DE19931394B4 - Stator für einen Linearmotor - Google Patents
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Abstract
eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Kernstreifen (100) aus dünnem Blechmaterial mit vertikalen und dazu rechtwinkligen, horizontalen Schenkeln mit jeweils innenliegenden und außenliegenden Kanten;
eine vertikale Einheit (110) die durch die vertikalen Schenkel gebildet ist und hohlzylinderförmig ist; und
eine horizontale Einheit (120), welche sich in einem rechten Winkel an einem Endbereich der vertikalen Einheit (110) erstreckt, wobei die horizontale Einheit (120) durch die horizontalen Schenkel gebildet ist und ringförmig ist;
wobei die vertikale Einheit (110) und die horizontale Einheit (120) zusammen die Lamellierung des Statorkerns (200) bilden,
wobei die Kernstreifen (100) jeweils einen Polteil (130) aufweisen, wobei sich der Polteil (130) sowohl von der innenliegenden als auch von der außenliegenden Kante des horizontalen Schenkels zu...
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.
- 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, wie er beispielsweise in der
WO 94/15392 A1 1 und2 beschrieben. DieWO 94/15392 A1 -
1 und2 sind ein Aufriß und ein Seitenriß, welche entsprechend einen Aufbau des herkömmlichen Linearmotors veranschaulichen. - Wie in
1 und2 gezeigt, umfaßt der herkömmliche Linearmotor: einen außenliegenden Statorkern10 , welcher durch Laminieren einer Mehrzahl von Kernstreifen1 in eine zylindrische Gestalt gebildet wird, wobei die Mehrzahl von Kernstreifen jeweils innen eine Öffnung1a in einer vorbestimmten Größe aufweist; eine Statorspule20 , welche in eine ringförmige Vertiefung gewickelt ist, die auf einer inneren Umfangsoberfläche des außenliegenden Statorkerns, der wiederum durch Öffnungen1a der laminierten Kernstreifen1 ausgebildet wird, geschaffen wird; einen innenliegenden Statorkern30 , 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 Statorkerns10 eingefügt wird, wobei er einen vorbestimmten Spalt von seiner inneren Umfangsfläche aus aufweist; und ein Permanentmagnetelement50 , welches in den Spalt zwischen den Innen- und Außenkernen30 ,10 eingefügt ist und eine Mehrzahl von Magneten40 aufweist. - Der außenliegende Statorkern
10 , auf den die Statorspule20 aufgewickelt ist, stellt zusammen mit dem inneren Statorkern30 einen Stator für den Linearmotor bereit. - Genauer gesagt, besteht der Kernstreifen
1 , welcher den außenliegenden Statorkern10 bildet, aus einem dünnen Blechmaterial und weist einen U-förmigen Jochteil1b und einen Polteil1c , welcher sich in Form eines umgedrehten Dreiecks an beiden Endabschnitten des Jochteils1b erstreckt, auf. - Aus der deutschen Patentschrift
DE 568 680 A ist es auch bekannt, statt eines U-förmigen Jochteils einen Statorkern aus L-förmigen Blechen aufzubauen. - Wie oben beschrieben, wird der außenliegende Statorkern
10 durch Laminieren der Mehrzahl von Kernstreifen1 in eine zylindrische Form gebracht. Die Endbereiche der Polteile1c jedes laminierten Kernstreifens1 bilden die innere Umfangsfläche des außenliegenden Statorkerns10 , und die außenliegenden Endbereiche der Jochteile1b bilden die äußere Umfangsfläche desselben. - Danach wird der laminierte außenliegende Statorkern
10 durch Ausbilden der Statorspule20 hergestellt, indem die Spule in der ringförmigen Vertiefung, die durch die Öffnungen1a der Kernstreifen1 geformt wird, gewickelt und die Statorspule20 isoliert wird. - Hier können die Positionen des innenliegenden Statorkerns
30 , welcher den Linearmotor bildet, und des außenliegenden Statorkerns10 , auf den die Statorspule20 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 Kernstreifen3 des innenliegenden Statorkerns30 und entlang der Kernstreifen1 des außenliegenden Statorkerns10 . Das Permanentmagnetelement50 , welches mit den Magneten40 ausgestattet ist, führt eine geradlinige Bewegung in einer Achsenrichtung aufgrund einer Wechselwirkungskraft, welche durch das Zusammenspiel von magnetischem Fluß und den Magneten40 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, ist die Dichte des magnetischen Flusses (magnetische Flußdichte), welche den Wirkungsgrad des Motors beeinflußt, direkt abhängig von der Höhe des magnetischen Flusses und 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. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stator der zuvor beschriebenen Art so weiter zu bilden, dass der Wickelvorgang und das Isolieren der Spule vereinfacht werden.
- Die zuvor aufgezeigte und hergeleitete Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Stator dadurch gelöst, dass die Kernstreifen jeweils L-förmig ausgebildet sind und dass jeder Kernstreifen gegenüber dem jeweils benachbarten Kernstreifen um 180° verdreht angeordnet ist, wobei die vertikalen Schenkel jeweils benachbarter Kernstreifen überlappend nebeneinander angeordnet sind und die horizontalen Schenkel jeweils benachbarter Kernstreifen einander in einem vorbestimmten Abstand gegenüberliegend und nicht überlappend angeordnet sind, derart, dass jeweils benachbarte Kernstreifen zusammen eine U-Form bilden.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stators haben die innenliegenden Kanten der horizontalen Schenkel der Kernstreifen, wenn die Kernstreifen auf die Statorspule laminiert sind, einen vorbestimmten Abstand von der oberen und der unteren Oberfläche der Statorspule.
- 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:
-
1 ein Aufriß ist, welcher einen Aufbau eines Stators für einen herkömmlichen Linearmotor veranschaulicht; -
2 eine Seitenansicht ist, welche einen Aufbau eines Stators für einen herkömmlichen Linearmotor veranschaulicht; -
3 eine perspektivische Ansicht ist, welche einen Kernstreifen eines Stators für einen Linearmotor nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; -
4 eine perspektivische Ansicht ist, welche einen außenliegenden Statorkern für den Linearmotor durch versetzte Laminierung nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; -
5 eine perspektivische Ansicht ist, welche einen Laminierungsvorgang des außenliegenden Statorkerns für den Linearmotor auf eine Statorspule nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und -
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.
-
3 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen Kernstreifen eines Stators für den Linearmotor nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. - Mit Bezug auf
3 umfaßt ein Kernstreifen100 zum Ausbilden des Stators für den Linearmotor nach der vorliegenden Erfindung: eine vertikale Einheit110 , welche aus einem dünnen Blechmaterial besteht und eine vorbestimmte Breite und Länge aufweist; eine horizontale Einheit120 , welche gebogen ist und sich in einem rechten Winkel an einem Endbereich der vertikalen Einheit110 erstreckt; und einen Polteil130 , welcher allmählich steigend an einem Kantenabschnitt der horizontalen Einheit120 erstreckt ist und ein umgekehrtes Dreieck bildet (der Polteil130 verbreitert sich sowohl von der innenliegenden als auch von der außenliegenden Kante des horizontalen Schenkels zu einer Polverbreiterung). - Der Statorkern für den Linearmotor, welcher aus den Kernstreifen
100 gebildet wird, wird nun mit Bezug auf4 und5 erklärt. -
4 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen außenliegenden Statorkern für den Linearmotor durch versetzte Laminierung nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und5 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 Einheit110 des Kernstreifens100 mit einer äußeren Umfangsfläche der Statorspule300 , welche in eine zylindrische Gestalt gewickelt und isoliert ist, verbunden, wobei ein innerer Kantenabschnitt der horizontalen Einheit120 mit einem oberen und unteren Abschnitt der Statorspule300 verbunden ist oder abwechselnd damit verbunden ist, wobei er einen vorbestimmten Abstand aufweist, und daher in einer radialen Gestalt laminiert ist. Die Kantenabschnitte der Polteile130 des Kernstreifens100 sind miteinander verbunden, so daß sie eine innere Umfangsfläche ausbilden, und die außenliegenden Kanten der vertikalen Einheiten110 bilden eine äußere Umfangsfläche aus. - Das heißt, daß die horizontale Einheit
120 des Kernstreifens100 abwechselnd in einer radialen Gestalt auf die oberen und unteren Oberflächen der Statorspule300 laminiert wird, wodurch eine zylindrische Form entsteht. Dementsprechend werden die Kanten der Polteile130 des Kernstreifens100 miteinander verbunden, wodurch die innere Umfangsfläche gebildet wird, und die außenliegenden Kanten der vertikalen Einheit100 bilden die äußere Umfangsfläche. -
6 ist eine vergrößerte Seitenansicht, welche einen Teil des Linearmotors nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Mit den zuvor beschriebenen Teilen vergleichbare Teile werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. - Wie darin gezeigt, werden im außenliegenden Statorkern
200 ein innerer Bogen und ein äußerer Bogen durch ein Paar von Kernstreifen100 , 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 Kernstreifen100 in einer radialen Gestalt laminiert werden, um eine zylindrische Form zu ergeben, die Abstände der äußeren vertikalen Einheiten100 minimiert werden. - Ein zylindrisch gestalteter Statorkern
30 wird in einen leeren Raum des äußeren Statorkerns200 , welcher einen vorbestimmten Spalt besitzt, eingeführt. Eine bewegliche Einheit50 mit Magneten40 wird in den Spalt zwischen dem innenliegenden Statorkern30 und dem außenliegenden Statorkern200 eingefügt, wodurch der Linearmotor zusammengesetzt wird. - Hier in dem Fall, wo der Kernstreifen
100 auf die Statorspule300 , welche in eine zylindrische Form gewickelt und isoliert ist, laminiert wird, kann der Statorkern nach der vorliegenden Erfindung einen Abstand zwischen den Polteilen130 der Kernstreifen100 in einer vertikalen Richtung regeln. Daher wird eine Länge des Magneten40 festgelegt, welche gemäß einer Verschiebung des Permanentmagnetelements50 , genau gesprochen einer Verschiebung dessen beweglicher Einheit und des Abstands zwischen den Polteilen130 , bestimmt wird, wodurch ein optimaler magnetischer Kreis gebildet wird. - Zusätzlich wird in dem außenliegenden Statorkern
200 eine Menge der Kernstreifen100 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 Kernstreifen100 werden darauf laminiert. Daher wird der Wickelvorgang der Statorspule300 vereinfacht und die Isolierung der gewickelten Statorspule300 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 Kernstreifen3 ,100 der innenliegenden und außenliegenden Statorkerne30 ,200 . Das Permanentmagnetelement50 , welches mit den Magneten40 ausgestattet ist, führt eine geradlinige Bewegung in einer Achsenrichtung aufgrund einer Wechselwirkungskraft, welche durch den magnetischem Fluß und die Magneten40 entsteht, aus. - Hier sind die Kernstreifen
100 , welche den außenliegenden Statorkern200 aufbauen, in einer radialen Form laminiert und daher in einer zylindrischen Gestalt geformt. Dementsprechend bildet der innere Umfangsbereich des außenliegenden Statorkerns200 durch die Polteile130 der Kernstreifen100 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.
Claims (2)
- Stator für einen Linearmotor mit einem Statorkern (
200 ) und einer Statorspule (300 ), welche durch Wickeln und Isolieren einer Spule in eine hohlzylindrische Form ausgebildet ist, wobei der Statorkern (200 ) umfasst: eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Kernstreifen (100 ) aus dünnem Blechmaterial mit vertikalen und dazu rechtwinkligen, horizontalen Schenkeln mit jeweils innenliegenden und außenliegenden Kanten; eine vertikale Einheit (110 ) die durch die vertikalen Schenkel gebildet ist und hohlzylinderförmig ist; und eine horizontale Einheit (120 ), welche sich in einem rechten Winkel an einem Endbereich der vertikalen Einheit (110 ) erstreckt, wobei die horizontale Einheit (120 ) durch die horizontalen Schenkel gebildet ist und ringförmig ist; wobei die vertikale Einheit (110 ) und die horizontale Einheit (120 ) zusammen die Lamellierung des Statorkerns (200 ) bilden, wobei die Kernstreifen (100 ) jeweils einen Polteil (130 ) aufweisen, wobei sich der Polteil (130 ) sowohl von der innenliegenden als auch von der außenliegenden Kante des horizontalen Schenkels zu einer Polverbreiterung verbreitert, wobei die innenliegenden Kanten der vertikalen Schenkel mit einer äußeren Umfangsfläche der Statorspule (300 ) verbunden sind, wobei zwischen den innenliegenden Kanten der horizontalen Schenkel die oberen und unteren Oberflächen der Statorspule (300 ) angeordnet sind, wobei die Kanten der Polverbreiterungen der Polteile (130 ) miteinander verbunden sind, und wobei die miteinander verbundenen Kanten der Polverbreiterungen der Polteile (130 ) eine innere Umfangsfläche und die außenliegenden Kanten der vertikalen Schenkel eine äußere Umfangsfläche bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernstreifen (100 ) jeweils L-förmig ausgebildet sind und dass jeder Kernstreifen (100 ) gegenüber dem jeweils benachbarten Kernstreifen (100 ) um 180° verdreht angeordnet ist, wobei die vertikalen Schenkel jeweils benachbarter Kernstreifen (100 ) überlappend nebeneinander angeordnet sind und die horizontalen Schenkel jeweils benachbarter Kernstreifen (100 ) einander in einem vorbestimmten Abstand gegenüberliegend und nicht überlappend angeordnet sind, derart, dass jeweils benachbarte Kernstreifen (100 ) zusammen eine U-Form bilden. - Stator für einen Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innenliegenden Kanten der horizontalen Schenkel der Kernstreifen (
100 ), wenn die Kernstreifen (100 ) auf die Statorspule (300 ) laminiert sind, einen vorbestimmten Abstand von der oberen und der unteren Oberfläche der Statorspule (300 ) haben.
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