DE3008534A1

DE3008534A1 - Linearmotor

Info

Publication number: DE3008534A1
Application number: DE19803008534
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Jaffe
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1979-03-08
Filing date: 1980-03-06
Publication date: 1980-09-18
Also published as: JPS55136865A; US4243899A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor mit Magnetring und nicht magnetisierbaren Endkappen.

Die Erfindung bezieht auf elektrisch erregte Linearmotoren oder Spulenantriebe.

Bistabile Spulenantriebe, haben einen Anker, v/elcher in die eine oder die andere Lage von zwei stabilen Lagen gebracht werden kann, und zwar als. Funktion der Polarität einer Gleichspannung, welche an die Spule angelegt wird. Derartige Einrichtungen weisen im allgemeinen einen Anker oder einen Kolben auf, welcher in eine Betriebslage oder Betätigungslage gebracht bzw. dort gehalten wird, und zwar durch den Restmagnetismus in einem magnetischen Kreis,nachdem die Spule selbst entregt worden ist. Es ist jedoch eine beträchtliche elektrische Energiemenge erforderlich, um den

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Anker oder Kolben aus dieser Ausgangslage herauszubringen. Weil der Restmagnetismus in bistabilen Spulenaufbauten den Anker beeinflußt, sind derartige Aufbauten für Positioniereinrichtungen nicht zweckmäßig einset^bar, vor allem nicht, wenn der Anker wahlweise innerhalb eines definierten Bereiches von Stellungen angeordnet werden muß.

Ein Linearmotor mit einer bewegbaren Spule, welcher dazu dient, einen Ausgangsteil im Ansprechen auf eine Eingangssteuerspannung wahlweise zu positionieren, ist aus der US-PS 3 984 745 bekannt. Es ist jedoch ein Nachteil eines derartigen Linearmotors, da/?· die Spule bewegliche Zuführleitungen aufweist. Außerdem sind bewegliche Spulen nicht leicht herzustellen, damit sie den vorgesehen Zweck erfüllen.

Die Erfindung bezweckt, die vorangehend geschilderten Nachteile bekannter Linearmotoren zu beseitigen, wobei dies durch einen Linearmotor erreicht wird, so wie er in den Ansprüchen gekennzeichnet ist.

Die EHfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Längsquerschnittsansicht eines Linearmotors gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht nach 2-2 der Fig.l.

Fig. 3 ist eine Längsquerschnittsansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Linearmotors gemäß der Erfindung.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht nach 4-4 der Fig. 3· Fig. 5 ist ein Längsquerschnitt einer abgewandelten Ausführungsform eines Linearmotors gemäß der Erfindung.

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Pig. 6 ist eine Querschnittsansicht nach 6-6 der Fig. 5.

In den Figuren 1 und 2 ist mit den Bezugszeichen 10

net, ein Linearmotor gemäß der Erfindung bezeich- welcher eine elektrische Spule 12 und einen Kolben 14 aus ferro-magnetischem Material auf v/eist, welcher innerhalb der Spule angeordnet ist und hinsichtlich seiner Bewegung durch diese gesteuert wird. Der Motor weist zusätzlich einen Permanentmagnetring 16 auf, welcher die Spule umgibt und magnetisch in der einen Richtung an der äußeren Fläche 18 polarisiert ist. Die'gegenüberliegende Polfläche befindet sich, an der inneren Fläche 20 des Permanentmagnetringes 16. Die äußere Fläche 18 und die innere Fläche 20 sind beispielsweise in Fig. 2 mit^{N s} gekennzeichnet, um auf diese Art und Weise die Polarität zu verdeutlichen. Ein ferro-magnetisches Gehäuse 22 umgibt den Permanentmagnetring 16. Kappen 24 und 26 aus Kunststoff oder anderem nicht magnetisierbaren Material sind kraft schlüssig mit dem Gehäuse verbunden und dichten die Endseiten des Motors ab. Die Kappen 24 und 26 weisen Teile 28 und 30 auf, welche in die Spule 12 hineinragen und mit dem Kolben 14 ausgerichtet sind. Eine Ausgangswelle 32, welche beispielsweise aus Messing, Aluminium oder einem anderen nicht magnetisierten Material besteht, ist an dem Kolben 14 befestigt und geht durch die Endkappe 26 in der gezeigten Weise hindurch. Füße 33 und 35 sind an dem Gehäuse 22 vorgesehen, damit der Motor in bekannter Art und Weise an irgendeiner Halterung oder dergl. befestigt werden kann.

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Der Permanentmagnetring 16 erzeugt ein magnetisches Feld, welches sich durch das Gehäuse 22 und den Kolben 14 erstreckt und eine Kraft auf den Kolben ausübt, die dahingehend wirkt, den Kolben in Längsrichtung, und zwar in der einen Richtung oder in der anderen Richtung zu bewegen, und zwar immer dann, wenn sich der Kolben in der anderen metastabilen Stellung befindet, so wie diese in Fig. 1 gezeigt ist, wobei in Längsrichtung wirkende Kräfte zufolge des Permanentmagneten für ein Gleichgewicht sorgen. Der Permanentmagnetring ist jedoch in dem Linearmotor in bezug auf das Gehäuse und en Kolben so ausgewählt und positioniert, daß die resultierende Längskraft zufolge des Magneten, die allein auf den Kolben 14 wirkt, sich nur leicht vergrößert, wenn der Kolben aus der Gleichgewichtslage herausbewegt wird. Eine derartige resultierende Uettokraft ist so auf eine Größe begrenzt, welche vorzugsweise nicht wesentlich größer ist als diejenige Kraft, die erforderlich ist, um den Kolben gerade zu bewegen, und zwar unabhängig von seiner Stellung im Motor.

Wenn eine Spannung an die Spule 12 angelegt wird, entsteht ein magnetisches Feld, welches auf den Kolben 14 und die Welle 32 in der einen oder der anderen Richtung einwirkt, was von der Polarität der angelegten Spannung abhängt. Die Stellung des Kolbens 14 und der Welle 32 kann leicht gesteuert werden, indem der Motor in eine Servoschleife angebracht wird, bei welcher ein Stellungsfühler ein Rückkopplungssignal erzeugt, welches die tatsächliche Stellung des Kolbens 14 wiedergibt und ein derartiges Rückkopplungssignal wird mit demjenigen Signal kombiniert, welches die gewünschte Stellung des Kolbens 14 darstellt, um ein Fehlersignal zu erzeugen, welches in die Spule 12 eingespeist wird. Da die Endkappen 24 und 26 und auch die Welle 32 aus

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nicht magnetisierbarer)! Material bestehen, dienen Sie nicht dazu, dem magnetischen Fluß bevorzugte Wege zur Verfügung zu stellen, wobei der magnetische Fluß durch den Permanentmagnet' gebildet wird. Sie wirken außerdem nicht als eine magnetische Senke für den ^: Restmagnetismus, wenn die Spule entregt ist. Schließlich üben Sie auch keinerlei Vorspannkräft oder Einflüsse auf den Kolben 14 aus. Als Folge hiervon sind lediglich kleine Energiebeträge erforderlich, um den Kolben aus der einen in die andere Lage zu bewegen.

In der in den Fig. 3 und 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform eines Linearmotors gemäß der Erfindung, ist eine elektrische Spule 3^ zwischen einem äußeren Gehäuse 36 aus ferro-magnetischem Material und einem inneren Permanentmagnetring 38 vorgesehen, wobei der Permanentmagnetring äußere und innere Flächen aufweist, welche magnetisch entgegengesetzt polarisiert sind. Ein Kolben 40 ist aus einem nicht magnetisieren ,-Iaterial hergestellt und ist mit eienr Welle 42 aus ebenfalls nicht ferro-magnetischen Material verbunden, wobei der Kolben 40 und die Welle 42 in Längsrichtung innerhalb des Permanentmagneten 34 bewegbar sind. Endkappen 44 und 46 aus nicht magnetisierbaren Marerial dichten die Enden des Motors ab und die Welle 42 erstreckt sich durch die eine Endkappe 46 hindurch. Der Magnet 38 erstreckt sich lediglich von der einen Endkappe 44 ein kurzes Stück von dieser Endkappe in Richtung auf die andere Endkappe 46, und auf diese Art und Weise ist ein Teil des Kolbens 40 von der Spule 34 freigelegt, so daß.ein magnetischer Fluß, welcher ansonsten in dem Permanentmagneten konzentriert wäre, wenn die Spule erregt ist, im Kolben 40 erzeugt wird, und bewirkt, daß der Kolben in der einen oder anderen Richtung

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bewegt wird, was von der Polarität der an die Spule 34 angelegten Spannung abhängt. Der normale Arbeitsbereich des Kolbens 40 wird vorzugsweise durch eine Servoschleife gesteuert, welche zur Positionierung in Richtung auf das linksseitige Ende des Kolbens 40 (bei Blickrichtung nach Fig. 3) sorgt, und zwar zwischen der Endkappe 44 und dem rechtsseitigen Ende des Permanentmagneten 3^·

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine weiterhin abgewandelte Ausführungsform eines Linearmotors gemäß der Erfindung, welcher zwei Permanentmagnete 48 und 50 aufweist, welchean ihren inneren und äußeren Flächen entgegengesetzte Pole aufweisen. Weiterhin ist eine elektrische Spule 52 zwischen den Magneten vorgesehen. Ein äußeres Gehäuse 54 besteht aus ferro-magnetiscbem Material und ein Kolben 56 aus ferro-magnetischem Material befindet sich im Magneten 50, welcher sich ein TEiI von der einen Endkappe 58 ausnicht magnetisierbarer:! Material in Richtung auf die andere Endkappe 60 ausnicht magnetisierbarem Material erstreckt. Schließlich ist eine Ausgangswelle 62 aus nicht magnetisierbarem Material vorgesehen, welche mit dem Kolbem 56 verbunden ist, und durch die eine Endkappe 6O hindurchgeht. Zufolge der Wechselwirkung der beiden Magnete und der resultierenden magnetischen Flüsse, die auftreten, wenn die Spule 52 erregt wird, ist der Linearmotor nach Fig. 5 und 6 in bezug auf die vorangehenden Ausführungsformen bemerkenswert empfindlicher.

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Claims

Patentansprüche

ί 1. Linearmotor mit einem Gehäuse aus ferro-magnetischem Material, einer in dem Gehäuse untergebrachten Spule, einen Kolben, welcher innerhalb der Spule angeordnet ist und durch diese wahlweise positionierbar ist, einem zur Spule und dem Kolben konzentrischen Permanentmagneten im Gehäuse, welcher gegenüberliegende Magpetpole an seinen inneren und äußeren Flächen aufweist, mit festen Endkappen aus nicht magnetisierbarem Material in Ausrichtung mit gegenüberliegenden Enden des Kolbens und mit einer Ausgangswelle aus nicht magnetisierbarer/; Material, welche an dem Kolben befestigt ist und von dem Kolben in Richtung auf die eine Endkappe und durch diese hindurchgehend angeordnet ist.
2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet außerhalb der Spule angeordnet ist.
3. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet innerhalb der Spule angeordnet ist.
4. Linearmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule sich in Längsrichtung im Gehäuse über den Permanentmagneten hinaus erstreckt.
5. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet außerhalb zur Spule angeordnet ist und ein zweiter Permanentmagnet innerhalb der Spule vorgesehen ist, wobei die zweite Spule gegenüberliegende magnetische Pole an inneren und äußeren Flächen aufweist.
6. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spule in Längsrichtung im Gehäuse und über den zweiten Permanentmagneten hinausgehend erstreckt.

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