DE2454485A1 - Ringfoermiger linearmotor - Google Patents

Ringfoermiger linearmotor

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DE2454485A1
DE2454485A1 DE19742454485 DE2454485A DE2454485A1 DE 2454485 A1 DE2454485 A1 DE 2454485A1 DE 19742454485 DE19742454485 DE 19742454485 DE 2454485 A DE2454485 A DE 2454485A DE 2454485 A1 DE2454485 A1 DE 2454485A1
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iron
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disk
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DE2454485C3 (de
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Wilhelm Dipl Ing Koch
Hans Ludwig Ing Grad Recker
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
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Philips Patentverwaltung GmbH
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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Description

  • "Ringförmiger Linearmotor Elektrodynamische Linearmotoren werden wegen ihrer guten Steuer- und Regelbarkeit für Positionierungsaufgaben im Bereich der Feinwerktechnik eingesetzt. Bisher bekanntgewordene Linearmotoren kleiner Leistung sind Unipolarmotoren mit ortsfestem Magnetfeld und bewegter Tauchspule, wie sie bekannt sind aus 1) Michener, C.K. An Almost All Solid-State Strip-Chart Recorder Hewlett Packard Journal 22(1971), 12, S. 13-16 2) Lindsley, J.C. Multipol Closed End Linear Motor IBM Technical Disclosure Bulletin, 13(1971), 12,,S. 3682-3683 3) Olbrich, O.E. Aufbau und Kennwerte. elektrodynamischer Linearmotoren als Positionierer für Plattenspeicher Feinwerktechnik, 77(1973), 4, S. 151-15? Bei derartigen Linearmotoren wird die Erregerspule durch den Luftspalt zwischen den Magneten und dem inneren Eisenkern von außen her entlanggeführt, wobei auf die stromführenden Windungen im Magnetfeld des Luftspaltes eine Kraft senkrecht zur Magnetfeld- und Stromrichtung ausgeübt wird.
  • Für Anlagen der industriellen Steuer- und Regelungstechnik werden häufig Bausteine benötigt, die innerhalb eines festgelegten Verdrehungswinkels jede Stellung einnehmen können und in dieser Stellung festgehalten werden.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen ringförmigen Linearmotor zu schaffen, dessen Läufer in bestimmten Verdrehungswinkeln festgehalten werden kann.
  • Die gestellte Aufgabe ist bei einem ringförmigen Linearmotor nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine axial magnetisierte Dauermagnetringscheibe axial von Eisenringscheiben flankiert ist, wobei die Eisenringscheiben unmittelbar auf der Dauermagnetringscheibe aufliegen, daß der Eisenquerschnitt einer der Eisenringscheiben in einem hochgebogenen Scheibenteil von einer Erregerspule umschlossen ist und daß eine Eisenrückschlußbrücke in Form eines Bügels die aus der Dauermagnetringscheibe und den Eisenringscheiben bestehende Einheit umschließt, wobei die freien Enden der Schenkel des Bügels an einer im Ringzentrum vorgesehenen Welle geführt sind.
  • Die Eisenrückschlußbrücke kann innerhalb eines festgelegten Drehwinkels bis zu 3000 jede Stellung einnehmen und dort gehalten werden. Die Eisenrückschlußbrücke ist das einzige bewegliche Teil des Motors. Der wesentliche Vorteil ist aber insbesondere darin zu sehen, daß keine stromführenden Teile bewegt werden. Weiterhin ist das auf die Eisenrückschlußbrücke wirkende Drehmoment unabhängig von seiner Stellung. Bei stromloser Spule wirken auf die Brücke in keiner Ankerstellung irgendwelche statischen magnetischen Kräfte. Schließlich ist der Motor noch außerordentlich einfach aufgebaut.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Motor derart aufgebaut, daß eine axial magnetisierte Dauermagnetringscheibe axial von Eisenringscheiben flankiert ist, von denen eine unmittelbar an der Magnetscheibe anliegt und die andere einen Abstand von der Magnetscheibe aufweist, daß zwei übereinander gelegene Sektoren der Eisenringscheibe über eine Eisenbrücke durch eine Ausnehmung in der Magnetringscheibe miteinander verbunden sind, daß der Eisenquerschnitt der auf Abstand gehaltenen Eisenringscheibe von einer Erregerspule umschlossen ist und daß die Erregerspule über radiale Halterungen an einer im Ringzentrum vorgesehenen Welle geführt ist.
  • Bei dieser Ausführungsform der Erfindung dreht sich die Spule, und der Eisenrückschluß liegt fest. In der Funktionsweise unterscheiden sich die Motoren nicht.
  • Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch einen ringförmigen Linearmotor nach der Erfindung mit drehender Eisenrückschlußbrücke längs der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Motor nach Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht auf den Motor zur Darstellung des Flußverlaufes in den Eisenringen, Fig. 4 ein Diagramm über die Durchflutung längs der Eisenringe, Fig. 5, 6 und 7 eine zweite Ausführungsform'der Erfindung mit drehender Spule mit Schnitten längs der Linie V-V (Fig. 5) und VI-VI (Fig. 6) nach Fig. 7.
  • Zur Klärung der prinzipiellen Wirkungsweise dient Fig. 1.
  • Ein axial magnetisierter Magnetring 1 ist zwischen zwei Eisenringen 2, 3 angeordnet. Der obere Eisenring 2 ist im Bereich 2a aufgeschnitten und aufgebogen, so daß eine Spule 4 aufgeschoben werden kann. Uber die Eisenringe 2, 3 greift eine als Anker wirkende bügelförmige Eisenrückschlußbrücke 5, die die aus dem Dauermagnetring 1 und den Eisenringen 2, 3 bestehende Einheit umschließt, wobei sich die Basis 6 der Brücke zwischen den Schenkeln 7 an der Außenseite der Einheit befindet und ein Schenkel 7 radial zu einer zentralen Drehwelle 8 in der Ringmitte geführt ist. Die Brücke 5 läßt sich von dem einen Ende der Spule 4 zum anderen bewegen.
  • Der von dem Dauermagnetring 1 erzeugte Fluß ¢ in verläuft zum größten Teil als Nutzfluß ¢ N zirkular durch die beiden Eisenringe 2, 3 und schließt sich über der beweglichen Brücke 5. Der andere Teil verläuft als Streufluß ¢< in den Eisenringen radial nach außen bzw. innen und schließt sich über die Stirnflächen der Ringe (Fig. 1); dieser Fluß ist in keiner Brückenstellung mit der Spule 4 verkettet und trägt daher auch nicht zur Drehmomentbildung bei.
  • Unter der Voraussetzung des symmetrischen Aufbaus und eines homogenen Magnetkreises teilt sich der Nutzfluß, wie in Fig. 3 gezeigt, in zwei gleich große Teilflüsse # N1 und N2) die ausgehend von der der Brücke 5 dianetral gegenüberliegenden neutralen Zone in den rechten und linken Eisenringhälften jeweils zirkular in Richtung der Brücke 5 verlaufen und sich über ihr schließen. Die beiden Teilflüsse sind in der neutralen Zone Null und steigen in beiden Eisenringhälften linear an, bis sie unmittelbar vor der Eisenbrücke 5 jeweils ihren Maximalwert ¢ N/2 erreichen. Der Weg einer einzelnen Feldlinie verläuft demnach z. B. von dem Magneten über die rechte Seite des oberen Eisenringes 2, die Eisenbrücke 5 und die rechte Seite des unteren Ringes 3 zu dem Nagnetring zurück, Die Flußverteilung in den Eisenringen 2, 3 wird nur durch die Lage der Eisenbrücke 5 festgelegt. Bei einer Drehung der Eisenbrücke dreht sich daher die Flußverteilung in dem Eisenring mit.
  • Der in dem oberen Eisenring 2 zirkular verlaufende Fluß N1,2 ist mit der Spule 4 verkettet. Die Größe des mit der Spule mit w Windungen verketteten permanentmagnetischen Flusses W m ist von der Stellung der Eisenbrücke 5 abhängig. Der Zusammenhang zwischen der Ankerposition cm und dem vom Magneten erzeugten Spulenfluß t m ergibt sich aus Fig. 4 zu: Hierbei gilt die folgende Vereinbarung: In der Brückenstellung α0 ist der mit der Spule gekoppelte Magnetfluß maximal, er hat jedoch die umgekehrte Richtung wie der von einem positiven Strom erzeugte Fluß.
  • Ist der Eisenkreis nicht gesättigt, überlagern sich der magnetische Fluß tm und der vom Spulenstrom erzeugte Fluß linear. Mit t i = L . 1 (2) erhält man den insgesamt mit der Spule verketteten Fluß zu Hierbei ist w die Windungszahl, çN der in den Eisenringen zirkular verlaufende permanentmagnetische Nutzfluß und L die Induktivität der Spule 4.
  • Der gesamte mit der Spule 4 verkettete Fluß ist linear von der Brückenstellung « abhängig.
  • Die an die Eisenbrücke 5 angreifenden Kräfte gewinnt man über eine Energiebilanz aus der elektrischen Spannung, die bei einer kleinen Verdrehung der Eisenbrücke 5 induziert wird.
  • Ändert man die Brückenstellung « um da und hält den Strom I dabei konstant, so ändert sich der mit der Spule verkettete Fluß nach Gl. 3 um Wenn die Änderung von a um doc in der Zeit dt erfolgt, wird in dem Stromkreis eine EMK induziert. Demzufolge wird von der Stromquelle zusätzlich die Energie geliefert. Da sich bei der Drehung der Eisenbrücke nur die Feldverteilung in dem magnetischen Kreis, nicht aber der Arbeitspunkt des Magneten ändert und der Strom I außerdem konstant bleibt, ändert sich die im magnetischen Feld aufgespeicherte Energie nicht dWm = 0 (7) Die von der Stromquelle gelieferte Energie dW ist daher gleich der ausgeführten mechanischen Arbeit Daraus ergibt sich das Drehmoment zu Das Drehmoment M, das auf die Eisenbrücke 5 ausgeübt wird, ist linear vom Strom abhängig, alle anderen Größen sind konstant. Bei entsprechender Regelung des Stromes, verbunden mit einer Stelluflgsrückmeldung, kann die Eisenbrücke in jede beliebige Stellung gebracht und dort gehalten werden.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 5, 6 und 7 ist die Eisenringscheibe 2' mittels der Eisenrückschlußbrücke 5' von der Magnetringscheibe 1' auf Abstand gehalten. Die Eisenrückschlußbrücke 5' ist damit fest mit den Eisenringscheiben 2' und 3' verbunden. Der Eisenrückschluß 5' verbindet einen Sektor der Eisenringscheiben 2', 3', in dessen Bereich die Nagnetringscheibe 1' entfernt ist. Durch die Mittelbohrung 11' der Scheiben 1', 2', 3' erstreckt sich eine zentrale Welle 8', an der mittels Halterungen 12' die Erregerspule 4 t befestigt ist, die den Querschnitt der Eisenringscheibe 2' umschließt und über der Scheibe 2' hinweg drehen kann. Elektrisch arbeitet dieser Motor in der gleichen Weise wie der Motor mit drehender Eisenrückschlußbrücke nach den Fig. 1 bis 3.
  • Patentansprüche:

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Ringförmiger Linearmotor, dadurch gekennzeichnet, daß eine axial magnetisierte Dauermagnetringscheibe (1) axial von Eisenringscheiben (2, 3) flankiert ist, wobei die Eisenringscheiben unmittelbar auf der Dauermagnetringscheibe (1) aufliegen, daß der Eisenquerschnitt einer der Eisenringscheiben in einem hochgebogenen Scheibenteil von einer Erregerspule (4) umschlossen ist und daß eine EisenrUckschlußbrücke in Form eines Bügels (5) die aus der Dauermagnetringscheibe und den Eisenringscheiben (2, 3) bestehende Einheit umschließt, wobei die freien Enden der Schenkel (7) des Bügels (5) an einer im Ringzentrum vorgesehenen Welle (8) geführt sind.
  2. 2. Ringförmiger Linearmotor, dadurch gekennzeichnet, daß eine axial magnetisierte Dauermagnetringscheibe (1') axial von Eisenringscheiben (2', 3') flankiert ist, von denen eine (7') unmittelbar an der Magnetscheibe (1') anliegt und die andere (2') einen Abstand von der Magnetscheibe (1') aufweist, daß zwei übereinander gelegene Sektoren der Eisenringscheiben über eine Eisenbrücke (5') durch eine Ausnehmung in der Magnetringscheibe (1') miteinander verbunden sind, daß der Eisenquerschnitt der auf Abstand gehaltenen Eisenringscheibe von einer Erregerspule (4') umschlossen ist und daß die Erregerspule über radiale Halterungen (12') an einer im Ringzentrum vorgesehenen Welle (8') geführt ist.
DE19742454485 1974-11-16 Ringförmiger Linearmotor Expired DE2454485C3 (de)

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Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2454485A1 true DE2454485A1 (de) 1976-05-20
DE2454485B2 DE2454485B2 (de) 1976-07-29
DE2454485C3 DE2454485C3 (de) 1977-03-17

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2432239A1 (fr) * 1978-07-26 1980-02-22 Sagem Perfectionnements apportes aux appareils electromagnetiques

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2432239A1 (fr) * 1978-07-26 1980-02-22 Sagem Perfectionnements apportes aux appareils electromagnetiques

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DE2454485B2 (de) 1976-07-29

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Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
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