DE2912532C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrphasen-Linearmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Bei einem solchen Mehrphasen-Linearmotor nach dem Hauptpatent (DE-PS 27 42 050) be­ steht die Spulenanordnung aus mindestens zwei in Rich­ tung der Motorlängsachse zueinander versetzt angeord­ neten Spulen, während der permanentmagnetisch erregte Läufer mehrere nebeneinander angeordnete Magnete von ab­ wechselnder Magnetisierungseinrichtung 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 Vor­ triebskraft für den permanentmagnetisch erregten Läufer erzeugbar ist.

Als inneres Flußführungsteil ist bei dem Motor nach dem Hauptpatent eine massive ferromagnetische Stange ver­ anschaulicht. Der Motor ist robust und einfach. In der Praxis zeigte es sich jedoch, daß bei der Strombeauf­ schlagung der Spulen unerwünschte Wirbelströme auftre­ ten können, die den Wirkungsgrad des Linearmotors be­ einträchtigen.

Es ist Aufgabe der Zusatzerfindung, diese Wirbelströme möglichst zu vermeiden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Entsprechend einer Variante der Erfindung kann das innere Flußführungsteil aus ferromagnetischem Pro­ filmaterial mit einem oder mehreren im wesentlichen ra­ dial verlaufenden Schlitzen bestehen. Solche sich über die volle Länge des inneren Flußführungsteils erstrecken­ den Schlitze unterbinden auf wirkungsvolle Weise die Ausbildung der unerwünschten Wirbelströme. Das Ein­ bringen der Schlitze ist jedoch relativ aufwendig.

Entsprechen einer weiteren Variante der Erfindung ist daher das innere Flußführungsteil aus mehreren, zu­ einander parallel verlaufenden ferromagnetischen Profil­ teilen zusammengesetzt. Die dabei entstehenden Trennfugen zwischen den einzelnen Profilteilen wirken in entspre­ chender Weise wie die genannten Längsschlitze. Die Fer­ tigung ist jedoch erheblich vereinfacht.

Zweckmäßig liegen die Profilteile entlang von im wesent­ lichen radial gerichteten Trennfläche aneinander an, und die Profilteile haben einen im wesentlichen kreissektor­ förmigen Querschnitt. Dies hat einen symmetrischen Auf­ bau zur Folge. Die Profilteile können durchweg gleiche Querschnittsformen haben.

Die Profilteile sind vorteilhaft über einen elektrisch nichtleitenden Metallkleber miteinander verbunden. Dies führt nicht nur zu hoher mechanischer Festigkeit, son­ dern gestattet auch eine einfache Fertigbearbeitung des zusammengesetzten inneren Flußführungsteils.

Um den Zusammenhalt zwischen den Profilteilen zu verbes­ sern und die Handhabung während der Montage- und Fertig­ bearbeitungsvorgänge weiter zu erleichtern, sind die Profilteile vorzugsweise im Bereich ihrer gegenseitigen Anlage mit Formschluß-Verriegelungselementen ausgestattet.

Die Profilteile können ferner mindestens einen zur Durch­ führung von Kühlmittel geeigneten Axialkanal begrenzen und/oder im Bereich ihrer Außenseite mit Ausnehmungen zur Aufnahme von Zuleitungen der Spulenanordnung versehen sein.

Auf das innere Flußführungsteil sind vorteilhaft die Spu­ lenanordnung aufnehmende Spulenkörper aufgeschoben, deren Innenfläche komplementär zur Außenfläche des inneren Fluß­ führungsteils ist.

Als besonders geeignet erwiesen sich stranggezogene oder gewalzte Profilteile, die zur Unterdrückung von Hysterese­ verlusten glühbehandelt sind.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels 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,

Fig. 3 in größerem Maßstab einen Längsschnitt ent­ lang der Linie III-III der Fig. 2,

Fig. 4 in größerem Maßstab einen Teilquerschnitt durch das innere Flußführungsteil mit auf­ geschobenem Spulenkörper,

Fig. 5 einen Querschnitt ähnlich Fig. 4 für eine abgewandelte Ausführungsform von innerem Flußführungsteil und Spulenkörper,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Spulenkörper nach Fig. 5, sowie

Fig. 7 und 8 Querschnitte durch jeweils ein Profilteil weiterer Ausführungsformen des inneren Fluß­ führungsteils.

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 bzeichneten Läufer befestigt. Der Läufer 14 ist bei der veranschaulichten Ausführungsform aus zwei nicht-ferromagnetischen Polygon-Halbschalen 15, 16 zu­ sammengesetzt, die untereinander und mit drei Laufrollen­ gruppen 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 lie­ gende Gruppen von Magnetplatten 20 eingesetzt. Dabei ist jeder Sechseckseite der Halbschalen 15, 16 innerhalb je­ der Magnetplattengruppe jeweils eine Magnetplatte zuge­ ordnet. Die Magnetplatten 20 einer Gruppe sind alle in gleicher Richtung radial magnetisiert (z. B. Nordpol außen, Südpol innen). In Achsrichtung kehrt sich die Radialmag­ netisierungsrichtung von Magnetplattengruppe zu Magnet­ plattengruppe um.

Mit dem Träger 11 ist ein ferromagnetisches inneres Fluß­ führungsteil 22 verbunden. Auf dem Flußführungsteil 22 ist eine Folge von axial nebeneinander sitzenden einzelnen Ring­ spulen 23 angeordnet. Die Spulen 23 sind so zusammenge­ schaltet, 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.

Jede der Halbschalen 26, 27 ist an beiden Axialenden von je einem sechseckigen Halterungsteil 128 abgestützt.

Entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 2 besteht das innere Flußführungsteil 22 aus einem Rundprofil, vorzugs­ weise einem kaltgeschlagenen oder blankgezogenen und an­ schließend weichgeglühten Profileisen, in dem sechs in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte, schmale Längsschlitze 28 ausgebildet sind, die sich in Axialrichtung über min­ destens den von den Ringspulen 23 umfaßten Bereich des Flußführungsteils 22 erstrecken.

Gemäß Fig. 4 ist das innere Flußführungsteil 22 aus ins­ gesamt sechs Dreikant-Profilstangen (Profilteilen) 30 zusammengesetzt, von denen nur drei veranschlaulicht sind. Die Profilstan­ gen 30 bilden zusammengesetzt einen Körper von Sechseck­ form, auf den die Spulen 23 aufnehmende Spulenkörper 31 aufgeschoben sind, deren Innenfläche entsprechend sechs­ eckförmig ist. Die Profilstangen 30 sind an den sich beim Zusammensetzen ergebenen Trennflächen 32 mittels eines elek­ trisch nichtleitenden Metallklebers miteinander verbunden. Danach wird einerseits ein Flußführungsteil hoher Festig­ keit erhalten. Andererseits stellen die Trennflächen 32 Unter­ brechungen der Bahnen von Wirbelströmen dar, die sich im Betrieb in der Umfangsrichtung des inneren Flußführungs­ teils bei Strombeaufschlagung der Spulen 23 auszubilden suchen. Im Spulenkörper 31 sind Nuten zur Aufnahme von Zuleitungen der Spulen 23 eingeformt.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des inneren Flußfüh­ rungsteils, bei der sechs kreissektorförmige Profilstan­ gen (Profilteile) 34 miteinander verklebt sind. Jeder der Profilstangen 34 ist im Bereich der einen Längskante mit einer Ausnehm­ ung 35 ausgestattet, an die sich in Umfangsrichtung des Flußführungsteils jeweils eine entsprechende Aus­ kehlung 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 180° gedreht anzuordnen. Die das innere Flußführungs­ teil bildende Profilstangengruppe ist von Spulenkörpern 36 für die Spulen 23 umfaßt. Die Spulenkörper 36 weisen Eindrückungen 37 auf, die sich in die Ausnehmungen 35 ein­ legen und die Spulenzuleitungen 38 aufnehmen. Zum bequemen Einlegen der Zuleitungen 38 sind die Flansche 39 der Spu­ lenkörper 36 mit Schlitzen 40 versehen, die mit den Ein­ drückungen 37 ausgerichtet sind. Die zusammengesetzten Profilstangen 34 begrenzen einen zentralen Axialkanal 41, durch den zur Wärmeabfuhr Kühlmittel, beispielsweise in Form ei­ nes Kühlwasser- oder Preßluftstromes, hindurchgeleitet werden kann oder in den sich ein Heat-Pipe einlegen läßt.

In den Fig. 7 und 8 sind im Querschnitt zwei weitere Aus­ führungsformen von Profilstangen (Profilteilen) 43, 44 dargestellt, die sich entsprechend Fig. 5 zu dem inneren Flußführungsteil zusammenfügen lassen. Die Profilstangen 43, 44 unterschei­ den sich von der Ausgestaltung nach Fig. 5 im wesentlichen dadurch, daß sie im Bereich ihrer gegenseitigen Anlage mit Formschluß-Verriegelungselementen in Form von längsverlau­ fenden 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 ge­ bündelten Profilstangen vor dem Abbinden des Metallklebers.

Ausnehmungen 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 Ein­ drückungen der Spulenkörper für diese Spulen einlegbar sind.

Das aus den Profilstangen 30, 34, 43 oder 44 zusammenge­ setzte innere Flußführungsteil kann entsprechend Fig. 3 über axiale Gewinde mit dem Chassis des Motors verbunden werden. Stattdessen oder zusätzlich können auf beiden Enden des Flußführungsteils Endstücke aufgesetzt sein, die ihrer­ seits am Chassis befestigt werden. Die Ausführungsformen mit kreissektorförmigen Profilstangenquerschnitt können, falls erforderlich, nach dem Verbinden, insbesondere Ver­ kleben, der Profilstangen beidseitig in Formstücken ge­ faßt und überdreht oder spitzenlos überschliffen werden.

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 Kommutierungseinrichtung kann zweckmäßig eine die Magnetstellung ermittelnde, optoelektronische Lagemeßein­ richtung aufweisen und im übrigen in der in der DE-OS 26 54 075 geschilderten 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 bei­ spielsweise aus der DE-OS 25 43 668 bekannt ist, um einen Schrittmotor oder Positionierantrieb zu erhalten. Dabei kann die Lagerückmeldung zweckmäßig auf optoelektrischem Wege erfolgen. So kann zweckmäßig ein der Lagerückmeldung dienendes Vergleichsnormal an staubgeschützter Stelle nahe dem Boden des Trägers 11 angeordnet sein.

Claims (9)

1. Mehrphasen-Linearmotor mit einem permanentmagnetisch erregten Läufer, ferromagnetischen Flußführungstei­ len und einer feststehenden Spulenanordnung, die auf einem inneren Flußführungsteil sitzt und aus einer Folge von axial nebeneinander angeordneten, einzelnen Ringspulen besteht, die von dem Läufer konzentrisch umfaßt sind, der seinerseits von äuße­ ren Flußführungsteilen konzentrisch umschlossen ist und mehrere in Axialrichtung nebeneinander angeordnete, polygon- oder ringförmige Permanentmag­ netringe mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung aufweist, nach Patent 27 42 050, dadurch gekennzeich­ net, daß das innere Flußführungsteil (22) aus ferro­ magnetischem Profilmaterial mit einem oder mehreren im wesentlichen radial verlaufenden Längsschlitzen (28) besteht oder aus mehreren zueinander parallel verlaufenden ferromagnetischen Profilteilen (30, 34, 43, 44) zusammengesetzt ist.

2. Mehrphasen-Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilteile (30, 34, 43, 44) entlang von im wesentlichen radial gerichteten Trennflächen (32) aneinander anliegen.

3. Mehrphasen-Linearmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilteile (34, 43, 44) einen im wesentlichen kreissektorförmigen Querschnitt haben.

4. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profil­ teile (30, 34, 43, 44) über einen elektrisch nicht­ leitenden Metallkleber miteinander verbunden sind.

5. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profil­ teil (43, 44) im Bereich ihrer gegenseitigen Anlage mit Formschluß-Verriegelungselementen (45, 47) ausgestattet sind.

6. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profil­ teile (30, 34, 43, 44) mindestens einen zur Durch­ führung von Kühlmitteln geeigneten Axialkanal (41) begrenzen.

7. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profil­ teile (34, 43, 44) im Bereich ihrer Außenseite mit Ausnehmungen (35, 49, 50) zur Aufnahme von Zuleitungen (38) der Spulenanordnung (23) versehen sind.

8. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das innere Flußführungsteil (22) die Ringspulen (23) aufnehmende Spulenkörper (31, 36) aufgeschoben sind, deren Innenfläche komplementär zur Außenfläche des inneren Flußführungsteils ist.

9. Mehrphasen-Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Flußführungsteil (22) bzw. die dieses Flußführungs­ teil bildenden Profilteile (30, 34, 43, 44) strang­ gezogen oder gewalzt und glühbehandelt sind.