DE19604643B4

DE19604643B4 - Linearmotor mit integrierter Kühlung

Info

Publication number: DE19604643B4
Application number: DE19604643A
Authority: DE
Inventors: Gerd Schwarz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2016-02-09
Also published as: DE19604643A1

Abstract

Linearmotor, mit einem Primärteil und einem Sekundärteil, dessen Länge in Bewegungsrichtung des Linearmotors größer als die Länge des Primärteils ist, wobei das Primärteil und das Sekundärteil jeweils einen aus Elektroblechen zusammengesetzten, genuteten Eisenkern aufweisen, in den Nuten des Primärteil-Eisenkerns eine ein- oder mehrphasige Läuferwicklung und in den Nuten des Sekundärteil-Eisenkerns Leiterstäbe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass den Eisenkern des Primär- und oder Sekundärteils mit Kühlmittel durchströmte Kühlrohre (8,28) durchlaufen, und dass die Kühlrohre (8,28) auf den den Nuten (4) abgewandten Rückenflächen (6,26) der Eisenkörper (2,22) des Primär- (1) und/oder Sekundärteils in Kühlnuten (7,27) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Linearmotoren werden bei moderneren Produktionsmaschinen aufgrund ihrer besonderen Schnelligkeit und Präzision immer häufiger anstelle von konventionellen Rotationsmotoren und deren mechanischen Transmissionsgliedern verwendet, wobei in der Regel das Primär- bzw. Sekundärteil des Linearmotors direkt an das zu bewegende Maschinenteil angekoppelt ist. Da jedoch in der Läuferwicklung des Primärteils infolge des ohmschen Widerstandes und im Sekundärteil eines Asynchron-Linearmotors infolge von Wirbelströmen erhebliche Verlustwärme entsteht, fallen in unmittelbarer Nähe des zu bewegenden Maschinenteils unerwünschte Wärmemengen an.
Es ist bekannt, zur Wärmeabfuhr mit Kühlflüssigkeit durchströmte Kühlrohre im Grunde der Nuten anzuordnen, die im Primärteil die Läuferwicklung enthalten. Diese Einlegeart ist jedoch zeitaufwendig und wegen der Verengungen an den Nutöffnungen sehr schwierig durchzuführen. Im Falle von Defekten an den Kühlrohren sind diese auch wegen der gleichzeitigen Belegung der Nuten mit den Läuferwicklungen mit vertretbarem Aufwand nicht mehr auswechselbar.
Im weiteren ist es bekannt, auf den den Nutenseiten vom Primär- und Sekundärteil gegenüberliegenden Rückenflächen mit Kühlflüssigkeit durchströmte Plattenwärmetauscher anzuordnen, die jedoch eine hohe, kostenintensive Bearbeitungsgenauigkeit und ein zusätzliches Bauvolumen beanspruchen.

"Archiv für Elektrotechnik" 1974, Nr. 6, Seiten 305-319, zeigt einen Linearmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Diese Schrift bezieht sich in erster Linie auf die theoretischen Grundlagen eines solchen Linearmotors, wobei Vorschläge für Kühlvorrichtungen nicht angesprochen sind.

Aus der US-A-4,839,545 ist es bekannt, beim Primärteil eines Linearmotors an der den Wicklungszähnen bzw. -nuten abgewandten Seite von Kühlmittel durchströmte Nuten im Eisenkern vorzusehen. Die Kühlnuten werden von einer Abdeckplatte abgedeckt und sind durch eine isolierende Zwischenschicht abgedichtet. Durch den Mehrschichtenaufbau kann es im Betrieb zu thermischen Spannungen und damit zu Leckagen kommen.

Aus dem DE 91 07 197 U1 und der DE 42 31 921 A1 sind Rotationsmotoren mit im Querschnitt kreisförmigen Gehäusen bekannt, wobei Kühlmittel durch achsparallele Bohrungen in der Gehäusewand geführt wird. Eine entsprechende Anordnung zeigt die DE-OS 20 55 295 .

Aus der DE-AS 1 146 970 ist eine Flüssigkeitskühlung für Blechpakete elektrischer Maschinen bekannt, bei der Kühlrohre in Kanälen durch die Blechpakete derart angeordnet sind, dass sie thermisch und elektrisch von dem Blechpaket isoliert sind. Die Kühlrohre werden von einem flüssigen Kühlmedium durchströmt, und die Wärmeübertragung von Blechpaket zu Kühlrohr erfolgt durch einen die Kühlrohre umgebenden, vorzugsweise turbulenten Gasstrom. Diese Bauart ist relativ kompliziert und erfordert ein großes Bauvolumen, und zusätzlich zu einem Kühlkreislauf für das Kühlmittel müssen Einrichtungen zur Aufrechterhaltung des Gasstroms vorgesehen sein.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Linearmotors mit einer Kühlvorrichtung, mit der im Primär- und/oder Sekundärteil anfallende Verlustwärme mit einfachem Bauaufwand betriebssicher und ohne das Bauvolumen des Linearmotors zu vergrößern abgeführt werden kann, wobei die Flächen des Primär- und/oder Sekundärteils, mit denen der Linearmotor an die zu bewegenden Maschinenteile einer Produkti onsmaschine angeschlossen werden soll, möglichst temperaturneutral gehalten werden sollen, um den Arbeitsbereich der Produktionsmaschine von störender Wärmebeaufschlagung freihalten zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des erfindungsgemäßen Linearmotors ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
1 in schematischer Darstellung die Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Linearmotors mit mäanderförmig verlegtem Kühlrohr,
2 die Seitenansicht des Primärteils nach 1,
3 in schematischer Darstellung die Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel des Primärteils eines Linearmotors mit zu beiden Seiten des Primärteils angeordneten Sammelkanälen und
4 die Seitenansicht des Primärteils nach 3.
Die 1 und 2 zeigen ein Primärteil 1 eines ansonsten nicht näher dargestellten Linearmotors. Das Primärteil 1-besteht aus einem Eisenkörper 2, der aus geschichteten Blechelementen 3 zusammengesetzt ist. Die Blechelemente 3 sind mit Ausstanzungen versehen, die im geschichteten Eisenkörper 2 auf der Nutseite 4 Nuten 5 und auf der der Nutseite 4 gegenüberliegenden Rückenfläche 6 Kühlnuten 7 ergeben. Die Nuten sind an den Nutöffnungen verengt und dienen zur Aufnahme der Läuferwicklungen (nicht dargestellt). In den Kühlnuten 7 ist ein Kühlrohr 8 mäanderförmig verlegt. Zur Herstellung eines guten Wärmeaustausches ist das Kühlrohr 8 in die Kühlnuten 7 eingepresst oder unter Zwischenlage eines Klebers mit guter Wärmeleitfähigkeit eingeklebt. Das Kühlrohr 8 kann ferner in den Kühlnuten 7 durch Schweißen, Löten oder Vergießen mit Vergussmasse fixiert sein. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, das Kühlrohr 8 in einer Kühlnut 7 zu fixieren, deren Öffnung verengt ist, wobei das Kühlrohr 8 beim Einsetzen entsprechend elastisch verformt wird und in seiner Endposition formschlüssig in der Kühlnut 7 gehalten ist. Grundsätzlich sind die vorbeschriebenen Befestigungsmethoden in beliebiger Weise auch in Kombination anwendbar.
Das Kühlrohr 8 ist in schräg zur Längserstreckung des Eisenkörpers 2 verlaufenden Kühlnuten 7 verlegt, wobei der Zulauf 9 und der Ablauf 10 des Kühlrohres 8 an den entgegengesetzten Endflächen 11 und 12 des Eisenkörpers 2 angeordnet sind. Die Kühlnuten 7 sind so angeordnet, dass genügend Raum für Bohrungen 13 besteht, in die Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) einschraubbar sind, mit denen das Primärteil mit der Rückenfläche 6 direkt an das zu bewegende Maschinenteil (nicht dargestellt) verschraubbar ist. Infolge der in der Rückenfläche 6 verlegten Kühlrohre 8 kann diese temperaturneutral gehalten werden, so dass aus dem ohmschen Widerstand resultierende Störeinflüsse ausgeschlossen werden können.
In dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Primärteil 1 von einem aus einem mäanderförmigen Kühlrohr 8 bestehenden Kühlkreislauf in Längsrichtung durchströmt.
Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, mehrere Kühlkreisläufe vorzusehen, wobei die Kühlrohre zweier benachbarter Kühlnuten gleichsinnig oder gegensinnig mit Kühlmitteln durchströmt werden können, die unterschiedlichen Kühlkreisläufen angehören. Die Kühlkreisläufe können dabei das Primärteil in seiner Längserstreckung insgesamt oder nur abschnittsweise mäanderförmig durchströmen. Mit den vorbeschriebenen Verlegungsarten für die Kühlrohre können je nach Einsatzanforderung des Primärteils die Maßgaben erfüllt wer den, eine gleichförmig temperaturneutrale Rückenfläche des Primärteils zu schaffen.
Die Ausführungsform nach den 3 und 4 entspricht im wesentlichen der Ausführungsform nach den 1 und 2, das Kühlrohr 28 ist jedoch nicht durchgehend mäanderförmig, sondern nur abschnittsweise in den Kühlnuten 27 verlegt. Die Abschnitte der Kühlrohre 28 werden über einen auf der einen Seite des Primärteils 21 bzw. des Eisenkörpers 22 angeordneten Vorlauf-Sammelkanal 40 mit frischem Kühlmittel versorgt, das nach einer Querdurchströmung des Eisenkörpers 22 über einen Rücklauf-Sammelkanal 41 abgeführt wird.
Die 3 und 4 zeigen das Grundprinzip der Kühlmittelzufuhr und -abfuhr mittels an der Seite des Eisenkörpers angebrachten Vorlauf- und Rücklauf-Sammelkanälen, wobei zur Schaffung einer möglichst gleichförmigen Kühlung der Rückenfläche 26 des Eisenkörpers 22 auch mehrere Kreisläufe vorgesehen sein können, mittels derer die Kühlrohre 28 zweier benachbarter Kühlnuten 27 gegensinnig mit Kühlmittel aus unterschiedlichen Kühlkreisläufen durchströmt werden können. Zu diesem Zweck müssten an jeder Seite des Primärteils 1 jeweils mindestens ein Vorlauf-Sammelkanal und ein Rücklauf-Sammelkanal angeordnet sein, so dass Kühlkreisläufe geschaffen werden können, die die Rückenfläche des Primärteils infolge einer gegensinnigen Durchströmung weitestgehend gleichförmig zur Abkühlung bringen.
Die vorbeschriebenen Maßnahmen betreffen die Kühleinrichtungen in den Rückenflächen 6, 26 von Primärteilen 1, 21 von Linearmotoren, mit denen die in den Läuferwicklungen entstehende Verlustwärme abführbar ist.
Mit den gleichen Kühleinrichtungen können auch die Rückenflächen der hier nicht näher beschriebenen Sekundärteile von Asynchron-Linearmotoren ausgestattet werden, bei denen die durch Wirbelströme hervorgerufene Verlustwärme abgeführt wer den muss. In gleicher Weise wie bei den Primärteilen kann dabei die Rückenfläche des Sekundärteils auf ein temperaturneutrales Maß abgekühlt werden, so dass auch durch das Sekundärteil eines Asynchron-Linearmotors an dessen Einsatzort keine Störeinflüsse infolge Verlustwärme hervorgerufen werden können.

Claims

Linearmotor, mit einem Primärteil und einem Sekundärteil, dessen Länge in Bewegungsrichtung des Linearmotors größer als die Länge des Primärteils ist, wobei das Primärteil und das Sekundärteil jeweils einen aus Elektroblechen zusammengesetzten, genuteten Eisenkern aufweisen, in den Nuten des Primärteil-Eisenkerns eine ein- oder mehrphasige Läuferwicklung und in den Nuten des Sekundärteil-Eisenkerns Leiterstäbe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass den Eisenkern des Primär- und oder Sekundärteils mit Kühlmittel durchströmte Kühlrohre (8,28) durchlaufen, und dass die Kühlrohre (8,28) auf den den Nuten (4) abgewandten Rückenflächen (6,26) der Eisenkörper (2,22) des Primär- (1) und/oder Sekundärteils in Kühlnuten (7,27) angeordnet sind.
Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlnuten (7,27) quer zur Längserstreckung der Eisenkörper (2,22) des Primär- (1) und/oder Sekundärteils verlaufen.
Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlnuten (7,27) parallel zur Längserstreckung der Eisenkörper (2,22) des Primär- (1) und/oder Sekundärteils verlaufen.
Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlnuten (7,27) schräg zur Längserstreckung der Eisenkörper (2,22) des Primär- (1) und/oder Sekundärteils verlaufen.
Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre (8, 28) in die Kühlnuten (7, 27) eingepresst sind.
Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlroh re (8,28) mäanderförmig gebogen sind, wobei Anfang und Ende der Kühlrohranordnung an den entgegengesetzten Endflächen (11,12; 31,32) der Eisenkörper (2,22) des Primär- (1) und/oder Sekundärteils angeordnet sind.
Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre (8) mäanderförmig gebogen sind, wobei Anfang und Ende der Kühlrohranordnung an einer Endfläche der Eisenkörper (2) des Primär- (1) und/oder Sekundärteils angeordnet sind.
Linearmotor nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre aus zwei oder mehreren gegensinnig mit Kühlflüssigkeit durchströmten Kreisläufen bestehen, die in den Kühlnuten (27) nach der Maßgabe verlegt sind, dass benachbarte Kühlrohrabschnitte in unterschiedlichen Richtungen mit Fühlflüssigkeit durchströmt werden.