DE2912531A1

DE2912531A1 - Linearmotor

Info

Publication number: DE2912531A1
Application number: DE19792912531
Authority: DE
Inventors: Johann Von Der Dipl Ing Heide
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1979-03-29
Filing date: 1979-03-29
Publication date: 1980-10-09
Also published as: GB2047979B; GB2047979A; DE2912531C2; US4344022A

Description

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Papst-Motoren KG 7742 St. Georgen/Schwarzwald

Linearmotor
(Zusatz zu P 26 54 075.0)

Die Erfindung betrifft einen Linearmotor mit einem permanentmagnetisch erregten Ständer, der mehrere nebeneinander angeordnete Magnete von abwechselnder Magnetisierungsrichtung aufweist, ferromagnetischen Flußführungsteilen und einer beweglichen Spulenanordnung, die mit mindestens zwei in Richtung der Motorlängsachse zueinander versetzt angeordneten Spulen versehen ist, wobei die Teilung der Spulen und die Teilung der Magnete in Richtung der Motorlängsachse derart aufeinander abgestimmt sind, daß durch zyklische Strombeaufschlagung der Spulen eine Vortriebskraft für den Läufer erzeugbar ist, insbesondere nach Patent .... (Anmeldung P 26 54 075.0).

Der Linearmotor nach dem Hauptpatent weist als ferromagnetische Führungsteile zwei parallele, die Schenkel eines

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U-Profils bildende Schienen auf. Zwischen diesen Schienen laufen mindestens zwei Flachspulen, deren Breitseiten parallel zur Spulenbewegungsrichtung liegen und deren Wickelachse senkrecht zur Spulenbewegungsrichtung steht.

Der Motor nach dem Hauptpatent ist dahingehend ausgelegt, daß ein großer Teil der Spule zur Krafterzeugung beiträgt. Gleichwohl bleiben dort die Wickelköpfe der Spulen ungenutzt, im Bereich deren die Spulenleiter in der Bewegungsrichtung der Spulenanordnung verlaufen. Hinzu kommt, daß von der in der Bewegungsrichtung gemessenen Gesamtlänge der Spulenanordnung auch derjenige Teil nichts zur Erzeugung der Vortriebskraft beiträgt, der dem Innenraum der Spulen entspricht. Sieht man dort zusätzliche Spulen vor, deren zur Krafterzeugung herangezogene Leiterteile durch versetzte Spulengruppierung die freibleibenden Spuleninnenräume ausfüllen, ergeben sich komplizierte und nur schwierig herstellbare Spulenausführungen..

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen als Mehrphasenmotor betreibbaren Linearmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Kupferausnutzung weiter gesteigert ist und der gleichwohl einen einfachen Aufbau hat.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spulen ein inneres Flußführungsteil konzentrisch umschließen und ihrerseits von den Magneten konzentrisch umfaßt sind, und daS konzentrische äußere Flußführungsteile im wesentlichen über den vollen Umfang um die feststehenden Magnete herumgreifen.

Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau verbleiben keine ungenutzten Wickelköpfe. Die Spulen werden über praktisch ihre volle Leiterlänge zur Krafterzeugung herangezogen. Im wesentlichen die gesamte Länge der bewegbaren Spulenanordnung kann mit Kupfer belegt werden. Es wird eine weitestgehend geschlossene Bauweise erhalten. Der konzentrische Aufbau führt zu besonders hoher mechanischer Stabilität. Fertigung und Montage des Motors sind sehr einfach.

Weitgehend konzentrische Bauformen von Linearmotoren sind zwar an sich schon bekannt (GB-PS 1 326 174). Dabei sind jedoch langgestreckte Einzelmagnete vorhanden, die mit einer einzigen Spule zusammenwirken. Wird ein solcher Motor, beispielsweise zur Erzielung größerer Hublängen, relativ lang ausgebildet, kommt es zu hohen Flußkonzentrationen, die große Eisenquerschnitte bedingen. Die Induktivität wird unerwünscht groß. Es müssen in umständlicher Weise Kompensationsspulen vorgesehen werden. Insgesamt werden

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schwere Konstruktionen notwendig.

Die feststehenden Magnete können zweckmäßig als radial magnetisierte Magnetschalen ausgeführt sein. Als Spulen eignen sich insbesondere in Axialrichtung dicht nebeneinandersitzende Ringspulen, deren Festigkeit groß ist und die leicht einzeln gewickelt werden können.

Weil in dem inneren Flußführungsteil im wesentlichen nur ein statischer Fluß, jedoch kein magnetisches Wechselfeld auftritt, können als inneres Flußführungsteil Profilstangen, beispielsweise aus Stahl, vorgesehen werden, die eine gute Lauffläche haben. Über die relativ große Oberfläche des inneren Flußführungsteils erfolgt eine wirkungsvolle Kühlung der Spulen. Die konzentrische Anordnung erlaubt die Einhaltung relativ geringer Toleranzen. Die dadurch möglichen kleinen Luftspalte unterstützen die Wärmeabfuhr zum inneren Flußführungsteil. Das innere Flußführungsteil kann selbst die Spulenführung bilden, so daß gesonderte zusätzliche Spulenführungen entfallen.

Die äußeren Flußführungsteile können zweckmäßig ein mit einem Längsschlitz versehenes Rohr bilden. Ein Spulenträger kann durch den Längsschlitz nach außen geführt sein, um für die Ankopplung des Motors an das anzutreibende Aggregat zu sorgen.

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Zur Vereinfachung der Montage kann das rohrförmige äußere Flußführungsteil aus zwei Blechschalen zusammengesetzt sein.

Die Krafterzeugung ist proportional der Läuferlänge. Bei vorgegebenen Außenabmessungen des Motors begrenzt die Läuferlänge den maximal möglichen Hub, Zur Hubvergrößerung können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwei oder mehr Baugruppen, jeweils bestehend aus permanentmagnetisch erregtem Ständer mit inneren und äußeren Flußführungsteilen und aus bewegbarer Spulenanordnung, vorgesehen sein, deren bewegbare Spulenanordnungen untereinander verbunden sind. Bei gleicher Motorlänge und Gesamtspulenlänge können die Läufer entsprechend kürzer gehalten sein. Um diesen Betrag kann der Hub vergrößert werden.

Bei einem Linearmotor mit zwei solchen Baugruppen sind zweckmäßig die Längsschlitze der beiden rohrförmigen äußeren Flußführungsteile miteinander ausgerichtet und einander zugekehrt. Die Spulenanordnungen sind über eine durch die Längsschlitze hindurchreichende Brücke verbunden, die auf den zugehörigen inneren Flußführungsteilen gleitend gelagert ist.

Die Spulen können zweckmäßig so zusammengeschaltet sein, daß sich eine cireisträngige Anordnung ergibt. Bei einer solchen Auslegung wird d©r Aufwand on Steuerelektronik

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besonders klein. Das Magnetfeld wird gut ausgenutzt.

Zur Absorption der hohen kinetischen Läuferenergie können an den Motorenden Energie absorbierende Mittel vorgesehen sein. Das innere Flußführungsteil kann gegebenenfalls hohl ausgebildet sein, um die Wärmeabfuhr mittels eines durch das Flußführungsteil hindurchgeleiteten Kühlwasser- oder Preßluftstromes oder über ein sogen. Heat-Pipe zu intensivieren.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den beiliegenden Zeich·= nungen zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch die

funktionswesentlichen Teile eines Linearmotors entsprechend der Linie I-I der Fig. 2, und

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie

H-II der Fig. 1 .

Der veranschaulichte Linearmotor weist zwei innere Flußführungsteile in Form von ferromagnetischen Rundprofilstangen 10, 11 auf. Die Stangen können zweckmäßig aus gezogenem oder gewalztem Stahl mit guter äußerer Lauffläche bestehen. Auf

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jeder der Profilstangen 10, 11 ist ein Spulenkörper 12 gleitend gelagert, der jeweils sechs Axialringspulen 13 trägt. Die Spulenkörper 12 sind über eine Brücke 14 miteinander verbunden, die mit jeweils zwei Schenkeln 15, gleichfalls auf den Profilstangen 10, 11 gleitbeweglich läuft. Die Spulenkörper 12 sitzen dabei jeweils zwischen den Schenkeln 15, 16. Flansche 17, zwischen aufeinanderfolgenden Spulen, greifen in entsprechende Schlitze 18 im mittleren Teil der Brücke 14 ein. Der so erhaltene, im wesentlichen aus der Brücke 14, den Spulenkörpern 12 und den Spulen 13 bestehende Schlitten kann in nicht näher dargestellter Weise mit der anzutreibenden Anordnung verbunden sein.

Zu dem Ständer des Linearmotors gehören neben den Profilstangen 10, 11 äußere Flußführungsteile in Form von Rohren 20, die jeweils einen Längsschlitz 21 aufweisen. Die Längsschlitze der Rohre 20 sind miteinander ausgerichtet und lassen die Brücke 14 durchtreten. Jedes der Rohre 20 ist aus zwei Blechhalbschalen 22, 23 zusammengesetzt, die im Bereich des dem Längsschlitz 21 gegenüberliegenden Endes miteinander verbunden, z.B. verschweißt, sind. Jede der Blechschalen 22, 23 trägt an ihrer Innenseite eine Mehrzahl von in Längsrichtung nebeneinander angeordneten halbschaligen Permanentmagneten 24. Einander radial gegenüberliegende Magnetpaare 24 sind in gleicher Richtung radial magnetisiert

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(ζ. B. Nordpol außen, Südpol innen). In Achsrichtung kehrt sich die Radialmagnetisierungsrichtung von Magnetpaar zu Magnetpaar um.

Für den Betrieb des Motors werden die Spulen 13 über eine nicht dargestellte Kommutierungseinrichtung in Abhängigkeit von der Relativlage des Läufers gegenüber dem Ständer mit Strom beaufschlagt. Die Kommutierungseinrichtung kann zweckmäßig eine die Läuferstellung ermittelnde optoelektronische oder mit Hallgeneratorfühlern versehene Lagemeßeinrichtung aufweisen und im übrigen in der im Hauptpatent geschilderten Weise ausgebildet sein.

Es können an sich bekannte Mittel zum Betreiben des Linearmotors als Servomotor vorgesehen sein. Die Spulen 13 können auch an einen Lageregler angeschlossen sein, wie er beispielsweise aus der DE-OS 25 43 668 bekannt ist, um einen Schrittmotor oder Positionierantrieb zu erhalten.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen möglich. An Stelle von zwei Motorbaugruppen können bedarfsweise drei oder mehr solcher Baugruppen zusammengefügt sein. Die Phasen™ zahl ist selbstverständlich nicht auf drei beschränkt. Die in Bewegungsrichtung aufeinanderfolgenden Magnetgruppen können aus drei oder mehr Einzelmagneten bestehen, die die Spulen möglichst weitgehend umschließen» Der Spulenkörper kann

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ein- oder mehrteilig aufgebaut und, falls erwünscht, auf dem inneren Flußführungsteil radial schwimmend gelagert sein. Bei den Magneten kann es sich um Dauermagneten beliebiger Art, beispielsweise preiswerte Ferritmagneten oder hochwertige Samariumkobaltmagneten handeln. Dabei versteht es sich, daß im ersten Fall mehr Magnetmaterial erforderlich wird.

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Leerseite

Claims

2312531 PATENTANWALT DlfrL.-lNG. GERHARD SCHWAN BÜRO: 8000 MÜNCHEN 83 - ELFENSTRA5SE 32 DT-239 Ansprüche

1. j Linearmotor mit einem permanentmagnetisch erregten Ständer, der mehrere nebeneinander angeordnete Magnete von abwechselnder Magnetisierungsrichtung aufweist, ferromagnetischen Flußführungsteilen und einer beweglichen Spulenanordnung, die mit mindestens zwei in Richtung der Motorlängsachse zueinander versetzt angeordneten Spulen versehen ist, wobei die Teilung der Spulen und die Teilung der Magnete in Richtung der Motorlängsachse derart aufeinander abgestimmt sind, daß durch zyklische Strombeaufschlagung der Spulen eine Vortriebskraft für den Läufer erzeugbar ist, insbesondere nach Patent .... (Anmeldung P 26 54 075.0), dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (13) ein inneres Flußführungsteil (10, 11) konzentrisch umschließen und ihrerseits von den Magneten (24) konzentrisch umfaßt sind, und daß konzentrische äußere Flußführungsteile (20) im wesentlichen über den vollen Umfang um die feststehenden Magnete herumgreifen.

2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als feststehende Magnete (24) radial magnetisierte Magnetschalen vorgesehen sind.

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FERNSPRECHER: 0811/6012039 ■ KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

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3. Linearmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (13) in Axialrichtung dicht nebeneinandersitzende Ringspulen sind.

4. Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Flußführungsteile (20) ein mit einem Längsschlitz (21) versehenes Rohr bilden und ein Spulenträger (12, 14) durch den Längsschlitz nach außen geführt ist.

5. Linearmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige äußere Flußführungsteil (20) aus zwei Blechschalen (22, 23) zusammengesetzt ist.

6. Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Baugruppen, jeweils bestehend aus permanentmagnetisch erregtem Ständer mit inneren und äußeren Flußführungsteilen (10 bzw. 11, 20) und aus bewegbarer Spulenanordnung (12, 13), vorgesehen und die bewegbaren Spulenanordnungen der Baugruppen untereinander verbunden sind.

7. Linearmotor nach Ansprüchen 4 und 6 mit zwei Baugruppen, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsschlitze (21) der beiden rohrförmigen äußeren FlußTührungsteile (20) miteinander ausgerichtet und einander zugekehrt sind, und

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daß die Spulenanordnungen (12, 13) über eine durch die Längsschlitze hindurchreichende Brücke (14) verbunden sind.

8. Linearmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke (14) auf den zugehörigen inneren Flußführungsteilen (10, 11) gleitend gelagert ist.

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