DE19604645A1 - Elektroantrieb - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektroantrieb gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei einem Antrieb der vorgenannten Art, wie er aus der PCT/US 79/01113 bekannt ist, umgibt ein ringförmiger, als Stahlzylinder ausgebildeter Läufer einen zylindri­ schen Stahlkern mit Spulen und Zähne aufweisenden Polstücken, wobei an der Innenseite des Stahlzylinders umlaufend angebrachte Zähne vorgesehen sind, die Luftspalte mit den Zähnen der Polstücke bilden.

Die DE-OS 33 46 917 sieht ebenfalls zwei konzentrisch mit Abstand ineinander gesetzte, linear gegeneinander beweglich angeordnete zylindrische Teile aus magnetisierbarem Material vor, wobei der äußere Zylinder an seiner Innenseite eine umlaufende Struktur und der innere Zylinder eine an seiner Außenseite umlaufende Struktur aufweist.

Bei derartigen Vorrichtungen bereitet die Herstellung der im magnetisierbaren Ma­ terial erforderlichen Strukturen mit der erforderlichen mechanischen Präzision, insbesondere im Bereich der Innenfläche der Teile, und da besonders, wenn - wie für Linearantriebe im allgemeinen nötig - die Teile lang ausgebildet sind, erhebliche Schwierigkeiten, die einer Fertigung der Antriebe mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand entgegenstehen.

In der DE-OS 21 09 241 wird vorgeschlagen, die erforderlichen Strukturen ständerseitig als Schichtung von in ein Ständerjoch eingesetzten Ringscheiben auszubilden.

Die DE-PS 42 17 357 sieht darüberhinaus eine Schichtung von Ringscheiben auch für den Läufer vor.

Im Hinblick auf die angesichts der erforderlichen engen Luftspalte zwischen Stator- und Läuferstrukturen erforderliche hohe maßliche Genauigkeit im Bereich der Luftspalte ist auch hier ein hoher fertigungstechnischer Aufwand angezeigt.

Bei den voranstehend genannten Vorrichtungen bereitet im Hinblick auf die ange­ führte erforderliche hohe maßliche Genauigkeit und mechanische Präzision, auch in Verbindung mit der Notwendigkeit langer Führungswege zwischen Läufer und Stator, die Realisierung einer entsprechenden präzisen Führung bzw. Lagerung zwischen Läufer und Stator besondere Schwierigkeiten, die einen erheblichen fertigungstechnischen Kostenaufwand bedeuten.

In der DE-OS 30 43 302 wird vorgesehen, die Innenfläche eines den Stator umge­ benden rohrförmigen Läufers glatt auszubilden und die Außenfläche des Läufers entlang des Läufers mit ringförmig umlaufenden Vertiefungen zu versehen, in deren Bereich eine magnetische Sättigung des Läufermaterials eintreten soll.

Die ringförmige Struktur kann auf der Außenseite - insbesondere durch eine spanabhebende Bearbeitung wie Drehen - in einfacher Weise und mit hoher maßlicher Genauigkeit hergestellt werden.

Der Übergang in die magnetische Sättigung erfolgt allerdings entlang des Läufers in den Bereichen der von außen angebrachten Vertiefungen örtlich nur allmählich und nicht als scharfer Übergang, der jedoch für eine erwünscht starke Kraftwirkung erforderlich wäre.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektroantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine starke Kraftwirkung aufweist und in fertigungstechnisch einfacher und kostengünstiger Weise mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Kern der mindestens einen ersten, beispielsweise als Stator vorgesehenen Bau­ einheit weist erfindungsgemäß an seinen Enden Seitenteile mit einem über die Wicklung hinausreichenden Bereich auf, in dem Öffnungen angebracht sind, die auch auf Ausbrüche reduziert sein können.

Durch die Öffnungen sind erfindungsgemäß - entlang des Kerns beweglich - als Bestandteile der mindestens einen zweiten, beispielsweise als Läufer vorgesehenen Baueinheit in einem weichmagnetischen Material ausgebildete Stangen geführt, an deren Außenseite Vertiefungen und Erhöhungen angebracht sind, die mit der Randfläche der Öffnungen Luftspalte bilden, die sich beim Bestromen der zugehörigen Kernwicklung mit auf die Stange in ihrer Längsausdehnung wirkender translatorischer Kraft zu verkleinern suchen.

Es hat sich gezeigt, daß diese Kraft mit der Spaltlänge wächst. Deshalb ist durch Anbringen mehrerer Öffnungen in einem Seitenteil und die aus der Gesamtheit ihrer Randflächen resultierende große Gesamtspaltlänge eines Seitenteils auch eine große Kraft bezogen auf ein Seitenteil erzielbar, die wesentlich größer als die auf ein vergleichsweises übliches, scheibenförmiges Polstück wirkende Kraft ist, bei dem die Kraft lediglich dessen Umfang als Spaltlänge entspricht.

Dadurch kommt die erfindungsgemäße Vorrichtung - bei starker Kraftwirkung - in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise mit wenigen Seitenteilen aus.

Neben der Möglichkeit, die Vertiefungen und Erhöhungen der zweiten Baueinheit - z. B. des Läufers - durch am Außenumfang erfolgende und damit einfache und gleichzeitig mit hoher mechanischer Genauigkeit mögliche spanabhebende Bearbeitung wie Drehen zu erzeugen, ermöglicht dies die einfache und kostengünstige Herstellung von linear arbeitenden, eine starke Kraftwirkung aufweisenden Elektroantrieben mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem Patentanspruch 1 nachgeord­ neten Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen, jeweils in schematischer Wiedergabe,

Fig. 1 eine Ausführungsform des Grundaufbaus für den erfindungsgemäßen Elektroantrieb als Längsschnitt,

Fig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Seitenansicht zu Fig. 1,

Fig. 4 eine weitere Seitenansicht zu Fig. 1,

Fig. 5 eine weitere Seitenansicht zu Fig. 1,

Fig. 6 eine Ausführungsform des Grundaufbaus für den erfindungsgemäßen Elektroantrieb gemäß Fig. 1 als weiterer Längsschnitt,

Fig. 7 eine Ausführungsform einer Weiterbildung des Grundaufbaus des erfindungsgemäßen Elektroantriebs gemäß Fig. 1 als Längsschnitt,

Fig. 8 eine Detaildarstellung zu den beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Elektroantriebs,

Fig. 9 eine weitere Detaildarstellung zu den beschriebenen Ausführungsfor­ men des erfindungsgemäßen Elektroantriebs,

Fig. 10 eine Weiterbildung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektroantriebs gemäß Fig. 1,

Fig. 11 eine Ausführungsform der elektrischen Verknüpfung der Wicklungen des erfindungsgemäßen Elektroantriebs gemäß Fig. 10,

Fig. 12 eine Detaildarstellung zu einer Weiterbildung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektroantriebs gemäß Fig. 10,

Fig. 13 eine Weiterbildung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektroantriebs gemäß Fig. 10 als Längsschnitt,

Fig. 14 eine weitere Weiterbildung der Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Elektroantriebs gemäß Fig. 10,

Fig. 15 eine Weiterbildung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektroantriebs gemäß Fig. 14 als Seitenansicht.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Grundaufbaus für den erfindungsgemäßen Elektroantrieb 1 mit einer ersten, beispielsweise als Stator vorgesehene Baueinheit 2 mit einem in einem weichmagnetischen Material, z. B. Eisen bzw. Stahl, ausgebildeten Kern 3, der - fest verbunden - eine den Kern mindestens teilweise umschlingende Wicklung 5 trägt und an seinen Enden in einem weichmagnetischen Material ausgebildete, über die Wicklung 5 hinausreichende Seitenteile 11 und 13 aufweist, wobei die Seitenteile 11 und 13 in ihren über die Wicklung 5 hinausreichenden Bereichen 15 und 17 mit vorteilhaft kreisförmig ausgebildeten Öffnungen 16, 18 versehen sind. Eine Seitenansicht 19 ist in Fig. 2 dargestellt. Die äußerste Lage 205 der Wicklung 5 ist in Fig. 2 gestrichelt eingetragen, ferner der Bereich 17 des Seitenteils 13. In einer in Fig. 3 dargestellten weiteren Seitenansicht 19 des Seitenteils 13 sind - der Übersichtlichkeit wegen unter Weglassung der Stangen 31 sowie nachfolgend beschriebener Führungselemente 41, 41′, 41′′, 41′′′ und Führungsbuchsen 45, 45′ - Öffnungen 18, denen die in Fig. 3 nicht sichtbaren Öffnungen 16 entsprechen, dargestellt.

Eine der den Öffnungen 18 des Bereichs 17 des Seitenteils 13 entsprechenden Öffnungen 16 des Bereichs 15 des Seitenteils 11 zeigt - abgesehen von einem mit dargestellten Teilbereich der Wicklung 5, unter Weglassung weiterer Teile und Bereiche - im Schnitt die Detaildarstellung von Fig. 9.

Die Seitenteile können, wie in Fig. 1 für das Seitenteil 13 dargestellt, gemeinsam mit dem vorteilhaft als Hohlkreiszylinder (Rohr) mit einer Mittenachse 4 ausgebildeten Kern 3 ein einheitliches, zusammenhängendes Teil bilden oder, wie für Seitenteil 11 dargestellt, als separat ausgeführte bzw. gefertigte Bauteile seitlich fest an den Kern 3 gefügt sein, vorteilhaft als Preßsitz auf einem Ansatz 603 und gegen einen Anschlag 703 des Kerns 3.

Die Seitenteile können, fertigungstechnisch vorteilhaft als Stanzteile sowie zur Unterdrückung von Wirbelströmen, aus mehreren Teilen 15′, 15′′ zusammengesetzt ausgebildet sein, wie in Fig. 1 für das Seitenteil 11 dargestellt, wobei sich vorzugs­ weise zwischen den Teilen 15′, 15′′ eine elektrisch isolierende Schicht befindet.

Zwischen elektrischer Wicklung 5 und Kern 3 ist ein elektrisch isolierender Wickelkörper 105 angebracht.

Die Öffnungen 16, 18 können gemäß der, der Seitenansicht 19 entsprechenden, in Fig. 4 dargestellten Seitenansicht auf sich nach außen konkav öffnende Aussparun­ gen 118 und damit die Randflächen 20 der Öffnungen 16, 18 auf magnetisch besonders wirksame Gebiete 120 reduziert sein. Dadurch läßt sich vorteilhaft der äußere Durchmesser des Elektroantriebs 1 reduzieren.

Die Seitenteile gemäß Fig. 4 können als Stanzteile hergestellt werden. Im Falle dickerer Teile werden vorteilhaft zunächst die Öffnungen 16, 18 gebohrt und nach­ folgend die zu Paketen auf einem Dorn zusammengepreßten Seitenteile auf den gewünschten Durchmesser abgedreht.

Die zweite, beispielsweise als Läufer vorgesehene Baueinheit 30 weist, wie in Fig. 1 dargestellt, Stangen 31 mit außerhalb der Mittenachse 4 des Kerns 3 vorzugsweise parallel zu dieser liegender Längsachse 33 auf, die in einem weichmagnetischen Material - vorzugsweise Eisen bzw. Stahl - ausgebildet sind, an ihrer Außenseite angebrachte Vertiefungen 35 und Erhöhungen 37 aufweisen und die - längs ihrer Längsachse 33 bzw. entlang des Kerns 3 bzw. entlang dessen Mittenachse 4 beweglich und mit Hilfe nachfolgend näher beschriebener Mittel - durch die Öffnungen 16, 18 geführt sind, wobei im Bereich der Öffnungen 16, 18 jeweils ein nichtferromagnetischer Spalt - im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ein Luftspalt 22, 24 zwischen der ersten Baueinheit und der zweiten Baueinheit bzw. zwischen jeweils der Randfläche 20 einer Öffnung 16, 18 und dem von Vertiefungen 35 und Erhöhungen 37 gebildeten Außenbereich jeweils einer Stange 31 ausgebildet ist.

Bei der vorgesehenen Bewegung der Stangen 31 längs ihrer Längsachse 33 nimmt, wie in der auszugsweisen Schnittdarstellung von Fig. 8 gezeigt, die Dicke des Spalts 22, 24 einen Minimalwert 26 und einen Maximalwert 28 an. Das Verhältnis von Maximalwert 28 zu Minimalwert 26 ist bevorzugt größer als drei zu eins.

Die Stangen 31 sind vorzugsweise als Kreiszylinder oder Hohlkreiszylinder (Rohre), die Vertiefungen 35 und die Erhöhungen 37 vorzugsweise kreisringförmig ausgebildet, wobei die Vertiefungen 35 und die Erhöhungen fertigungstechnisch vorteilhaft spanabhebend durch Drehen erzeugt werden können.

Gemäß der, der Seitenansicht 19 entsprechenden, in Fig. 2 dargestellten Seitenan­ sicht ist die z. B. als Läufer vorgesehene zweite Baueinheit 30 beispielsweise mit zehn Stangen 31 ausgebildet.

Unter Bezugnahme auf die Schnittkennzeichnungen von Fig. 2 bedeutet die Darstellung von Fig. 1 einen Längsschnitt A-B.

Die zweite Baueinheit 30 weist, wie in Fig. 1 für zwei Stangen 31 dargestellt, zwei Verbindungsstücke 39, 39′ auf, an denen mehrere Stangen 31 befestigt sind. Die Verbindungsstücke 39, 39′ sind vorteilhaft als Scheiben bzw. Kreisringe ausgebildet, im Interesse einer geringen Masse beispielsweise in Aluminium.

Unter Bezugnahme auf die Schnittkennzeichnungen von Fig. 2 ist in Fig. 6 ein Längsschnitt C-D des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 dargestellt. Demgemäß weist die zweite Baueinheit 30 - vorteilhaft zwei, auch in den Seitenansichtdarstel­ lungen von Fig. 2 und Fig. 5 eingetragene - Führungselemente 41, 41′ auf, die vorzugsweise jeweils als Stange 41′′, 41′′′, vorteilhaft als Kreiszylinder oder Hohl­ kreiszylinder (Rohr) ausgebildet sind.

Die Führungselemente 41, 41′ werden in in den über die Wicklung 5 hinausreichenden Bereichen 15, 17 der Seitenteile 11, 13 angebrachten, in Fig. 3 eingetragenen vorzugsweise kreisförmigen Lageröffnungen 43, 43′ geführt bzw. besonders vorteilhaft in Lagerbuchsen 45, 45′, die in den Bereichen 15, 17 angebracht und vorzugsweise in Werkstoffen mit niedrigem Reibungskoeffizienten, wie z. B. POM (Polyoxymethylen), PTFE (Polytetrafluor­ ethylen) ausgebildet sind, wobei auch Lagermetalle und Sinterlager besonders geeignet sind. Auch die Verwendung von Rollgleitlagern ist vorteilhaft möglich.

Die in die Seitenansichtdarstellung von Fig. 3 eingetragenen Lageröffnungen 43, 43′ können bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 4 auf als Aussparungen ausgebildete Lagerzonen 43′′, 43′′′ und die vorzugsweise kreisförmig gekrümmten Randflächen 143 und 143′ der Lageröffnungen 43, 43′ auf vorzugsweise kreisförmig gekrümmte Lagerschalen 243′′, 243′′′ als Randflächen reduziert ausgebildet sein.

Die Führungselemente 41, 41′ sind, wie in Fig. 6 dargestellt, - vorteilhaft gemeinsam mit den Stangen 31 - an den Verbindungsstücken 39, 39′ befestigt.

Die Führungselemente 41, 41′ werden vorzugsweise in einem nichtferromagneti­ schen oder nur schwach ferromagnetischen Material, beispielsweise einem Chrom­ stahl, ausgebildet.

Bei Ausbildung nichtferromagnetischer Lagerbuchsen 45, 45′ mit einer - in der Darstellung von Fig. 6 eingetragenen - Wandstärke 46, die groß ist gegenüber dem in der Darstellung von Fig. 8 eingetragenen Minimalwert 26 der Dicke des Spalts 22, 24 - beispielsweise mindestens um den Faktor fünf größer - können, bearbeitungstechnisch vorteilhaft und kostengünstig, die Führungselemente 41, 41′ in einem ferromagnetischen Material, insbesondere Eisen bzw. Stahl ausgebildet werden.

Die Führungselemente 41, 41′ können zur Erzielung einer geringen Masse beispielsweise als mindestens teilweise mit einem abnutzungsarmen, vorteilhaft als Hülse - beispielsweise in Stahl - ausgebildeten Überzug versehene Aluminiumstangen bzw. -rohre ausgebildet werden.

Durch die voranstehend beschriebene einfache Ausbildung der zweiten Baueinheit 30 mit Führungselementen 41, 41′, die in Lageröffnungen 43, 43′ bzw. Lagerbuchsen 45, 45′ der Seitenteile 11, 13 des Kerns 3 der ersten Baueinheit 2 geführt bzw. gelagert und gemeinsam mit den Stangen 31 an Verbindungsstücken 39, 39′ befestigt sind, wird eine hinsichtlich erforderlicher Präzision und fertigungstechnischem und damit kostenmäßigem Aufwand besonders vorteilhafte Lösung für die Führung bzw. Lagerung zwischen erster Baueinheit und zweiter Baueinheit erreicht.

Fig. 7 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform des Grundaufbaus für den erfindungsgemäßen Elektroantrieb gemäß Fig. 1, wobei nunmehr, abweichend von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit jeweils einem Seitenteil 11, 13 an den beiden Enden des Kerns 3, die Enden des Kerns 3 jeweils zwei in einem weichmagnetischen Material ausgebildete Seitenteile 11, 11′ und 13, 13′ aufweisen.

Darüberhinaus weist nunmehr der Kern 3 zwei in einem weichmagnetischen Mate­ rial ausgebildete konzentrische Hülsen 3′, 3′′ auf, vorteilhaft mit einer elektrisch isolierenden, auf der Hülse 3′′ aufgebrachten Schicht 3′′′ zwischen beiden Hülsen.

Durch die Ausbildung des Kerns 3 mit zwei elektrisch gegeneinander isolierten Hülsen 3′, 3′′ wird vorteilhaft eine Unterdrückung der beim Bestromen der Wicklung 5 im Kern 3 auftretenden Wirbelströme erreicht.

Die Seitenteile 11 und 13 sind fest an die Hülse 3′ gefügt, die Seitenteile 11′ und 13′ sind fest an die Hülse 3′′ gefügt. Zwischen die Seitenteile 11 und 11′ bzw. 13 und 13′ können vorteilhaft nichtferromagnetische Ringe 12′ bzw. 14′ gefügt werden.

Durch die Ausbildung des Kerns 3 mit jeweils zwei Seitenteilen an seinen beiden Enden wird gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 1 eine Verdoppelung der Anzahl der Spalte 22, 24 und damit in vorteilhafter Weise eine Verdoppelung der auf die Stangen 31 bzw. die zweite Baueinheit wirkenden translatorischen Kraft erzielt.

In fertigungstechnisch einfacher Weise kann eine Erhöhung der Anzahl der Seiten­ teile 11, 13 bzw. der Spalte 22, 24 erreicht werden, indem breit ausgeführte Seiten­ bereiche des Kerns 3 - vorzugsweise durch spanabhebende Bearbeitung wie Drehen - mit Einstichen bzw. Vertiefungen in den Bereichen 12 bzw. 14 versehen werden. Die Öffnungen 16, 18 werden dann vorzugsweise durch Bohren oder Fräsen erzeugt.

Die Abstände 50, 50′, 50′′ zwischen nicht notwendig benachbarten Seitenteilen 11, 11′, 13, 13′ im Bereich der Öffnungen 16, 18 werden vorzugsweise gleich den Abständen 36, 36′, 36′′ zwischen nicht notwendig benachbarten Erhöhungen 37 ausgebildet. Dadurch wird erreicht, daß beim Bestromen der Wicklung 5 gleichzeitig in sämtlichen Öffnungen 16, 18 bzw. Spalten 22, 24 translatorische Kräfte auf die Stangen 31 bzw. die zweite Baueinheit wirken und sich addieren.

Fig. 10 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektroantriebs 1 gemäß Fig. 1, bei der mehrere - hier drei - erste Baueinheiten 2, 2′, 2′′ gemäß Fig. 1 miteinander verbunden sind und eine gemeinsame zweite Baueinheit 30 aufweisen. Dabei sind die ersten Baueinheiten 2, 2′, 2′′ bzw. deren Kerne 3, 301, 302 auf einem gemeinsamen, vorzugsweise als Kreiszylinder oder Hohlkreiszylinder (Rohr) ausgebildeten Träger 21 unter Einfügung von nichtferromagnetischen Teilen bzw. Scheibenringen 50, 52 angebracht.

Entsprechend Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 ausgebildete und angeordnete - in Fig. 10 nicht eingetragene Führungselemente 41, 41′ - sind an den Verbindungsstücken 39, 39′ befestigt und werden in - in Fig. 10 nicht dargestellten - Lageröffnungen 43, 43′ bzw. Lagerbuchsen 45, 45′ der äußersten Seitenteile 11 und 13′′′ geführt bzw. gelagert, während sie durch die dazwischen befindlichen Seitenteile zur Vermeidung von mechanischer Überbestimmung und Reibung vorzugsweise berührungsfrei geführt sind, wozu an die Stelle der Lageröffnungen entsprechend vergrößerte Öffnungen treten.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 weisen die Zwischenringe 50, 52 eine derartige Dicke auf, daß der Betrag des Abstands 54, 56 zweier Kerne 3, 301 bzw. 301, 302 mit Seitenteilen 11, 13, 11′, 13′, 11′′, 13′′, 11′′′, 13′′′ im Bereich der Öffnungen 18, 16′ bzw. 18′, 16′′ gleich der in Fig. 9 eingetragenen Dicke 58 der Seitenteile im Bereich der Öffnungen 16 bzw. entsprechend 18, 16′, 18′, 16′′, 18′′ bzw. gleich der Breite 60 einer Erhöhung 37 ausgebildet ist. Dadurch wird von Kern zu Kern gegenüber den Stangen 31 eine Verschiebung der Seitenteile um jeweils die Breite 60 einer Erhöhung 37 ausgebildet.

Das Bestromen der Wicklungen 5, 5′ und 5′′ erfolgt zeitlich in drei - mit gewünschter Dauer fortlaufend - aufeinanderfolgenden Phasen von jeweils bestimmter, nicht notwendig gleicher zeitlicher Länge und Spannungs- bzw. Stromamplitude. Beispielsweise wird in einer Phase eins die Wicklung 5′, in einer Phase zwei die Wicklung 5′′ und in einer Phase drei die Wicklung 5 bestromt, dann wieder mit Phase eins beginnend die Wicklung 5′ und so fort.

Jeweils nach Ablauf von Phase drei weisen die erste und die zweite Baueinheit - in Bezug aufeinander - wieder die gleiche Lage der Erhöhungen 37 in Bezug auf die Seitenteile 11, 13, 11′, 13′, 11′′, 13′′, 11′′′, 13′′′ auf. Mit jeder Phase verschieben sich die erste und die zweite Baueinheit um die Breite 60 einer Erhöhung 37 gegeneinander.

Durch mittels einer - nicht dargestellten - elektronischen Einheit ablaufende Be­ stromungsprogramme können zeitlich und/oder abhängig vom Verschiebungsweg der als Läufer vorgesehenen Baueinheit sich ändernde Phasenlängen und -amplitu­ den und damit in vorteilhafter Weise gewünschte Kraft- bzw. Wegdiagramme der als Läufer bewegten Baueinheit erzeugt werden.

Ein an sich bekannter Positionssensor und -melder für die Lage der ersten und zweiten Baueinheit zueinander meldet diese Lage in Form elektrischer Signale an die elektronische Baueinheit, mit deren Hilfe dann insbesondere auch die Laufrichtung der als Läufer bewegten Baueinheit bestimmt wird.

Die Wicklungen 5, 5′, 5′′ sind vorteilhaft in Sternschaltung miteinander verknüpft, wie in Fig. 11 dargestellt. Zum Betrieb des Elektroantriebs gemäß Fig. 10 werden - mit dem gemeinsamen Sternpunkt 15′′′ - zyklisch die Anschlüsse 15, 15′, 15′′ jeweils für die Dauer einer Phase gegen den Sternpunkt 15′′′ bestromt. Für einen besonders ruhigen Lauf können die Phasen bzw. die Bestromungen der Wicklungen vorteilhaft zeitlich auch etwas überlappen.

Eine besonders große Anziehungskraft schon zu Beginn jeder Phase wird vorteilhaft erzielt, wenn, wie in der auszugsweisen Darstellung von Fig. 12 gezeigt - abweichend von Fig. 10 und in Weiterbildung der Ausführungsform gemäß Fig. 10 - die Dicke 54, 56 der Scheiben 50, 52 so ausgebildet wird, daß mindestens eine Erhöhung 37′, 37′′ der Erhöhungen 37 die Randfläche 20, 20′ mindestens einer Öffnung 16, 18 mit einer Überdeckung 70′ mit einer Überdeckungsbreite 70 teilweise überdeckt, während mindestens eine andere Erhöhung 37′′′, 37′′′′ der Erhöhungen 37 die Randfläche 20′′, 20′′′ mindestens einer anderen Öffnung 16′′, 18′′ weitgehend vollständig überdeckt. Die Überdeckungsbreite 70 beträgt vorteilhaft bis zu etwa 50% der Breite 60 der Erhöhungen 37.

Der Betrag des Abstands 54, 56 mindestens zweier Kerne 3, 3′, 3′′, 301, 302 mit Seitenteilen 11, 13, 11′, 13′, 11′′, 13′′, 11′′′, 13′′′ im Bereich der Öffnungen 18, 16′, 18′, 16′′ wird vorzugsweise als Differenz zwischen der Dicke 58 der Seitenteile im Bereich der Öffnungen 16, 16′, 18, 18′, 16′′, 18′′, 118 und dem doppelten Betrag der Überdeckungsbreite 70 ausgebildet. Für einfache, ohne Überdeckung 70′ ausgebildete Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Elektroantriebs wird der Betrag des Abstands 54, 56 gleich dem Betrag der Dicke 58 ausgebildet, beispielsweise für die Ausbildungsform gemäß Fig. 10.

Der Betrag der Breite 36 der Vertiefungen 35 bzw. des Abstands 36 zwischen den Erhöhungen 37, 37′, 37′′, 37′′′, 37′′′′ wird vorzugsweise als um den Betrag der Breite 60 der Erhöhungen 37, 37′, 37′′, 37′′′, 37′′′′ vermindertes Produkt aus der Anzahl der Phasen - im Fall des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 10 und Fig. 11 eine Anzahl von drei - und der Differenz aus dem Betrag der Breite 60 der Erhöhungen 37, 37′, 37′′, 37′′′, 37′′′′ und dem Betrag der Überdeckungsbreite 70 ausgebildet. Für einfache, ohne Überdeckung 70′ ausgebildete Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Elektroantriebs wird der Betrag der Breite 36 bzw. des Abstands 36 gleich dem Produkt aus der um die Anzahl eins verminderten Anzahl der Phasen und dem Betrag der Breite 60, beispielsweise für die Ausführungsform gemäß Fig. 10 als doppelter Betrag der Breite 60, ausgebildet.

Zur Erhöhung der Kraftwirkung zwischen den in ihrer Gesamtheit z. B. als Stator vorgesehenen ersten Baueinheiten und der zweiten Baueinheit können vorteilhaft mehrere Kerne 3 mit der gleichen Lage ihrer Seitenteile 11, 13 in Bezug auf die Erhöhungen 37 mehrere Kerne 301 mit der gleichen Lage ihrer Seitenteile 11′′, 13′′ in Bezug auf die Erhöhungen 37 und mehrere Kerne 302 mit der gleichen Lage ihrer Seitenteile 11′′′, 13′′′ in Bezug auf die Erhö­ hungen 37 auf dem gemeinsamen Träger 21 angebracht werden, wobei im Betrieb die Wicklungen 5 der mehreren Kerne 3, die Wicklungen 5′ der mehreren Kerne 301 und die Wicklungen 5′′ der mehreren Kerne 302 jeweils gleichphasig bestromt werden, d. h. schaltungstechnisch zu jeweils gleichphasiger Bestromung ausgebildet sind (nicht dargestellt).

Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektroantriebs, bei dem zur Verstärkung der Antriebskraft in vorteilhaft modular aufbauender Weise einerseits eine erste Gruppe 402 mehrerer miteinander verbundener, auf einem gemeinsamen Träger 21 angebrachter erster Baueinheiten 2, 2′; 2′′ und mindestens eine zweite Gruppe 502 mehrerer miteinander verbundener, auf einem gemein­ samen Träger 121 angebrachter erster Baueinheiten 102, 102′, 102′′ über ein Kopplungsstück 72 aneinander gekoppelt sind, während andererseits auch mehrere - im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 z. B. zwei - zweite Baueinheiten 30 und 130, die Verbindungsstücke 39, 39′ bzw. 139, 139′ aufweisen, über ihre Verbindungsstücke 39′ und 139 durch Kopplungsteile 74 aneinander gekoppelt sind. Wicklungen und Wickelkörper sind in Fig. 13 darstellungstechnisch vereinfachend nicht eingetragen.

Die Paare erster Baueinheiten 2 und 102, 2′ und 102′, 2′′ und 102′′ werden beim Betrieb gleichphasig bestromt.

Die mit verstärkter Antriebskraft auftretende Antriebsbewegung erfolgt als transla­ torische Relativbewegung zwischen Träger 21 und Verbindungsstück 139′, die beide durch entsprechende Fixierung in der Umgebung jeweils sowohl als Stator als auch als Läufer vorgesehen werden können.

Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektroantriebs, bei der, ähnlich wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13, einerseits mehrere - z. B. zwei - Gruppen 402, 502 erster Baueinheiten 2, 2′, 2′′ bzw. 102, 102′, 102′′ und andererseits mehrere - z. B. zwei - zweite Baueinheiten 30, 130 aneinander gekoppelt sind. Dazu sind die gemeinsamen Träger 21 und 121 der ersten Baueinheiten durch ein Kopplungsstück 72′ und die zweiten Baueinheiten, über ihre Verbindungsstücke 39′ und 139′, durch ein Kopplungsteil 74′ aneinander gekoppelt.

Ein Zapfen 76 dient dem Anschluß einer äußeren Last oder der Fixierung in der Umgebung. Gleiches gilt für einen Zapfen 73 am Kopplungsstück 72′. Wicklungen und Wickelkörper sind in Fig. 14 darstellungstechnisch vereinfachend nicht einge­ tragen.

Die zu verschiedenen Gruppen 402, 502 gehörenden Kombinationen erster Baueinheiten 2 und 102, 2′ und 102′, 2′′ und 102′′ werden beim Betrieb jeweils gleichphasig bestromt.

Die mit verstärkter Antriebskraft auftretende Antriebsbewegung erfolgt als transla­ torische Relativbewegung zwischen Kopplungsstück 72′ und Kopplungsteil 74′, die beide durch entsprechende Fixierung in der Umgebung jeweils sowohl als Stator als auch als Läufer vorgesehen werden können.

Mit dem Aufbau des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 14 wird eine vorteilhaft kompakte Ausführung eines erfindungsgemäßen Elektroantriebs bei hoher Antriebskraft erzielt.

Fig. 15 zeigt als Seitenansicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektroantriebs gemäß Fig. 14, bei der drei zweite Baueinheiten über ihre Verbindungsstücke 39′, 139′ und 139′′ durch ein Kopplungsteil 74′′, das einen Zapfen 76′ aufweist, aneinander gekoppelt sind. Drei in der Darstellung von Fig. 15 nicht sichtbare Gruppen erster Baueinheiten und ihre Träger sind durch ein dem Kopplungsstück der Fig. 14 entsprechendes Kopplungsstück aneinander gekoppelt.

Durch den Aufbau gemäß Fig. 15 wird in vorteilhafter Weise eine weitere Verstär­ kung der Antriebskraft bei sehr kompakter Bauweise erzielt.

In der obigen Beschreibung zu einer der offenbarten Ausführungsformen gelten, soweit sinnvoll und in sinnvoller Übertragung, jeweils auch für andere Ausführungsformen. Insbesondere liegt in diesen Angaben keine Einschränkung.

Claims (34)

1. Elektroantrieb mit mindestens einer ersten Baueinheit und mindestens einer zweiten Baueinheit, die linear gegeneinander beweglich angeordnet sind, wobei die mindestens eine erste Baueinheit mindestens einen in einem weichmagnetischen Material ausgebildeten Kern sowie mindestens eine mit dem mindestens einen Kern fest verbundene, den mindestens einen Kern mindestens teilweise umschlingende Wicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kern (3, 3′, 3′′, 301, 302) mit einer Mittenachse (4) mindestens ein in einem weichmagnetischen Material ausgebildetes Seitenteil (11, 13, 11′, 13′, 11′′, 13′′, 11′′′, 13′′′) mit mindestens einer in einem über die mindestens eine Wicklung (5, 5′, 5′′) hinausreichenden Bereich (15, 17) angebrachten, mindestens teilweise an ihrem Umfang geschlossenen Öffnung (16, 18, 16′, 18′, 16′′, 18′′, 118) aufweist, wobei die mindestens eine zweite Baueinheit (30, 130) mindestens eine in einem weichmagnetischen Material ausgebildete, mit einer Längsachse (33) außerhalb der Mittenachse (4) des mindestens einen Kerns (3, 3′, 3′′, 301, 302) liegenden Stange (31) mit an ihrer Außenseite angebrachten Vertiefungen (35) und Erhöhungen (37, 37′, 37′′, 37′′′, 37′′′′) aufweist, die, entlang der Mittenachse (4) des mindestens einen Kerns (3, 3′, 3′′, 301, 302) beweglich, durch die mindestens eine, mindestens teilweise an ihrem Umfang geschlossene Öffnung (16, 18, 16′, 18′, 16′′, 18′′, 118) geführt ist, wobei im Bereich der mindestens einen, mindestens teilweise an ihrem Umfang geschlossenen Öffnung (16, 18, 16′, 18′, 16′′, 18′′, 118) ein nichtferromagnetischer Spalt (22, 24) zwischen der mindestens einen ersten Baueinheit (2, 2′, 2′′, 102, 102′, 102′′) und der mindestens einen zweiten Baueinheit (30, 130) ausgebildet ist.

2. Elektroantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3, 3′, 3′′, 301, 302) als Kreiszylinder ausgebildet ist.

3. Elektroantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3, 3′, 3′′, 301, 302) als mindestens ein Hohlkreiszylinder (Rohr) ausgebildet ist.

4. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Seitenteil (11, 13, 11′, 13′, 11′′, 13′′, 11′′′, 13′′′) als separates Bauteil ausgeführt und fest an den Kern (3, 3′, 3′′, 301, 302) gefügt ist.

5. Elektroantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3, 3′, 3′′, 301, 302) mehrere konzentrische Rohre (3′, 3′′) aufweist.

6. Elektroantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kern (3, 3′, 3′′, 301, 302) mindestens an einem seiner beiden Enden mehrere Seitenteile (11, 13, 11′, 13′, 11′′, 13′′, 11′′′, 13′′′) aufweist.

7. Elektroantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand (50, 50′) im Bereich der Öffnungen (16, 18) zwi­ schen, mindestens zwei Seitenteilen (11, 13, 11′, 13′, 11′′, 13′′, 11′′′, 13′′′) des Kerns (3, 3′, 3′′, 301, 302) gleich dem Abstand (50, 50′) zwischen zwei nicht notwendig benachbarten Erhöhungen (37) der mindestens einen Stange (31) ausgebildet ist.

8. Elektroantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Randfläche (20, 20′, 20′′, 20′′′, 120) der mindestens einen mindestens teilweise an ihrem Umfang geschlossenen Öffnung (16, 18, 16′, 18′, 16′′, 18′′, 118) kreisförmig gekrümmt ausgebildet ist.

9. Elektroantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mindestens eine mindestens teilweise an ihrem Umfang ge­ schlossene Öffnung (16, 18, 16′, 18′, 16′′, 18′′, 118) auf eine Aussparung (118) reduziert ausgebildet ist.

10. Elektroantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mindestens eine Stange (31) als Kreiszylinder oder Hohlkreiszylinder (Rohr) ausgebildet ist.

11. Elektroantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefun­ gen (35) und Erhöhungen (37, 37′, 37′′, 37′′′, 37′′′′) kreisringförmig ausgebildet sind.

12. Elektroantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Breite (60) der Erhöhungen (37, 37′, 37′′, 37′′′, 37′′′′) der mindestens einen Stange (31, 31′) gleich der Dicke (58) des mindestens einen Seitenteils (11, 13, 11′, 13′, 11′′, 13′′, 11′′′, 13′′′) im Bereich der mindestens einen Öffnung (16, 18, 16′, 18′, 16′′, 18′′, 118) ausgebildet ist.

13. Elektroantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhältnis des Maximalwerts (28) zum Minimalwert (26) der Dicke des Luftspalts (22, 24) zwischen der mindestens einen Stange (31) und der Randfläche (20, 20′, 20′′, 20′′′, 120) der mindestens einen Öffnung (16, 18, 16′, 18′, 16′′, 18′′, 118) als mindestens drei zu eins ausgebildet ist.

14. Elektroantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mindestens eine zweite Baueinheit (30, 130) mindestens ein Verbindungsstück (39, 39′, 139, 139′) aufweist, an dem mehrere Stangen (31) befestigt sind.

15. Elektroantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mindestens eine zweite Baueinheit (30, 130) mindestens ein Führungselement (41, 41′) aufweist, das durch mindestens eine im über die Wicklung (5, 5′, 5′′) hinausreichenden Bereich (15, 17) des mindestens einen Seitenteils (11, 13, 11′, 13′, 11′′, 13′′, 11′′′, 13′′′) angebrachte mindestens teil­ weise an ihrem Umfang geschlossene Lageröffnung (43, 43′, 43′′, 43′′′) geführt ist.

16. Elektroantrieb nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Randfläche (143, 143′, 243′′, 243′′′) der mindestens einen mindestens teilweise an ihrem Umfang geschlossenen Lageröffnung (43, 43′, 43′′, 43′′′) kreisförmig gekrümmt ausgebildet ist.

17. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine mindestens teilweise an ihrem Umfang geschlossene Lageröffnung (43, 43′, 43′′, 43′′′) auf eine als Aussparung ausgebildete Lagerzone (43′′, 43′′′) reduziert ausgebildet ist.

18. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (41, 41′) als Stange (41′′, 41′′′) ausgebildet ist.

19. Elektroantrieb nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (41′′, 41′′′) als Kreiszylinder oder Hohlkreiszylinder (Rohr) ausgebildet ist.

20. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Lageröffnung (43, 43′, 43′′, 43′′′) eine Lagerbuchse (45, 45′) aufweist.

21. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Führungselemente (41, 41′) an dem mindestens einen Verbin­ dungsstück (39, 39′, 139, 139′) befestigt sind.

22. Elektroantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere erste Baueinheiten (2, 2′, 2′′, 102, 102′, 102′′) miteinander verbunden sind und eine gemeinsame zweite Baueinheit (30, 130) aufweisen.

23. Elektroantrieb nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere erste Baueinheiten (2, 2′, 2′′, 102, 102′, 102′′) auf einem gemeinsamen Träger (21, 121) angebracht sind.

24. Elektroantrieb nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (21, 121) als Kreiszylinder oder Hohlkreiszylinder (Rohr) ausgebildet ist.

25. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Erhöhung (37′′, 37′′′) die Randfläche (20, 20′) mindestens einer Öffnung (16, 18) teilweise mit einer Überdeckung (70′) mit einer Überdeckungsbreite (70) überdeckt, während mindestens eine andere Erhöhung (37′′′, 37′′′′) die Randfläche (20′′, 20′′′) mindestens einer anderen Öffnung (16′′, 18′′) weitgehend vollständig überdeckt.

26. Elektroantrieb nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Überdeckungsbreite (70) mit bis zu 50% der Breite (60) der Erhöhungen (37, 37′, 37′′, 37′′′, 37′′′′) ausgebildet ist.

27. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des Abstands (54, 56) mindestens zweier Kerne (3, 3′, 3′′, 301, 302) mit Seitenteilen (11, 13, 11′, 13′, 11′′, 13′′, 11′′′, 13′′′) im Bereich der Öffnungen (16, 18, 16′, 18′, 16′′, 18′′, 118) als Differenz zwischen der Dicke (58) der Seitenteile (11, 13, 11′, 13′, 11′′, 13′′, 11′′′, 13′′′) im Bereich der Öffnungen (16, 18, 16′, 18′, 16′′, 18′′, 118) und dem doppelten Betrag der Überdeckungsbreite (70) ausgebildet ist.

28. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Breite (36) der Vertiefungen (35) als um den Betrag der Breite (60) der Erhöhungen (37, 37′, 37′′, 37′′′, 37′′′′) vermindertes Produkt aus einer Phasenanzahl und der Differenz aus dem Betrag der Breite (60) der Erhöhungen (37, 37′, 37′′, 37′′′, 37′′′′) und dem Betrag der Überdeckungsbreite (70) ausgebildet ist.

29. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des Abstands (54, 56) mindestens zweier Kerne (3, 3′, 3′′, 301, 302) mit Seitenteilen (11, 13, 11′, 13′, 11′′, 13′′, 11′′′, 13′′′) im Bereich der Öffnungen (16, 18, 16′, 18′, 16′′, 18′′, 118) gleich dem Betrag der Dicke (58) der Seitenteile (11, 13, 11′, 13′, 11′′, 13′′, 11′′′, 13′′′) im Bereich der Öffnungen (16, 18, 16′, 18′, 16′′, 18′′, 118) ausgebildet ist.

30. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 24 und 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des Abstands (36) zwischen den Erhöhungen (37, 37′, 37′′, 37′′′, 37′′′′) gleich dem Produkt aus der um die Anzahl eins verminderten Anzahl der Phasen und dem Betrag der Breite (60) der Erhöhungen (37, 37′, 37′′, 37′′′, 37′′′′) ausgebildet ist.

31. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kerne (3) mit der gleichen Lage ihrer Seitenteile (11, 13) in Bezug auf die Erhöhungen (37), mehrere Kerne (301) mit der gleichen Lage ihrer Seitenteile (11′′, 13′′) in Bezug auf die Erhöhungen (37) und mehrere Kerne (302) mit der gleichen Lage ihrer Seitenteile (11′′′, 13′′′) in Bezug auf die Erhöhungen (37) auf dem gemeinsamen Träger (21) angebracht sind, wobei die Wicklungen (5) der mehreren Kerne (3), die Wicklungen (5′) der mehreren Kerne (301) und die Wicklungen (5′′) der mehreren Kerne (302) schaltungstechnisch zu jeweils gleichphasiger Bestromung ausgebildet sind.

32. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gruppe (402) mehrerer miteinander verbundener erster Bauein­ heiten (2, 2′, 2′′) und mindestens eine zweite Gruppe (502) mehrerer miteinan­ der verbundener erster Baueinheiten (102, 102′, 102′′) aneinander gekoppelt sind und mehrere zweite Baueinheiten (30, 130) aneinander gekoppelt sind.

33. Elektroantrieb nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen (402, 502) durch mindestens ein Kopplungsstück (72) aneinander gekoppelt sind.

34. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 32 und 33, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Baueinheiten (30, 130) durch mindestens ein Kopplungsteil (74) aneinander gekoppelt sind.