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Elektromagnetischer Linearantrieb Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen
Linearantrieb mit einem aus magnetisch leitfähigem Material bestehenden Steg, der
von einer in Längsriohtung des -Stegesbeweglich angeordneten Spulenanordnung umschlossen
ist, mit einer parallel zum Steg angeordneten magnetisch leitenden Anordnung, auf
der eine senkrecht zur Stegachse gepolte permanentmagnetische Vorrichtung vorgesehen
ist, wobei die senkrecht zur Stegachse sich gegenüberliegenden Pole gleichnamig
sind.
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Bei einem solchen bekannten elektromagnetischen Linearantrieb, bei
dem in Längsrichtung.des Steges nur ein Permanentmagnet vorgesehen ist'muß stets
ein senkrecht zur Stegachse angeordnetes, den Steg mit derpermanentmagnetischen
Anordnung verbinendes Rückschlußteil vorgesehen sein. Weiterhin ist die grdßtmbgliche
Auslenkung der Spulenanordnung abhängig von der Länge
des Permanentmagneten.
Bei großen Bewegungshüben der Spulenanordnung ist es demzufolge erforderlich, einen
entsprechend langen Permanentmagneten vorzusehen, was besonders aufwendig ist.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen
Linearantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der in einfacher Weise ohne
besondere Schwierigkeiten beliebig in der Längsrichtung des Steges erweiterbar ist
und der platzsparender ausgebildet ist als der bekannte Linearantrieb.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die permanentmagnetische
Vorrichtung in Längsrichtung des Steges mehrere Permanentmagnete aufweist, daß jeder
Permanentmagnet gegenüber seinem in Längsrichtung des Steges benachbarten Permanentmagnet
umgekehrt gepolt ist, und daß die Spulenanordnung mit einer Kontaktanordnung zusammenarbeitet,
durch die die Stromflußrichtung in der Spulenanordnung nach dem Verlassen des Nagnetfeldes
eines Permanentmagneten umgekehrt ist. Durch eine beliebige Anzahl von in Längsrichtung
des Steges anzuordnenden Permanentmagneten läßt ich der erfindungsgemäße Linearantrieb
beliebig verlängern. Dadurch, daß der geßamternagnetinche Fluß sich auf abgeschlossene
Teilabschnitte der Anordnung verteilt, kann der Querschnitt des Steges und der magnetisch
leitenden Teile optimal gering gehalten werden.
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Gemäß weiterer Ausbildung sind senkrecht zur Stegachse jeweils zwei
sich gegenüberliegende, gleichnamig gepolte Permanentmagnete vorgesehen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die magnetisch leitende Anordnung,
die Permanentmagnete und Steg zylindrisch ausgebildet, wobei die magnetisch leitende
Anordnung sowie die Permanentmagnete einen in Längsrichtung des Steges verlaufenden
Schlitz aufweisen, durch den die Anschlüsse der Spulenanordnung radial herausgeführt
sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der ersten Ausführungsform ist
der Abstand zwischen zwei in Längsrichtung des Steges benachbarten Permanentmagneten
größer als der Abstand vom Steg.
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Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der magnetische Widerstand zwischen
zwei in Längsrichtung benachbarten Permanentmagneten größer als der magnetische
Widerstand zwischen dia Permanentmagneten und dem Steg.
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In vorteilhafter Weise ist die Längsabmessung der Spulenanordnung
größer als der Abstand zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten. Hierdurch wird
erreicht, daß sich zumindest ein Teil der Spulenanordnung stets in einem Magnetfeld
befindet.
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In vorteilhafter Weise sind die Permanentmagnete oxydieche Permanentmagnete,
wie z.B. Barlumoxyd-Ferrit-PermanentmSgnete.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung weist die Eontaktanordnung zwei
parallel zueinander verlaufende Kontaktbahnen auf, die mit Kontaktschleifern der
Spulenanordnung zusammenarbeiten und die in Kontaktsegmente unterteilt sind, deren
Anzahl proportional ist der Anzahl der in Längsrichtung des Steges hintereinander
angeordneten Permanentmagnete, wobei die Kontaktsegmente abwechselnd mit dem einen
und anderen Pol einer Stromsteuereinrichtung verbunden sind.
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Zweckmäßigerweise stehen bei unter dem EinfluB zweier benachbarter
Permanentmagnete stehender Spule der Spulenanordnung deren Kontaktschleifer mit
den betreffenden gontaktsegmenten außer Eingriff. Um der Spulenanordnung auch in
den Bereichen zwischen den Permanentmagneten eine möglichst große Kraft zuteil werden
zu lassen, weist die Spulenanordnung in vorteilhaft er Weise mindestens zwei in
Längsrichtung des Steges hintereinander angeordnete Spulen auf, deren Abmessungen
und Abstände so bemessen sind, daß beim tbergang der ersten Spule aus einem ersten
Permanentmagnetfeld in das benachbarte zweite Permanentmagnetfeld die zweite Spule
sich noch im ersten Permanentmagnetfeld befindet.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in den Figuren 1 bis
4 dargestellter Ausfth'rungsbeispiele beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Anordnung gemäß Figur 1, Fig. 3 den Verlauf der magnetischen
Feldlinien bei der Anordnung gemäß Figur 1 und Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel
mit zylindrischer Ausbildung des Steges, der Permanentmagnete sowie der weiteren
magnetisch leitenden Teile.
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Gemäß Fig. 1 ist mit. 1 ein aus magnetisch leitfähigem Material hergestellter
Steg bezeichnet, der von einer aus zwei Spulen 2 und 5 bestehenden Spulenanordnung
umschlossen ist. Oberhalb -des Mittelsteges 1 ist ein ebenfalls aus magnetisch leitfähigem
Material bestehendes Teil 4 angeordnet, auf dessen dem Steg 1 zugewandter Seite
Permanentmagnete 5, 6; 7, 8 und 9 angeordnet sind. Das Teil 4 ist mit dem Steg 1
an den Stirnseiten durch aus nicht magnetisch leitfähigem MateriaZ bestehende Anschlußteile
10 und 11 verbunden. Unterhalb des Steges ist ein weiteres, aus magnetisch leitfähigem
Material bestehendes Teil 12 angeordnet, auf dessen dem Steg zugewandten Seite an
den gleiohen Stellen wie bei dem Teil 4 Permanentmagnete 13, 14, 15, 16 und
17
angeordnet sind. Aus nicht magnetisch leitendem Material bestehende Verbindungsteile
zum Steg 1 sind mit 18.und 19 bezeichnet. Die dem Steg zugewandten Pole des Permanentmagnetenpaares
5, 13 sind Nordpole, die dem Steg 1 zugewandten Pole des Magnetpaares 6, 14 Südpole,
die dem Steg 1 zugewandten Pole des Magnetpaares 7, 15 Nordpole, die dem Steg 1
zugewandten Pole des Magnetpaares 8, 16 Südpole und die dem Steg 1 zugewandten Pole
des Magnetpaareß 9, 17 Nordpole.
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Gemäß Fig. 3, in der der Ubersichtlichkeit halber nur ein Teil der
Elemente bezeichnet ist, verlaufen die magnetischen Feldlinien ausgehend vom Nordpol
des Magneten 5 bzw. 13 in senkrechter Richtung zum steg 1 und von diesem ebenfalls
in senkreohter, Jedoch umgekehrter Richtung zum Südpol des Permanentmagneten 6 bzw.
14 und über das Teil 4 bzw. 12 zurück zum Südpol des Magneten 5 bzw. 13. In entsprechender
Weise schließen sich die magnetischen Peldlinien der weiteren Magnete. Da teder
der Permanentmagnete mit Auanahme der im Bereich der Stegenden befindlichen Magnete
5, 13 und 9, 17 den magnetischen Fluß von zwei benachbarten Permanentmagneten aufnehmen
müssen, sind die am Ende befindlichen Permanentmagnete 5,9 und 13,17 halb so lang
ausgebildet wie die übrigen Permanentmagnete. Durch das Anordnen von Permanentmagneten
mit wechselnder Polarität kann
der Querschnitt der magnetisch leitfähigen
Teile 4, 12 und 1 optimal gering gehalten werdeh, da der gesamte magnetische Fluß
in für sich abgeschlossene magnetische Einzelkreise unterteilt ist, die, wie Fig.
3 zu entnehmen ist, in Längsrichtung des des Steges 1 nebeneinander angeordnet sind.
Die beiden Spulen 2 und 3 befinden sich auf einem Träger 20, der zwei Xrägerarme
21 und 22 aufweist. Die beiden Kontaktanschlüsse der Spule 2 sind mit 23 und 24,
und die Kontaktanschlüsse der Spule 3 mit 25 und 26 bezeichnet. Die Kontaktanschlüsse
24 und 26 arbeiten mit einer Kontaktbahn zusammen, die Kontaktsegmente 27, 28, 29,
30 und 31 aufweist. Die Kontaktanschlüsse 23 und 25 arbeiten mit einer Kontaktbahn
zusammen, die aus einzelnen Kontaktsegmenten 32, 33, 34, 35 und 36 besteht. Die
Eontaktsegmente 27, 29 und 31 sowie die Kontaktsegmente 33 und 95 sind gemeinsam
mit dem Minuspol einer Spannungsquelle 37 verbunden, während die Kontaktsegmente
28 und 30 sowie 32, 34 und 36 über eine Stromsteuervorrichtung 38 mit dem Pluspol
der Spannungsquelle 37 verbunden sind.
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Berühen z.B. die beiden Kontaktanschlüsse 23 und 24 die Eontaktsegmente
?7 und 32 und die Kontaktanschlüsse 25 und 26 die enachbarten Kontaktsegmente 28
und 33, so werden die beiden Spulen 2 und 3 von einem Strom entgegengesetzter Richtung
durch flossen. Die Kraft auf die Spulenanordnung 2,3 weist jedoch
in
die gleiche Richtung, da die magnetischen Feldlinien des Magnetpaares 5,13 senkrecht
zum Steg 1 hinweisen,während die magnetischen Feldlinien des Magnetpaares 6,14 senkrecht
vom Steg 1 wegweisen.
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Befinden sich die beiden Spulen 2 und 3 in der Stellung gemäß Fig.
1, so wird nur die Spule 2 vom Strom durchflossen, während die Kontaktstellen 25,26
keine Kontaktsegmente berühren. Die Kraft auf die Spulenanordnung 2,3 ist dann hälb
so groß, wie im zuvor beschriebenen Fall. Ist nun aber die Stromsteuervorrichtung
eine Konstantstromquelle, so wird abweichend vom zuvor beschriebenen Fall die Kraft
auf die Spulenanordnung 2,3 stets konstant gehalten. Je nach der Stärke des die
beiden Spulen 2 und 3 durchfließenden Stromes bewegt sich also die Spulenanordnung
2,3 mit einer entsprechenden Kraft längst des Steges 1. Der Einfachheit halber sind
mit der Spulenanordnung 2,3 bzw. mit der Halterung 20 zu verbindende und zu bewegende
Teile nicht dargestellt.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist ein Steg 40 zylindrisch ausgebildet,
welcher von einer ebenfalls zylindrisch ausgebildeten Spule 41 umschlossen ist.
Die Spule umschließende Permanentmagnete 42 sind ebenfalls zylindrisch ausgebildet.
Das gleiche
gilt auch für ein Trägerteil 43, auf dessen Innenseite
die Permanentmagnete 42 angeordnet sind. In axialer Richtung des Steges 40 weisen
die Permanentmagnete 42 sowie das Trägerteil 43 einen durchgehenden Schlitz auf,
durch den die Anschlußleitungen der Spulenanordnungen 41 sowie ein Trägerarm 45
hindurchgeführt sind. Ein zu bewegendes Teil ist mit 46 schematisch angedeutet.