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Die Erfindung bezieht sich auf einen Sekundärteil mit einem Kern
und diesen umgebende, elektrisch leitende, nicht ferromagnetische Ringe mit axialen
Begrenzungsflächen fiir einen nach einem aus mehreren, mehrphasig gespeisten, den
Sekundärteil eines Linearmotors konzentrisch umgebenden, axial um eine Nutteilung
getrennt nebeneinanderliegende Erregerspulen bestehenden Polysolenoidsystem arbeitenden
Elektro-Linear-Motor.
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Infolge der mehrphasigen Erregung dieses Spulensystems wird ein in
Achsrichtung des Linearmotors fortschreitendes Wanderfeld erzeugt, das im Sekundärteil
Ströme induziert, welche zusammen mit dem Wanderfeld eine axiale Schubkraft auf
den Sekundärteil und damit eine Relativbewegung ergeben. Der Sekundärteil besteht
bei einigen bekannten Polysolenoid-Linearmotoren aus einem massiven Kern. Seine
Zugkraft wurde schon nach der britischen Patentschrift 883 837 und »Electrical Times«,
1966, S. 977, durch eine den Sekundärteil umgebende Schicht aus magnetisch nichtleitendem,
aber elektrisch gut leitendem Material, z. B. Kupfer und Eisen, erhöht. Gleichzeitig
entstand, namentlich bei ungleichem Luftspalt, die Gefahr ausgeprägter Stellungen,
die sich in einer Neigung zum Kleben, Pendeln oder Vibrieren des Sekundärteils äußerte.
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Es wurde daher nach dem schweizerischen Patent 391 081 vorgeschlagen,
den aus einer eisernen Welle oder einem eisernen Rohr gebildeten Sekundärteil mit
einer zusammenhängenden kupfernen Hülle zu überziehen. Nebender schwierigen mechanischen
Frage der Toleranzen zwischen Kupferzylinder und Eisenkern, namentlich im Unterschied
zwischen kaltem und warmem Zustand, ergaben sich neue Schwierigkeiten durch die
Tatsache, daß der Luftspalt bei den praktisch in Frage kommenden, meistens etwas
leichteren Konstruktionen dazu neigt, ungleich zu sein.
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Der magnetische Fluß wandert dann zu den engsten Stellen des Luftspaltes;
infolge der nicht unterteilten Kupferhülse kann der Läuferstrombelag mitwandern;
es bilden sich ungleichmäßig verteilte Kräfte aus, in deren Folge wieder Vorzugsstellungen
des Sekundärteils und Rohrverbiegungen, Pendel-, Klebe- und Geräuscherscheinungen,
desgleichen sowie ungleiche Erhitzungen auftreten. Die Gefahr ungleicher Verteilung
des magnetischen Wanderfelds besteht namentlich bei Reihenschaltung der Ständerspulen.
Der Berechner solcher Spulenanordnungen will aber auf die Möglichkeit nicht verzichten,
gegebenenfalls die Erregerspulen in Reihe zu schalten.
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Bei der praktischen Ausführung solcher nicht unterbrochenen Kupferhülsen
aus handelsüblichen, ursprünglich nicht für elektrische Zwecke bestimmten Kupferrohren
machen sich deren ungleiche Beschaffenheit und Maßtoleranzen in einem Sinne bemerkbar,
der ebenfalls zu verschiedener Erwärmung, zusätzlicher Ungleichheit des Luftspalts
und zur Rohrverbiegungen führt.
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Nach der Aufgabe der Erfindung soll ein nach dem Polysolenoid-System
arbeitender Elektro-Linear-Motor geschaffen werden, der auch bei Reihenschaltung
der Spulen einwandfrei arbeitet und dessen Sekundärteil die geschilderten Nachteile,
nämlich die Neigung des Sekundärteils zum Kleben, Pendeln oder Vibrieren bzw. zu
ungleichmäßiger Erwärmung, nicht hat.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ringe isoliert sind und
daß durch die axialen Begrenzungs-
flächen der Ringe eine Schrägung zur Längsachse
des Kerns gebildet ist.
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Durch den schrägen Verlauf der Begrenzungsflächen werden Vorzugsstellen
des Sekundärteils vermieden, weil die zum Normalkreis schrägen, sekundären Strombahnen
nicht mit den einem Normalkreis folgenden Nutöffnungen des Ständers zusammenfallen.
Daß die Schrägung sich bei einem ganzen Umlauf entlang der Schnittkurve ändert,
ist unbedenklich und eher nützlich.
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Die durch die Schrägung sich ergebenden axialen Abstände der Begrenzungsflächen
am Umfang der Ringe sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kleiner als die
Nutteilung der Erregerspulen und größer als die Breite einer durch die Breite der
Erregerspulen bedingten Nutöffnung. Eine gewisse Einschränkung der Schrägung der
Ringe ist mit Rücksicht auf den mit einer größeren Schrägung verbundenen kleineren
Wicklungsfaktor, zum anderen mit Rücksicht auf die mit größerer Nutschräge verbundene
Abnahme der axialen Komponente der Stromkraft und das Auftreten einer zur Achsrichtung
senkrechten Komponente derselben gegeben. Beim kleineren Durchmesser ist die erforderliche
Schrägung verhältnismäßig groß, wenn man sie nur nach der Teilung der Erregerspulen
orientiert. Es genügt jedoch, wenn die Schrägung nur die Breite der Erreger-Nutöffnungen
überbrückt. Messungen an kleineren Linearmotoren mit um 180 zur Längsachse des Sekundärteils
geneigten Trennebenen bestätigen die Wirksamkeit der schrägen Ringe.
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Die Begrenzungsflächen der Ringe sind nach einem weiteren Erfindungsmerkmal
parallel. Die Ringe sind meistens axial gleich lang.
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Nur für dafür geeignete Fälle sieht eine Variante der Erfindung vor,
die Ringe innerhalb eines Sekundärteils ungleich lang zu machen. Nach einer hinsichtlich
der Unterdrückung von Ungleichheiten weniger umfassenden und deshalb nur bei diesen
besonders gelagerten Fällen empfohlenen Variante der Erfindung können die axial
längeren der ungleichen Ringe um ein Mehrfaches länger als die kürzeren Ringe sein.
Die Veränderlichkeit der Ringlänge kann durch Weglassen einzelner bei gleichmäßiger
Verteilung der Trennflächen vorhandener Schlitze erreicht werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bestehen die Ringe aus
Kupfer. Dieser Werkstoff hat sich, wie eingangs erläutert, schon für die ungeteilte
Ummantelung eines Sekundårteiles eingeführt. Die Ringe können auch aus Aluminium
hergestellt sein.
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Die zum Herausbilden der bestimmten vorgeschriebenen Strombahnen erforderliche
Isolierung der Schrägringe gegeneinander sowie gegen den Kern des Sekundärteils
läßt sich auf einfachste Weise durch Lacktränken od. dgl. und in der erforderlichen
Dicke herstellen, weil die Spannungen in den Ringen nur Bruchteile eines Volt betragen.
Wegen der geringen Stärke stellen die Isolationsschichten auch kein Hindernis gegen
den Wärmestrom dar.
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Die erfindungsgemäßen schrägen Ringe haben die Linearmotoren wesentlich
verbessert. Auch bei ungleicher Dicke des Luftspaltes haben sich die Sekundärteile
der Linearmotoren bewährt. Die Sekundärteile wurden bereits in Polysolenoid-Linearmotoren
verschiedener Systeme eingebaut.
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Die Ringe sind zum Verhindern des Abriebs auf der Oberfläche mechanisch
vergütet.
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Ein AusFiih Iungsbeispiel der Erfindung ist in der Zcichnung (F i
g. 1 und 2) dargestellt und im folgenden näher erläutert: Der Kern 1 des Sekundärteils
ist mit Ringen 2 versehen und in einem Gehäuse 3 des Linearmotors axial verschiebbar
gelagert. Zwischen den Blechen 4 des Ständers und den Ringen 2 des Sekundärteils
ist ein Luftspalt 5 vorhanden.
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Die Ringe 2 sind aus schräg abgeschnittenen Kupferrohren gebildet
und allseitig mit einer dünnen Lackschicht versehen.
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Die axialen schrägen Begrenzungsflächen 2 a der Ringe 2 ergeben in
der Abwicklung des Zylinders eine Spur gemäß der Fig. 2, die in jedem ihrer PunkteP
gesetzmäßig unter verschiedenen Winkeln schräg gegen den jeweiligen, durch den Punkt
gelegten, zur Längsachse senkrechten Normalkreis verläuft. Die Schrägung ändert
sich entlang der Schnittkurve zwischen dem WertO und einem Maximum.
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Der Maximalwert ist so gelegt, daß der Mittelwert der durch die Schrägung
bewirkten Verbesserung ausreichend hoch ist.
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Da die Teilung der Erregerspulen bei den kleinsten Linearmotoren
in der Größenordnung von 10 bis 15 mm, der Läuferdurchmesser etwa bei 20 mm liegt,
ist die Schrägung bei einem derartig kleinen Linearmotor verhältnismäßig groß.
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Patentansprüche: 1. Sekundärteil mit einem Kern und diesen umgebende,
elektrisch leitende, nicht ferromagnetische Ringe mit axialen Begrenzungsflächen
für einen nach einem aus mehreren mehrphasig gespeisten, den Sekundärteil konzentrisch
umgebenden. axial um eine Nutteilung getrennt nebeneinanderliegende Erregerspulen
bestehenden Poly-
solenoidsystem arbeitenden ElcLtro-Lincar-Motor, dadurch gek e
n n zei cli ne t, daß die Ringe (2) isoliert sind und daß durch die axialen Begrenzungsflächen
(2 a) der Ringe (2) eine Schrägung zur Längsachse des Kerns (1) gebildet ist.
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2. Sekundärteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
durch die Schrägung sich ergebenden axialen Abstände der Begrenzungsflächen (2 a)
am Umfang der Ringe (2) kleiner als die Nutteilung der Erregerspulen (4) und größer
als die Breite einer durch die Breite der Erregerspulen bedingten Nutöffnung sind.
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3. Sekundärteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Begrenzungsflächen (2 a) der Ringe (2) parallel sind.
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4. Sekundärteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ringe (2) axial gleich lang sind.
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5. Sekundärteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ringe (2) axial ungleich lang sind.
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6. Sekundärteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
axial längeren der ungleichen Ringe (2) um ein Mehrfaches länger als die kürzeren
Ringe (2) sind.
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7. Sekundärteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ringe (2) aus Kupfer bestehen.
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8. Sekundärteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die
Ringe (2) aus Aluminium bestehen.