtigt
werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die gemeinsame Anwendung
folgender Merkmale gelöst: a) Die nach unten weisenden Laufkanten des Führungsschienenpaars
sind durch die Rollen des Läufers nur während der Einschaltzeit des Motors infolge
der dann der Schwerkraft entgegengerichteten magnetischen Kraft belastet.
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b) Dicht unterhalb des Läufers ist eine Auflage (Schienen) vorgesehen,
auf welcher ein Tragklotz des Läufers nach Abschaltung des Motors aufliegt.
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c) Der Tragklotz trägt einen Arm, an dem Anzeig-und/oder Stellmittel
(Schleifkontakte) angebracht sind.
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Hierdurch ist nicht nur erreicht, daß stets ein gleichmäßiger Rollwiderstand
und Betriebsluftspalt sichergestellt sind, sondern es ergibt sich auch noch der
weitere Vorteil, daß der Nachlaufweg auf ein Minimum herabsetzbar ist, weil die
Rollen nur in der Betriebsstellung an ihren Führungsschienen anliegen.
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Die Vorteile der Maßnahmen nach den Unteransprüchen gehen aus der
Beschreibung hervor.
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Ein Beispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt F i g. 1 den Einbau des Motors in einem Registriergerät, F i g. 2 die Anordnung
nach F i g. 1 im Grundriß, wobei ein Teil des Ankers weggebrochen gezeichnet ist,
um den Läufer erkennbar zu machen, F i g. 3 die Anordnung nach F i g. 1 in Richtung
der Pfeile 3, wobei der Bere,.ch des Luftspaltes deutlich erkennbar ist, F i g.
4 zeigt den Läufer und seinen Stellarm von oben, F i g. 5 einen Querschnitt längs
der Linie 5-5 in Fig.4. F i g. 6 schematisch eine Schaltung, bei welcher der erfindungsgemäße
Motor verwendet werden kann. In den Zeichnungen ist eine insgesamt mit
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bezeichnete Servovorrichtung zum Registrieren eines Meßwertes dargestellt.
Die Servovorrichtung 10 umfaßt einen gemäß der Erfindung ausgebildeten linearen
Asynchronmotor.
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Der Motor umfaßt zwei Stirnwände 12 und 14, die durch zwei sich in
der Längsrichtung erstrekkende Schienen 16 und 18 verbunden sind. Die Stirnwände
12 und 14 können aus einem unmagnetischen oder einem magnetischen Material hergestellt
sein. Die Längsschienen 16 und 18 können ebenfalls aus einem magnetischen
oder einem unmagnetischen Material bestehen. Zu Abschirmungszwecken wird es jedoch
vorgezogen, die Schienen 16 und 18 aus einem magnetischen Material herzustellen.
Gemäß F i g. 2 sind Tragklötze 20, 22, 24 und 26 mit den Stirnwänden 12 und
14 verschraubt oder auf andere Weise verbunden. Diese Tragklötze dienen als
Unterstützungen für die Schienen 16 und 18 sowie den aus Schichten
aufgebauten Anker 28. Hierbei erstrecken sich Befestigungsorgane 30 und
32 durch Öffnungen in den Schienen 16 und 18, den Tragklötzen
20, 22,
24 und 26 sowie dem Anker 28, um diese Teile
in ihrer Lage zu halten. Der Anker 28 wird zusätzlich durch Tragklötze
21, 23, 25 und 27 unterstützt, denen Befestigungsorgane 29 und 31.
zugeordnet sind.
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Gemäß F i g. 2 und 3 umfaßt der Anker 28
mehrere Schichten oder
Bleche 34, an denen ebene Polflächen 36 ausgebildet sind. Kurzschlußschienen 37
und 38 erstrecken sich parallel zu den Blechen 34 auf beiden Seiten des Blechpakets
und sind durch Ankerstäbe 39 miteinander verbunden, die unter einem Winkel zur Längsachse
des Ankers 28 angeordnet sind. Die Ankerstäbe 39 können gegebenenfalls so
angeordnet sein, daß sie sich rechtwinklig zur Längsachse des Ankers 28 erstrecken.
Wie schon erwähnt, sind Befestigungsorgane 30 und 32 vorgesehen, um
den Anker 2& fest mit den Tragklötzen 20, 22, 24 und 26 zu verbinden.
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Ein Läufer 40 wird durch die Unterseite der Schienen 16 und
18 (F i g. 1) so geführt, daß er längs der Schienen hin- und herbewegt werden kann.
Gemäß F i g. 4 ist ein Läufertragklotz 42 vorgesehen, der zwei Paare von
Laufrollen 44 und 46 aufweist, die auf einer Seite des Tragklotzes
42 unterhalb der Schiene 16 (vgl. F i g. 1) angeordnet sind. Eine zylindrische Laufrolle
48 ist auf der anderen Seite des Tragklotzes 42 unterhalb der anderen Schiene
18 angeordnet. Die Schiene 16 ist auf ihrer Unterseite mit einer abgerundeten
Kante 50 versehen, die gemäß F i g. 1 in den Raum zwischen den beiden Paaren von
Laufrollen 44 und 46 eingreift. Die Rollen der beiden Paare 44 und 46 sind so angeordnet,
daß sie sich um Achsen drehen können, zwischen denen ein Winkel von 120° vorhanden
ist. Auf diese Weise bilden die Schiene 16 und die Laufrollen 44 und 46 Mittel,
um den Läufer 40 zu führen, wenn er sich unterhalb des Ankers 28 hin- und herbewegt.
Die soeben beschriebene Anordnung schaltet ferner alle Unregelmäßigkeiten bzw. Abweichungen
der Bewegung des Läufers 40 von einer geraden Bahn aus. Die Laufrollen 44
und 46 haben zylindrische Umfangsflächen, so daß nur eine Punktberührung zwischen
diesen Flächen und der abgerundeten Kante 50 der Schiene 16 vorhanden ist; hierdurch
wird die Reibung auf ein Mindestmaß verringert. Die Laufrolle 48 ist ebenfalls zylindrisch
und arbeitet mit der abgerundeten Unterkante 52 der Schiene 18 zusammen.
Der
Läufer 40 ist in F i g. 1 in seiner Betriebsstellung wiedergegeben, wobei die Laufrollen
44, 46 und 48 an den Schienen 16 und 18 angreifen. In seiner
Ruhestellung stützt sich der Läufer 40 an den unteren Schienen 54 und 56 (Auflage)
ab. Diese unteren Schienen werden unmittelbar unterhalb des Tragklotzes 42 durch
Stangen 58, 60 und 62 verstellbar unterstützt. Unmittelbar hinter der Stange 62
ist eine vierte, hier nicht gezeigte Stange vorgesehen. Die Stangen 58, 62 und 60
sind mit den Schienen 16 und 18 durch Schrauben 63 und 65 verbunden, die durch Schlitze
64 und 66 der Stangen ragen. Die unteren Schienen 54 und 56 sind mit den Stangen
durch Schrauben 6'7 und 69 verbunden, die sich durch Schlitze 68 und
70 der Schienen erstrecken. Auf diese Weise ist es möglich, die unteren Schienen
54 und 56
so einzustellen, daß sie sich parallel zu den Schienen 16
und 18 erstrecken, wobei diese Schienen in einem solchen Abstand unterhalb der Schienen
1.6 und 18 angeordnet sind, daß sich der Tragklotz 42 gerade eben von den unteren
Schienen 54 und 56 abheben kann, wenn der Läufer 40 seine Betriebsstellung einnimmt.
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Der Läufer 40 umfaßt einen aus Schichten aufgebauten magnetischen
Kern 72, der durch den Tragklotz 42 unterstützt wird. Zwischen dem Tragklotz 42
und dem Magnetkern 72 kann ein elektrisch isolierendes Material angeordnet sein.
Der Tragklotz 42 und die Laufrollen 44, 46 und 48 können aus einem
leichten Material bestehen, das unmagnetisch sein kann.
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Der Magnetkern 72 weist mehrere Polstücke 74 auf, die gemäß F i g.
3 in ebenen Polflächen 76, 78 und 80 enden. Auf die Polstücke sind Wicklungen,
z. B. die in F i g. 4 mit 82, 84 und 86 bezeichneten, aufgebracht.
Diese Wicklungen sind hier nur schematisch dargestellt, d. h. die Zeichnungen zeigen
nicht notwendigerweise die tatsächliche Form der Wicklungen. Hier nicht gezeigte
Leiter sind mit diesen Wicklungen so verbunden, daß der Läufer ein Magnetfeld erzeugt,
das sich längs des Läufers bewegt.
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Der ortsfeste Anker 28 wird oberhalb des Läufers 40 so unterstützt,
daß zwischen dem Anker und dem Läufer ein Betriebsluftspalt 88 vorhanden ist. Der
Luftspalt 88 verläuft in waagerechter Richtung, und seine Größe wird dadurch festgelegt,
daß die Laufrollen 44, 46 und 48 zur Anlage an den Schienen 16 und 18 kommen. Bei
der Montage des Motors wird der Luftspalt 88 so eingestellt, daß sich der richtige
magnetische Widerstand für den durch die Läuferwicklungen erzeugten magnetischen
Leitungsweg ergibt. Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn optimale Ergebnisse erzielt
werden sollen, die Breite des Luftspaltes 88 im Bereich von etwa 0,1 bis 0,2 mm
liegen und vorzugsweise etwa 0,15 mm betragen soll.
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Die auf dem Läufer 40 angeordneten Wicklungen erzeugen ein
sich bewegendes Magnetfeld. Durch dieses sich bewegende Magnetfeld wird in bei Asynchronmotoren
üblicher Weise ein Strom in den Kurzschlußstäben 38 und den Ankerstäben 39 induziert,
wodurch ein Gegenmagnetfeld erzeugt wird. Eine resultierende Kraft der beiden Magnetfelder
verschiebt den Läufer gegenüber dem Anker. Die Wicklungen auf dem Läufer 40 können
wie üblich zweiphasig sein, wobei die eine Phase elektrisch um 90° gegenüber der
anderen verschoben ist. Die Wicklungen des Läufers 40 sind so angeschlossen,
daß sich das durch sie erzeugte Magnetfeld wahlweise in der einen oder der anderen,
entgegengesetzten Richtung bewegen kann. Dies bewirkt auch eine Umkehrung der Bewegung
des Läufers gegenüber dem Anker. Auf diese Weise kann veranlaßt werden, daß sich
der Läufer gegenüber dem Anker hin- und herbewegt.
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Aus den F i g. 4 und 5 sind weitere Einzelheiten des Läufers 40 ersichtlich.
Man erkennt, daß der den Läufer tragende Klotz 42 allgemein ringförmig ist. Der
geschichtete Magnetkern 72 erstreckt sich quer zu dem ringförmigen Tragklotz und
wird durch zwei Stangen 90 und 92 in seiner Lage gehalten, die sich durch öffnungen
in dem Magnetkern 72 erstrecken und mit dem ringförmigen Tragklotz 42 durch vier
Befestigungsschrauben 98 und 100 verbunden sind. Diese Befestigungsschrauben
dienen dazu, die Stangen 90 und 92 gegen den ringförmigen Tragklotz
42
zu ziehen, so daß der Magnetkern 72 auf der Oberseite des Tragklotzes 42
festgehalten wird.
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An der Unterseite des Tragklotzes 42 ist auf einer Seite desselben
ein Träger 102 für Leitungsanschlüsse befestigt. Auf dem Anschlußträger
102 sind mehrere Anschlußstifte 1.04 vorgesehen, mit denen die stromführenden
Leitungen 106 verbunden werden. Die Leitungen 106 erstrecken sich durch Öffnungen
108 in dem Anschlußträger 102. über die Leitungen 106 wird der Strom den
Läuferwicklungen zugeführt.
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Eine Stange oder Schiene 110 ist mit einem Ende an einem schmalen
Fortsatz 112 befestigt, der sich an eine Seite des ringförmigen Tragklotzes 42 anschließt.
Die Schiene oder der Arm 110 kann als hohles rohrförmiges Bauteil ausgebildet sein.
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Das freie Ende des Arms 110 ist lösbar mit einem Zeiger verbunden,
der eine Registrierfeder trägt. Der Zeiger ist in einem zu diesem Zweck am freien
Ende des Arms 110 vorgesehenen Schlitz 128 angeordnet. Die kegistrierfeder ist geeignet,
eine Aufzeichnung über die Bewegung des Läufers 40 auf einem durch einen
Motor angetriebenen Registrierstreifen 130 des Registriergeräts 132 herzustellen.
Bei dem Registriergerät 132 handelt es sich um ein Gerät, bei dem ein Registrierstreifen
130 kontinuierlich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit an der Registrierfeder
124 vorbeigezogen wird.
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Bei den Informationen, die auf dem Streifen 130 registriert werden,
kann es sich um verschiedene Größen handeln; man kann z. B. Temperaturen, die Standhöhe
von Flüssigkeiten, die Feuchtigkeit, Geschwindigkeiten usw. registrieren; im folgenden
wird näher auf das Registrieren solcher Meßwerte eingegangen. Der lineare Asynchronmotor
10 ist mit dem Oberteil des Registriergeräts 132 durch Tragklötze 133 lösbar
verbunden.
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Eine Skala 134 ist mit dem Registriergerät 132 an ihren
Enden mit Hilfe von Halterungen 136 lösbar verbunden. Der Zeiger arbeitet mit der
Skala 134
zusammen, um die Stellung des Läufers 40 gegenüber dem Anker
28 anzuzeigen. Gegebenenfalls kann die Skala 134 in Temperatur-, Standhöhen-, Feuchtigkeits-,
Geschwindigkeitseinheiten usw. geeicht sein.
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Der Läufer 40 ist mit einem Schleifdrahtpotentiometer verbunden,
das auf Halterungen 135 angeordnet ist, die mit den Stirnwänden 12 und 14 aus einem
Stück bestehen. Gemäß F i g. 2 umfaßt das Potentiometer mehrere U-förmige Schleifdrähte,
die so angeordnet sind, daß ihre freien Enden der Stirnwand 12 benachbart
sind, und daß sich ihre gekrümmten Verbindungsabschnitte um Führungen herum erstrecken,
die von einem Ende elastischer S-förmiger
Tragorgane aus unterstützt
werden, welche an der anderen Stirnwand 14 befestigt sind. Bei den verschiedenen
Schleifdrähten kann es sich um Widerstandsdrähte handeln, die unterschiedliche ohmsche
Widerstände je Längeneinheit aufweisen, um verschiedenen zu messenden Werten zugeordnet
werden zu können.
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F i g. 6 zeigt schematisch ein Anwendungsbeispiel für ein Potentiometer
und einen linearen Asynchronmotor 10 nach der Erfindung. Gemäß F i g. 6 liegen
Stromquellen 170 und 171 an Widerständen 172 und 138 für Schleifkontaktgabe an.
An dem Widerstand 172 greift ein verstellbarer Potentiometerkontakt 176 an, dessen
Anschlußende zur Zuführung einer Meßspannung direkt mit einer Klemme eines stabilisierten
Zerhackerverstärkers 174 verbunden ist. Der Verstärker 174 ist von bekannter Bauart
und im Handel erhältlich. Der Kontakt 176 verändert seine Stellung längs des Widerstandes
172 entsprechend einem gemessenen Wert, z. B. einer Temperatur, der Standhöhe einer
Flüssigkeit, der Feuchtigkeit, einer Geschwindigkeit od. dgl. Ein Doppelschleifkontakt
156 überbrückt die Schleifdrähte 138 und 140, um der anderen Klemme des Zerhackerverstärkers
174 eine Vergleichsspannung zuzuführen. In abgeglichenem Zustand sind die bei 176
und 156 abgegriffenen Spannungen gleich.
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Jede Differenzspannung, die an den beiden Eingangsklemmen des Verstärkers
174 erscheint, repräsentiert ein Fehlersignal, das auf eine Änderung der Stellung
des Potentiometerkontaktes 176 zurückzuführen ist. Der Zerhackerverstärker
174 legt eine entsprechende verstärkte Wechselspannung an die Läuferwicklungen des
Motors 10 an. Der Läufer ändert dann seine Stellung in der Richtung, die durch die
Richtung der Spannung des Fehlersignals bestimmt ist. Dabei verstellt er den Doppelschleifkontakt
156 in Richtung eines neuen Spannungsabgleichs. Die Größe der Bewegung des Läufers,
die erforderlich ist, um das System ins Gleichgewicht zu bringen, wird mit Hilfe
der Registrierfeder auf dem sich bewegenden Registrierstreifen aufgezeichnet.
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Es sei ferner bemerkt, daß der Betriebsluftspalt 88 gegebenenfalls
einstellbar sein kann.