DE2742050C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrphasen-Linearmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Mehrphasen-Linearmotor dieser Art (DE-OS 23 39 060) ist der permanentmagnetisch erregte Läufer mit Permanentmagnetblöcken ver­ sehen, die senkrecht zur Läuferbewegungsrichtung einander paarweise gegen­ überstehen und deren Magnetisierungsrichtung in der Bewegungsrichtung des Läufers abwechselt. Der Stator weist ein Blechpaket mit Nuten auf, in die stromführende Leiter quer zur Bewegungsrichtung des Läufers eingebettet sind. Die stromführenden Leiter sind an den über die Nuten vorstehenden Enden untereinander verbunden. Die dadurch gebildeten Wickelköpfe stellen Wicklungsbereiche dar, die zur Krafterzeugung nicht beitragen. Die äußeren Flußführungsteile bilden ein einseitig offenes U-Profil.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Mehrphasen-Linearmotor zu schaffen, bei dem die Leiterlän­ ge der stromdurchflossenen Spulen zur Krafterzeugung besser genutzt wird, die je Krafteinheit auftretenden Verluste kleingehalten werden und eine be­ sonders wirkungsvolle magnetische Flußrückführung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem Mehrphasen-Linearmotor nach der Erfindung tragen die stromdurch­ flossenen Spulen auf praktisch ihrer vollen Leiterlänge zur Krafterzeugung bei. Die Verluste sind vergleichsweise gering. Die konzentrischen Flußrück­ führungsteile neigen nicht dazu, in die Sättigung zu gehen. Die zur Fluß­ rückführung notwendige Eisenmasse kann daher kleingehalten werden.

Vorzugsweise trägt der Läufer polygonförmig, insbesondere im Sechseck an­ geordnete, radial magnetisierte Permanentmagnetplatten. Dadurch wird es möglich, auch die im Hinblick auf ihre magnetischen Eigenschaften beson­ ders günstigen Magnete, insbesondere Samarium-Kobalt-Magnete, zu benutzen, die nur in begrenzten Lieferformen erhältlich sind.

Die äußeren Flußführungsteile können raumfest angeordnet oder mit dem Läu­ fer verbunden sein. Im ersten Falle werden die bewegten Massen besonders klein gehalten. Im zweiten Falle treten weniger Wirbelströme und Hysterese­ verluste auf.

Die Ringspulen können zweckmäßig aus Flachkupferband gewickelt sein, wo­ bei zwischen die einzelnen Flachkupferbandlagen eine isolierende Folie einge­ legt sein kann, die vorteilhaft über das Kupferband beidseitig geringfügig übersteht. Solche Ringspulen lassen sich einfach und sauber wickeln. Kurz­ schlüsse an den Flachkupferbandrändern werden zuverlässig vermieden.

Die Ringspulen sind vorzugsweise so zusammengeschaltet, daß sich eine 3strängige Anordnung ergibt. Eine derartige Anordnung erfordert den ge­ ringsten Aufwand an Steuerelektronik und bietet eine sehr gute Ausnutzung des Magnetfeldes, insbesondere bei Verwendung von Ferrit- und Samarium- Kobalt-Magneten.

Der die Permanentmagnete tragende Läufer kann zweckmäßig als Spritzguß­ teil, insbesondere GFK- oder Zinkspritzgußteil, ausgebildet sein, in das die Permanentmagnete zweckmäßig eingespritzt sind.

Vorteilhaft sind an beiden Motorenden auf das innere Flußführungsteil elek­ trisch gut leitende Hülsen aufgeschoben. Diese Hülsen sorgen bei Überlaufen der Soll-Bewegungsstrecke durch Ausbildung von Wirbelströmen für eine Not­ abbremsung. Zur Absorption der hohen kinetischen Läuferenergie können fer­ ner an den Motorenden Energie absorbierende Mittel vorgesehen sein.

Das innere Flußführungsteil kann hohl ausgebildet sein und in dem Hohl­ raum können Mittel zur Wärmeabfuhr, beispielsweise in Form eines Kühl­ wasser- oder Preßluftstromes oder eines sogenannten Heat-Pipe, angeord­ net sein.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Draufsicht auf das eine Ende eines Linearmotors,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, und

Fig. 3 in größerem Maßstab einen Längsschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1.

Der veranschaulichte Linearmotor weist einen U-förmigen Träger 11 auf. An den Innenseiten der beiden hochstehenden Schenkel des Trägers 11 sind zwei Laufschienen 12, 13 für den insgesamt mit 14 bezeichneten Läufer be­ festigt. Der Läufer 14 ist bei der veranschaulichten Ausführungsform aus zwei nicht-ferromagnetischen Polygon-Halbschalen 15, 16 zusammengesetzt, die untereinander und mit drei Laufrollengruppen 17, 18, 19 verbunden sind. Je zwei Laufrollen der Gruppen 17, 18 wirken mit der Laufschiene 12 zusammen, während sich die beiden Laufrollen der Gruppe 19 gegen die Laufschiene 13 anlegen. In die Halbschalen 15, 16, die zusammen im Quer­ schnitt sechseckig sind, sind sechs in Achsrichtung in gegenseitigem Ab­ stand voneinander liegende Gruppen von Permanentmagnetplat­ ten 20 eingesetzt. Dabei ist jede Sechseckseite der Halbschalen 15, 16 innerhalb jeder Magnetplattengruppe jeweils eine Permanentmagnet­ platte 20 zugeordnet. Die Magnetplatten 20 einer Gruppe sind alle in gleicher Richtung radial magnetisiert (z. B. Nordpol außen, Südpol innen). In Achsrichtung kehrt sich die Radialmagnetisie­ rungsrichtung von Magnetplattengruppe zu Magnetplattengruppe um.

Mit dem Träger 11 ist ein ferromagnetisches, inneres Flußfüh­ rungsteil 22 verbunden. Auf dem Flußführungsteil 22 ist eine Folge von axial nebeneinander sitzenden einzelnen Ringspulen 23 zugeordnet. Die Spulen 23 sind aus Flachkupferband gewickelt und so zusammengeschaltet, daß sich eine dreisträngige Anordnung ergibt. An beiden Motorenden ist auf das Flußführungsteil 22 eine elektrisch gut leitende Hülse 24 aufgeschoben. Die Spulen 23 werden von dem Läufer 14 konzentrisch umfaßt. Sie sind ihrer­ seits von zwei ferromagnetischen Polygonhalbschalen um­ schlossen, die als äußere Flußführungsteile 26, 27 wirken. Jede der Polygon­ halbschalen ist an beiden Axialenden von je einem sechs­ eckigen Halterungsteil 28 abgestützt.

Für den Betrieb des Motors werden die Spulen 23 über eine nicht­ dargestellte Kommutierungseinrichtung in Abhängigkeit von der Relativlage des Läufers 14 mit Strom beaufschlagt. Die Kommu­ tierungseinrichtung kann zweckmäßig eine die Magnetstellung ermittelnde, optoelektronische Lagemeßeinrichtung aufweisen und im übrigen in der in der DE-OS 26 54 075 ge­ schilderten Weise ausgebildet sein.

Es können an sich bekannte Mittel zum Betreiben des Linear­ motors als Servomotor vorgesehen sein. Die Spulen 23 können auch an einen Lageregler angeschlossen sein, wie er beispiels­ weise aus der DE-OS 25 43 668 bekannt ist, um einen Schritt­ motor oder Positionierantrieb zu erhalten. Dabei kann die Lage­ rückmeldung zweckmäßig auf optoelektronischem Wege erfolgen. So kann zweckmäßig ein der Lagerückmeldung dienendes Vergleichs­ normal an staubgeschützter Stelle nahe dem Boden des Trägers 11 angeordnet sein.

Zum Schutz gegen Verstaubung, beispielsweise beim Einsatz des Motors für den Antrieb von Druckköpfen in Datenschreibgeräten, können Staubabdeckungen vorgesehen sein, wie sie in der DE-OS 26 54 075 erläutert sind.

Claims (17)

1. Mehrphasen-Linearmotor mit einem permanentmagnetisch erregten Läufer, ferromagnetischen Flußführungsteilen und feststehender Spulenanordnung, wobei die auf einem inneren Flußführungsteil sitzende Spulnanordnung von dem Läufer umfaßt und dieser sei­ nerseits von äußeren Flußführungsteilen umgeben ist, und wobei der Läufer mehrere in Axialrichtung nebeneinander angeordnete Permanentmagnete mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung aus einer Folge von axial nebeneinander sitzenden, einzelnen Ringspulen (23) besteht, die von dem Läufer (14) konzentrisch umfaßt sind, daß die Permanentmagnete (20) des Läufers (14) als polygon- oder ringförmige Magnetringe ausgebildet sind, und daß der Läufer sei­ nerseits von den äußeren Flußführungsteilen (26, 27) konzentrisch umschlossen ist.

2. Mehrphasen-Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Läufer (14) polygon-förmig, insbesondere im Sechseck angeordnete, radial magnetisierte Permanentmagnetplatten (20) trägt.

3. Mehrphasen-Linearmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Querschnittsform der inneren und äuße­ ren Flußführungsteile (22, 26, 27) der polygonalen Anordnung der Permanentmagnete (20) angepaßt ist.

4. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Flußführungs­ teile (26, 27) raumfest angeordnet sind.

5. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Flußführungsteile (26, 27) mit dem Läufer verbunden sind.

6. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ringspulen (23) aus Flachkupferband gewickelt sind.

7. Mehrphasen-Linearmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen die einzelnen Flachkupferbandlagen eine isolierende Folie eingelegt ist.

8. Mehrphasen-Linearmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Folie über das Kupferband beidseitig geringfügig übersteht.

9. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ringspulen (23) so zusammengeschal­ tet sind, daß sich eine 3strängige Anordnung ergibt.

10. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Permanentmagnete (20) tragende Läufer (14) als Spritzgußteil ausgebildet ist.

11. Mehrphasen-Linearmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Permanentmagnete (20) eingespritzt sind.

12. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Motorenden auf das innere Flußführungsteil (22) elektrisch gut leitende Hülsen (24) aufgeschoben sind.

13. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Motorenden Energie absor­ bierende Mittel vorgesehen sind.

14. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Fluß­ führungsteil (22) hohl ausgebildet ist und in dem Hohlraum Mittel zur Wärmeabfuhr angeordnet sind.

15. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur lageabhängigen Kommutierung der Ströme in den Spulen.

16. Mehrphasen-Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kommutierungseinrichtung eine die Magnetstellung ermittelnde optoelektronische Lagemeßeinrichtung aufweist.

17. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch Mittel zum Betreiben des Linear­ motors als Servomotor.