DE2060448B2 - Linearmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor mit einem Gehäuse aus magnetischem Material, einem mit dem Gehäuse durch mindestens einen Weg niedrigen magnetischen Widerstands verbundenen zylindrischen Mittelkern aus magnetischem Material, einer innerhalb des Gehäuses angeordneten permanentmagnetischen Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes, welche zu dem Gehäuse oder dem Mittelkcrn einen Luftspalt bildet, einer beweglichen hohlzylindrischen Ankerwicklung in dem Luftspalt mit Leitern in zu der Rohrachse des Gehäuses quer verlaufenden Ebenen, Einrichtungen für die Zufuhr elektrischen Stroms zu der Ankerwicklung und mit einer mit der Ankerwicklung verbundenen und vom Motor nach außen ragenden Einrichtung zur Übertragung der Bewegung der Ankerwicklung.

Ein derartiger Linearmotor ist durch die DT-OS 19 04 905 bekanntgworden. Bei diesem Linearmotor wird der Luftspalt zwischen an einem flachen Magneten anliegenden bogenförmigen Polschuhen und dem Mittelkern gebildet Der flache Magnet ist vertikal magnetisiert, und die Polschuhe dienen dazu, die Feldlinien auf den Mittelkern zu konzentrieren, wobei die Polschuhe den Mittelkern jedoch nur zu einem Teil überdecken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearmotor der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei welchem die Magnetoberfläche am Luftspalt möglichst gut ausgenutzt wird und sich damit ein hoher Wirkungsgrad des Motors ergibt.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die permanentmagnetische Einrichtung ein radial polarisierter rohrförmiger Magnet ist, und daß auch das Gehäuse rohrförmig ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Linearmotoren für die Bewegung von Köpfen zum Lesen und Einprägen von magnetischen Signalen auf den magnetisierbar Oberflächen drehbarer Scheiben beschrieben. Solche Scheiben werden allgemein zur Speicherung von Daten fur Computer verwendet. Die Anforderungen an solche Motoren sind dynamischer und statischer Art. Mit der Erfindung soll ein Linearmotor geschaffen werden, der solchen Anforderungen entspricht.

Die bisher bei Scheibenantrieben benutzten elektrischen Linearmotoren waren an einem Ende offen und haben daher ein sehr starkes magnetisches Streufeld entwickelt. Dieses Feld war so intensiv, daß es die Funktion der Lese-Schreibköpfe und ihrer zugehörigen Schaltkreise beeinträchtigte. Zur Verringerung dieses Streufeldes bemühte man sich, den Arbeitsluftspalt mit einem Gehäuse aus Weicheisen oder einem ähnlichen magnetischen Material zu umschließen. Es wurde daher der Versuch gemacht, die Konstruktion von Motorarten mit offenem Ende zu vermeiden.

Im Zusammenhang mit der Erfindung hat sich jedoch gezeigt, daß Motoren mit offenem Ende zufriedenstellend verwendet werden können, wenn das magnetische feld eine radiale Ausrichtung hat. Wenn radial polarisierte Magnete in Motoren mit offenem Ende verwendet werden, wird das Streufeld auf vernachlässigbare Induktionen verringert. Beim Vergleich eines Motors mit offenem Ende nach der Erfindung mit einem konventionellen Motor mit offenem Ende hat sich gezeigt, daß der erfindungsgemäße Motor in 10 cm Abstand eine Induktion von 3 · 10~⁴ Vs/m² und der konventionelle Motor bei dem gleichen Abstand 30· lO-^Vs/m² hat. Das starke Streufeld bekannter Motoren war darauf zurückzuführen, daß die Magnetachse mit der Molorachse zusammenfiel, und dieses Streufeld wurde durch den Luftspalt und das offene Ende des Motors ausgesandl.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher

y.

«schrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Linear-Tiotors, bei welcher ein Teil zur Darstellung des inneren \ufbaus weggebrochen ist,

F i g. 2 eine schematische Seitenansicht teilweise im Schnitt, welche einen Schlitten zum Stützen der Ankerwicklung nach F i g. 1 in freuragendem Aufbau zeigt,

Fig.3 einen Querschnitt durch eir.en Teil der selbsttragenden Ankerwicklung, welche in Verbindung mit dem Motor nach F i g. 1 verwendbar ist,

F i g. 4 eine Teilansicht im Schnitt durch einen zweiten Aufbau einer selbsttragenden Ankerwicklung mit mehreren Leiterschichten,

F i g. 5 eine Stirnansicht einer modifizierten Form des Mittelkerns für den Motor nach F i g. 1,

Fig.6 eine Schnittansicht durch eine modifizierte Form eines kompensierten Motors, welche die Kompensationswicklung auf der Innenseite des Magneten statt auf oer Außenseite des Mittelkerns wie in F i g. 1 zeigt.

Fig.7 eine Schnittansicht durch einen Motor nach Fig. 1.

F i g. 8 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Ankerwicklung und der Kompensationswicklung des Motors nach F i g. 7,

F i g. 9 eine schematische Ansicht einer modifizierten Form einer Kompensationswicklung mit einer kurzgeschlossenen Windung für einen Motor nach Fig. 1 oder 7,

Fig. to eine modifizie.te Schaltung, welche die Kompensationswicklung parallel zur Ankerwicklung zeigt,

F i g. 11 eine modifizierte Schaltung, welche die Ankerwicklung in Reihe mit der Kompensationswicklung zeigt,

Fig. 12 eine Schnittansicht durch eine modifizierte Form eines Linearmotors mit offenem Ende, bei welchem die Kompensationswicklung in Nuten im Mittelkern angeordnet ist,

Fig. 13 eine Schnittansicht durch eine weitere modifizierte Form eines Linearmotors mit offenem Ende, bei welchem die Kompensationswicklung an einer Stelle des Mittelkerns konzentriert ist,

Fig. 14 eine Ansicht einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher dor Luftspalt zur weiteren Verringerung des Streuflusses an beiden Enden geschlossen ist,

Fig. 15 einen Schnitt durch den Motor nach 1^: tg. 14, welcher den Feldverlauf zeigt, und

Fig. 16 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Motors mit geschlossenen enden, bei welchem die Ankerwicklung von an einer axial hin- und hergehenden Stange befestigten radialen Rippen getragen wird.

In Fig. 1 ist ein auf einer Fläche 11 ruhender Motor 10 dargestellt. Stützen 12 tragen ein rohrförmiges Gehäuse 13, welches an seinem rechten Ende offen dargestellt und an seinem linken Ende durch eine Endplatte 14 geschlossen ist. An der Endplatte 14 ist freitragend ein Mittelkern 16 befestigt, welcher mit Abstand zu und konzentrisch mit dem äußeren Gehäuse 13 angeordnet ist. Das Gehäuse 13, die Endplatte 14 und der Mittelkern 16 sind aus magnetischem Material aufgebaut, d. h. aus Materialien hoher magnetischer Permeabilität und geringem magnetischem Widerstand, wie Weicheisen und kohlenstoffarmem Stahl.

im Inneren des Gehäuses 13 ist ein im wesentlichen rohrförmiger Magnet 17 angeordnet, welcher gleichmäßig über seinen gesamten Querschnitt und seine Länge radial polarisiert ist Entsprechend zeigen die Bezeichnungen »N« und »Sx< auf der rechten Seite von Fig. 1, daß sich ein Pol an der inneren Oberfläche des rohrförmigen Magneten 17 und der andere Pol an dessen äußerer Oberfläche befindet Die Feldlinien führen von diesem Magneten in das äußere Gehäuse 13, dann nach links zur Endplatte 14 und in den Mittelkern

jo 16. Die innere Oberfläche des Magneten 17 weist von dem Mittelkern 16 einen Abstand zur Bildung eines Luftspaltes 18 auf, welcher der Arbeitsluftspalt des Motors ist Die Feldlinien vom Mitteikern 16 zum Magnet 17 durchsetzen diesen Luftspalt 18 weitgehend

iS gleichmäßig. Eine zylindrische Ankerwicklung 19 ist in diesem Luftspalt 18 angeordnet und schneidet bei Bewegung die Feldlinien zwischen dem Mittelkern 16 und der inneren Oberfläche des Magneten 17.

In F i g. 2 ist eine bevorzugte Methode zum Tragen der Ankerwicklung 19 dargestellt. Dabei wird ein Wagen 21 mit Rädern 22, welche diesen auf genau bearbeiteten Schienen 23 tragen, verwendet. Am oberen Ende des Wagens 21 ist ein Rohr 24 aus einem nichtleitenden Material wie Kunststoff angebracht und auf eine geeignete Weise an dem Wagen 2t, z. B. mit SchrauLen 26 befestigt. Das linke Ende des Rohrs 24 in F i g. 2 ist auf geeignete Weise mit der Ankerwicklung 19 verbunden, z. B. unter Verwendung von Epoxyzement. Der Wagen 21 lagert die Ankerwicklung 19 genau innerhalb ihres Luftspalts, so daß sehr geringe Toleranzen beim Abstand der den Luftspalt 18 bildenden benachbarten Oberflächen eingehalten werden können.

Unter nochmaliger Bezugnahme auf F i g. 1 kann der Ankerwicklung 19 bevorzugt von der Seite her Strom zugeführt werden. Dann weist das Gehäuse 13 in der Längsrichtung einen Schlitz 28 auf, der sich mit einem ähnlichen Schlitz 29 im Magneten 17 deckt. Vom Gehäuse 13 1 agt ein L-förmigesTeil 31 weg, welches ein Paar elektrischer Klemmen 32 true;·., .mt dem ein Paar flexibler streifenförmiger Leiter 33 verbunden sind, deren anderes Ende mit einem längsverlaufenden Streifen 34 auf der Ankerwicklung 19 verbunden ist. Der Streifen 34 führt den Strom von einem Leiter 33 zu einem Ende der Ankerwicklung 19 und nimmt den Strom von dem anderen Ende der Ankerwicklung auf.

Ein isolierender Streifen 36 ist zwischen den zwei Leitern 33 angeordnet.

In Ausgestaltung der Erfindung ist auf der Außenseite des Mittelkerns 16 eine Kompensationswicklung 37 vorgesehen. Diese Kompensationswicklung erzeugt ein magnetisches Feld, welches entgegengesetzt und ungefähr gleich dem von dem Strom durch die Ankerwicklung 19 erzeugten magnetischen Feld ist. Zur Erzeugung eines Stromes in dieser Kompensationswicklung 37 können verschiedene Schaltungen verwendet werden, wie es ausführlicher in den Fig.8 bis U gezeigt ist Die wesentliche Forderung besteht darin daß der Teil der Kompensationswicklung oder dit

du gesamte Kompensationswicklung, welche jeweils eir Gegenfeld zu dem Feld der Ankerwicklung erzeugen eine effektive Amperewindungszahl ungefähr gleich de Amperewindungszahl der Ankerwicklung aufweiser Die Kompensationswicklung korrigiert die Verzerruni der Feldlinien vom Magneten 17 zum Mittelkern H Wenn die Ankerwicklung 19 gespeist wird, erzeugt si ein eigenes magnetisches Feld, welches senkrecht ζ den radialen Feldlinien vom Mitteikern 16 zur

Magneten 17 verläuft. Hieraus ergibt sich, daß die Feldlinien zu dem einen oder anderen axialen Ende des Magneten 17 abhängig von der Richtung des Stromes in der Ankerwicklung 19 verschoben werden. Die Ankerwicklung 19 schneidet entsprechend weniger Feldlinien und hat eine geringere Kraft, als es sonst der Fall wäre. Die Kompensationswicklung 37 erzeugt ein Gegenfeld zu dem durch die Ankerwicklung erzeugten, und hierdurch wird die Feldstärkeverteilung wieder auf angenähert diejenige gebracht, welche vor dem Einspeisen der Ankerwicklung vorhanden war. Die von der Ankerwicklung erzeugte Kraft fällt daher bei hohen Slromdichten in der Ankerwicklung nicht ab, was bei fehlender Kompensation sonst allgemein der Fall ist.

In Fig. 7 ist ein bevorzugter Motor nach Fig. 1 ij dargestellt. Die verschiedenen Teile sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 1 bezeichnet. Das Gehäuse 13 ist auf der linken Seite an der Stelle 15 mit einer Ausnehmung zur Aufnahme einer Mehrzahl von Ringscheiben versehen, weiche als Endplatte 14 dienen; » der Mittelkern 16 weist an der Stelle 20 ebenfalls eine Ausnehmung zur Aufnahme dieser Ringscheiben auf. Der rohrförmige Magnet 17 ist zur guten magnetischen Verbindung fest in das äußere Gehäuse 13 eingepaßt. Der Mittelkern 16 weist eine zentrale Bohrung 16a auf. in deren rechten Ende eine Büchse 166 sitzt. Die Kompensationswicklung 37 ist fest um die Außenseite des Mittelkerns 16 gewickelt, und die Ankerwicklung 19 weist einen nur sehr geringen Abstand von der äußeren Oberfläche der Kompensationswicklung 37 und der inneren Oberfläche des Magneten 17 auf.

In F i g. 3 und 4 sind zwei bevorzugte Ausführungsformen einer selbsttragenden Ankerwicklung dargestellt. Aus F i g. 2 ist zu erkennen, daß die Ankerwicklung 19 am Ende getragen wird, und daß es die maximale Ausnutzung des Luftspaltes erforderlich macht, daß ein so geringer Abstand wie möglich zwischen den Windungen der Ankerwicklung 19 und den benachbarten Ständerteilen 16, 17 besteht Entsprechend sind innere oder äußere Stützaufbauten bei diesen Anker· wicklungen unerwünscht In F i g. 3 ist eine selbsttragende einschichtige Ankerwicklung aus einem flachen Draht 41 aus Aluminium gezeigt welcher über die Schmalkante in Form einer Schraubenfeder gewickelt ist von der ein kleiner Teil in F i g. 3 geschnitten gezeigt ist Der Draht 41 ist durch elektrische Ausbildung eines Oxyds auf der Oberfläche (eloxiertes Aluminium) isoliert Diese Schicht aus Oxyd auf der Oberfläche ist mit 42 bezeichnet Vor dem Wickeln des eloxierten Aluminiums in die schraubenfederförmige Spule wird dieses mit einer dünnen Schicht eines durch Wärme härtbaren Kunststoffs überzogen, und dieser Kunststoff wird teilweise getrocknet so daS er während der Ausbildung der Schraubenfeder auf dem Draht bleibt Diese Beschichtimg aus Kunststoff ist mit der Bezugsziffer 43 bezeichnet Die gewickelte Schraubenfeder wäd dann an den Enden zusammengedrückt and der Aushärtetemperatar des Kunststoffs ausgesetzt, so daß der Kunststoff innig mit der eloxierten Oberfläche, die dran Aluminum äußerst gut anhaftet verbunden wird. Es hat sieb gezeigt daß dsrch Wärme härtbare Epoxyharze oder Phenole für diesen Zweck sehr brauchbar sind.

In Fig.4 ist eine AflUHgsform einer selbsttragenden Wicklung gezeigt, welche bei der Verwendung von Kupferdraht zweckmäßig ist Es hat sich gezeigt, daß die Knststo sein- schlecht an der glatten Oberfläche gezogenen Kupfers haften and entsprechend ein mehrschichtiger Aufbau bessere Ergebnissi als die einschichtige Wicklung nach Fig.3 ergibt. Eil flacher Draht 46 aus Kupfer ist zu einer innerer Schraubenfeder gewickelt wobei seine schmaler Kanten aneinanderstoßen. Vor dem Wickeln wird dei Draht mit einem geeigneten Harz, z. B. einem durcf Wärme härtbaren Harz überzogen, und dieses wire genügend getrocknet, daß es sich während des Wickeln! der Schraubenfeder nicht löst. Eine zweite Schicht aus einem flachen Draht 47 aus Kupfer wird ebenfalls zi einer Schraubenfeder, jedoch den flachen Draht 4f überlappend, gewickelt. Wenn die zwei Schraubenfe dem vollständig gewickelt sind, werden sie mit odei ohne Druck ausgehärtet. Das Ergebnis ist eine Form wie sie in F i g. 4 gezeigt ist wobei Kunststoff 48 jede Windung des Drahts umgibt und zwischen den zwe Schraubenfedern aus Draht 46 und 47 angeordnet ist Das Ergebnis ist ein Netzwerk von Kunststoff um die Wicklung, welches diese fest zusammenhält. Die Festigkeit des überlappend angeordneten Kupfers gibi dieser Anordnung eine sehr große Stärke und Festigkeit. Der Strom wird den Drähten 46 und 47 bzw den aus diesen gebildeten Schraubenfedern parallel zugeführt, wie es durch das Plus- und Minuszeichen und die Leitungen 49 angedeutet ist Wenn Druck angewendet wird, ist ein Radialdruck einem Druck an den Enden vorzuziehen. Kupfer hat einen geringeren elektrischen Widerstand als Aluminium, und wo dies von Bedeutung ist, kann der Kupferaufbau nach F i g. 4 verwendet werden.

In F i g. 5 ist eine Stirnansicht eines Mittelkerns 16c. welcher aus einer Anzahl auf geeignete Weise, z. B. durch Epoxyzement zusammengehaltener Stäbe 51 aus Stahl oder Weicheisen aufgebaut ist Wenn das Epoxyd vollständig ausgehärtet ist wird eier gesamte Stab, z. B. durch Schleifen in eine zylindrische Form gebracht.

In F i g. 6 ist ein Querschnitt eines runden Linearmotors gezeigt, bei welchem die Kompensationswicklung auf der Innenseite des rohrförmigen Magneten statt auf der Außenseite des Mittelkerns angeordnet ist Entsprechend hat der Motor 50 ein äußeres Gehäuse 52 aus magnetischem Material, in welchem ein rohrförmiger Magnet 53 angeordnet ist In festem Kontakt mit dem Inneren des rohrförmigen Magneten 53 ist eine Kompensationswicklung 54 angeordnet Innerhalb dieser Kompensationswicklung 54 ist eine axial bewegliche Ankerwicklung 56 angeordnet weiche von einer Mehrzahl von einer zentralen Stange 58 wegragender radialer Flügel 57 getragen wird Die Flügel 57 sind in Schlitzen 59 eines Mittelkerns 60 angeordnet Ein solcher Aufbau macht einen äußeren Wagen, wie in Fi g. 2 dargestellt, überflüssig. Die Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig.6 ist ähnßch der nach Fig. 1.

Inden Fig.8bis Π sind verschiedene Anordnungen von Kompensationswicklungen gezeigt In Fig.8 ist eine kurzgeschlossene Kompensationswicklung 37 dargestellt Diese wird bevorzugt IBr den Mote» nach Fig. 7. und das Kurzschließen der Wicklung läßt sich erreichen durch Erden sowohl jedes Sides als auch der Mitte oder anderer dazwischenfiegeoder Puakte, z. B. am Mittelkem 16 aus Metall in Fig.9 ist ein Leiterin Fonn eines Rohres 61 dargestellt, welches fest über den MfcteStern 16 geschoben wird. Sowohl in F i g. 8 als auch in Fig.9 erzeugt die Ankerwicklung f9 bei jeder SromäBderung ei» Feld, das die Kompensationswicklung 37 bzw. das Rohr 61 durchsetzt Dieses Feld erzeugt einen Strom in der icurzgesduossenen Kompen-

sationswicklung 37 bzw. in dem Rohr 61, welches als eine Spule mit einer einzigen kurzgeschlossenen Windung betrachtet werden kann. Das durch den Stromfiiiß durch die Ankerwicklung 19 erzeugte magnetische Feld ist durch einen Pfeil 62 dargestellt, und der induzierte Strom in der Kompensationswicklung erzeugt einen entgcgengerichlcten und ungefähr gleich großen Fluß, welcher durch den Pfeil 63 dargestellt ist. Die kurzgeschlossenen Windungen nach F i g. 8 und 9 haben den Vorteil, daß die Kompensationsströme axial die gleiche Erstreckung wie die Ankerwick lung haben, unabhängig davon, wo sich die Ankerwicklung auf ihrem Weg entlang des Mittelkerns befindet.

In Fig. 10 ist eine Schaltung dargestellt, in welcher eine Ankerwicklung 19a mit einer Kompensationswicklung 37.7 parallel geschaltet ist. Die Schaltung ist derart, daß die Ströme durch die Wicklungen einander entgegengesetzt gerichtet sind, und daß einander gleiche und entgegengesetzte Flüsse, wie durch die entsprechenden Pfeile angedeutet, erzeugt werden. In diesem Fall muß die Kompensationswicklung 37a über die gesamte Länge der Bewegung der Ankerwicklung gewickelt sein, und es werden auch Teile der Kompensationswicklung gespeist, welche nicht voll wirksam sind, weil die Kompensationswicklung eine größere axiale Länge als die Ankerwicklung 19a aufweist.

In F ι g. 11 ist eine Schaltung dargestellt, bei welcher cmc Ankerwicklung \9b in Reihe mit einer Kompensationswicklung 37b geschaltet ist. Hier fließen die Ströme ebenfalls in entgegengesetzten Richtungen und erzeugen einander entgegengesetzte Flüsse, wie es durch Pfeile angedeutet ist. Die Amperewindungen der Kompensationswicklungen nach F i g. 10 und 11 müssen größer als die der Ankerwicklungen sein, weil sie eine größere axiale Längserstreckung haben.

Der Fachmann wird erkennen, daß die Kompensaiionsschaltungen nach Fig.8 und 9 hauptsächlich dem dynamischen Betrieb des Motors angepaßt sind, während die Kompensationsschaltungen nach Fig. 10 und 11 den statischen Betriebsweisen angepaßt sind. Die große Schnelligkeit der Bewegung, welche für die Lese-Schreibköpfe von Datenscheiben erforderlich ist, führt zu einer hohen Betriebsfrequenz, welche bis zu 500 Hz betragen kann. In diesem Falle ist die dynamische Kompensation wichtiger als die statische, und die Kompensationsströme nehmen entsprechend den Strömen im Anker ab und zu.

Beim Betrieb wird die Bewegung der Ankerwicklung 19 auf das Rohr 24 aus Kunststoff übertragen, welches seinerseits den Wagen 21, nät dem die zu bewegenden Vorrichtungen verbanden sind, bewegt. Entsprechend ist die Ansgangsbewegung der Motoren geradlinig.

Ia Fig.7 ist m erkennen, daß die axiale Länge der Anknhnig 19 ungefähr halb so groß wie die axiale Lange des Magneten 17 ist Die Bewegung der Ankerwicfcteng ist vorzugsweise so begrenzt, da8 das rechte Ende in der einen Endstefiang bändig mit dem rechten Ende des Magneten 17 and das Sake Ende der Ankerwickleng 19 in der anderes EndsteBong bSmfeg am de» linken Ende des Magneten 17 ist Geringe Ürsrtg der Endstelluagen können naturfccb Magnet 203 mit radialer Polarisation dicht eingepaßt. Ein Luftspalt 204 als Arbeitsluftspalt ist zwischen dem Inneren des Magneten und dem Mittelkern 200 gebildet. Fs hat sich gezeigt, daß Nuten in das Äußere des s Kernes geschnitten werden können, ohne die magnetische Abmessung in radialer Richtung zu verringern. Das heißt, der Mittelkern mit Nuten ergibt einen ebenso starken Fluß im Arbeitsluftspalt wie ein glatter Mittelkern. Es hat sich gezeigt, daß die Kompensationswicklung in diesen Nuten angeordnet werden kann, ohne einen Teil des Luftspalts auszufüllen.

Entsprechend wird eine schraubenlinienförmige Nut 205 auf der äußeren Oberfläche ausgebildet und eine Kompensationswicklung 206 hierin angeordnet, welche eine ebenso gute Kompensation wie auf der Oberfläche wie in F i g. 7 ergibt. Eine nicht gezeigte Ankerwicklung kann, wie in F i g. 7 gezeigt, im Luftspalt 204 angeordnet werden.

Die Nuten können zur Aufnahme von Kurzschlußwindungen ringförmig sein.

In Fig. 13 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die Kompensationswicklung nicht im Luftspalt liegt. Der Anker des Motors ist in Fig. 13 nicht gezeigt; der gleiche Anker kann verwendet w erden, der in F i g. 1.2 und 7 gezeigt ist. Ein äußeres Gehäuse 225 aus magnetischem Material wie Weicheisen umgibt einen rohrförmigen, radial polarisierten Magneten 226, und ein Mittelkern 227 ist koaxial zu dem rohrförmigen Magneten 226 über eine Mehrzahl von Ringscheiben 228 gehalten Die axiale Ausdehnung des Magneten 226 ist geringer als der Abstand von den Ringscheiben 228 zum rechten Ende, wobei ein Raum 229 bleibt. In diesem Raum 229 ist eine Kompensationswicklung 330 um den Mittelkern 227 gewickelt, welche vorzugsweise parallel oder in Reihe mit der nicht gezeigten Ankerwicklung geschaltet ist. Die Kompensationswicklung 330 kann auch aus einer kurzgeschlossenen Wicklung oder kurzgeschlossenen Windungen in einer Wicklung bestehen. Der Mittelkern 227 kann, wie in Fig.4 gezeigt, laminiert sein. Im Betrieb wird die Ankerwicklung einen Fluß im Mittelkern 227 erzeugen, und die Kompensationswicklung 330 erzeugt einen entgegengesetzten Fluß, isoliert so den Permanentmagneten 226 weitgehend von den Flußschwankungen infolge des Stromes in der Ankerwicklung und verringert die Verschiebung der Feldlinien im Luftspalt. Bei der wirtschaftlichen Herstellung ist es billiger, die rohrförmigen Magnete aus langgestreckten zylindrischen Segmenten, z. B. drei Bogenabschnitten von 120°, zusammenzusetzen. Die Gehäuse nach Fig. 12 und 13 seid billig herstellbar aas konzentrischen Schichten, weiche vorzugsweise aus Stahl- oder Eisenblech gerofU skid. Die Schichten werden nach finks hin entsprechend dem zunehmenden Gesamtflaß im Gehäuse zugefügt

ss In den Fig. 14 bis 16 sind Motoren mit rohrförmiger Magneten dargestellt welche vöffig geschlossen« Lufrspalte zur Verringerung des Streufkisses auf eh Minimum aufweisen. Diese Motoren sod ähnlich wie d« Motoren mit offenem Ende kompensiert. Sie sind st aufgebaut daB eine Oberfläche des rohrformigei Magneten an den Luftspalt angrenzt und ein äußere Gehäuse oder ein innerer Kern die andere On

auftreten, ohne daS <Se eatwkleetee Kraft merkfich

lnFig.l2ist eine inodifier Form des Motors nach Pig. 7 dargestellt bei wefchwa ein MrtteJkem 290 aber RrngscaeSiea 2*1 aa einem SdBerea Gehäuse 202 beSesäet ist Ib (hast Gehtose 202 ist ein rohrfönniger des Luftspaltes bildet rgsie ist eine Modifikaoe* welche den Fhtß fur Spitzenbetrieb konzentriert in Aufbau jedoch teurer ist

In F i g. 14 ist ein linearmotor 310 als frng; form der Erfindung dargestellt Im Inneren des Motor ist em rohrförmiger Magnet 311 mit eater Achse 3t

angeordnet. Auf der inneren zylindrischen Oberliudu des Magneten 311 ist eine Hülse 313 aus Weicheisen angeordnet, welche die von der zylindrischen Oberfläche ausgehenden Feldlinien konzentriert. Mit Abstand zu der inneren Oberfläche der Hülse 31.3 ist ein Ring 314 aus Weicheisen oder einem anderen Material geringen magnetischen Widerstands angeordnet, und der Abstand bildet einen Luftspalt 316, welcher der Arbeitsluftspalt des Motors ist. In dem Luftspalt 316 ist eine Ankerwicklung 317 angeordnet, durch welche ein Strom fließen kann. Der Strom in der Wicklung 317 und der magnetische F'luß bewirken eine lineare Bewegung der Wicklung.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 werden Rohre 318 verwendet, welche nicht nur den Motor tragen, sondern auch als Führung für die Ausgangsbewegung des Motors dienen. Die Rohre 318 laufen durch ein Paar Endplatten 319 und 321. welche vorzugsweise aus Weicheisen sind und den Motor stützen. In zentralen Löchern in den Endplatten 319 und 321 ist ein Stab 322 aus Weicheisen in innigem Kontakt mit der inneren zylindrischen Oberfläche des Rings 314 aus Weicheisen gehalten. Auf der Innenseite jeder Endplatte 319 und 321 befindet sich ein ringscheibenförmiges Teil 323. welches einen Teil des magnetischen Rückschlusses bildet. Die Innen- und Außendurchmesser des Rohrstücks 323 sind in innigem Kontakt mit dem Stab 322 und einem äußeren Gehäuse 324. welches den Magneten 311. die Hülse 313 aus Weicheisen und den Luftspalt 316 vollständig umgibt.

Zur Führung der Bewegung der Wicklung 317 können

vorzugsweise Luftlager verwendet werden. In das Ober-

und Unterteil des Gehäuses 324, des Magneten 311 und

der Hülse 313 sind Schlitze 326 geschnitten, durch

welche eine mechanisch mit der Wicklung 317 3s

verbundene Strebe 327 verläuft, deren anderes Ende

eine ein Rohr 318 umschließende Büchse 328 zur

Luftlagerung aufweist. Ein Paar Brückenteile 329 kann

die Strebcnlager oder Büchsen 328 mit einem weiteren

Paar Luftlager 331 verbinden, die ihrerseits durch eine

einzige diametrale Strebe 332 verbunden sind, an

welcher die von dem Linearmotor 310 zu bewegenden

mechanischen Teile befestigt sein können. Pfeile 333

und 334 deuten die Bewegung dieser Strebe 332 an. Die

Luftlager werden durch Rohre 336 mit Druckluft

versorgt. Die Streben 327 können auch den elektrischen

Strom zu der Wicklung 317 führen, und es ist eine

Leitung 337 mit zwei Drähten gezeigt, welche zu der

unteren der Büchsen 328 führt und weiter mit der

Wicklung 317 verbunden ist.

Die Baumaterialien sind wichtig für die Betriebseigenschaften des Motors. Weicheisen hat eine hohe magnetische Induktion, welche mehrmals so groß ist wie die der stärksten Permanentmagnete, z. B. der keramischen Magnete. Dies ist der Grund dafür, die Hübe 313 aus Weicheisen im Inneren des zylindrischen Magneten 311 anzubringen. Diese Hülse sammelt das Feld über die gesamte axiale Länge des Magneten 311 and konzentriert es im Bereich des Ringes 314. Der Ring ist ebenfalb vorzugsweise aas Weicheisen oder eo einem ähnlichen Material ant niedrigem magnetischem Widerstand geformt. Er stellt in innigem Kontakt mit dem Stab 322, welcher ebenfalls aus Weicheisen geformt sein kannin Fig. 15 ist der magnetische Kreis des Motors nach 6s F i g. 14 dargesteSt Es ist zu erkennen, daß der Stab 322 ass Eisen durch des rohrförmigen Magneten 311 verläuft an dessen Innenfläche die Hülse 313 angeord-

net ist. Der Luftspalt 316 wird zwischen der mncnflächen der Hülse 313 und dem Ring 314 gebildet Die Feldlinien, sind schematisch angedeutet. Es ist zi erkennen, daß die Hülse 313 die Feldlinien von dei gesamten Oberfläche des zylindrischen Magneten 311 sammelt und sie auf den Luftspalt 316 konzentriert Da! magnetische Feld schließt sich über die Teile 314, 322 323 und 324. Zur Herabsetzung des Streufeldes ist der Magnet 311 mit einem merklichen Abstand von den ringschcibenförmigen Teilen 323 an jedem Ende angeordnet; dieser Abstand ist durch Pfeile 315 angedeutet.

Die Wicklung 317 in Fig. 14 ist schraubenfederförmig. Sie konnte auch durch ein Spaltrohr ersetzt oder mit Folienblättern aufgebaut sein.

In Fig. Ib iM eine Modifikation der Erfindung dargestellt, bei welcher die Bewegung der Wicklung auf eine axiale Stange statt zu dem Außenumfang des Motors wie in Fig. 14 übertragen wird. Ein Motor 40 hat ein äußeres zylindrisches Gehäuse 341, in welchem ein rohrform.ger Magnet 342 befest.gt ist. tndteile in Horm von Ringscheiben 343 smd an jedem Ende des Gehäuses 341 angeordnet, we.sen jedoch zu den Enden des Magneten 342 einen durch das Bezugszeichen 344 bezeichneten merklichen Abstand auf. Ein rohrform.ger magnetischer Kern 346 ,st in den öffnungen der Ringscheiben 343 befestigt und weist eine zentrale Boh_rung 347 auf, m welcher sich eine Stange 348 hin- und herbewegt, die zur Verringerung der Masse

scheTe^Wei^^{hrfOrmig ist}· ^Der «hrföriuge magne.i- Tr , Tk i^{al emen rin}gförmigen Vorsprung 349. dermtt Abstand zu einer inneren, in innigem Kontakt

r^eren°f^{erfläChe des} rohrförmigen Magneten ^an^rdnet ist. Dieser Abstand ^{1 lh er} Arbeitsluftspalt

Innerhalb der Hülse 345 ,st eine als Schraubenfeder feil η 1 , f^W1CV^{Ung 352} »"geordnet welche zum WiH vn¹?^{11 351 !iegt}· ^Die Ankerwicklung 352

welcheZ,?T ?" ^{mehreren Streben 354} S^rlgen, welche _m„ der Stange 348 verbunden sind Geeignete

öder £!^ZH^eigteJ^{lektrische Leiter könne}" durch eine

ir ΐ*" ^^ ³⁵⁴ S^{eführt sein}· ^{um der 52 StrOm zuzuf}ühren. Der rohrförmige

T ³⁴⁶ü^{st auf geeignete Weise rad}'^al

frforJL ι κ λ ^{Streben 354} aufzunehmen und die liehen π'?' ^A™ ^bewegung dieser Streben zu ermög-RürJlh? η u^{ChhtZe schw}ächen den magnetischen Kuckschluß nicht merklich

ähSfch^^c^^^^^^ornachFig. 16ist sind « H 'μ '^g· ^H·^und^ÜbersichtHchke.t hafcer SS Z$^⁵*¹«** 3« » Fig. 16 die Buchstabe« * «" «««a Nord- bzw.

SfrfeT? 5r . «" «««a Nord bzw.

lÄ aT T? ^Auch ** ^Ma«^aet 342 äst in einer aiw^l^ZUrZ3'^ÜBderachseP^oiarisiert· C«e Hase 345 ΙΕ^Λ⁸⁸¹™* den FbS vob der inneren

. den rohrfamieibei.343

** äeflere magnetische Kreis für

nahe gelegene Instrumente nicht gestört werden. Das Innere der Bohrung 347 kann als äußerer Teil der Abschirmung betrachtet werden. Die Stange 348 arbeitet daher außerhalb des magnetischen Feldes des Motors, und kein merklicher Fluß tritt aus dem Motor

Beim Linearmotor nach Fig. 16 könnten mit nur wenig merklicher sich ergebender magnetischer Streuung die Schlitze 356 auch zu einem Ende fortgesetzt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

C. Patentansprüche:

1. Linearmotor mit einem Gehäuse aus magnetischem Material, einem mit dem Gehäuse durch mindestens einen Weg niedrigen magnetischen Widerstands verbundenen zylindrischen Mittelkern aus magnetischem Material, einer innerhalb dos Gehäuses angeordneten permanentmagnetischen Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes, welche zu dem Gehäuse oder dem Mittelkern einen Luftspalt bildet, einer beweglichen hohlzylindrischen Ankerwicklung in dem Luftspalt mit Leitern in zu der Rohrachse des Gehäuses quer verlaufenden Ebenen, Einrichtungen für die Zufuhr elektrischen Stroms zu der Ankerwicklung und mit einer mit der Ankerwicklung verbundenen und vom Motor nach außen ragenden Einrichtung zur Übertragung der Bewegung der Ankerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die permanentmagnetische Einrichtung ein radial polarisierter rohrförmiger Magnet (17, 53, 203, 226,311, 342) ist, und daß auch das Gehäuse rohrförmig ist.

2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endplatte (14) aus magnetischem Material ein Ende des Gehäuses (13) abschließt und eine magnetisch leitende Verbindung zum Mittelkern (16) bildet, während das andere Ende des Motors offen ist.

3. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Endplatten (319, 321) aus magnetischem Material beide Enden des Gehäuses (324) abschließen und magnetisch leitende Verbindungen zum Mittelkern (322) bilden.

4. Linearmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem eine Kompensationswicklung vorgesehen ist, welche einen Fluß entgegengesetzt dem von der Ankerwicklung erzeugten Fluß erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Material längs des Luftspalts (204) Nuten (205) aufweist und die Kompensationswicklung in diesen Nuten angeordnet ist.

5. Linearmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der radial polarisierte Magnet (203) in Cerührung mit dem rohrförmigen Gehäuse (202) steht uiid die Kompensationswicklung sich auf dem Mittelkern (200) befindet.

6. Linearmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der radial polarisierte Magnet (53) in Berührung mit dem rohrförmigen Gehäuse (52) steht und die Kompensationswicklung (54) sich auf der inneren Magnetfläche befindet.

7. Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Hülse (313) aus magnetischem Material an der inneren Oberfläehe des Magneten (311).