DE9214383U1

DE9214383U1 - Linear motor

Info

Publication number: DE9214383U1
Application number: DE9214383U
Authority: DE
Original assignee: Intrasys GmbH Innovative Transportsysteme
Current assignee: Intrasys GmbH Innovative Transportsysteme
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2002-10-24

Description

Die Erfindung betrifft einen Liniear-Motor oder -Generator mit einem Statorteil und einem Läuferteil, wobei eines der beiden Teile wenigstens eine Antriebswicklung mit Wicklungsachse senkrecht zur Längsrichtung des Linearmotors und in Längsrichtung des Linearmotors aufeinanderfolgend angeordnete Polelemente aufweist, und wobei das andere der beiden Teile zwei zur Längsrichtung parallele, nebeneinander verlaufende Reihen von Magneten, insbesondere Permanentmagneten, umfaßt, wobei aufeinanderfolgende Magnete einer Reihe sowie einander gegenüberliegende Magnete der beiden Reihen jeweils entgegengesetzte Polungen aufweisen und wobei die Teilung der Magnete im wesentlichen der Teilung der Polelemente entspricht.The invention relates to a linear motor or generator with a stator part and a rotor part, one of the two parts having at least one drive winding with a winding axis perpendicular to the longitudinal direction of the linear motor and pole elements arranged one after the other in the longitudinal direction of the linear motor, and the other of the two parts comprising two rows of magnets, in particular permanent magnets, running parallel to the longitudinal direction and running next to one another, successive magnets in one row and opposite magnets in the two rows each having opposite polarities and the pitch of the magnets essentially corresponding to the pitch of the pole elements.

Ein derartiger Linear-Motor ist aus der EP-Bl-O 243 425 bekannt. Dieser Linear-Motor umfaßt einen Stator, der aus im wesentlichen U-förmigen Polelementen gebildet ist, wobei an einem Ende eines der Endstege des U-förmigen Polelements ein sich senkrecht von diesem Ende erstrekkender Fortsatz vorgesehen ist. Aufeinanderfolgende Polelemente des Linear-Motors sind gegeneinander jeweils um 180° um eine Wicklungsachse gedreht, wobei jeweils der Endsteg des U-förmigen Polelements, der den seitlichen Fortsatz aufweist, den von einer Antriebswicklung umschlossenen Raum durchsetzt. Aufgrund dieser Anordnung verläuft die Antriebswicklung alternierend durch den von den beiden Endstegen sowie einem Verbindungssteg umschlossenen Innenraum eines Polelements sowie außerhalb des Polelements über dem Seitenfortsatz. An dem Seitenfortsatz sowie an dem anderen Endsteg des U-förmigen Polelements sind jeweils Endflächen vorgesehen, wobei die Endflächen aller Polelemente in einer Ebene angeordnet sind. Somit ergeben sich zwei Reihen von Polelementendflächen. Gegenüber jeder dieser Reihen von Polelementendflächen ist jeweils eine Reihe von PermanentmagnetenSuch a linear motor is known from EP-Bl-O 243 425. This linear motor comprises a stator which is formed from essentially U-shaped pole elements, with an extension extending perpendicularly from this end being provided at one end of one of the end webs of the U-shaped pole element. Successive pole elements of the linear motor are rotated relative to one another by 180° around a winding axis, with the end web of the U-shaped pole element, which has the lateral extension, penetrating the space enclosed by a drive winding. Due to this arrangement, the drive winding runs alternately through the interior of a pole element enclosed by the two end webs and a connecting web, and outside the pole element above the lateral extension. End surfaces are provided on the lateral extension and on the other end web of the U-shaped pole element, with the end surfaces of all pole elements being arranged in one plane. This results in two rows of pole element end surfaces. Opposite each of these rows of pole element end faces there is a row of permanent magnets

angeordnet. Diese beiden in einer Ebene liegenden Reihen von Permanentmagneten bilden den Läuferteil des Linearmotors. Aufeinanderfolgende Magneten einer Reihe sowie einander gegenüberliegende Magneten der beiden Reihen weisen jeweils entgegengesetzte Polungen auf. Durch die magnetische Wechselwirkung der die stromführende Antriebswicklung durchsetzenden Polelemente mit den entsprechenden Reihen von Permanentmagneten entsteht eine Kraftkomponente in Längsrichtung des Linearmotors, wodurch der Läufer angetrieben wird. Bei dieser Anordnung entsteht jedoch auch eine Kraftkomponente orthogonal zu der durch die Endstegendflächen festgelegten Ebene und somit senkrecht zur Bewegungsrichtung des Läufers. Um den Abstand zwischen den Endflächen der Polelemente und den Permanentmagneten möglichst gering zu halten, und somit eine möglichst starke Wechselwirkung zwischen den Polelementen und den Permanentmagneten zu erreichen, ohne daß es zu einer unerwünschten gegenseitigen Berührung kommt, ist daher eine aufwendige mechanische Führung des Läufers nötig.arranged. These two rows of permanent magnets lying in one plane form the rotor part of the linear motor. Successive magnets in a row as well as magnets opposite one another in the two rows each have opposite polarities. The magnetic interaction of the pole elements passing through the current-carrying drive winding with the corresponding rows of permanent magnets creates a force component in the longitudinal direction of the linear motor, which drives the rotor. However, with this arrangement, a force component also arises orthogonal to the plane defined by the end web end surfaces and thus perpendicular to the direction of movement of the rotor. In order to keep the distance between the end surfaces of the pole elements and the permanent magnets as small as possible and thus to achieve the strongest possible interaction between the pole elements and the permanent magnets without undesirable mutual contact, a complex mechanical guide for the rotor is therefore necessary.

Demgegenüber liegt die Aufgabe der Erfindung darin, einen Linear-Motor oder -Generator bereitzustellen, welcher bei maximaler Antriebskraft von einfachem Aufbau ist.In contrast, the object of the invention is to provide a linear motor or generator which is of simple construction with maximum driving force.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Polelemente im wesentlichen Z-förmig ausgebildet mit jeweils einem Mittelsteg und zwei zueinander im wesentlichen parallelen Endstegen, die sich von den beiden Enden der Mittelstege in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, daß die Endstege einander unmittelbar folgender Polelemente jeweils in entgegengesetzte Richtungen weisen, daß jeweils der Mittelsteg der Z-förmigen Polelemente den von der Antriebswicklung umschlossenen Raum durchsetzt und daß die beiden Magnetreihen des Läufers jeweils gegenüber einem der beiden Endstege der Polelemente angeordnet sind.According to the invention, the object is achieved in that the pole elements are essentially Z-shaped, each with a central web and two essentially parallel end webs that extend from the two ends of the central webs in opposite directions, that the end webs of immediately following pole elements each point in opposite directions, that the central web of the Z-shaped pole elements passes through the space enclosed by the drive winding and that the two rows of magnets of the rotor are each arranged opposite one of the two end webs of the pole elements.

Durch die Z-förmige Ausbildung der Polelemente und das gegenseitige Drehen um 180° aufeinanderfolgender Polelemente ist es möglich, die beiden Magnetreihen jeweils gegenüber einem der Endstege der Polelemente anzuordnen. Somit entsteht beim Betrieb des Linearmotors durch die magnetische Wechselwirkung von jeder der Magnetreihen mit den jeweiligen Endflächen der Polelemente eine Kraftkomponente, die in Längsrichtung des Liniear-Motors gerichet ist, und somit den Läufer antreibt. Die zwischen den jeweiligen Reihen der Magneten und den entsprechenden Endstegen der Polelemente entstehenden Kraftkomponenten orthogonal zur Bewegungsrichtung des Läufers gleichen sich aufgrund der alternierenden Anordnung der Polelemente und der gegenüberliegenden Anordnung der Magnetreihen jeweils aus, so daß keine zwischen dem Statorteil und Läuferteil des Linear-Motors wirkende Querkraftkomponente entsteht. Somit ist es möglich, zur Führung des Läufers in seiner Bewegungsrichtung einen relativ einfachen Führungsaufbau zu verwenden, da dieser Aufbau keine Kraftkomponenten orthogonal zur Bewegungsrichtung des Läufers aufnehmen muß. Durch die alternierende Anordnung der Polelemente und der damit erreichten Gleichrichtung des magnetischen Flusses im Inneren der Antriebswicklung wird bei Bewegung des Läufers in Längsrichtung eine hohe elektrische Spannung induziert, wodurch die Wechselwirkung mit dem Wicklungsstrom in einem maximalen Maß zum Vortrieb der Magnetreihen genutzt wird.The Z-shaped design of the pole elements and the mutual rotation of successive pole elements by 180° make it possible to arrange the two rows of magnets opposite one of the end webs of the pole elements. This means that when the linear motor is operating, the magnetic interaction of each of the rows of magnets with the respective end surfaces of the pole elements creates a force component that is directed in the longitudinal direction of the linear motor and thus drives the rotor. The force components that arise between the respective rows of magnets and the corresponding end webs of the pole elements orthogonal to the direction of movement of the rotor balance each other out due to the alternating arrangement of the pole elements and the opposite arrangement of the rows of magnets, so that no transverse force component acts between the stator part and the rotor part of the linear motor. This makes it possible to use a relatively simple guide structure to guide the rotor in its direction of movement, since this structure does not have to absorb any force components orthogonal to the direction of movement of the rotor. Due to the alternating arrangement of the pole elements and the resulting rectification of the magnetic flux inside the drive winding, a high electrical voltage is induced when the rotor moves in the longitudinal direction, whereby the interaction with the winding current is used to the maximum extent to drive the rows of magnets.

Um die durch den Abstand zwischen den Endstegen der Polelemente und den Magnetreihen auftretenden Verluste der magnetischen Wechselwirkung möglichst gering zu halten, wird vorgeschlagen, daß der lichte Abstand jeweils zwischen den Endstegen der Z-förmigen Polelemente und den Magnetenreihen nicht größer ist als 1/3 der Teilung der Magnetreihen, wobei mit der Teilung hier der Abstand zwischen den Mittelpunkten der den Polelementen züge-In order to keep the losses of magnetic interaction caused by the distance between the end webs of the pole elements and the magnet rows as low as possible, it is proposed that the clear distance between the end webs of the Z-shaped pole elements and the magnet rows is not greater than 1/3 of the pitch of the magnet rows, whereby the pitch here is the distance between the centers of the pole elements.

wandten Flächen zweier nebeneinanderliegender Magnete einer Reihe bezeichnet ist.facing surfaces of two adjacent magnets in a row.

Dadurch, daß die oberen und unteren Endstege der Z-förmigen Polelemente jeweils in Richtung ihrer freien Enden spitz zulaufend ausgebildet sind, kann somit das Gewicht der Polelemente verringert werden, und die Anzahl der Windungen der Antriebswicklung und somit die Wechselwirkungskraft zwischen dem Stator und dem Läuferteil des Linear-Motors erhöht werden. Durch den erhöhten Abstand der freien Enden der Endstege von dem jeweiligen Mittelsteg wird der magnetische Streufluß innerhalb der Polelemente reduziert.Because the upper and lower end webs of the Z-shaped pole elements are each tapered towards their free ends, the weight of the pole elements can be reduced and the number of turns of the drive winding and thus the interaction force between the stator and the rotor part of the linear motor can be increased. The increased distance between the free ends of the end webs and the respective middle web reduces the magnetic leakage flux within the pole elements.

Um in den von dem magnetischen Feld durchsetzten Polelementen das Entstehen von durch den magnetischen Fluß induzierten Kreisströmen zu vermeiden, wird vorgeschlagen, daß die Z-förmigen Polelemente jeweils aus einer Mehrzahl von Z-förmigen, aneinanderliegenden Blechen gebildet sind.In order to avoid the occurrence of circulating currents induced by the magnetic flux in the pole elements penetrated by the magnetic field, it is proposed that the Z-shaped pole elements are each formed from a plurality of Z-shaped, adjacent sheets.

Besonders einfach und kostengünstig ist der Linear-Motor aufzubauen, wenn die Z-förmigen Polelemente jeweils aus wenigstens zwei Elementen zusammengesetzt sind.The linear motor is particularly simple and cost-effective to construct if the Z-shaped pole elements are each composed of at least two elements.

Bevorzugterweise sind die Polelemente aus zwei U-förmigen Elementen zusammengesetzt, welche jeweils entlang einem ihrer Endstege aneinander anliegen.Preferably, the pole elements are composed of two U-shaped elements, which each abut against one another along one of their end webs.

Um den magnetischen Fluß-Widerstand aufgrund des Entstehens von Kreisströmen in den Polelementen möglichst gering zu halten, wird vorgeschlagen, daß jedes der U-förmigen Elemente jeweils aus einer Mehrzahl von U-förmigen, aneinanderliegenden Blechen gebildet ist.In order to keep the magnetic flux resistance due to the creation of circular currents in the pole elements as low as possible, it is proposed that each of the U-shaped elements is formed from a plurality of U-shaped, adjacent sheets.

Um einen magnetischen Kurzschluß bzw. ein magnetisches Übersprechen zwischen den einzelnen Polelementen zu vermeiden, wird vorgeschlagen, daß zwischen den einzelnenIn order to avoid a magnetic short circuit or magnetic crosstalk between the individual pole elements, it is suggested that between the individual

Polelementen jeweils ein Abstandseleraent aus nichtmagnetischem Material vorgesehen ist.A spacer element made of non-magnetic material is provided for each pole element.

Bevorzugterweise entspricht die Form der Abstandselemente im wesentlichen der Form der Polelemente.Preferably, the shape of the spacer elements corresponds substantially to the shape of the pole elements.

Um die gesamte Schubkraft des Linearmotors zu erhöhen,
wird vorgeschlagen, daß wenigstens eine weitere Antriebswicklung mit Polelementen in Längsrichtung des Linearmotors an die erste Antriebswicklung angrenzend vorgesehen ist, wobei die Teilung ihrer Polelemente der Teilung der Polelemente der ersten Antriebswicklung entspricht.To increase the total thrust of the linear motor,
It is proposed that at least one further drive winding with pole elements is provided in the longitudinal direction of the linear motor adjacent to the first drive winding, the pitch of its pole elements corresponding to the pitch of the pole elements of the first drive winding.

Wenn der Abstand jeweils nebeneinanderliegender
Polelemente zweier Antriebswicklungen kein ganzzahliges Vielfaches der Teilung der Magneten einer Reihe des
Läufers ist, wird der in einer bestimmten relativen Lage zwischen Stator und Läufer auftretende Schubkraftrückgang überbrückt, so daß auch ein selbständiges Starten des
Läufers aus jeder Stellung möglich ist.If the distance between adjacent
Pole elements of two drive windings are not an integer multiple of the pitch of the magnets of a row of the
rotor, the reduction in thrust occurring in a certain relative position between stator and rotor is bridged, so that an independent starting of the
Bishop's movement is possible from any position.

Bevorzugterweise umfaßt der Stator die Antriebswicklung und die Polelemente und der Läufer die beiden Magnetreihen. Somit ist nur eine elektrische Verbindung mit ortsfesten Bauteilen nötig, wodurch sich der Aufbau des
Linear-Motors erheblich vereinfacht.Preferably, the stator comprises the drive winding and the pole elements and the rotor comprises the two rows of magnets. Thus, only one electrical connection with stationary components is necessary, which simplifies the construction of the
Linear motors are considerably simplified.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments and the drawings. It shows:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Abschnitts des Linear-Motors gemäß der vorliegenden Erfindung;Fig. 1 is a schematic view of a portion of the linear motor according to the present invention;

Fig. 2 eine Ansicht der Antriebswicklung mit denFig. 2 a view of the drive winding with the

entsprechenden Polelementen, betrachtet aus
Richtung II in Fig. 1;corresponding pole elements, viewed from
Direction II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch die in Fig. 2 dargestellte Antriebswicklung in einer Ebene III-III; undFig. 3 is a section through the drive winding shown in Fig. 2 in a plane III-III; and

Fig. 4 einen Ausschnitt eines Linear-Motors mit mehreren Antriebsspulen, in welchem die relative Lage der einzelnen Antriebsspulen zueinander dargestellt ist.Fig. 4 shows a section of a linear motor with several drive coils, in which the relative position of the individual drive coils to each other is shown.

In Fig. 1 ist ein Abschnitt eines allgemein mit 10 bezeichneten Linear-Motors dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform umfaßt der Läufer 12 des Linear-Motors 10 zwei Reihen 14,16 von Permanentmagneten 18, welche in Längsrichtung des Linear-Motors IO aufeinanderfolgend auf einem magnetischen Grundelement 20,21 angeordnet sind. Die beiden Reihen 14,16 sind relativ zueinander so angeordnet, daß die jeweils auf den Grundelementen 20,21 angeordneten Permanentmagneten 18 sich gegenüberliegen. Die sich jeweils gegenüberliegenden Flächen 22 der Permanentmagnete 18 der beiden Reihen 14,16 weisen jeweils unterschiedliche Polungen auf, welche mit N bzw. S am oberen Ende der Magnete bezeichnet sind. Die Flächen 22 nebeneinanderliegender Magnete 18 einer Reihe 14,16 weisen ebenfalls jeweils entgegengesetzte Polungen auf. Der magnetische Kurzschluß der Magnete 18 wird durch die magnetischen Grundelemente 20,21 erreicht.In Fig. 1, a section of a linear motor, generally designated 10, is shown. In the embodiment shown, the rotor 12 of the linear motor 10 comprises two rows 14, 16 of permanent magnets 18, which are arranged one after the other on a magnetic base element 20, 21 in the longitudinal direction of the linear motor 10. The two rows 14, 16 are arranged relative to one another in such a way that the permanent magnets 18 arranged on the base elements 20, 21 are opposite one another. The opposing surfaces 22 of the permanent magnets 18 of the two rows 14, 16 each have different polarities, which are designated N and S at the upper end of the magnets. The surfaces 22 of adjacent magnets 18 in a row 14, 16 also have opposite polarities. The magnetic short circuit of the magnets 18 is achieved by the magnetic base elements 20,21.

Die beiden Reihen 14,16 des Läufers 12 sind mittels eines (in Fig. 1 gestrichelt dargestellten) Bügels 13 verbunden. Der Bügel 13 dient auch zur Befestigung der durch den ' Linear-Motor anzutreibenden Vorrichtung.The two rows 14,16 of the rotor 12 are connected by means of a bracket 13 (shown in dashed lines in Fig. 1). The bracket 13 also serves to attach the device to be driven by the linear motor.

Zwischen den beiden Magnetreihen 14,16 ist ein Stator 24 angeordnet. Der Stator 24 umfaßt eine auf ein Spulengrundelement 26 gewickelte Antriebswicklung 28 mit zur Längsrichtung des Linear-Motors senkrechter Wicklungsachse 29 sowie eine Mehrzahl von in Längsrichtung des Linearmotors 10 aufeinanderfolgend angeordneten Polelementen 30.A stator 24 is arranged between the two rows of magnets 14, 16. The stator 24 comprises a drive winding 28 wound on a coil base element 26 with a winding axis 29 perpendicular to the longitudinal direction of the linear motor, as well as a plurality of pole elements 30 arranged one after the other in the longitudinal direction of the linear motor 10.

Jedes der Polelemente 30 umfaßt jeweils zwei Endstege 32,34 sowie einen diese Endstege 32,34 verbindenden Mittelsteg 36, welcher jeweils den von der Antriebs-wicklung 28 umschlossenen Raum durchsetzt. Die Endstege 32,34 sind an dem Mittelsteg 36 jeweils derart angeordnet, daß sie sich von diesem jeweils parallel zueinander in entgegengesetzten Richtungen erstrecken, so daß die Polelemente 30 im wesentlichen Z-förmig ausgebildet sind, wobei aufeinanderfolgende Polelemente 30 jeweils um eine Achse parallel zur Wicklungsachse 29 (senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2 und 4) gegeneinander um 180° gedreht sind.Each of the pole elements 30 comprises two end webs 32, 34 and a central web 36 connecting these end webs 32, 34, which in each case passes through the space enclosed by the drive winding 28. The end webs 32, 34 are each arranged on the central web 36 in such a way that they extend from it parallel to one another in opposite directions, so that the pole elements 30 are essentially Z-shaped, with successive pole elements 30 each being rotated by 180° relative to one another about an axis parallel to the winding axis 29 (perpendicular to the plane of the drawing in Figs. 2 and 4).

Wie man auch in Fig. 3 erkennt, sind die inneren FlächenAs can be seen in Fig. 3, the inner surfaces

31.33 der Endstege 32,34 der Polelemente 30 jeweils in Richtung ihrer freien Enden 38,40 von der Antriebswicklung weglaufend ausgebildet, während jeweils die äußeren Endflächen (42,44) parallel zueinander und zur Wicklungsachse 29 verlaufen, so daß die Endstege 32,34 in Richtung ihrer freien Enden 38,40 spitz zulaufen. Somit wird der zwischen dem Mittelsteg 30 und den jeweiligen Endstegen31.33 of the end webs 32,34 of the pole elements 30 are each designed to run away from the drive winding in the direction of their free ends 38,40, while the outer end surfaces (42,44) run parallel to each other and to the winding axis 29, so that the end webs 32,34 taper towards their free ends 38,40. Thus, the gap between the central web 30 and the respective end webs

32.34 gebildete Raum zur Aufnahme der Antriebswicklung mit nach außen gewölbtem Wicklungspaket der Antriebswicklung 28 vergrößert. Somit kann eine Antriebswicklung mit erhöhter Windungszahl verwendet werden, woraus eine erhöhte Schubkraft des Linear-Motors resultiert. Ferner wird durch eine derartige Ausbildung der Polelemente das Gewicht des Linear-Motors deutlich verringert. Durch den vergrößerten Abstand zwischen den freien Enden 38,40 der Endstege 32,34 wird ferner der zwischen diesen Endstegen 38,40 und dem Mittelsteg 30 auftretende Streufluß verringert, wodurch der zur Wechselwirkung mit den Magneten 18 zur Verfügung stehende Fluß erhöht wird.32.34 for accommodating the drive winding is enlarged with the winding package of the drive winding 28 curved outwards. A drive winding with an increased number of turns can thus be used, which results in an increased thrust of the linear motor. Furthermore, the weight of the linear motor is significantly reduced by such a design of the pole elements. The increased distance between the free ends 38,40 of the end webs 32,34 also reduces the stray flux occurring between these end webs 38,40 and the central web 30, which increases the flux available for interaction with the magnets 18.

Aufgrund dieser klauenförmigen Anordnung der Polelemente ergibt sich eine maximale Wechselwirkungskraft zwischen den Endflächen 42,44 der Polelemente 30 und den jeweiligen Flächen 22 der Magnete 18, wie nachfolgend beschrieben.Due to this claw-shaped arrangement of the pole elements, a maximum interaction force results between the end surfaces 42, 44 of the pole elements 30 and the respective surfaces 22 of the magnets 18, as described below.

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Bei einer vorgegebenen Stromrichtung I wird in dem von der Antriebswicklung 28 umschlossenen Raum und somit in den diesen Raum durchsetzenden Mittelstegen 36 der Polelemente 30 ein Magnetfeld mit der Richtung B erzeugt. Die magne-For a given current direction I, a magnetic field with the direction B is generated in the space enclosed by the drive winding 28 and thus in the central webs 36 of the pole elements 30 that pass through this space. The magnetic

tische Flußrichtung ist somit in allen Mittelstegen 36 der Polelemente 30 gleich. Durch die relative Drehung aufeinanderfolgender Polelemente um 180° wird jedoch die Flußrichtung des durch die Mittelstege 36 in die jeweiligen Endstege 32,34 geführten magnetischen Flusses, welcher dann aus den Oberflächen 42,44 der Endstege 32,3 4 austritt, ebenfalls um 180° gedreht. Somit weisen die jeweiligen Endflächen 42,44 der Polelemente 30 eine den Magneten 18 der Magnetreihen 14,16 entsprechende, alternierende Polung auf. Dadurch wird die maximale magnetische ■Wechselwirkung zur Erzeugung der Schubkraft des Linearmotors erreicht.The magnetic flux direction is therefore the same in all central webs 36 of the pole elements 30. However, due to the relative rotation of successive pole elements by 180°, the flow direction of the magnetic flux guided through the central webs 36 into the respective end webs 32,34, which then exits from the surfaces 42,44 of the end webs 32,34, is also rotated by 180°. The respective end surfaces 42,44 of the pole elements 30 therefore have an alternating polarity corresponding to the magnets 18 of the magnet rows 14,16. This achieves the maximum magnetic interaction for generating the thrust of the linear motor.

Um in den einzelnen Polelementen 30 einen größtmöglichen magnetischen Fluß aufrechtzuerhalten, sind diese jeweils aus einer Mehrzahl von dünnen, in einer Richtung orthogonal zur Bewegungsrichtung R des Linear-Motors aneinander anliegend angeordneten Blechen 46 zusammengesetzt. Dadurch kann das Entstehen von durch den magnetischen Fluß in den Polelementen induzierten Kreisströmen weitgehend vermieden werden. Derartige Kreisströme haben zur Folge, daß das Magnetfeld aus diesen Bereichen weitgehend verdrängt wird, was einen verringerten Fluß und somit eine verringerte Schubkraft des Linear-Motors zur Folge hat.In order to maintain the greatest possible magnetic flux in the individual pole elements 30, these are each composed of a plurality of thin metal sheets 46 arranged adjacent to one another in a direction orthogonal to the direction of movement R of the linear motor. This largely prevents the occurrence of circular currents induced by the magnetic flux in the pole elements. Such circular currents result in the magnetic field being largely displaced from these areas, which results in a reduced flux and thus a reduced thrust of the linear motor.

Die in den Figuren beschriebene Anordnung eines Linear-Motors kann in gleicher Weise als Linear-Generator angewandt werden. Dabei wird aufgrund der Bewegung des aus den Magnetreihen bestehenden Läufers jeweils in den Polelementen ein magnetischer Fluß erzeugt. Der in einer Endfläche eines Polelements erzeugte magnetische Fluß weist eine dem Fluß des folgenden Polelements entgegengesetzte Richtung auf. Aufgrund der um 180° gedrehtenThe arrangement of a linear motor described in the figures can be used in the same way as a linear generator. Due to the movement of the rotor consisting of the rows of magnets, a magnetic flux is generated in each of the pole elements. The magnetic flux generated in an end face of a pole element has a direction opposite to the flux of the following pole element. Due to the 180° rotation

Anordnung aufeinanderfolgender Polelemente weist jedoch der magnetische Fluß in dem Bereich des Mittelstegs der jeweiligen Polelemente, der den von der Antriebswicklung umschlossenen Raum durchsetzt, die gleiche Richtung auf. Somit addieren sich die Einzelflüsse der einzelnen Polelemente in diesem Bereich zu einem maximalen Gesamtfluß. Da die in der Wicklung induzierte elektrische Spannung proportional ist zur zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses durch diese Wicklung ist somit auch die in der Wicklung induzierte Spannung aufgrund dieser Gleichrichteranordnung der Polelemente maximal.However, in the arrangement of consecutive pole elements, the magnetic flux in the area of the central web of the respective pole elements, which passes through the space enclosed by the drive winding, has the same direction. Thus, the individual fluxes of the individual pole elements in this area add up to a maximum total flux. Since the electrical voltage induced in the winding is proportional to the temporal change in the magnetic flux through this winding, the voltage induced in the winding is also maximum due to this rectifying arrangement of the pole elements.

Wie auch in Fig. 2 zu erkennen ist, ist zwischen aufeinanderfolgenden Polelementen 30 jeweils ein Abstandselement 48 vorgesehen. Die Abstandselemente 48 bestehen aus nicht magnetischem Material, wodurch ein magnetisches Übersprechen bzw. ein magnetischer Kurzschluß zwischen den einzelnen Polelementen vermieden werden kann. Um eine feste Lage der Polelemente 30 sicherzustellen, weisen die Abstandselemente 48 im wesentlichen dieselbe Form auf, wie die Polelemente 30.As can also be seen in Fig. 2, a spacer element 48 is provided between successive pole elements 30. The spacer elements 48 are made of non-magnetic material, which can prevent magnetic crosstalk or a magnetic short circuit between the individual pole elements. In order to ensure that the pole elements 30 are in a fixed position, the spacer elements 48 have essentially the same shape as the pole elements 30.

In Fig. 3 zeigt ein Schnitt durch den in Fig. 2 dargestellten Statorteil 24 des Linear-Motors eine bevorzugte Ausführungsform der Polelemente 30. In der dargestellten Ausführungsform ist jedes der Z-förmigen Polelemente 30 aus zwei U-förmigen Einzelelementen 52,54 zusammengesetzt. Die U-förmigen Elemente 52,54 sind jeweils mit einem Endsteg 56,58 in den von dem Spulengrundelement 26, bzw. die Antriebswicklung 28 umschlossenen Raum eingeschoben. Dabei sind die Endstege 56,58 jeweils von entgegensetzten Seiten in den von dem Spulengrundelement 26 umschlossenen Raum eingeschoben und liegen an ihren jeweiligen Endflächen 60,62 so aneinander an, daß sie magnetischen Kontakt aufweisen. Die äußeren Endstege 32,34 der U-förmigen Einzelelemente 54,52 sind, wie vorher beschrieben, jeweils von innen nach außen in Richtung ihrer freien Enden 38,40,In Fig. 3, a section through the stator part 24 of the linear motor shown in Fig. 2 shows a preferred embodiment of the pole elements 30. In the embodiment shown, each of the Z-shaped pole elements 30 is made up of two U-shaped individual elements 52, 54. The U-shaped elements 52, 54 are each inserted with an end web 56, 58 into the space enclosed by the coil base element 26 or the drive winding 28. The end webs 56, 58 are each inserted from opposite sides into the space enclosed by the coil base element 26 and lie against one another at their respective end surfaces 60, 62 so that they have magnetic contact. The outer end webs 32, 34 of the U-shaped individual elements 54, 52 are, as previously described, each from the inside outwards in the direction of their free ends 38, 40,

z.B. durch Abschneiden eines entsprechenden Abschnitts, spitz zulaufend ausgebildet. Somit wird der für die Wicklung der Antriebswicklung 28 zur Verfugung stehende Raum deutlich vergrößert, was bei reduziertem Streufluß eine erhöhte Windungsanzahl der Antriebswicklung ermöglicht. e.g. by cutting off a corresponding section, tapered. This significantly increases the space available for winding the drive winding 28, which enables an increased number of turns of the drive winding with reduced stray flux.

Die U-förmigen Einzelelemente 52,54 können wiederum aus einzelnen aneinander anliegenden Blechen gebildet sein, welche durch in jeweilige, in den Blechen ausgebildete Löcher 50 eingeschobene Bolzen zusammengehalten sind, so daß das Entstehen von durch das Magnetfeld in den Polelementen induzierten Kreisströmen im wesentlichen weitgehend verhindert wird.The U-shaped individual elements 52, 54 can in turn be formed from individual metal sheets that are in contact with one another and are held together by bolts inserted into holes 50 formed in the metal sheets, so that the formation of circular currents induced by the magnetic field in the pole elements is essentially largely prevented.

Bei dieser Anordnung der Polelemente ist der Zusammenbau der Polelemente und der Antriebswicklung besonders einfach auszuführen, da die Polelemente jeweils nur in die bereits fertig gewickelte Antriebswicklung eingeschoben werden. Es sind keine Vorrichtungen nötig, die z.B. die Wicklung um bereits miteinander verbundene, Z-förmige Polelemente anfertigt. Eine Verringerung der Kosten des Linear-Motors wird aufgrund dieser Anordnung ebenfalls erreicht, da für die Polelemente herkömmliche, im Handel erhältliche U-Bleche verwendet werden können, bei welchen dann jeweils ein Endsteg durch Stanzen, Schneiden oder dergl. in die in Fig. 3 dargestellte Form gebracht wird.With this arrangement of the pole elements, the assembly of the pole elements and the drive winding is particularly easy, since the pole elements are simply inserted into the already wound drive winding. No devices are required that, for example, make the winding around Z-shaped pole elements that are already connected to one another. A reduction in the costs of the linear motor is also achieved due to this arrangement, since conventional, commercially available U-shaped sheets can be used for the pole elements, with an end web then being brought into the shape shown in Fig. 3 by punching, cutting or the like.

In Fig. 4 ist ein Abschnitt eines Linear-Motors IO dargestellt, bei welchem der Statorteil 24 aus drei einzelnen Statorelementen 24a,24b,24c zusammengesetzt ist. Die einzelnen Statorelemente 24a und 24b bzw. 24b und 24c sind jeweils durch Verbindungselemente 66 bzw. durch Verbindungselemente 68 fest miteinander verbunden. Die Verbindungselemente 66,68 können an den jeweiligen Spulengrundelementen 26a,26b,26c mittels Schrauben, Bolzen, Schweißen oder geeigneten Mitteln befestigt sein.Fig. 4 shows a section of a linear motor IO, in which the stator part 24 is composed of three individual stator elements 24a, 24b, 24c. The individual stator elements 24a and 24b or 24b and 24c are each firmly connected to one another by connecting elements 66 or by connecting elements 68. The connecting elements 66, 68 can be attached to the respective coil base elements 26a, 26b, 26c by means of screws, bolts, welding or suitable means.

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Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, sind die einzelnen Statorelemente 24a,24b,24c zueinander so angeordnet, daß die Abstände A1,A2,A3 zweier nebeneinanderliegender Polelemente verschiedener Statorelemente jeweils kein ganzzahliges Vielfaches der Teilung der Permanentmagnete 18 des Läufers 12 sind. Befindet sich ein einzelnes Statorelement in einer derartigen Lage bezüglich des Läuferteils, daß die Polelemente jeweils gegenüber den Permanentmagneten des Läufers liegen, so ist die resultierende vortreibende Kraft minimal bzw. Null. Wenn sich beim Anlaufen des Linearmotors ein Stator aus nur einer Antriebsspule in einer derartigen Lage relativ zum Läufer befindet, so müßte der Läufer durch äußeres Einwirken in Bewegung versetzt werden, um aus dieser Lage gebracht zu werden. Bei einer Anordnung mit mehreren Statorelementen, die in der in Fig. 4 dargestellten Weise zueinander angeordnet sind, befindet sich jedoch immer wenigstens ein Statorelement in einer Lage bezüglich des Läufers, in welcher zwischen den Permanentmagneten des Läufers und den Polelementen des Statorelements eine vortreibende Kraft erzeugt wird, so daß in jeder Lage bzw. Bewegungsphase des Linear-Motors eine vortreibende Kraft auf den Läufer wirkt. Zusätzlich wird, da sich die einzelnen Schubkräfte der einzelnen Statorelemente addieren, die gesamte Schubkraft eines derartig aufgebauten Linear-Motors erhöht.As can be seen in Fig. 4, the individual stator elements 24a, 24b, 24c are arranged in relation to one another in such a way that the distances A1, A2, A3 between two adjacent pole elements of different stator elements are not an integer multiple of the pitch of the permanent magnets 18 of the rotor 12. If an individual stator element is in such a position relative to the rotor part that the pole elements are opposite the permanent magnets of the rotor, the resulting driving force is minimal or zero. If a stator made up of only one drive coil is in such a position relative to the rotor when the linear motor starts up, the rotor would have to be set in motion by an external influence in order to be moved out of this position. In an arrangement with several stator elements arranged in the manner shown in Fig. 4, however, at least one stator element is always in a position relative to the rotor in which a driving force is generated between the permanent magnets of the rotor and the pole elements of the stator element, so that a driving force acts on the rotor in every position or movement phase of the linear motor. In addition, since the individual thrust forces of the individual stator elements add up, the total thrust force of a linear motor constructed in this way is increased.

In dem Linear-Motor der vorliegenden Erfindung wird für ein Statorelement jeweils nur eine Antriebswicklung verwendet, die eine Vielzahl von Polelementen umfaßt (8 Elemente im Beispiel von Fig. 4). Dadurch können die in den parallel zum magnetischen Feld verlaufenden Wicklungsabschnitten auftretenden Verluste aufgrund des elektrischen Widerstands dieser Abschnitte klein gehalten werden. Dieser Verlustanteil reduziert sich mit zunehmender Längenausdehnung der Antriebswicklung. Durch die alternierende Anordnung Z-förmiger Polelemente und der somit erreichten magnetischen Gleichrichteranordnung kannIn the linear motor of the present invention, only one drive winding is used for each stator element, which comprises a large number of pole elements (8 elements in the example of Fig. 4). As a result, the losses occurring in the winding sections running parallel to the magnetic field can be kept small due to the electrical resistance of these sections. This loss proportion is reduced as the length of the drive winding increases. Due to the alternating arrangement of Z-shaped pole elements and the magnetic rectifier arrangement thus achieved,

im wesentlichen der gesamte durch die Antriebswicklung erzeugte magnetische Fluß zur Wechselwirkung mit den Permanentmagneten des Läufers verwendet werden.essentially all of the magnetic flux generated by the drive winding is used to interact with the permanent magnets of the rotor.

Im Fall der Verwendung als Linear-Generator addiert sich der durch die Permanentmagnete in den Polelementen induzierte magnetische Fluß im Bereich des durch die Mittelstege der Polelemente durchsetzten Raums der Antriebswicklung, wodurch bei einer Bewegung des Läufers zeitliche Änderungen des magnetischen Flusses durch die Antriebswicklung und somit die in der Antriebswicklung induzierte Spannung maximal sind.When used as a linear generator, the magnetic flux induced by the permanent magnets in the pole elements is added in the area of the drive winding through which the center webs of the pole elements pass, whereby when the rotor moves, temporal changes in the magnetic flux through the drive winding and thus the voltage induced in the drive winding are maximized.

Aufgrund der gegenüberliegenden Anordnung der Permanentmagnetreihen des Läuferteils kompensieren sich die durch diese Reihen auf das Statorelement ausgeübten magnetischen Querkräfte, so daß im wesentlichen nur eine Kraftkomponente in Längsrichtung des Linearmotors erzeugt wird. Somit sieht die Erfindung bei einfachem und kostengünstigem Aufbau einen Linear-Motor oder -Generator mit hohem Wirkungsgrad aufgrund geringer elektrischer bzw. mechanischer Energieverluste vor.Due to the opposing arrangement of the permanent magnet rows of the rotor part, the magnetic transverse forces exerted by these rows on the stator element compensate each other, so that essentially only one force component is generated in the longitudinal direction of the linear motor. The invention thus provides a linear motor or generator with a simple and cost-effective design with high efficiency due to low electrical or mechanical energy losses.

Claims

Expectations

1. Linear motor or generator with a stator part and a rotor part, wherein one of the two parts has at least one drive winding (28) with a winding axis (29) perpendicular to the longitudinal direction of the linear motor and in the longitudinal direction of the linear motor arranged one after the other, and wherein the other of the two parts has two pole elements (30) parallel to the longitudinal direction,

2Q comprises adjacent rows (14,16) of magnets (18), in particular permanent magnets, whereby successive magnets (18) of a row (14,16) and opposite magnets (18) of the two rows (14,16) each have opposite polarities and

,c wherein the pitch of the magnets (18) corresponds substantially to the pitch of the pole elements (30), characterized in that

that the pole elements (30) are essentially Z-shaped with a central web (36) and two

2Q mutually substantially parallel end webs (32,34) which extend from the two ends of the central web (36) in opposite directions,

that the end webs (32,34) of immediately following pole elements (30) each point in opposite directions,

that the central web (36) of the Z-shaped pole elements (30) passes through the space enclosed by the drive winding (28), and that the two rows of magnets (14,16) of the rotor

oQ are each arranged opposite one of the two end webs (32,34) of the pole elements (30).

2. Linear motor or generator according to claim 1, characterized in that the clearance distance

O ₅ between the end webs (32,34) of the Z-shaped pole elements (30) and the rows of magnets (14,16) is not greater than 1/3 of the pitch of the magnets (18).

• · * &idgr;

3. Linear motor (or generator) according to claim 1 or 2, characterized in that the end webs (32, 34) of the Z-shaped pole elements (30) are each tapered in the direction of their free ends (38, 40).

4. Linear motor (or generator) according to claim 1, 2

or 3, characterized in that the Z-shaped pole elements (30) are each formed from a plurality of Z-shaped, adjacent sheets (46).

5. Linear motor (or generator) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the Z-shaped pole elements (30) each consist of at least two elements

]_5 are composed.

6. Linear motor (or generator) according to claim 5, characterized in that the Z-shaped pole elements are each composed of two U-shaped elements (52, 54) which each abut one another along one of their end webs (56, 58).

7. Linear motor (or generator) according to claim 6, characterized in that each of the U-shaped elements (52, 54) is formed from a plurality of U-shaped, adjacent sheets.

8. Linear motor (or generator) according to one of the preceding claims, characterized in that

gO a spacer element (48) made of non-magnetic material is provided between the individual pole elements (30).

9. Linear motor (or generator) according to claim 8,

g ₅ characterized in that the shape of the spacer elements (48) essentially corresponds to the shape of the pole elements (30).

16

10. Linear motor (or generator) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one further drive winding (28b, 28c) with pole elements (30) is provided in the longitudinal direction of the linear motor adjacent to the first drive winding (28a), the pitch of its pole elements (30) corresponding to the pitch of the pole elements of the first drive winding (28a).

11. Linear motor (or generator) according to claim 10, characterized in that the distance (A1, A2, A3) between adjacent pole elements (30) of different drive windings is not an integer multiple of the pitch (M) of the magnets (18) of the rotor.

2g

12. Linear motor (or generator) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator (24; 24a, 24b, 24c) comprises the drive winding (28, 28a, 28b, 28c)) and the pole elements (30), and that the rotor (12) comprises the two rows of magnets (14, 16).