DE19811073C2

DE19811073C2 - Zylindrischer, mehrphasiger Transversalflußaktor

Info

Publication number: DE19811073C2
Application number: DE1998111073
Authority: DE
Inventors: Eugen Nolle
Original assignee: Blum GmbH
Current assignee: Blum GmbH
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2018-03-14
Also published as: DE19811073A1

Description

Die Erfindung betrifft einen zylindrischen, mehrphasigen Transversalflußaktor nach dem Patentanspru ch 1.

Aus der DE 195 32 614 A1 geht eine Transversalflußmaschine hervor, die ein Primärteil und ein Sekundärteil umfaßt, wo bei das Primärteil in der Längsrichtung der Transversal flußmaschine voneinander beabstandete Blechpakete aufweist.

Jedes Blechpaket besitzt in der Querrichtung der Transver salflußmaschine angeordnete und voneinander beabstandete Schenkelteile, die in der Längsrichtung zueinander in Rei hen ausgerichtet sind. Die Reihen von zueinander ausgerich teten Schenkelteilen werden jeweils durch eine Erregerwick lung erregt. Die Erregerwicklungen werden so erregt, daß die Schenkelteile in der Querrichtung zeitlich nacheinander ein Flußmaximum erreichen.

Das Sekundärteil weist in der Längsrichtung verlaufende und in Querrichtung nebeneinander angeordnete Reihen von Perma nentmagnetelementen auf, die in stirnseitiger Verlängerung der Schenkelteile auf einer Trägerplatte angeordnet sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Prinzip einer derartigen Transversalflußmaschine anzuwen den, um einen zylindrischen Aktor mit hoher Kraftdichte zu schaffen, der beispielsweise an der Stelle von pneumati schen bzw. hydraulischen Zylindern eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch einen mehrphasigen Transversal flußaktor mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der wesentliche Vorteil besteht darin, daß der erfindungs gemäße Transversalflußaktor, der an der Stelle von pneuma tischen bzw. hydraulischen Zylindern eingesetzt werden kann, wegen seines speziellen Aufbaus eine hohe Kraftdichte besitzt. Vorteilhafterweis läßt sich der erfindungsgemäße Aktor direkt elektrisch, d. h. ohne zusätzliche Hilfsener gie, ansteuern. Die vorliegenden Aktoren sind in Drehstrom ausführung, beispielsweise drei- oder sechsreihig ausge staltet.

Eine spezielle Anwendung von erfindungsgemäßen Aktoren er gibt sich auf dem Gebiete der Hexapod-Maschinen an der Stelle von pneumatischen bzw. hydraulischen Zylindern.

Im folgenden werden Ausgestaltungen der Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen dreiphasigen, dreireihigen Transver salflußaktor;

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Transversalflußaktor der Fig. 1;

Fig. 3 eine Aufsicht auf eine geschrägte Sammlerpaket- Magnet-Reihe;

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen dreiphasigen, sechsreihigen Transversalflußaktor und

Fig. 5, 6 Darstellungen zur Erläuterung der Anordnung der Sammlerpaket-Permanentmagnet-Reihen.

In der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise besteht der vor liegende Transversalflußaktor im wesentlichen aus einem Primärteil 1 und einem Sekundärteil 2. Das Primärteil 1 be steht, wie dies insbesondere aus der Fig. 2 ersichtlich ist, aus mehreren, in der Längsrichtung des Aktors bzw. in der Bewegungsrichtung desselben voneinander beabstandeten Blechpaketen 1-1, 1-2, 1-3, 1-4 und 1-5, die jeweils durch einen Mittenabstand 2τp voneinander beabstandet sind. Je des Blechpaket 1-1 bis 1-5 besitzt eine Dicke h_p.

In der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise besitzen bei ei nem dreireihigen Transversalflußaktor die einzelnen Blech pakete jeweils einen kreisringförmigen Außenbereich 11, von dem aus drei gleichmäßig über den Umfang des Bereiches 11 beabstandete Pole 12, 13, 14 nach innen ragen. Die in der Längsrichtung jeweils hintereinander angeordneten Pole 12, 13, 14 der Blechpakete 1-1 bis 1-5 werden vorzugsweise je weils durch eine gemeinsame Strangwicklung, die in bekann ter Weise über einen Mehrphasenumrichter angesteuert wird, erregt. In der Fig. 1 ist eine derartige Erregerwicklung eines durch die Pole 12 der Blechpakete 1-1 bis 1-5 gebil deten Stranges mit 15 bezeichnet. Die Polenden 12-1, 13-1, 14-1 der Pole 12, 13, 14 sind zur Anpassung an die Seiten flächen von Sammlerpaket-Magnet-Reihen 22, 23, 24 des Se kundärteiles 2, das später noch näher erläutert werden wird, in der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise zweiseitig angeschrägt. Dies bedeutet, daß für jeden Pol 12, 13, 14 die genannten schrägen Polenden 12-1, 12-1 bzw. 13-1, 13-1 bzw. 14-1, 14-1 jeweils unter einem gleichen Winkel α ge neigt zur Längsmittelachse des Poles 12, 13, 14 schräg ver laufen, so daß sie ein 'V' mit dem Winkel 2α, das sich zum Außenbereich 11 hin öffnet, bilden, wie dies für den Pol 12 dargesellt ist. Bei der dargestellten Anordnung mit drei Polen 12, 13, 14 beträgt der Winkel α ≈ 60°. Allgemein läßt sich sagen, daß für einen Transversalflußaktor mit n Pol reihen der Winkel α ≈ 360/2n beträgt.

Das Sekundärteil 2 besteht aus einem Kernteil 21, das in der Längsrichtung des Transversalflußaktors verläuft und an seinem Außenumfang der Anzahl der Polreihen 12, 13, 14 ent sprechend sternförmig Sammlerpaket-Magnet-Reihen 22, 23, 24 in geschrägter Bauweise enthält, die in der Längsrichtung des Aktors verlaufen. Dabei ist jeweils eine Reihe 22, 23, 24 zwischen zwei benachbarten Endflächen zweier benachbar ter Pole 12, 13, 14 angeordnet. Beispielsweise ist die Rei he 22 zwischen den Endflächen 12-2 und 13-1 der Pole 12 und 13 angeordnet.

Gemäß Fig. 3 sind in den Reihen 22, 23, 24 einzelne recht eckige Permanentmagnetelemente 5 in der Längsrichtung des Transversalflußaktors hintereinander und voneinander beab standet unter einem Winkel β schräg angeordnet. Zwischen den Permanentmagnetelementen 5 befinden sich Sammlerpakete 6, die aus einzelnen Blechen lamelliert sind. Die Seiten flächen 6-1, 6-2 der Sammlerpakete 6 sind so abgeschrägt, daß sie parallel zu den entsprechenden Endflächen 12-1, 13-1, 14-1 der Pole 12, 13, 14 verlaufen.

Vorzugsweise sind die Sammlerpakete 6 und die Permanentma gnetelemente 5 an ihren aneinanderliegenden Flächen mitein ander verklebt. Zur Befestigung der Reihen 22, 23, 24 an den entsprechenden Flächen 25, 26, 27 des Kernelementes 21 weisen die Sammlerpakete 6 vorzugsweise Bohrungen 6-3 auf, durch die hindurch Befestigungselemente geführt und z. B. im Kernelement 21 verschraubt werden. Die Reihen 22, 23, 24 liegen mit ihren jeweils unteren Flächen auf den Außenflä chen 25, 26, 27 des Kernelementes 21 auf. Diese Außenflä chen bilden bei der Ausführungsform mit drei Polen ein gleichseitiges Dreieck.

In den beschriebenen Reihen 22, 23, 24 wird bewirkt, daß gemäß Fig. 3 die abwechselnden magnetischen Nord- und Süd pole der Permanentmagnetelemente 5 genau an den richtigen Stellen der Sammlerpakete 6, d. h. an den in Querrichtung der Transversalflußmaschine gesehenen Endflächen der Samm lerpakete 6-1, 6-2, d. h. also gegenüberliegend den Seiten flächen 12-1, 13-1, 14-1 der Pole 12, 13, 14 gebildet wer den, wobei die genannten End- und Seitenflächen parallel zueinander verlaufen. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei geeigneter Erregung der Pole der Blechpakete 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5 infolge der Schräglage der Permanentmagnete lemente 5 und der Sammlerpakete 6 der Reihen 22, 23, 24 ei ne Relativbewegung zwischen dem Primärteil 1 und dem Sekun därteil 2 in der Längsrichtung des Transversalflußaktors erfolgt.

Die Schrägung der Reihen 22, 23, 24, d. h. der genannte Win kel β, wird gemäß Fig. 5 so bestimmt, daß in der Längs richtung L gesehen der Abstand der jeweils hinteren Punkte 6-4 (oder der vorderen Punkte) der schräg zur Längsrichtung L verlaufenden Seitenflächen eines Sammlerpaketes 6 ca. τp beträgt.

Der Versatz zweier benachbarter Magnetreihen, beispielswei se der Reihen 22 und 23 in der Längsrichtung gegeneinander beträgt für eine optimale Materialausnutzung

wobei m die Strangzahl (z. B. m = 3 bei Drehzahlausführungen) der Polreihen bezeichnet (siehe Fig. 6).

Wenn das Kernteil 21 aus einem magnetisierbaren Material be steht müssen zwischen den einander zugewandten Auflageflächen der Reihen 22, 23, 24 und des Kernteiles 21 aus einem unma gnetischen Material bestehende Distanzleisten 7 angeordnet werden, die sicherstellen, daß sich der magnetische Fluß so konzentriert, daß er aus einer Endfläche 12-1 des Poles 12 austritt, in ein Sammlerpaket 6 eintritt, über das nächstfol gende Magnetelement 5 verläuft, in das in Bezug auf dieses gegenüberliegende Sammlerpaket 6 eintritt und aus diesem in die Endfläche 13-1 des Poles 13 eintritt.

Die Fig. 4 zeigt einen sechsreihigen, dreiphasigen Trans versalflußaktor, der entsprechend der Fig. 1 aufgebaut ist, wobei jedoch die einzelnen Blechpakete des Primärtei les 10 jeweils sechs Pole 120, 130, 140, 150, 160 und 170 aufweisen und wobei das Sekundärteil 20 jeweils sechs Samm lerpaket-Magnet-Reihen 220, 230, 240, 250, 260 und 270 auf weist. Im übrigen entspricht der Aufbau des sechsreihigen Transversalflußaktors demjenigen des dreireihigen Transver salflußaktors der Fig. 1.

Dabei gehören jeweils gegenüberliegende Pole zum gleichen Strang.

In der aus der Fig. 2 ersichtlichen Weise ist die Länge des eine Schubstange bildenden Sekundärteiles 2 entspre chend der gewünschten Länge des Fahrweges des Primärteiles 1 bemessen. Von Vorteil ist es, daß das Sekundärteil 2 bzw. 20 wegen der speziellen Bauweise des vorliegenden Aktors von sich aus stabil und zentriert in dem Primärteil 1 bzw. 10 gehalten wird, wobei die Sammlerpaket-Magnet-Reihen zwi schen den Polen der Primärteile gehalten werden.

In der Fig. 1 ist beispielhaft für den Pol 12 bzw. dem entsprechenden Strang eine Kühlleitung 30 angedeutet, die senkrecht zur Zeichenebene zwischen den entsprechenden Po len der verschiedenen Blechpakete 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5 verläuft. Dabei ist diese Kühlleitung 30 vorteilhaft in ei ner Aussparung 31 eines magnetisch unkritischen Teiles der Außenkontur des Primärteiles 1 angeordnet.

Claims

1. Mehrphasiger Transversalflußaktor mit einem Primärteil (1) und einem Sekundärteil (2), wobei das Primärteil (1) mehrere in der Längsrichtung des Transversalflußak tors voneinander beabstandete Blechpakete (1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5) aufweist, wobei jedes Blechpaket einen ringförmigen Außenbereich (11) aufweist, von dem aus Pole (12, 13, 14), die gleichmäßig über den Umfang des Außenbereiches verteilt sind, nach innen ragen, wobei die Pole der Blechpakete in der Längsrichtung zueinan der in Reihen ausgerichtet sind, wobei die Reihen von zueinander ausgerichteten Polen (12, 13, 14) jeweils durch wenigstens eine Erregerwicklung (15) so erregt werden, daß die Pole in der Umfangsrichtung zeitlich nacheinander ein Flußmaximum erreichen, wobei das Se kundärteil (2) in der Längsrichtung verlaufende und in der Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Reihen (22, 23, 24) aufweist, in denen Permanentmagnetelemente (5) und Sammlerpakete (6) abwechseln, wobei jeweils ei ne Reihe (22, 23, 24) in den Raum zwischen zwei benach barten Polen (12, 13, 14) eingreift, wobei die Sammler pakete (6) mit abwechselnder Polarität aufeinanderfol gen, wobei die Permanentmagnetelemente und die Sammler pakete jeder Reihe schräg zur Längsrichtung derart an geordnet sind, daß der magnetische Fluß ausgehend von einem Pol (12) eines Blechpaketes in ein Sammlerpaket (6) einer Reihe seitlich eintritt, von diesem über ein benachbartes Permanentmagnetelement (5) der Reihe in das nachfolgende Sammlerpaket (6) der Reihe und von diesem zum in der Umfangsrichtung gegenüberliegenden Pol (13) des Blechpaketes verläuft, um über die Pole (12, 13) und den Außenbereich (11) geschlossen zu wer den, und wobei die Sammlerpakete (6) und die Permanent magnetelemente (5) benachbarter Reihen in der Längs richtung gegeneinander versetzt sind, so daß bei der Erregung der Polreihen eine Relativbewegung zwischen dem Primärteil (1) und dem Sekundärteil (2) entsteht.

2. Transversalflußaktor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Versatz ΔX zwischen benachbarten Rei hen (22, 23) in der Längsrichtung ungefähr 2τp/m beträgt, wobei m die Strangzahl des Aktors und 2τp den Mittenab stand zweier benachbarter Blechpakete (1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5) voneinander bezeichnen.

3. Transversalflußaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schrägung der Permanentmagnetele mente (5) und der Sammlerpakete (6) in Bezug auf die Längsrichtung derart bemessen ist, daß zwischen dem ei ner Polreihe zugewandten Ende einer schräg zur Umfangs richtung verlaufenden Seite eines Sammlerpaketes (6) und dem der gegenüberliegenden Polreihe zugewandten En de der Seite des Sammlerpaketes in der Längsrichtung ein Abstand besteht, der ungefähr τp beträgt.

4. Transversalflußaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (12, 13, 14) je weils zwei schräge Endflächen (12-1, 13-1, 14-1) auf weisen, die jeweils parallel zu den entsprechenden End flächen der Sammlerpakete (6) einer zwischen zwei be nachbarten Polen angeordneten Reihe verlaufen.

5. Transversalflußaktor nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß jede Endfläche eines Poles unter einem Winkel (α) zur Längsrichtung verläuft, der ungefähr 360°/2n beträgt, wobei n die Anzahl der Polreihen be zeichnet, und daß die beiden Endflächen eines Poles ein sich nach außen öffnendes "V" bilden.

6. Transversalflußaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen (22, 23, 24) auf einem stabförmigen Kernelement (21) angeordnet sind, das eine Schubstange des Aktors bildet.

7. Transversalflußaktor nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Kernelement (21) einen Querschnitt in der Form eines n-seitigen Vielecks besitzt, wobei n die Anzahl der Polreihen bezeichnet, und daß jeweils eine Reihe auf einer Außenfläche des Vielecks befestigt ist.

8. Transversalflußaktor nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sammlerpakete (6) einer Reihe an ei ner Außenfläche des Vielecks mit der Hilfe von Befesti gungselementen, die durch Öffnungen (6-3) der Sammler pakete (6) verlaufen, befestigt, insbesondere mit Schrauben verschraubt sind.

9. Transversalflußaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Permanentmagnetelemente (5) und die Sammlerpakete (6) jeweils aneinander verklebt sind.

10. Transversalflußaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlerpakete (6) durch Stanzpaketierung einzelner Blechteile gebildet sind.

11. Transversalflußaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement (21) aus einem nicht magnetisierbaren Material besteht.

12. Transversalflußaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement (21) aus einem magnetisierbaren Material besteht und daß zwi schen den Außenflächen und den Reihen jeweils eine Di stanzleiste (7) angeordnet ist, die aus einem unmagne tischen Material besteht.

13. Transversalflußaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß pro Polreihe wenigstens ei ne Kühlmittelleitung (30) in einer Aussparung (31) an der Außenkontur des Außenbereiches (11) der Blechpakete vorgesehen ist und daß die Kühlmittelleitung (30) zwi schen den zueinander ausgerichteten Aussparungen (3) der Blechpakete verläuft.