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"Linearmotor, insbesondere für anzeigende und schreibende
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Meßgeräte Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor, insbesondere
für anzeigende und schreibende Meßgeräte, mit wenigstens einem Statorkern, einer
Induktionsspule, die diesen Kern umschließt, und äußeren Eisenrückschlüssen, zwischen
denen und der Spule senkrecht zur Spulenachse magnetisierte Dauermagnete vorgesehen
sind.
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Beim mobilen Einsatz von Registriergeräten treten durch Schräglage,
Beschleunigungen, Erschütterungen usw. Kräfte auf, die die beweglichen Geräteteile,
z. B. Druck- oder Schreibköpfe, aus ihrer vorgegebenen Position auslens-en. Wird
der Druck- oder Schreibkopf mit einem Linearmotor bewegt, dann müssen diese Störkräfte
besonders beachtet werden, da der Linearmotor im stromlosen Zustand keine Haltekräfte
aufweist und somit jede Störkraft Positionsänderungen des Läufers bezirken kann.
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In der älteren Patentanmeldung P 25 42 299.5 ist ein Linearmotor der
eingangs erwähnten Art beschrieben, bei dem die IndulLtionsspule ortsfest auf einei-l
Statorkern angeordnet ist und in einzelne separate zu- und abschaltbare Teilespulen
aufgeteilt ist. Zwischen der ortsfest auf dem Statorkern angeordneten Induktionsspule
und äußeren Eisenrückschlüssen sind
Dauermagnete verschiebbar. Trägt
der Läufer dieses Linearmotors mehrere Magnete, so ist die Magnetisierungsrichtung
der Läufermagnete so gewählt, daß alle Magnete bei stromdurchflossener Ankerspule
eine Schubkraft in gleicher Richtung erzeugen. Das bedeutet, daß nur Nordpole oder
Südpole zum die Ankerwicklung tragenden Statorkern gerichtet sind.
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Da nun ein Linearmotor im stromlosen Zustand keine Haltekräfte aufweist
und somit jede Störkraft Positionsänderungen des Läufers bewirkt, müssen von der
Antriebsseite her Maßnahmen getroffen werden, die diese Auslenkungen durch schnelles
Ausregeln und durch andere Maßnahmen beseitigt. Wird die Auslenkung durch Ausregeln
beseitigt, so müssen höhere Anforderungen an den Antriebsmotor gestellt werden,
d. h. die abgegebene Leistung und die Dynamik müssen erhöht werden, um die geforderten
Einstellzeiten zu erreichen.
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Der Einfluß von Störeffekten hängt sehr wesentlich von der Läufermasse
ab, je größer die Läufermasse, desto größer die Auslenkungsgefahr. Es wäre nun denkbar,
die Läufermasse soweit wie möglich zu verringern; dieser Massenverringerung sind
aber für die Funktion des Motors Grenzen gesetzt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Linearmotor der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, bei dem auf die Läufermasse einwirkende Störeffekte möglichst keine
Positionsauslenkungen des Läufers herbeiführen.
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Die gestellte Aufgabe ist bei einem Linearmotor der eingangs erwähnten
Art dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung die auf getremlten Laufstrecken zwischen
der ortsfesten Erregerspule und dem Eisenrückschluß verschieblichen Dauermagnete
so magnetisiert sind, daß sie beim Erregen der Spule gegenläufig verschoben werden,
wobei die gegenläufig verschiebbaren Dauermagnete über eine mechanische Umlenkverbindung
miteinander gekuppelt sind.
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Durch die gegenläufige Bewegung der Läufermagnete ist der Linearmotor
gegen Störkräfte unempfindlich. Der Massenausgleich erfolgt dabei durch eine geeignete
Aufteilung des aktiven Läufers.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Dauermagnete über eine Seilzugverbindung verbunden sind,
die aus im Verschiebewegan beiden Magneten angreifenden Seilen besteht, die über
Seilrollen an axialen Motorende zum jeweils anderen Magneten geführt sind.
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Die Dicke der einzelnen Magnete kann dabei beispielsweise zur bewußten
Erzeugung von Unsymmetrien unterschiedlich gewählt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Stator, bestehend aus dem Statorkern und der auf ihm aufsitzenden
Erregerspule, von zwei Sätzen gegenläufiger Magneten umgeben ist, von denen die
jeweils gleichnamig'magnetisierten Magnete über Brücken verbunde sind, die ihrerseits
dann wiederum über die mechanische Umlenkverbindung miteinander in Verbindung stehen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wodurch sich eine weitere
Leistungssteigerung erzielen läßt, ist gekennzeichnet durch drei auf Abstand nebeneinander
angeordnete Statoren, zwischen denen, bezogen auf die Spulenachse des mittleren
Stators, entgegengesetzt polarisierte Dauermagnete vorgesehen sind, durch zwei den
Statorenstapel einschließende Eisenrückschlüsse, durch zwischen den Eisenrücksehlüssen
und den äußeren Statoren vorgesehene Dauermagneten, die so polarisiert sind, daß
die äußeren Statoren von gleichnamig polarisierten Dauermagneten umschlossen sind,
und durch die Brücken, die in gleicher Richtung bewegte Magneten verbinden und die
ihrerseits über die mechanische Umlenkverbindung in Verbindung stehen.
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Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schaubildliche schematische Darstellung
des Linearmotors nach der Erfindung, Fig. 2 eine Abwandlung der Konstruktion nach
Fig. 1 mit jeweils zwei miteinander verbundenen Dauermagneten, Fig. 3 eine runde
Ausführungsform des Motors nach der Erfindung, Fig. 4 eine Mehrfachanordnung von
Motoren nach der Erfindung, Fig. 5 eine Ausführungsform mit ungleicher Magnetdicke.
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Der in Fig. 1 dargestellte Linearmotor 1 besteht aus einem Statoreisenkern
3, der von einer ortsfesten Spule 5 über die ganze Länge des Motors hinweg umschlossen
ist. In einem Abstand von dem Statorkern 3 und der ihn umschließenden Spule 5 befinden
sich beiderseits von Statorkern und Spule Eisenrückschlüsse 7. In den Spalten 9
zwischen den Eisenrückschlüssen 7 und der Spule 5 sind längs des Motors Dauermagnete
11a und 11b verschieblich. Das Magnetfeld des Dauermagneten 11a ist dabei senkrecht
auf die Spulenachse gerichtet, während das Magnetfeld des Magneten 11b senkrecht
von der Spulenachse weg gerichtet ist. Die Magnete 11a und 11b sind über Seile 13a
und 13b miteinander verbunden, wobei die Seile an den axialen Motorenden über Umlenkrollen
15 geführt sind. Die Seile verlaufen also über die Umlenkrollen immer zwischen dem
axialen Ende 16a, 16b der gegenläufig bewegbaren Magneten 11a, leib.
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Wird die Spule 5 erregt, dann werden auf die Magneten 11a und 11b
Kräfte ausgeübt, welche die Magnete in entgegengesetzten Längsrichtungen des Motors
verschieben, wobei die Magnetbewegungen
Uber die Seile 13a und
13b genau gegenläufig erfolgen.
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Über eine Verbindungsstange 17 kann die Bewegung auf ein Schreibgerät
18 (Fig. 5) oder irgendeiner anderen Last übertragen werden. Störeffekte können
die Verschiebung nicht beeinflussen, da die in einer Richtung wirkenden Störeffekte
aufgrund der Gegenläufigkeit der Dauermagnete 11a und 11b ausgeglichen werden.
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In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform des Linearmotors nach der
Erfindung dargestellt, wobei rings um die Einheit aus Statorkern 3 und Spule 5 Eisenrückschlüsse
7 vorgesehen sind. Zwischen den Eisenrückschlüssen und der Einheit aus Statorkern
und Erregerspule befinden sich verschiebbare Dauermagnete 11a, 11b sowie 11a' und
11b'. Die Magnetisierung der Dauermagnete 11a und 11a' verläuft von der Spule 5
weg, während die Magnetisierung der Dauermagnete 11b und 11b' auf die Spule 5 zu
verläuft. Weiterhin sind die Dauermagnete 11a und 11a' einerseits sowie die Dauermagnete
11b und 11b' andererseits über Brücken 19 miteinander verbunden. Die Brücken 19
sind dann wieder, entsprechend der Durstellung nach Fig. 1, über Seile 13a und 13b
sowie Umlenkrollen 15 in Verbindung gebracht. Die Funktionsweise der Ausführmlgsform
nach Fig. 2 entspricht vollends der nach Fig. 1. Der Unterschied besteht lediglich
darin, daß die Motorleistung erhöht ist.
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Wieder eine andere Ausführungsform des Motors nach der Erfindung zeigt
Fig. 3. Die-Kerneinheit, bestehend aus Statorkern 3?? und Erregerspule 5, ist rund
ausgebildet. Das bedeutet, daß der stabförmige Statorkern 3" von einer hülsenförmigen
Erregerspule 5'' umschlossen ist. Die Eisenrückschlüsse 7 haben in diesem Fall einen
schalenförmigen Charakter, ebenso wie die Dauermagneten 11a" und 11b". Die Dauermagneten
11a" und 11b!' sind über nicht dargestellte Seile 13a und 13b sowie über Umlenkrollen
15 miteinander verbunden. Da die Dauermagnete 11a11 und 11b" entsprechend der Ausführungsform
nach
Fig. 1 in entgegengesetzte Richtungen auf die Spule 5'' einerseits
zu- und andererseits von der Spule 5'' wegmagnetisiert sind, ergibt sich wieder
die in Fig. 1 beschriebene gegenläufige Bewegung der Magneten.
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Eine andere Variante des Motors nach der Erfindung zeigt Fig. 4. In
diesem Fall sind drei Statoren 181, 182, 183,'bestehend aus je einem Statorkern
3??? und je einer darauf festgelegten Erregerspule 5''', mit ihren breiten Flanken
21 auf Abstand übereinander gestapelt aneinander gereiht. Alle drei Statoren 181,
182, 183 sind ortsfest angeordnet. Zwischen den Statoren befinden sich Dauermagnete
11''' und 11b''', die, bezogen auf die Spulenachse des mittleren Stators 181, entgegengesetzt
polarisiert sind. Vor den freien breiten Flanken der äußeren Statoren befinden sich
je ein Eisenrückschluß 7'''.
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Zwischen diese Eisenrückschlüssen 7 " sind dann wieder Dauermagnete
11a " ' und lIbt?? vorgesehen, die, bezogen auf die Spulenachsen der äußeren Statoren
182, 183, so entgegengesetzt polarisiert sind, daß an den äußeren Statoren 182,
183 jeweils gleichnamig polarisierte Magneten anliegen. Die vom mittleren Stator
181 aus beiderseits von ihm gelegenen Dauermagnete sind über Brücken 19''' miteinander
verbunden und verschieben sich, da sie, wie bei dem Prinzipbild nach Fig. 1, über
Seile und Umlenkrollen verbunden sind, im Betrieb in entgegengesetzten Richtungen.
Auch mit dieser Motorkonstruktion, die gut massenausgeglichen ist, leßt sich die
Leistung wesentlich erhöhen.
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Fig. 5 zeigt schließlich noch, wie beispielsweise bei einer Konstruktion
nach Fig. 1 eine ungleichmäßige Massenverteilung zustande kommen kann, indem-beispielsweise
der Dauermagnet 11a sowie der ihm zugeordnete Eisenrückschluß 7 dicker und stärker
ausgebildet sind als der Dauermagnet 11b und der ihm zugeordnete Eisenrückschluß
7. Eine derartige Asmetrie kalm gegebenenfalls von Vorteil und enXnscht sein.
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Patentansprüche: