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Mehrphasen-Linearmotor
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(Zusatz zu P 27 42 050.4) Die Erfindung betrifft einen Mehrphasen-Linearmotor
mit einer auf einem inneren Flußführungsteil sitzenden, feststehenden Spulenanordnung,
einem die Spulenanordnung konzentrisch umfassenden, permanentmagnetisch erregten
Läufer und den Läufer konzentrisch umschließenden, ferromagnetischen äußeren Flußführungsteilen,
insbesondere für Antriebsaufgaben in Peripheriegeräten der Datentechnik, nach Patent
... (Anmeldung P 27 42 050.4).
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Bei dem Mehrphasen-Linearmotor nach dem Hauptpatent besteht die Spulenanordnung
aus mindestens zwei in Richtung der Motorlängsachse zueinander versetzt angeordneten
Spulen, während der permanentmagnetisch erregte Läufer mehrere nebeneinander angeordnete
Magnete von abwechselnder Magnetisierungsrichtung aufweist. Die Teilung der Spulen
und die Teilung der Magnete in Richtung der Motorlängsachse sind derart aufeinander
abgestimmt, daß
durch zyklische Stromaufschlagung der Spulen eine
Vortriebskraft für den permanentmagnetisch erregten Läufer erzeugbar ist.
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Als inneres Flußführungsteil ist bei dem Motor nach dem Hauptpatent
eine massive ferromagnetische Stange veranschaulicht. Der Motor ist robust und einfach.
In der Praxis zeigte es sich jedoch, daß bei der Strombeaufschlagung der Spulen
unerwünschte Wirbelströme auftreten können, die den Wirkungsgrad des Linearmotors
beeinträchtigen.
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Es wurde gefunden, daß dieser Mangel auf einfache Weise dadurch ausgeräumt
werden kann, daß das innere Flußführungsteil mit Mitteln zur Unterdrückung von in
Umfangsrichtung verlaufenden Wirbelströmen versehen ist.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung kann das innere Flußführungsteil
aus ferromagnetischem Profilmaterial mit einem oder mehreren im wesentlichen radial
verlaufenden Schlitzen bestehen. Solche sich über die volle Länge des inneren Flußführungsteils
erstreckenden Schlitze unterbinden auf wirkungsvolle Weise die Ausbildung der unerwünschten
Wirbelströme. Das Einbringen der Schlitze ist jedoch relativ aufwendig.
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Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist daher
das innere Flußführungsteil aus mehreren, zueinander parallel verlaufenden ferromagnetischen
Profilteilen zusammengesetzt. Die dabei entstehenden Trennfugen zwischen den einzelnen
Profilteilen wirken in entsprechender Weise wie die genannten Längsschlitze. Die
Fertigung ist jedoch erheblich vereinfacht.
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Zweckmäßig liegen die Profilteile entlang von im wesentlichen radial
gerichteten Trennfläche aneinander an und die Profilteile haben einen im wesentlichen
kreissektorförmigen Querschnitt. Dies hat einen symmetrischen Aufbau zur Folge.
Die Profilteile können durchweg gleiche Querschnittsformen haben.
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Die Profilteile sind vorteilhaft über einen elektrisch nichtleitenden
Metallkleber miteinander verbunden. Dies führt nicht nur zu hoher mechanischer Festigkeit,
sondern gestattet auch eine einfache Fertigbearbeitung des zusammengesetzten inneren
Flußführungsteils.
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Um den Zusammenhalt zwischen den Profilteilen zu verbessern und die
Handhabung während der Montage- und Fertigbearbeitungsvorgänge weiter zu erleichtern,
sind die Profilteile vorzugsweise im Bereich ihrer gegenseitigen
Anlage
mit Formschluß-Verriegelungselementen ausgestattet.
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Die Profilteile können ferner mindestens einen zur Durchführung von
Kühlmittel geeigneten Axialkanal begrenzen und/oder im Bereich ihrer Außenseite
mit Ausnehmungen zur Aufnahme von Zuleitungen der Spulenanordnung versehen sein.
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Auf das innere Flußführungsteil sind vorteilhaft die Spulenanordnung
aufnehmende Spulenkörper aufgeschoben, deren Innenfläche komplementär zur Außenfläche
des inneren Flußführungsteils ist.
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Als besonders geeignet erwiesen sich stranggezogene oder gewalzte
Profilteile, die zur Unterdrückung von Hystereseverlusten glühbehandelt sind.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene
Draufsicht auf das eine Ende eines Linearmotors, Fig. 2 einen Querschnitt entlang
der Linie II - II der Fig. 1
Fig. 3 in größerem Maßstab einen Längsschnitt
entlang der Linie III - III der Fig. 1, Fig. 4 in größerem Maßstab einen Teilquerschnitt
durch das innere Flußführungsteil mit aufgeschobenem Spulenkörper Fig. 5 einen Querschnitt
ähnlich Fig. 4 für eine abgewandelte Ausführungsform von innerem Flußführungsteil
und Spulenkörper.
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Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Spulenkörper nach Fig. 5 sowie
Fign. 7 u. 8 Querschnitte durch jeweils ein Profilteil weiterer Ausführungsformen
des inneren Flußführungsteils.
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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 befestigt. 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 Querschnitt sechseckig sind,
sind sechs in Achsrichtung in gegenseitigem Abstand voneinander liegende Gruppen
von Magnetplatten 20 eingesetzt. Dabei ist jeder Sechseckseite der Halbschalen 15,
16 innerhalb jeder Magnetplattengruppe jeweils eine Magnetplatte zugeordnet. Die
Magnetplatten 20 einer Gruppe sind alle in gleicher Richtung radial magnetisiert
(z.B. Nordpol außen, Südpol innen). In Achsrichtung kehrt sich die Radialmagnetisierungsrichtung
von Magnetplattengruppe zu Magnetplattengruppe um.
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Mit dem Träger 11 ist ein ferromagnetisches inneres Flußführungsteil
22 verbunden. Auf dem Flußführungsteil 22 ist eine Folge von axial nebeneinander
sitzenden einzelnen Ringspulen 23 angeordnet. Die Spulen 23 sind 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 ihrerseits von zwei ferromagnetischen
Polygonhalbschalen 26, 27 umschlossen, die als äußere Flußführungsteile wirken.
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Jede der Halbschalen 26, 27 ist an beiden Axialenden von je einem
sechseckigen Halterungsteil 28 abgestützt.
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Entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 2 besteht das innere Flußführungsteil
22 aus einem Rundprofil, vorzugsweise einem kaltgeschlagenen oder blankgezogenen
und anschließend weichgeglühten Profileisen, in dem sechs in Umfangsrichtung gleichmäßig
verteilte, schmale Schlitze 28 ausgebildet sind, die sich in Axialrichtung über
mindestens den von den Axidlspulen 23 umfaßten Bereich des Flußführungsteils 22
erstrecken.
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Gemäß Fig. 4 ist das innere Flußführungsteil 22 aus insgesamt sechs
Dreikant-Profilstangen 30 zusammengesetzt, von denen nur drei veranschaulicht sind.
Die Profilstangen 30 bilden zusammengesetzt einen Körper von Sechseckform, auf den
die Spulen 23 aufnehmende Spulenkörper 31 aufgeschoben sind, deren Innenfläche entsprechend
sechseckförmig ist. Die Profilstangen 30 sind an den sich beim Zusammensetzen ergebenen
Trennfugen 32 mittels eines elektrisch nichtleitenden Metallklebers miteinander
verbunden.
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Dadurch wird einerseits ein Flußführungsteil hoher Festigkeit erhalten.
Andererseits stellen die Trennfugen 32 Unterbrechungen der Bahnen von Wirbelströmen
dar, die sich im Betrieb in der Umfangsrichtung des inneren Flußführungsteils
bei
Strombeaufschlagung der Spulen 23 auszubilden suchen. Im Spulenkörper 31 sind Nuten
zur Aufnahme von Zuleitungen der Spulen 23 eingeformt.
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Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des inneren Flußführungsteils, bei
der sechs kreissektorförmige Profilstangen 34 miteinander verklebt sind. Jede der
Profilstangen 34 ist im Bereich der einen Längskante mit einer Auskehlung 35 ausgestattet,
an die sich in Umfangsrichtung des Flußführungsteils jeweils eine entsprechende
Auskehlung der benachbarten Profilstange anschließt. Durch diese symmetrische Ausgestaltung
können ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 alle Profilstangen 34
gleiches Profil haben. Beim Zusammensetzen des inneren Flußführungsteils ist lediglich
jede zweite Profilstange um 1800 gedreht anzuordnen. Die das innere Flußführungsteil
bildende Profilstangengruppe ist von Spulenkörpern 36 für die Spulen 23 umfaßt.
Die Spulenkörper 36 weisen Eindrückungen 37 auf, die sich in die Auskehlungen 35
einlegen und die Spulenzuleitungen 38 aufnehmen. Zum bequemen Einlegen der Zuleitungen
38 sind die Flansche 39 der Spulenkörper 36 mit Schlitzen 40 versehen, die mit den
Eindrückungen 37 ausgerichtet sind. Die zusammengesetzten Profilstangen 34 begrenzen
einen zentralen Kanal 41, durch den zur Wärmeabfuhr Kühlmittel, beispielsweise in
Form eines
Kühlwasser- oder Pressluftstromes, hindurchgeleitet
werden kann oder in den sich ein Heat-Pipe einlegen läßt.
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In den Fig. 7 und 8 sind im Querschnitt zwei weitere Ausführungsformen
von Profilstangen 43, 44 dargestellt, die sich entsprechend Fig. 5 zu dem inneren
Flußführungsteil zusammenfügen lassen. Die Profilstangen 43, 44 unterscheiden sich
von der Ausgestaltung nach Fig. 5 im wesentlichen dadurch, daß sie im Bereich ihrer
gegenseitigen Anlage mit Formschluß-Verriegelungselementen in Form von längsverlaufenden
Auswölbungen 45 an jeweils der einen Seitenfläche 46 und komplementären Längsnuten
47 an der anderen Seitenfläche 48 ausgestattet sind. Diese Verriegelungen erleichtern
die Montage. Insbesondere verhindern sie ein Verrutschen der gebündelten Profilstangen
vor dem Abbinden des Metallklebers.
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Auskehlungen 49 bzw. 50 dienen diesen ähnlich wie bei der Ausführungsform
nach Fig. 5 der Ausbildung von Kanälen, in die die Zuleitungsdrähte der Spulen bzw.
entsprechende Eindrückungen der Spulenkörper für diese Spulen einlegbar sind.
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Das aus den Profilstangen 30, 34, 43 oder 44 zusammengesetzte innere
Flußführungsteil kann entsprechend Fig. 3
über axiale Gewinde mit
dem Chassis des Motors verbunden werden. Stattdessen oder zusätzlich können auf
beide Enden des Flußführungsteils Endstücke aufgesetzt sein, die ihrerseits am Chassis
befestigt werden. Die Ausführungsformen mit kreissektorförmigem Profilstangenquerschnitt
können, falls erforderlich, nach dem Verbinden, insbesondere Verkleben, der Profilstangen
beidseitig in Formstücken gefaßt und überdreht oder spitzenlos überschliffen werden.
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Für den Betrieb des Motors werden die Spulen 23 über eine nichtdargestellte
Kommutierungseinrichtung in Abhängigkeit von der Relativlage des Läufers 14 mit
Strom beaufschlagt.
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Die Kommutierungseinrichtung kann zweckmäßig eine die Magnetstellung
ermittelnde, optoelektronische Lagemeßeinrichtung aufweisen und im übrigen in der
in der DE-OS 26 54 075 geschilderten Weise ausgebildet sein.
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Es können an sich bekannte Mittel zum Betreiben des Linearmotors als
Servomotor vorgesehen sein. Die Spulen 23 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. Dabei kann die Lagerückmeldung zweckmäßig auf
optoelektronischem Wege erfolgen. So kann zweckmäßig ein der Lagerückmeldung dienendes
Vergleichsnormal an staubgeschützter Stelle nahe dem Boden des Trägers 11 angeordnet
sein.
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