DE19931394A1 - Stator für Linearmotor durch versetzte Kernlaminierung - Google Patents
Stator für Linearmotor durch versetzte KernlaminierungInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für einen Linearmotor mit versetzter Kernlaminierung, welche Isolierung und Zusammenbau eines Stators ermöglichen kann, einen Abstand einer Öffnung des Statorkerns frei einstellbar macht und Verluste des Motors durch Mindern einer magnetischen Flußdichte des Kerns verringern kann. Der Stator für den Linearmotor umfaßt eine Statorspule, welche durch Wickeln und Isolieren einer Spule in eine zylindrische Form ausgebildet wird, eine vertikale Einheit, welche aus einem dünnen Blechmaterial besteht und eine vorbestimmte Breite und Länge aufweist, eine horizontale Einheit, welche gebogen ist und sich in einem rechten Winkel an einem Endbereich der vertikalen Einheit erstreckt, und eine Mehrzahl von Kernstreifen, welche Polteile aufweisen, die allmählich steigend an einem Kantenabschnitt der horizontalen Einheit erstreckt sind und ein umgekehrtes Dreieck bilden, wobei ein innenliegender Kantenabschnitt der vertikalen Einheit mit einer äußeren Umfangsfläche der Statorspule verbunden ist, wobei ein innerer Kantenabschnitt der horizontalen Einheit mit oberen und unteren Oberflächen der Statorspule verbunden ist oder abwechselnd dazu eben damit verbunden ist, wobei ein vorbestimmter Abstand besteht, und in einer radialen Form laminiert ist, wobei Kantenabschnitte der Polteile der Kernstreifen miteinander verbunden sind, wodurch sie eine innere Umfangsfläche bilden und außenliegende Kantenabschnitte der vertikalen Einheiten eine ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für einen
Linearmotor, insbesondere einen Stator für einen
Linearmotor mit versetzter Kernlaminierung, welche
Isolierung und Zusammenbau eines Stators ermöglichen
kann, einen Abstand einer Öffnung des Statorkerns frei
einstellbar macht und Verluste des Motors durch Mindern
einer magnetischen Flußdichte des Kerns verringern kann.
Im allgemeinen weist ein herkömmlicher Motor einen Fluß
in einer dreidimensionalen Gestalt auf, während ein
Linearmotor einen Fluß in einer ebenen Gestalt besitzt.
Im Linearmotor führt eine ebengestaltete bewegliche
Einheit eine lineare Bewegung auf einer Ebene gemäß der
Veränderung des Flusses, der auf einer ebengestalteten
ortsfesten Einheit ausgebildet wird, aus.
Ein Beispiel des Linearmotors wird nun mit Bezug auf
Fig. 1 und 2 beschrieben.
Fig. 1 und 2 sind ein Aufriß und ein Seitenriß, welche
entsprechend einen Aufbau eines herkömmlichen
Linearmotors veranschaulichen.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, umfaßt der herkömmliche
Linearmotor einen außenliegenden Statorkern 10, welcher
durch Laminieren einer Mehrzahl von Kernstreifen 1 in
eine zylindrische Gestalt gebildet wird, wobei die
Mehrzahl von Kernstreifen jeweils innen eine Öffnung 1a
in einer vorbestimmten Größe aufweist; eine Statorspule
20, welche in eine ringförmige Vertiefung gewickelt ist,
die auf einer inneren Umfangsoberfläche des
außenliegenden Statorkerns, der wiederum durch Öffnungen
1a der laminierten Kernstreifen 1 ausgebildet wird,
geschaffen wird; einen innenliegenden Statorkern 30,
welcher durch Laminieren einer Mehrzahl von Kernstreifen,
die eine vorbestimmte Form aufweisen, in eine
zylindrische Gestalt gebildet wird und in einen leeren
Raum des außenliegenden Statorkerns 10 eingefügt wird,
wobei er einen vorbestimmten Spalt von seiner inneren
Umfangsfläche aus aufweist; und ein
Permanentmagnetelement 50, welches in den Spalt zwischen
den Innen- und Außenkernen 30, 10 eingefügt ist und eine
Mehrzahl von Magneten 40 aufweist.
Der außenliegende Statorkern 10, auf den der innere
Statorkern 30 und die Statorspule 20 aufgewickelt sind,
stellt einen Stator für den Linearmotor bereit, und das
Permanentmagnetelement 50, welches mit einer Mehrzahl von
Magneten 40 ausgestattet ist, bildet eine bewegliche
Einheit des Linearmotors.
Genauer gesagt, besteht der Kernstreifen 1, welcher den
außenliegenden Statorkern 10 bildet, aus einem dünnen
Blechmaterial und weist einen U-förmigen Jochteil 1b und
einen Polteil 1c, welcher sich in Form eines umgedrehten
Dreiecks an beiden Endabschnitten des Jochteils 1b
erstreckt, auf.
Wie oben beschrieben, wird der außenliegende Statorkern
10 durch Laminieren der Mehrzahl von Kernstreifen 1 in
eine zylindrische Form gebracht. Die Endbereiche der
Polteile 1c jedes laminierten Kernstreifens 1 bilden die
innere Umfangsfläche des außenliegenden Statorkerns 10,
und die außenliegenden Endbereiche der Jochteile 1b
bilden die äußere Umfangsfläche desselben.
Danach wird der laminierte außenliegende Statorkern 10
durch Ausbilden der Statorspule 20 hergestellt, indem die
Spule in der ringförmigen Vertiefung, die durch die
Öffnungen 1a der Kernstreifen 1 geformt wird, gewickelt
und die Statorspule 20 isoliert wird.
Hier können die Positionen des innenliegenden Statorkerns
30, welcher den Linearmotor bildet, und des
außenliegenden Statorkerns 10, auf den die Statorspule 20
gewickelt ist, ausgetauscht werden.
Der Betrieb des Linearmotors wird nun erklärt.
Wenn Strom an die Statorspule 20 angelegt wird, fließt
ein elektrischer Fluß, der durch den Strom gebildet wird,
entlang der Kernstreifen 3 des innenliegenden Statorkerns
30 und entlang der Kernstreifen 1 des außenliegenden
Statorkerns 10. Das Permanentmagnetelement 50, welches
mit den Magneten 40 ausgestattet ist, führt eine
geradlinige Bewegung in einer Achsenrichtung aufgrund
einer Wechselwirkungskraft, welche durch das
Zusammenspiel von magnetischem Fluß und den Magneten 40
entsteht, aus.
Jedoch sind im Statorkern, welcher im herkömmlichen
Linearmotor, wie oben beschrieben, zu finden ist, die
Kernstreifen in eine zylindrischen Gestalt laminiert, und
die Statorspule in die Vertiefung, die durch die
Öffnungen der Kernstreifen gebildet wird, gewickelt.
Dementsprechend gestaltet sich der Vorgang des Wickelns
der Spule aufwendig. Nach dem Wickelvorgang ist es
schwierig, die gewickelte Spule zu isolieren.
Zusätzlich ist der herkömmliche Kernstreifen so geformt,
daß er wegen des Wickelvorgangs eine vorbestimmte Öffnung
aufweist, und es ist daher unmöglich, einen Abstand der
Öffnungen zum Erzielen eines optimalen magnetischen
Kreises zu verändern.
Im allgemeinen, wie hinlänglich bekannt ist, steht die
Dichte des magnetischen Flusses, welche den Wirkungsgrad
des Motors beeinflußt, in direktem Verhältnis zu einem
Ausmaß des magnetischen Flusses und in indirekten
Verhältnis zu einem Querschnitt des Kerns, durch welchen
der magnetische Fluß hindurchgeht. Im Falle des
Statorkerns, der durch Kernstreifen ausgebildet wird,
sind die Kernstreifen, welche die innere Umfangsfläche
bilden, zusammengeklebt, und daher gibt es ebendort
dazwischen keinen Spalt. Jedoch weisen die Kernstreifen,
welche die äußere Umfangsfläche bilden, Spalten (g) von
einer vorbestimmten Abstandsweite auf. Daraus ergibt
sich, daß der Querschnitt des Kerns um das Ausmaß des
Spalts (g) verringert ist, und daher ist die Dichte des
magnetischen Flusses erhöht, wodurch der Verlust des
Motors erhöht wird oder eine Größe davon beeinflußt wird.
Dementsprechend ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Statorkern für einen Linearmotor zu
schaffen, welcher die Isolierung und den Zusammenbau des
Statorkerns machbar werden läßt, und die
Herstellungskosten zur Optimierung einer Magnetenlänge
verringern kann, indem ein Öffnungsabstand des
Statorkerns frei wählbar ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Statorkern für einen Linearmotor zu schaffen,
welcher den Motorverlust durch Verminderung einer Dichte
des magnetischen Flusses des Statorkerns verringert.
Um die oben beschriebenen Aufgaben der vorliegenden
Erfindung zu erfüllen, wird ein Statorkern für einen
Linearmotor geschaffen, umfassend: eine Statorspule,
welche durch Wickeln und Isolieren einer Spule in einer
zylindrischen Form ausgebildet wird; eine vertikale
Einheit, welche aus einem dünnen Blechmaterial besteht
und eine vorbestimmte Breite und Länge aufweist; eine
horizontale Einheit, welche gebogen ist und sich in einem
rechten Winkel an einem Endbereich der vertikalen Einheit
erstreckt; und eine Mehrzahl von Kernstreifen, welche
Polteile aufweisen, die allmählich steigend an einem
Kantenabschnitt der horizontalen Einheit erstreckt sind
und ein umgekehrtes Dreieck bilden, wobei ein
innenliegender Kantenabschnitt der vertikalen Einheit mit
einer äußeren Umfangsfläche der Statorspule verbunden
ist, wobei ein innerer Kantenabschnitt der horizontalen
Einheit mit oberen und unteren Oberflächen der
Statorspule verbunden ist oder abwechselnd dazu eben
damit verbunden ist, wobei ein vorbestimmter Abstand
besteht, und in einer radialen Form laminiert ist, wobei
Kantenabschnitte der Polteile der Kernstreifen
miteinander verbunden sind, wobei sie dadurch eine innere
Umfangsfläche bilden und außenliegende Kantenabschnitte
der vertikalen Einheiten eine äußere Umfangsfläche
bilden.
Die vorliegende Erfindung wird besser mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen verstanden werden, die nur zur
Veranschaulichung vorgelegt werden und daher die
vorliegende Erfindung nicht beschränken, wobei:
Fig. 1 ein Aufriß ist, welcher einen Aufbau eines
Stators für einen herkömmlichen Linearmotor
veranschaulicht;
Fig. 2 eine Seitenansicht ist, welche einen Aufbau eines
Stators für einen herkömmlichen Linearmotor
veranschaulicht;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht ist, welche einen
Kernstreifen eines Stators für einen Linearmotor nach der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht ist, welche einen
außenliegenden Statorkern für den Linearmotor durch
versetzte Laminierung nach der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht ist, welche einen
Laminierungsvorgang des außenliegenden Statorkerns für
den Linearmotor auf eine Statorspule nach der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
Fig. 6 eine vergrößerte Seitenansicht ist, welche einen
Teil des Statorkerns für den Linearmotor nach der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Ein Stator für einen Linearmotor durch versetzte
Kernlaminierung nach der vorliegenden Erfindung wird nun
im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen
Kernstreifen eines Stators für den Linearmotor nach der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Mit Bezug auf Fig. 3 umfaßt der Kernstreifen 100 zum
Ausbilden des Stators für den Linearmotor nach der
vorliegenden Erfindung: eine vertikale Einheit 110,
welche aus einem dünnen Blechmaterial besteht und eine
vorbestimmte Breite und Länge aufweist; eine horizontale
Einheit 120, welche gebogen ist und sich in einem rechten
Winkel an einem Endbereich der vertikalen Einheit 110
erstreckt; und einen Polteil 130, welcher allmählich
steigend an einem Kantenabschnitt der horizontalen
Einheit 120 erstreckt ist und ein umgekehrtes Dreieck
bildet.
Der Statorkern für den Linearmotor, welcher aus den
Kernstreifen 100 gebildet wird, wird nun mit Bezug auf
Fig. 4 und 5 erklärt.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen
außenliegenden Statorkern für den Linearmotor durch
versetzte Laminierung nach der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht, und Fig. 5 ist eine perspektivische
Ansicht, welche einen Laminierungsvorgang des
außenliegenden Statorkerns für den Linearmotor auf eine
Statorspule nach der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht.
Zuallererst dient der außenliegende Statorkern als
Beispiel für eine Ausführungsform des Statorkerns nach
der vorliegenden Erfindung.
Im außenliegenden Statorkern 200 nach der vorliegenden
Erfindung wird ein innerer Kantenabschnitt der vertikalen
Einheit 110 des Kernstreifens 100 mit einer äußeren
Umfangsfläche der Statorspule 300, welche in eine
zylindrische Gestalt gewickelt und isoliert ist,
verbunden, wobei ein innerer Kantenabschnitt der
horizontalen Einheit 120 mit einem oberen und unteren
Abschnitt der Statorspule 300 verbunden ist oder
abwechselnd damit verbunden ist, wobei er einen
vorbestimmten Abstand aufweist, und daher in einer
radialen Gestalt laminiert ist. Die Kantenabschnitte der
Polteile 130 des Kernstreifens 100 sind miteinander
verbunden, so daß sie eine innere Umfangsfläche
ausbilden, und die außenliegenden Kantenabschnitte der
vertikalen Einheiten 110 bilden eine äußere Umfangsfläche
aus.
Das heißt, daß die horizontale Einheit 120 des
Kernstreifens 100 abwechselnd in einer radialen Gestalt
auf die oberen und unteren Oberflächen der Statorspule
300 laminiert wird, wodurch eine zylindrische Form
entsteht. Dementsprechend werden die Kantenabschnitte der
Polteile 130 des Kernstreifens 100 miteinander verbunden,
wodurch die innere Umfangsfläche gebildet wird, und die
außenliegenden Kantenabschnitte der vertikalen Einheit
100 bilden die äußere Umfangsfläche.
Fig. 6 ist eine vergrößerte Seitenansicht, welche einen
Teil des Linearmotors nach der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht. Mit den herkömmlichen Teilen gleiche
Teile werden mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Wie darin gezeigt, werden im außenliegenden Statorkern
200 ein innerer Bogen und ein äußerer Bogen durch ein
Paar von Kernstreifen 100, die abwechselnd angeordnet
sind, ausgebildet. Eine Stärke des inneren Bogens beträgt
"t", und jene des äußeren Bogens beträgt "2t".
Daraus ergibt sich, daß entsprechend der gesamten
Anordnung des außenliegenden Statorkerns 200, wobei die
Kernstreifen 100 in einer radialen Gestalt laminiert
werden, um eine zylindrische Form zu ergeben, die
Abstände der äußeren vertikalen Einheiten 100 minimiert
werden.
Ein zylindrisch gestalteter Statorkern 30 wird in einen
leeren Raum des äußeren Statorkerns 200, welcher einen
vorbestimmten Spalt besitzt, eingeführt. Eine bewegliche
Einheit 50 mit Magneten 40 wird in den Spalt zwischen dem
innenliegenden Statorkern 30 und dem außenliegenden
Statorkern 200 eingefügt, wodurch der Linearmotor
zusammengesetzt wird.
Hier in dem Fall, wo der Kernstreifen 100 auf die
Statorspule 300, welche in eine zylindrische Form
gewickelt und isoliert ist, laminiert wird, kann der
Statorkern nach der vorliegenden Erfindung einen Abstand
zwischen den Polteilen 130 der Kernstreifen 100 in einer
vertikalen Richtung regeln. Daher wird eine Länge des
Magneten 40 festgelegt, welche gemäß einer Verschiebung
des Permanentmagnetelements 50, genau gesprochen einer
Verschiebung dessen beweglicher Einheit und des Abstands
zwischen den Polteilen 130, bestimmt wird, wodurch ein
optimaler magnetischer Kreis gebildet wird.
Zusätzlich wird in dem außenliegenden Statorkern 200 eine
Menge der Kernstreifen 100 vergrößert und daher auch ein
Querschnitt des Kerns vergrößert. Das ergibt, daß eine
Dichte des magnetischen Flusses verringert wird, wodurch
der Motorverlust verringert wird.
Des weiteren wird die Statorspule 300 durch Wickeln der
Spule in eine zylindrische Gestalt ausgebildet, ein
Isolierfilm wird auf ihrer äußeren Oberfläche
aufgebracht, und die Kernstreifen 100 werden darauf
laminiert. Daher wird der Wickelvorgang der Statorspule
300 vereinfacht und die Isolierung der gewickelten
Statorspule 300 ermöglicht.
Der Betrieb des Linearmotors, welcher den außenliegenden
Statorkern 200 nach der vorliegenden Erfindung umfaßt,
wird nun erklärt.
Wenn ein Strom an die Statorspule 300 angelegt wird,
fließt ein elektrischer Fluß, der durch den Strom
gebildet wird, entlang der Kernstreifen 3, 100 der
innenliegenden und außenliegenden Statorkerne 30, 200.
Das Permanentmagnetelement 50, welches mit den Magneten
40 ausgestattet ist, führt eine geradlinige Bewegung in
einer Achsenrichtung aufgrund einer Wechselwirkungskraft,
welche durch den magnetischem Fluß und die Magneten 40
entsteht, aus.
Hier sind die Kernstreifen 100, welche den außenliegenden
Statorkern 200 aufbauen, in einer radialen Form laminiert
und daher in einer zylindrischen Gestalt geformt.
Dementsprechend bildet der innere Umfangsbereich des
außenliegenden Statorkerns 200 durch die Polteile 130 der
Kernstreifen 100 eine einzige Oberfläche.
Der Linearmotor, welcher den Statorkern nach der
vorliegenden Erfindung umfaßt, ist an einen
Linearverdichter angeschlossen. Der Linearverdichter
verdichtet Gas, indem er gerade Bewegungsenergie, die
durch den Linearmotor erzeugt wird, in gerade
Bewegungsenergie eines Kolbens umsetzt.
Da, wie früher bereits besprochen, der Statorkern für den
Linearmotor nach der vorliegenden Erfindung durch
Laminieren der Kernstreifen auf die Statorspule, die mit
dem Isolierfilm versehen ist, hergestellt wird, werden
der Wickelvorgang und der Isoliervorgang der Statorspule
vereinfacht, wodurch die Produktivität in der Fertigung
erhöht wird.
Zusätzlich wird, wenn der Motor hergestellt wird, die
Dichte des magnetischen Flusses der Statorspule
verringert und dadurch der Motorverlust vermindert. Da
der Motor in seiner Baugröße verkleinert wird, können die
Produkte in der Größe ebenfalls verkleinert werden.
Zusätzlich werden die Herstellungskosten durch
Verringerung der Menge an Magneten, die teuer sind,
gesenkt.
Da die vorliegende Erfindung in mehreren Formen, ohne vom
Geist oder wesentlichen Kennzeichen derselben
abzuweichen, ausgeführt werden kann, sollte deutlich
erkannt werden, daß die oben beschriebene Ausführungsform
nicht durch irgendeine der Einzelheiten der
vorangegangenen Beschreibung, außer anders festgelegt,
beschränkt, sondern vielmehr breit innerhalb des Geistes
und Umfangs, wie in den angeschlossenen Ansprüchen
festgelegt, ausgelegt wird, und daher besteht für alle
Veränderungen und Modifikationen, die innerhalb des
Zutreffenden und der Grenzen der Ansprüche fallen, oder
Vergleichbares zu solch Zutreffendem und den Grenzen, die
Absicht, sie durch die angeschlossenen Ansprüche
miteinzubeziehen.
Claims (2)
1. Statorkern für einen Linearmotor, umfassend:
eine Statorspule, welche durch Wickeln und Isolieren einer Spule in eine zylindrischen Form ausgebildet wird;
eine vertikale Einheit, welche aus einem dünnen Blechmaterial besteht und eine vorbestimmte Breite und Länge aufweist;
eine horizontale Einheit, welche gebogen ist und sich in einem rechten Winkel an einem Endbereich der vertikalen Einheit erstreckt; und
eine Mehrzahl von Kernstreifen, welche Polteile aufweisen, die allmählich steigend an einem Kantenabschnitt der horizontalen Einheit erstreckt sind und ein umgekehrt es Dreieck bilden, wobei ein innenliegender Kantenabschnitt der vertikalen Einheit mit einer äußeren Umfangsfläche der Statorspule verbunden ist, wobei ein innerer Kantenabschnitt der horizontalen Einheit mit oberen und unteren Oberflächen der Statorspule verbunden ist oder abwechselnd dazu eben damit verbunden ist, wobei ein vorbestimmter Abstand besteht, und in einer radialen Form laminiert ist, wobei Kantenabschnitte der Polteile der Kernstreifen miteinander verbunden sind, wodurch sie eine innere Umfangsfläche bilden und außenliegende Kantenabschnitte der vertikalen Einheiten eine äußere Umfangsfläche bilden.
eine Statorspule, welche durch Wickeln und Isolieren einer Spule in eine zylindrischen Form ausgebildet wird;
eine vertikale Einheit, welche aus einem dünnen Blechmaterial besteht und eine vorbestimmte Breite und Länge aufweist;
eine horizontale Einheit, welche gebogen ist und sich in einem rechten Winkel an einem Endbereich der vertikalen Einheit erstreckt; und
eine Mehrzahl von Kernstreifen, welche Polteile aufweisen, die allmählich steigend an einem Kantenabschnitt der horizontalen Einheit erstreckt sind und ein umgekehrt es Dreieck bilden, wobei ein innenliegender Kantenabschnitt der vertikalen Einheit mit einer äußeren Umfangsfläche der Statorspule verbunden ist, wobei ein innerer Kantenabschnitt der horizontalen Einheit mit oberen und unteren Oberflächen der Statorspule verbunden ist oder abwechselnd dazu eben damit verbunden ist, wobei ein vorbestimmter Abstand besteht, und in einer radialen Form laminiert ist, wobei Kantenabschnitte der Polteile der Kernstreifen miteinander verbunden sind, wodurch sie eine innere Umfangsfläche bilden und außenliegende Kantenabschnitte der vertikalen Einheiten eine äußere Umfangsfläche bilden.
2. Statorkern für den Linearmotor nach Anspruch 1,
wobei der innere Kantenabschnitt des Kernstreifens
laminiert ist, wobei er einen vorbestimmten Abstand
von der oberen und der unteren Oberfläche der
Statorspule aufweist, wenn der Kernstreifen auf die
Statorspule laminiert ist.
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