DE202011103379U1

DE202011103379U1 - Modularer Linearantrieb für eine Schiebetür oder dergleichen

Info

Publication number: DE202011103379U1
Application number: DE202011103379U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2011-11-21
Anticipated expiration: 2021-07-16
Also published as: DE202011001540U1; DE202011001535U1; DE202011001542U1; DE202010013455U1; DE202011103374U1; DE202011001538U1; DE202011001543U1; DE202011001537U1; DE202011001545U1; DE202011001544U1; DE202011001539U1; DE102010054170A1

Abstract

Modularer Linearantrieb für eine Schiebetür oder dergleichen mit einem lang gestreckten, stationären Stator (2), der eine Wicklung (7) aufweist, die über jeweilige Luftspalte (15) mit einem lang gestreckten, längs eines Verfahrweges veränderbaren Läufer (3) aus beidseitig der Wicklung (7) angeordneten Dauermagneten (11, 12, 13, 14) als Polpaar PP zusammenwirkt, wobei die Dauermagnete (11, 12, 13, 14) als direkt aneinander gereihte mehrfache Pollänge PL derart ausgebildet sind, dass die Dauermagnete (11, 12, 13, 14) innerhalb einer Pollänge PL so angeordnet sind, dass an jeder Polfläche (16) ein gerichteter magnetischer Fluss mit wechselnder Polarität entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen modularen Linearantrieb für Schiebetüren oder dergleichen mit einem lang gestreckten, eisenlosen stationären Stator, der mit einem ortsveränderlichen Läufer aus Dauermagneten zusammenwirkt.
Der DE 36 35 258 C1 kann ein Magnetkraftsystem für den reibungslosen Transport von Lasten mit mindestens einem an der Last befestigten Magnet, der einen ferromagnetischen Trägerkörper aufweist, zugeordnet werden. Dabei ist wesentlich, dass die Magnete mit mindestens einer vertikalen Polwand zusammenwirken und zu dieser Wand im Wesentlichen parallel angeordnet sind. Die Magnete sind dabei in Längsrichtung jeweils paarweise angeordnet, was bedeutet, dass stets zwei Magnete als ein Paar angesehen werden, die durch eine ferromagnetische Platte einseitig kurzgeschlossen werden. Die Magnete sind dabei in einer eisernen U-Schiene angeordnet. Direkt verbunden mit derartigen Magneten ist die zu tragende und verfahrbare Tür.
Bei dem Schwebeprinzip der DE 36 35 258 C1 handelt es sich im Prinzip um ein nach unten offenes U-Trägerprofil in welchem von unten ein System mehrerer zueinander angeordneter Dauermagnete hineinragt. Der vertikale Abstand zwischen dem Magnetverbund und der Trägerschiene regelt sich dabei ohne jegliche elektronische Steuerung. Dieses bedeutet, dass bei größer werdenden Lasten auch die magnetische Anziehungskraft steigt.
Der Vorteil von dauermagnetisch schwebenden Türen liegt auf der Hand, da diese leicht verschoben werden können, was auch bei einem Stromausfall der Fall ist. Hierdurch kann beispielsweise bei automatischen Türen eine notwendige Notstromversorgung entfallen. Das Schweben oder Hängen der Türflügel kann ohne Räder oder Rollen erfolgen, wobei die tragenden Magnete gleichzeitig die Läufermagnete des Linearmotors darstellen.
Die WO 94/13055 A1 zeigt einen Linearantrieb bei dem ein Ständer mit einer Wicklung innerhalb einer Wand angeordnet ist, die mit einem Flügel einer Tür zusammenwirkt an deren oberen Seite Magnete angeordnet sind, die für die Aufhängung und die Fahrbewegung des eingesetzt werden.
Eine Schiebetür mit einem magnetischen Antriebssystem für einen Türflügel offenbart die DE 10 2004 050 326 B4 . Dafür sind mindestens eine in Antriebsrichtung ausgebildete Magnetreihe mit Lücken zwischen den einzelnen Magneten vorhanden, die eine wechselnde Polarität aufweisen und eine Spulenanordnung vorhanden. Die Spulen weisen dabei ebenfalls einen bestimmten Abstand zu einander auf. Ein derartiges Antriebssystem mit einer Magnetreihe und den zugeordneten Einzelspulen weist sehr große Rastmomente auf, die durch die Lücken zwischen den Magneten und den Lücken der Spulen entstehen. Ferner wird der Wirkungsgrad derartig aufgebauter Antriebsysteme stark reduziert.
In der US 2008/0224557 wird ein elektrischer Motor mit einem Halbach Array beschrieben. Bei dieser Anordnung sind die Dauermagneten und die damit zusammenwirkenden Spulen so angeordnet, dass sie aus einzelnen Segmenten bestehen, die ein vorgewähltes magnetisches Feld in einer bestimmten Richtung erzeugen. Durch diese Ausrichtung der Magneten und der damit zusammenwirkenden Spulen wird eine besondere Effizienz hinsichtlich des vor beschriebenen Motors hinsichtlicht des magnetischen Flusses erreicht.
So stellt das Halbach-Prinzip eine spezielle Anordnung von Permanentmagneten dar, bei denen sich das magnetische Feld auf einer Seite fast aufhebt und auf der anderen Seite jedoch verstärkt wirkt. Erreicht wird dieses dadurch, dass die einzelnen Permanentmagnete eine unterschiedliche Magnetisierungsrichtung aufweisen. Durch diese unterschiedliche Magnetisierungsrichtung tritt auf einer Seite eine magnetische Flussverstärkung und auf der anderen Seite eine Flussabschwächung des magnetischen Flusses auf.
Der US 4 749 921 ist ein Linearmotor zu entnehmen. Dieser Linearmotor hat einen Läufer, der aus einem magnetischen Material, vorzugsweise einem laminierten Siliziumstahl mit Permanentmagneten besteht. Dabei ist der Läufer so konzipiert, dass er zwei gegeneinander gerichtete Magnetreihen aufweist, zwischen denen der stationäre Stator sich befindet. Zwischen den einzelnen Magneten des Läufers sind Lücken angeordnet, ebenso sind Lücken innerhalb der Wicklung des Stators vorhanden. Ein weiterer flacher Linearmotor wird durch die US 5 723 917 bekannt gemacht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Linearantrieb für Türen oder dergleichen zu schaffen, der neben einer sehr kleinen Bauform wartungsfrei arbeitet, einen hohen Wirkungsgrad aufweist und kostengünstig herstellbar ist und kein Rastmoment oder eine Polfühligkeit bei einer Bewegung der Türen im stromlosen Zustand aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung durch die Merkmale des Anspruches 1. Die Unteransprüche geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens wieder.
Als modularer Linearantrieb für Schiebetüren oder dergleichen wird ein lang gestreckter stationärer Stator vorgeschlagen, der eine Wicklung aufweist, die vorzugsweise bifilar mit in sich zurücklaufenden Meandern in umlaufende Wickeltechnik hergestellt wird. Dabei weist die Wicklung kein ferromagnetisches Eisen sowohl für den Rückschluss als auch allgemein auf. Die Wicklung besteht vorzugsweise aus einer mehrfachen Anzahl von Einzelspulen, die als Luftspulen ausgebildet sind. Die Ansteuerung der einzelnen Segmente der Gesamtwicklung geschieht durch eine Steuerung/Reglung die Bestandteil des Stators sein kann. Eine derartige Wicklung wird vorzugsweise mit einer Skalar-Feldaufspaltung so gewickelt, dass stets zwei Drähte der Wicklung parallel laufen, um so eine Skalar-Vektorverkippung zu erreichen, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass in bestimmten Bereichen es zu einer Verstärkung bzw. Schwächung des elektrischen Feldes innerhalb der Wicklung kommt. So kann ganz gezielt die Verstärkung des elektrischen Feldes zu der Seite erhöht werden, an der der Läufer mit den Permanentmagneten sich befindet. Die Skalar-Feldaufstellung der einzelnen Wicklungen führt dazu, dass bei einer bewussten Anordnung der Wicklungen, deren einzelne Drähte vorzugsweise aus einer Litze bestehen, es durch den magnetischen Fluss der Wicklung zu einem gerichteten, verstärkten magnetischen Feld für einen noch zu beschreibenden Läufer kommt. Es versteht sich, dass ein derartiger stationärer Läufer sich über die nahezu gesamte Länge oder Teilstrecken der zurückliegenden Fahrstrecke der Schiebetür oder dergleichen erstrecken kann. Dabei kann die Fahrstrecke nicht nur eine Gerade sein sondern diese können auch in Kurvenform ausgeführt werden.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform kann beispielsweise die Wicklung an einem Halter angebracht werden und der Stator ist so ausgebildet, dass auf beiden Seiten der flachen Wicklung Dauermagnete angeordnet sind. Dabei ist die Polarität der Dauermagnete so gewählt, dass sich stets auf einer Seite Nordpol und der anderen gegenüberliegenden Seite ein Südpol gegenüber stehen. Zwischen der Wicklung und den Dauermagneten ist jeweils ein Luftspalt. Die Dauermagnete werden vorzugsweise durch eine Vorrichtung gehalten, die beispielsweise eine U-Form aufweisen kann. Bei der Ausführung der Vorrichtung gibt es zwei bevorzugte Varianten, nämlich die eine, dass die Vorrichtung aus einem ferromagnetischen Material besteht und somit zwischen den beiden beabstandeten Magnetreihen über die Vorrichtung ein magnetische Abschirmung vorhanden ist oder in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass die beiden Reihen von Dauermagneten jeweils mit einem Rückschlussblech versehen werden. Bei der Ausführung, in der ein entsprechendes dünnes Rückschlussblech verwendet wird, kann die Haltevorrichtung auch aus Leichtmetall, Kunststoff, Verbundmaterial oder dergleichen hergestellt werden.
Gleichzeitig kann die Vorrichtung auch so ausgebildet sein, dass sie zur Halterung eines Türflügels oder dergleichen ausgebildet ist. Dieses kann beispielsweise in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform geschehen, in dem die Vorrichtung im Prinzip eine H-Form annimmt, wobei in dem oberen Einschnitt die Magnetreihen mit der dazwischen eintauchenden Wicklung platziert sind und im unteren Einschnittbereich kann beispielsweise der Türflügel oder dergleichen befestigt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung mit entsprechenden Rollen versehen werden, die innerhalb einer Tragschiene laufen. Dieses dient zur Sicherung und damit einem definierten Abstand zum Boden für den Türflügel oder dergleichen, obwohl der Türflügel auch durch die magnetischen Kräfte in der Schwebe gehalten würde. Statt der Rollen können auch Gleiter oder dergleichen verwendet werden.
Als modularer Linearantrieb für Schiebetüren oder dergleichen wird ein lang gestreckter stationärer Stator vorgeschlagen, der eine bifilare Wicklung mit einem ferromagnetischen Rückschluss aufweist. Die bifilare Wicklung besteht vorzugsweise aus einer mehrfachen Anzahl von Einzelspulen, die als Luftspulen, d. h. ohne genutetes Eisen, ausgebildet sind. Die Ansteuerung der einzelnen Segmente der Gesamtwicklung geschieht durch eine Steuerung/Regelung, die Bestandteil des Stators sein kann. Eine derartige Wicklung wird vorzugsweise mit einer Skalar-Feldaufspaltung so gewickelt, dass stets zwei Drähte der Wicklung parallel laufen, um so eine Skalar-Vektorverkippung zu erreichen, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass in bestimmten Bereichen es zu einer Verstärkung bzw. Schwächung des elektrischen Feldes innerhalb der Bifilarwicklung kommt. Diese Skalar-Feldaufspaltung der einzelnen Bifilarwicklungen führt dazu, dass bei einer geschickten Anordnung der Wicklungen, deren einzelne Drähte vorzugsweise aus einer Litze bestehen, es durch den magnetischen Fluss der Wicklungen zu einem gerichteten, stärkerem magnetischen Feld für einen noch zu beschreibenden Läufer, der mit dem Stator zusammenwirkt, kommt. Es versteht sich, dass ein derartiger stationärer Stator sich über die gesamte Länge oder über Teilstrecken der zu verfahrenden Fahrstrecke erstrecken kann. Dabei kann die Fahrstrecke nicht nur eine Gerade sein sondern diese kann auch in Kurvenform ausgeführt werden.
Die Spule des Stators ist als selbsttragende Luftspule mit mindestens zwei Wicklungen ausgeführt, wobei je nach Anzahl der Phasen auch mehrere Wicklungen ausgeführt werden können und damit ein Mehrphasenbetrieb möglich ist. Die einzelnen Wicklungen sind bifilar und gleichzeitig meanderförmig gewickelt und zwar in der Art, dass die Bifilarität nicht gegensinnig ausgeführt wird. So werden die einzelnen Wicklungen bifilar gewickelt und gleichsinnig in Reihe geschaltet, so dass eine Spule geschaffen wird, die mit einer doppelten Windungszahl eine etwa vierfache Induktivität gegenüber herkömmlichen Spulen aufweist. Durch eine derartige Wickelanordnung wird erreicht, dass im Arbeitsspalt sich die magnetischen Felder addieren und gleichzeitig im Wickelkopf diese sich aufheben. Durch das Aufheben der elektrischen Felder in den Wickelköpfen werden Verluste reduziert, die sonst in Wärme umgesetzt werden.
Eine derartige Spule wird mittels eines entsprechenden temperaturresistenten Harzes getränkt, wobei das Harz auch noch mit beispielsweise Glasfasern verstärkt werden kann.
Das Leitermaterial für die einzelnen Wicklungen besteht aus einer oder einer Mehrzahl von verdrillten Litzen.
Der mit dem stationären Stator zusammenwirkende lang gestreckte, auf einer Bahn veränderlich sich bewegend Läufer, besteht aus Dauermagneten, die sich aus einer mehrfachen Pollänge mit wechselnder Polarität (Nord/Süd) ohne Lücken dazwischen zusammensetzen. Eine Pollänge besteht aus mehreren nach einem bestimmten Schema magnetisierter und angeordneter Dauermagnete. Die Dauermagnete sind dabei so angeordnet, dass sie innerhalb einer Pollänge an einer zu der Wicklung gerichteten Polfläche einen gerichteten, verstärkten, magnetischen Fluss aufweisen. Dieses trägt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Linearantriebes bei.
Um einen derartigen, verstärkten, magnetischen, gerichteten Fluss zu erreichen, ist die Pollänge so bemessen, dass diese sich aus je einer Länge von zwei gleich langen Magneten plus eines kürzeren Magneten zusammensetzt. Vorzugsweise ist die Länge des kürzeren Magneten als die halbe Länge der vor genannten gleichlangen Magneten bemessen.
Um die gezielte Richtung des magnetischen Flusses noch zu intensivieren, befindet sich zur Polfläche der beiden gleichlangen Magnete gerichtet ein weiterer Magnet, der jedoch nur eine geringe, vorzugsweise im Wesentlichen die Viertelhöhe der vor genannten Magnete, Polhöhe aufweist. Somit besteht eine Pollänge aus vorzugsweise vier Magneten, deren Magnetisierungsrichtungen so gewählt worden sind, dass an dem flachen Magnet und damit an seiner Polfläche ein verstärkter gerichteter magnetischer Fluss vorhanden ist. Bei der unterschiedlichen Vorzugsmagnetisierung handelt es sich um ein so genanntes Halbachsystem. Ein derartiges Halbachmagnetsystem erzeugt ein besonders homogenes Magnetfeld. Bei der erfindungsgemäßen Permanentmagnetanordnung erhält somit quasi jeder Permanentmagnet eine bestimmte Vorzugsmagnetisierungsrichtung. Hierdurch ergibt sich aufgrund der Größe der einzelnen Magnete eine Abweichung von der Homogenität des im Bereich des im Stator erzeugten magnetischen Feldes. Um eine Abweichung im Magnetfeld so gering wie möglich zu halten, ist es deshalb notwendig, eine feine Segmentierung vorzunehmen. Dadurch vergrößert sich zwar der Herstellungsaufwand, aber es entsteht ein homogeneres Magnetfeld.
Die Permanenteinzelmagnete bestehen vorzugsweise aus einem isotropen Dauermagnetmaterial. Dadurch, dass das gesamte Magnetsystem aus einer Vielzahl von dicht aneinander angeordneten Permanenteinzelmagnetsegmenten besteht, ist es notwendig, dass die Vorzugsmagnetisierungsrichtung auch innerhalb der einzelnen Segmente örtlich variiert.
Als Magnetmaterial werden isotrope Materialien mit einer im zweiten Quadranten annähernd linearen Kennlinie verwendet. Ferner können auch Materialien verwendet werden, bei denen die Koerzitivfeldstärke wesentlich größer ist als das Verhältnis von Remanenz zur magnetischen Feldkonstanten. Bei derartigen Materialien handelt es sich um gesinterte oder kunststoffgebundene Ferrite oder Seltene-Erden-Magnete.
Jede Pollänge hat eine andere wechselnde Polarität, d. h. es wechseln sich bei jeder nachfolgenden Pollänge Nordpol und Südpol ab, wobei die einzelnen Pollängen direkt ohne Lücken und Zwischenpolen aus Eisen oder dergleichen sich an einander reihen.
Auf der gegenüberliegenden Seite (Rückseite zur Polfläche) der einzelnen Magnete befindet sich eine ferromagnetische Abschirmung, die nur eine geringe Dicke aufweisen muss, da in diesem Bereich kein großer magnetischer Fluss vorhanden ist, weil eine magnetische Flussabschwächung durch die gewählten magnetischen Richtungen der Pole der einzelnen Magnete vorhanden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die einzelnen Magnete einer Pollänge aus unterschiedlichen Magnetwerkstoffen bestehen, wodurch der magnetische Fluss noch verstärkt werden kann.
Ein derartiger Läufer besteht, entsprechend der Länge der zu verfahrenden Türflügel, aus mehreren direkt aneinander gereihten Polflächen. Diese Polflächen sind modular aufgebaut und können entsprechend der Polfläche um ein Mehrfaches aneinander gereiht werden. So ist es möglich, auf einfache Art und Weise unterschiedlich breite Türen in Modulbauweise herzustellen.
Um unterschiedlich breite Türflügel herzustellen, befindet sich vorzugsweise innerhalb eines Profiles, welches neben der Befestigung des Türflügels, der vorzugsweise aus Glas oder dergleichen bestehen kann, auch eine Aufnahme für die Dauermagnete, die zu entsprechenden Pollängen mit der dahinter befindlichen ferromagnetischen Abschirmung ausgebildet sind.
Eine derartige Ausführung für einen Linearantrieb einer Schiebetür kann neben der Fahrfunktion auch das Tragen der Türflügel beinhalten. Es ist jedoch auch möglich, dass derartige Türflügel auf einen, beispielsweise aus Teflon bestehenden Polster gleiten bzw. mit entsprechenden Tragrollen ausgestattet sind.
Auch bei einem stromlosen Zustand ist ein sicheres Tragen bzw. Halten des Türflügels in der Position gegeben, da das hinter der Wicklung angeordnete flache ohne Nuten ausgebildete ferromagnetische Material mit den Dauermagneten zusammenwirkt, weil die Wicklung mit ihren einzelnen Teilwicklungen sehr flach als Luftspule ausgebildet ist und somit in keinem großen Abstand zu den Dauermagneten angeordnet ist. Eine flache, spulenkörperlose Wicklung ist insbesondere deshalb auch möglich, da die Wicklung als Bifilarwicklung und meanderförmig ausgebildet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass der Linearantrieb mit entsprechenden Sensoren, insbesondere zur Positionsbestimmung ausgestattet ist. Darüber hinaus kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch gleichzeitig die Steuer- und Regelelektronik sich innerhalb des Linearantriebes befinden. Vorzugsweise ist die Steuer- und Regelelektronik Bestandteil des Stators. Durch eine solche Ausgestaltung ist es möglich, dass jeder Teilwicklung eine separate Steuer- und Regelelektronik zugeordnet ist, wobei die einzelnen Teil-Steuer- und Regelelektroniken von einer übergeordneten Logik verwaltet werden. In einer derartigen Gesamtverwaltung können entsprechende Programme für die Verwendung des Linearantriebes hinterlegt sein. Durch eine bevorzugte Anordnung für die Leistungselektronik, beispielsweise durch eine Doppel- oder Dreifach-H-Brücke, werden zum einen die Verlustleistungen sehr gering gehalten, darüber hinaus ist es möglich, eine effektive Ansteuerung der einzelnen Sektionen der meanderförmigen Bifilarwicklung zu erreichen. Eine derartige Steuer- und Regelelektronik arbeitet mit einer hohen Taktfrequenz.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt:
1: Einen Schnitt durch einen Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform eines Linearantriebes mit einem verfahrbaren Flügel in einer Schnittdarstellung;
2: eine weitere bevorzugte Ausführungsform in einer Schnittdarstellung eines Linearantriebes mit einem verfahrbaren Flügel;
3: eine seitliche Ansicht auf eine mögliche bevorzugte Anordnung eines Stators im Zusammenwirken mit einem Läufer;
4: eine mögliche Ausführungsform eines Aufbaues einer Pollänge mit einem gerichteten magnetischen Fluss gemäß der Ausführung nach 3;
5: ein bevorzugtes Wickelschema einer Spule für einen Stator.
In der 1 wird in einer Schnittdarstellung schematisch der Aufbau eines Linearantriebes 1, der im Wesentlichen aus einem Stator 2 und einem Läufer 3 besteht, dargestellt. Der Stator 2 weist eine Wicklungshalterung 9 auf, die im Ausführungsbeispiel schematisch als offenes U dargestellt ist und an einem der Schenkel eine Wicklung 7 trägt. Diese Wicklung 7 ragt in den Läufer 3 hinein und hat zu beiden Seiten jeweils einen Luftspalt 15 an denen sich seitlich Permanentmagnete 11, 12, 13 14 auf jeder Seite anfügen. In dem Ausführungsbeispiel der 1 sind hinter den Dauermagneten 11, 12, 13, 14 jeweils Abschirmungen 6 vorhanden, die den geringen magnetischen Fluss der an der rückseitigen Ausbildung der Dauermagnete 11, 12, 13, 14 entsteht, abgeschirmt. Auch die Dauermagnete 11, 12, 13, 14 sind in dem Ausführungsbeispiel über eine U-förmige Ausbildung einer Vorrichtung 25 gehalten. Dabei weist die U-förmige Vorrichtung 25 jeweils einen Seitenschenkel 10 und 18 auf, die in einem Basisschenkel 19 zusammenlaufen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann auf die Abschirmungen 6 hinter den Dauermagneten 11, 12, 13, 14 verzichtet werden, wenn die Vorrichtung 25 aus einem ferromagnetischen Material besteht.
Dadurch, dass die Dauermagnete 11, 12, 13, 14 (die noch nachfolgend wegen ihrer besonderen Magnetisierungsrichtung und Anordnung ausführlich beschrieben werden) in ihrer gerichteten Polarität zu der Wicklung 7 stets gegenüberstehend innerhalb eines Aufnahmebereiches 8 angeordnet sind, entsteht ein magnetisches Feld in den Luftspalten 15, der die Vorrichtung 25 in einen Schwebezustand versetzt. Aus diesem Grunde kann beispielsweise auch an der Vorrichtung 25 eine Glasscheibe 4 oder dergleichen in Form eines Türflügels oder dergleichen direkt oder indirekt angebracht werden.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Linearantriebes 1 kann der 2 entnommen werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die gesamte Anordnung quasi „hängend” ausgebildet, so dass beispielsweise die Wicklungshalterung 9 an einer stationären Einrichtung befestigt werden kann und vorzugsweise eine T-förmige Ausgestaltung aufweist, in der Mitte ist die Wicklung 7 angeordnet und somit nach unten hängend darstellt. Hinsichtlich des Aufbaus der Dauermagnete ist der Aufbau identisch zu der in 1 dargestellten Ausführung, nur quasi um 90° versetzt.
Die Vorrichtung 25 hat eine andere Ausgestaltung, in diesem Falle quasi eine H-förmige Form, wobei in dem Aufnahmebereich 8 die Dauermagnete 11, 12, 13, 14 nach der erfindungsgemäßen Art befestigt sind und zwischen ihnen die Wicklung 7 eintaucht. Den unteren Bereich der Vorrichtung 25 füllt die Glasscheibe 4 in Form des Türflügels oder dergleichen beispielsweise aus.
In dem Ausführungsbeispiel der 2 sind darüber hinaus noch seitlich an der Vorrichtung 25 mittels Achsen 24 Tragrollen 23 angebracht. Diese Tragrollen 23 laufen auf entsprechend ausgebildeten Laufschienen 22, die beispielsweise an der Decke oder dergleichen befestigt sind.
Es versteht sich, dass auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Abschirmung 6 entfallen kann, wenn die Vorrichtung 25 zumindest teilweise in dem Bereich, in dem sich die Dauermagnete 11, 12, 13, 14 befinden aus einem ferromagnetischen Material besteht, das nur als Abschirmung verwendet wird.
Aus der 3 kann die Anordnung der Dauermagnete 11, 12, 13, 14 mit der Wicklung 7 in ihrem Aufbau deutlich gemacht werden.
Es zeigt sich, dass die einzelnen Magnete 11, 12, 13, 14, gekennzeichnet durch Pfeile, jeweils unterschiedliche Magnetisierungsrichtungen aufweisen. So zeigt sich, dass beispielsweise bei Festlegung der Pfeilspitze als Nordpol das Ende des Pfeils ein Südpol ist und somit sich bei der zweireihigen Anordnung der Dauermagnete als Läufer 3 eine Polarität ergibt, die eine anziehende Wirkung mit sich bringt. Auf die genaue Anordnung der einzelnen Magnete wird in der 4 eingegangen.
Durch die 3 wird deutlich, dass der Stator 2 flach und lang gestreckt ohne Eisen oder Halterungen als Luftwicklung ausgebildet ist, so dass eine Skalar-Feldaufspaltung durch entsprechende Parallelität der einzelnen Wickeldrähte erreicht wird. Durch eine Aufteilung der Gesamtwicklung 7 in mehrere Abschnitte oder Sektionen ist ein Mehrphasenbetrieb des Linearantriebes 1 möglich. Ferner lassen sich durch eine geeignete Steuer- und Regelelektronik die einzelnen Sektionen oder Abschnitte gezielt ansteuern. Um eine effektive Ausbeute des elektrischen Feldes innerhalb der Wicklung zu erreichen, ist diese aus einer mehradrigen verdrillten Litze angefertigt. Dieses erhöht zwar den Gesamtwiderstand der Wicklung, senkt aber auch gleichzeitig die unerwünschten Wirbelströme. Die Wicklung des Stators wird durch eine Steuer- und Regelelektronik mit einer hohen Frequenz angesteuert, was bei der Auslegung der Steuer- und Regelelektronik dazu führt, dass preiswerte Transistoren verwendet werden können. Die Wicklung 7 besteht vorzugsweise aus Kupferdrähten, die auch durch Aluminium ersetzt werden können, wenn das Gewicht des Stators 2 eine Rolle spielt.
Die Dauermagnete 11, 12, 13, 14 des Läufers 3 auf jeder Seite sind zu so genannten Pollängen P_L zusammengefasst worden, auf die in der 4 noch näher eingegangen wird. Aus der 2 kann aber entnommen werden, dass die Dauermagnete 11, 12, 13, 14 innerhalb einer Pollänge P_L bestimmte Anordnungen aufweisen, wobei auf die dort angegebenen Pfeile verwiesen wird. Durch diese gezielte Magnetfeldanpassung wird eine gerichtete magnetische Feldkorrektur mittels bestimmter magnetischer Magnetisierungsrichtungen vorgenommen. Bei einer derartigen Feldkorrektur wird das magnetische Material neben einer bestimmten magnetischen Richtungsorientierung auch noch darüber hinaus so geometrisch zusammengesetzt, dass es beispielsweise zu dem Luftspalt 15 hin zu einer magnetischen Flussverstärkung kommt und beispielsweise zu der Rückseite oder dem Abschirmblech 6 gerichtet es, zu einer Flussabschwächung kommt.
Aus der 4 kann die detaillierte Anordnung der Dauermagnete 11, 12, 13, 14, die sich als Pollänge P_L auf jeder Seite der Wicklung 7 gegenüberstehen, entnommen werden, so dass aus einer Pollänge bei gegenüberstehenden Dauermagneten ein Polpaar P_P entsteht.
Die Dauermagnete 11, 12, 13, 14 des Läufers 3 sind zu so genannten Pollängen P_L zusammengefasst worden, auf die noch in der 3 eingegangen wird. Es zeigt sich jedoch schon aus der 2, dass die Dauermagnete 11, 12, 13, 14 innerhalb einer Pollänge P_L bestimmte Anordnung aufweisen, wobei die dort verwendeten Pfeile innerhalb der Magnete 11, 12, 13, 14 der 2 den magnetischen Fluss und auch damit eine bestimmte Polarität (Nordpol oder Südpol) wiedergeben sollen. Durch eine gezielte Magnetfeldanpassung wird eine gerichtete Feldkorrektur mittels bestimmter magnetischer Magnetisierungsrichtungen vorgenommen. Die einzelnen Permanentmagnete 11, 12, 13, 14, 17 sind mit unterschiedlichen Vorzugsmagnetisierungsrichtungen ausgestattet.
Quasi in der halben Höhe eines Permanentmagneten 11, 12, 13, 14 oder 17 befindet sich eine imaginäre Feldachse. Ausgehend von dieser Feldachse wird eine in seiner Richtung wechselnde unterschiedliche Magnetisierung vorgenommen, die sich ca. um 90° zu der Feldachse erstreckt. Die Magnetisierung ändert sich aufgrund der gewählten Permanentmagnetanordnung 11, 12, 13, 14, 17 bei jedem der Einzelmagnete beispielsweise um einen festen Winkelgrad. Bei einer derartigen Feldkorrektur wird das magnetische Material neben einer bestimmten magnetischen Richtungsorientierung auch noch darüber hinaus so geometrisch zusammengesetzt, dass es beispielsweise zu dem Luftspalt 15 hin zu einer magnetischen Flussverstärkung kommt und beispielsweise zu dem Abschirmblech 6 gerichtet es zu einer Flussabschwächung kommt.
Aus der 4 kann auch das Zusammenwirken der Dauermagnete 11, 12, 13, 14 in einer bevorzugten Ausführungsform entnommen werden, wobei auch andere Magnetanordnungen, die einen gerichteten und verstärkten Magnetfluss zum Inhalt haben, möglich sind. Eine derartige Anordnung von nebeneinander angeordneten Dauermagneten 11, 12 und 14 wird als Pollänge P_L bezeichnet. Dabei weisen die Dauermagnete 11 und 12 jeweils eine Länge L₁ und L₂ auf. L₁ ist von seinen Abmaßen im Wesentlichen gleich L₂. Der Dauermagnet 14, der neben dem Dauermagnet 12 in dem Ausführungsbeispiel der 4 platziert ist, weist eine Länge L₃. Die Länge L₃ bemisst im Wesentlichen die halbe Länge von L₁ oder L₂. Somit ergibt sich für die Pollänge P_L folgende Angabe: P_L = L₃ + L₂ + L₁ wobei L₁ = L₂
und L₃ = ½L₂
ist.
Mit P_H wird die Polhöhe festgelegt. Die Polhöhe P_H ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa ½P_L. P_H = ½P_L
Wie der 3 ferner zu entnehmen ist, ist ein weiterer Dauermagnet 13 vorhanden, der sich über die Längen L₁ + L₂ der Dauermagnete 11 und 12 erstreckt. Dieser Dauermagnet 13 weist eine Höhe H₁ auf, die etwa ¼ der Polhöhe P_H bemisst. H₁ = ¼P_H
Die Höhe der Dauermagneten 11 und 12 plus der Höhe H₁ ergibt die P_H. Der Magnet 14 erstreckt sich über die gesamte Polhöhe P_H.
Somit zeigt sich, dass eine Pollänge P_L mit einem gerichteten magnetischen Fluss an der Polfläche 16 aus den Dauermagneten 11, 12, 13 und 14 in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der 4 bestehen kann. Um den gerichteten magnetischen Fluss zu erreichen, weisen die Dauermagnete 11, 12, 13, 14 eine bestimmte Magnetisierungsrichtung auf. Diese ist durch die Angabe von Pfeilen innerhalb der 4 der einzelnen Dauermagnete 11, 12, 13, 14 dargestellt worden. So ist beispielsweise die Pfeilspitze mit dem Südpol und das Pfeilende mit dem Nordpol bezeichnet worden. Durch eine derartige Vektorverschiebung der Magnetisierung in den einzelnen Litzen wird der gezielte magnetische Fluss und damit eine Korrektur gegenüber einer normalen Magnetisierung des an der Polfläche 16 austretenden magnetischen Flusses erreicht. Es kommt quasi zu einer Addition oder gezielten Verstärkung oder Ausrichtung der einzelnen Magnetflüsse. Beispielsweise ist der Dauermagnet 14 in Richtung der Pollänge P_L magnetisiert worden ist. Dieser Magnetfluss addiert sich zu den etwa unter 45° verlaufenden Magnetisierungsrichtungen der Dauermagnete 11 und 12. Durch die Verwendung des Dauermagneten 13 wird neben der magnetischen Feldausrichtung der Magnete 11, 12, 13, 14 auch gleichzeitig eine Montagehilfe bei der Montage der Pollänge P_L erreicht.
Die Dauermagneten 11, 12, 13, 14 können aus unterschiedlichsten permanentmagnetischen Materialien bestehen. Als bevorzugtes Material kommen die Art der Seltenen-Erden mit Kobaltlegierungen, Keramikferritlegierungen und Seltene-Erden-Eisenlegierungen neben Neodym-Eisen-Bor-Legierungen zur Anwendung. So zeigt es sich, dass die einzelnen Dauermagnete 11, 12, 13, 14 nicht alle aus dem gleichen magnetischen Werkstoff bestehen, um so noch neben einer Kostenreduktion auch einen besseren gezielten magnetischen Fluss an der Polfläche 16 zu bewirken.
Aus der 5 kann ein bevorzugtes Wickelschema, beispielsweise für eine sechsphasige Ausführung einer Spule 24 entnommen werden. Durch diese Darstellung des Wickelschemas wird deutlich, dass die einzelnen Wicklungen meanderförmig und bifilar vorzugsweise unter Verwendung von verdrillten Litzen hergestellt worden sind. Bei der Betrachtung beispielsweise eines Wicklungsanfanges 55 wird deutlich, dass in den oberen und unteren Wickelköpfen 56, 57 es zu einer Aufhebung der magnetischen Felder aufgrund der Anordnung der einzelnen Litzen kommt. Dieses trifft auch für die anderen dargestellten Wicklungsanfänge 50, 51, 52, 53 und 54 zu, die insgesamt an den Wicklungsenden 58, 59, 60, 61, 62, 63 enden. Ferner kann dieser Darstellung der 6 entnommen werden, dass bei den bifilar ausgeführten Wicklungen der Spule 24 die Einspeisung über den Wicklungsanfang 50 bis 55 und der Endpunkt des Wicklungsendes 58 bis 63 an einem Punkt liegen. Ebenfalls ergibt sich die Bifilarität dadurch, dass die einzelnen Litzen quasi hin- und zurückgeführt werden und nicht wie es üblich ist, einmal umlaufen. Durch einen solchen Aufbau entsteht ein Magnetfeld mit abwechselnder Polarität. Dabei addieren sich im Arbeitsspalt des elektrischen Linearantriebes 1 die Felder und in den Wickelköpfen 56, 57 heben sich diese auf. Die Effizienz wird dadurch gesteigert. Die einzelnen Drähte oder Litzen der Wicklungen 7 für die Spule 24 des Stators 2 werden vorzugsweise durch einen faserverstärkten Kunststoff zusammengehalten.
Als bevorzugten Magnetwerkstoff werden isotrope Materialien verwendet, die gesintert oder kunststoffgebunden sind und der Gruppe der Seltenen-Erden angehören.
Die Ausführung eines derartigen Linearantriebes 1 gemäß den gezeigten Ausführungsbeispielen, die nicht abschließend aufgezeigt worden sind, stellen bei einem Dauerbetrieb einen wesentlichen geringeren Energiekostenfaktor bei höherem Wirkungsgrad dar. Darüber hinaus ist ein weitgehender Wegfall von Wartungsaufwand für den Betreiber derartiger Linearantriebe gegeben. Ebenfalls sind weitaus weniger Teile als bei herkömmlichen automatischen Schiebetüren bzw. Linearantrieben gemäß dem Stand der Technik vorhanden. Neben der Anwenderfreundlichkeit bietet sich auch die Ausführung eines derartigen Linearantriebes für die einfache Ausgestaltung einer Schiebetür in einflügeliger Ausführung an. Durch eine entsprechende Steuerung kann auch bei einer doppelflügeligen Schiebetür nur ein Türflügel geöffnet werden. Es versteht sich, dass eine derartige intelligente Steuerung, die innerhalb des Linearantriebes 1 integriert sein kann, neben einer stufenlosen Geschwindigkeitsregulierung auch eine Strombegrenzung und damit eine Kraftbegrenzung aufweist.
Die Modularität des erfindungsgemäßen Linearantriebes ergibt sich insbesondere durch die in einem Rastermaß vorhandene Pollänge P_L, die jeweils um ein vielfaches aneinandergereiht werden kann. Ferner durch die flache eisenlose Luftwicklung, die vorzugsweise aus Einzelwicklungen oder Sektionen für verschiedene Phasen oder dergleichen bestehen und keine Träger oder Spulenkörper aufweisen.
Ein solcher vor beschriebener Linearantrieb ist nicht nur kostengünstig für alle Türflügelbreiten herstellbar, sondern er weist auch nur geringe geometrische Abmaße auf, die unter denen liegen, die von Linearantrieben aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Bezugszeichenliste

1: Linearantrieb
2: Stator
3: Läufer
4: Glasscheibe
5: Magnethalterung
6: Abschirmung
7: Wickelung
8: Aufnahmebereich
9: Wicklungshalterung
10: Seitenschenkel
11: Magnet
12: Magnet
13: Magnet
14: Magnet
15: Magnet
16: Magnet
18: Seitenschenkel
19: Basisschenkel
20: Magnethalterung
21: Halteschenkel
22: Laufschiene
23: Tragrolle
24: Achse
25: Vorrichtung
50: Wicklungsanfang
51: Wicklungsanfang
52: Wicklungsanfang
53: Wicklungsanfang
54: Wicklungsanfang
55: Wicklungsanfang
56: Wickelkopf
57: Wickelkopf
58: Wicklungsende
59: Wicklungsende
60: Wicklungsende
61: Wicklungsende
62: Wicklungsende
63: Wicklungsende
P_L: Pollänge
P_H: Polhöhe
P_P: Polpaar

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3635258 C1 [0002, 0003]
WO 94/13055 A1 [0005]
DE 102004050326 B4 [0006]
US 2008/0224557 [0007]
US 4749921 [0009]
US 5723917 [0009]

Claims

Modularer Linearantrieb für eine Schiebetür oder dergleichen mit einem lang gestreckten, stationären Stator (2), der eine Wicklung (7) aufweist, die über jeweilige Luftspalte (15) mit einem lang gestreckten, längs eines Verfahrweges veränderbaren Läufer (3) aus beidseitig der Wicklung (7) angeordneten Dauermagneten (11, 12, 13, 14) als Polpaar P_P zusammenwirkt, wobei die Dauermagnete (11, 12, 13, 14) als direkt aneinander gereihte mehrfache Pollänge P_L derart ausgebildet sind, dass die Dauermagnete (11, 12, 13, 14) innerhalb einer Pollänge P_L so angeordnet sind, dass an jeder Polfläche (16) ein gerichteter magnetischer Fluss mit wechselnder Polarität entsteht.
Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete (11, 12, 13, 14) durch eine Vorrichtung (25) zu dem Stator (2) auf Distanz gehalten werden, wobei die Vorrichtung (25) gleichzeitig als Halterung für einen Türflügel (4) oder dergleichen ausgebildet ist.
Linearantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (25) im Bereich der Dauermagnete (11, 12, 13, 14) U-förmig ausgebildet ist.
Linearantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (25) aus einem ferromagnetischen Material oder Leichtmetall, Kunststoff, Verbundmaterial oder dergleichen besteht.
Linearantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (25) Rollen (23) oder Gleiter oder einen Gleitbelag oder dergleichen aufweist.
Linearantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pollänge P_L sich aus einer Länge L₁ des Magneten (11) plus einer Länge L₂ des Magneten (13) plus einer Länge L₃ des Magneten (14) zusammensetzt, wobei die Länge L₁ des Magneten (11) im Wesentlichen gleich der Länge L₂ des Magneten (13) entspricht und die Länge L₃ des Magneten (14) im Wesentlichen einer halben Länge L₁ oder L₂ entspricht.
Linearantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polhöhe P_H der Dauermagnete (11, 12, 13, 14) im Wesentlichen die Hälfte der Pollänge P_L bemisst.
Linearantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (13) im Wesentlichen der Gesamtlänge der Dauermagnete (11) und (12) entspricht.
Linearantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe H₁ des Dauermagneten (13) im Wesentlichen ein Viertel der Polhöhe P_H bemisst, und dass die Höhe der Dauermagnete (11, 12) im Wesentlichen Dreiviertel der Polhöhe P_H bemisst.
Linearantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (14) sich über die gesamte Polhöhe P_H erstreckt.
Linearantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete (11, 12, 13, 14) an der der Polfläche (16) gegenüberliegenden Seite eine ferromagnetische Abschirmung (6) aufweisen.
Linearantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete (11, 12, 13, 14) aus gleichen oder unterschiedlichen Magnetwerkstoffen bestehen, die in unterschiedlicher Richtung magnetisiert sind.
Linearantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (7) bifilar und mit in sich zurücklaufender Meander in umlaufender Wickeltechnik so gewickelt sind, dass eine Skalar-Feldaufspaltung oder Skalar-Vektorverkippung des magnetischen Flusses der Wicklungen (7) erzielt wird, wobei die Bifilarität nicht gegensinnig ausgeführt ist aber gleichsinnig in Reihe geschaltet werden.
Linearantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (7) aus einzelnen, verdrillten Litzen besteht und aus mehreren Einzelwicklungen oder Sektionen besteht.
Linearantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (3) eine mehrfache Anzahl von Polflächen (16) aufweist, bei der die Länge der Polfläche (16) um ein Mehrfaches verlängert oder verkürzt werden kann.