WO1998056098A1 - Linearmotor - Google Patents

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WO1998056098A1
WO1998056098A1 PCT/EP1998/003292 EP9803292W WO9856098A1 WO 1998056098 A1 WO1998056098 A1 WO 1998056098A1 EP 9803292 W EP9803292 W EP 9803292W WO 9856098 A1 WO9856098 A1 WO 9856098A1
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WO
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linear motor
rotor
motor according
stator
winding
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PCT/EP1998/003292
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Inventor
Andreas GRÜNDL
Bernhard Hoffmann
Original Assignee
Gründl und Hoffmann GmbH Gesellschaft für elektrotechnische Entwicklungen
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F01L9/21—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids
    • F01L2009/2105—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids comprising two or more coils
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/18—Machines moving with multiple degrees of freedom

Definitions

  • the present invention relates to a linear motor with the features of the preamble of claim 1 (see also DE-OS 21 09 241).
  • an electric linear motor which has a rotor and a stator, the stator being constructed from sheet metal, the surface of which is oriented to the direction of movement of the rotor and the stator has teeth facing the rotor, each having one have closed surface facing the runner.
  • a linear motor is known, the stand of which is formed from annular disks which alternate with coils in a stratification.
  • the rotor is made up of ring disks, which alternate with guide rings in a stratification.
  • the ring washers are formed from packages of ring-shaped sheets (see column 3, lines 27, 28).
  • the conductor rings and the ring washers of the rotor are mounted on a solid tube made of soft iron.
  • the rotor is designed as a hybrid rotor with an iron body, which has axially spaced recesses on its surface facing the stator. gene in which copper or aluminum tires are accommodated.
  • a linear motor is known from DE-AS 11 53 122, which has a cylindrical iron stator made of soft iron rings. Grooves for receiving DC-excited coils are formed in the soft iron rings.
  • a rotor has a rod anchor with equidistant ring-shaped pole pieces, which alternately form north and south poles. The yokes between the pole pieces are formed from permanent magnets.
  • the pole pitches of the stator and the armature are slightly different from each other.
  • the object of the invention is to provide a linear motor which allows a high power density, reliability, high accelerations, low moving masses and a simple and compact structure.
  • the invention teaches an electric linear motor having the features of claim 1.
  • This arrangement enables a very small pole pitch of the linear motor, so that a very high force density can be achieved.
  • the force generated by the linear motor can be precisely adjusted along the stroke of the rotor.
  • the stator has at least one winding which is oriented parallel to the surface of the metal sheets. This makes it possible to keep the vibrating forces acting on the winding low, so that vibrations of the winding or friction of the winding on the metal sheets are low. This makes it possible to make do with minimal insulation material or lining material of the winding chamber. This also contributes to the compactness and reliability of the overall arrangement. In addition, this causes a high performance density even with small linear motors, since the filling factor of the winding chamber (winding volume in the winding chamber in relation to the total volume of the winding chamber) is high.
  • the sheets preferably have at least one recess which contains iron material for connecting the sheets.
  • This iron material can be formed by (packed or compacted) iron wires, which penetrate the sheets across their surface.
  • the iron material can also be formed by iron particles which are pressed into the recesses in the metal sheets by means of synthetic resin or the like.
  • the invention enables the construction of a linear motor in which the at least one winding contributes over its entire extent to the effective generation of force in the linear motor.
  • the reason for this is that the winding is completely received between the sheets of the stator in the winding chambers and the winding does not protrude beyond the teeth of the stator in the axial direction or in the radial direction.
  • the linear motor according to the invention thus has considerably less copper with a comparable groove cross section compared to a conventional motor.
  • the rotor can be designed as an asynchronous rotor or as a synchronous rotor, or in particular as a reluctance rotor.
  • an iron magnetic yoke encompassing the rotor must also be provided.
  • the design of the rotor as a reluctance rotor allows the linear motor to exert constant force over the entire stroke.
  • the rotor is coupled to a sensor for path detection, preferably a moving coil arrangement.
  • a sensor for path detection preferably a moving coil arrangement.
  • the rotor can be coupled to a resonance spring arrangement.
  • coolant channels are incorporated in the stator and can be connected to a coolant circuit.
  • the stator can thus be cooled, so that the linear motor can be operated at least temporarily with increased power. Especially if at least some of the
  • Coolant channels are arranged so that they open on the outer surface of the stator into the air gap between the stator and the rotor, the rotor is cooled in addition to the stator.
  • the air gap can also be dimensioned very narrowly, so that the rotor runs separately on the stand by a thin oil film. This also serves for simultaneous lubrication and stiffens the assembly. This increases the smoothness.
  • the at least one winding and the winding are produced as an independently manageable assembly.
  • This can be done, for example, by means of multilayer technology, as is known from the technology for producing electrical printed circuit boards with printed circuits.
  • the sheets and the winding thus form a compact, mechanically extremely stable unit which, as a synthetic resin-reinforced laminate, contains both one or more sheets and the winding, which can be produced as one or more printed conductor structure.
  • a large number of such assemblies are then stacked on top of one another to provide the stand and are more suitable Way connected to the iron core, the windings being electrically connected in the required manner.
  • the at least one winding is accommodated between two layers of sheet-like insulating material (for example Kapton or the like).
  • sheet-like insulating material for example Kapton or the like.
  • insulated (for example oxide-coated) sheets can be used, between which the windings are arranged.
  • the stator is designed as a cylinder, which is surrounded by a correspondingly hollow-cylindrical rotor. This is an external rotor arrangement.
  • the stand is designed as a hollow cylindrical ring which encloses a correspondingly cylindrical rotor. This is an inner rotor arrangement.
  • the at least one winding is of spiral design, the inner end of which is connected to a common potential point (in the case of a multi-phase system, the star point), and the outer end of which is connected in parallel to the outer end of a further winding of the same phase.
  • the contacting of parallel windings via their outer ends can take place in one or more channels evenly distributed around the circumference of the stator.
  • the rotor moves coaxially to the central longitudinal axis of the stator.
  • the stator With the design of the stator described below, it is possible, with appropriate control of individual (groups of) windings, to impart a rotary movement to the rotor in addition to or instead of the linear movement.
  • individual of the (tooth-forming) sheets are subdivided along their circumference into preferably uniform tooth sections. These individual tooth sections are bent in an alternating direction in the axial direction of the stator. The result of this is that the individual tooth sections of adjacent metal sheets interlock with one another. For example, a single-phase motor in the circumferential direction can be realized in this way.
  • the windings between the sheets can be cranked in sections in the axial direction of the stator, so that the sheets are flat and each have open radial slots on the edge through which the windings are passed. This ensures that the magnetic flux always runs in the plane of the sheets and that no axial flux components occur.
  • the invention makes use of the knowledge that the resultant from the magnetic fluxes around all tooth sections determines the direction of movement of the rotor.
  • Fig. 1 shows a valve arrangement for a valve-controlled internal combustion engine schematically in Longitudinal section.
  • Fig. 2 shows a section of a schematic
  • FIG. 1 Top view of a stator of a linear motor according to the invention in a second embodiment, the rotor of which can be moved both in the circumferential direction and in the axial direction.
  • the linear motor 10 has an actuating member 14, which is coupled to the rotor 16, and a stator 18.
  • the stand 18 is constructed from circular iron sheets 20, the surface of which is perpendicular to the direction of movement B of the
  • the stand 18 has teeth 22 facing the rotor 16, each of which has a closed lateral surface facing the rotor 16.
  • the individual teeth In the present example with circular sheets 20, the individual teeth have a circular cylindrical outer surface.
  • oval sheets or sheets with a polygonal shape for the construction of the stand 18.
  • the stator 18 has stator field coils 24 which are oriented parallel to the surface of the sheets 20. That is, the coil center axis is oriented substantially perpendicular to the surface of the sheets 20 and substantially coaxially with the longitudinal center axis of the stator 18. For this purpose, some of the sheets 20 have a smaller diameter than those sheets which form the teeth 22. Thus, winding chambers 26 are formed between two adjacent teeth 22, in each of which there is a winding 24 which is concentric with the central longitudinal axis of the stator 18.
  • the type of connection of the individual windings 24 or their application of electrical current depends on the desired type of motor (single or multi-phase motor).
  • each of the sheets 20 has a recess 30 in which polymorphic iron material or packed iron wires for the magnetic connection of the sheets is contained.
  • Arranged winding chamber it also contributes over its entire length to the effective force generation in the linear motor.
  • the rotor 16 is a hollow cylindrical iron ring which, on its inner surface facing the stator 18, has recesses which are axially spaced apart and in which copper or aluminum rings 34 are received.
  • the rotor 16 thus works as a hybrid rotor.
  • the rotor 16 is coupled to a sensor 36 for detecting the path of the rotor 16 along the direction of movement B.
  • the rotor 16 is supported against the housing 40 with a resonance spring arrangement "42. Reactive power can thus be compensated for.
  • the continuous outer surface of the teeth of the stator is divided into individual tooth sections.
  • the tooth-forming sheets are slotted in the radial direction and bent in the axial direction.
  • the designations NNN, NNS, NSS, SSS, SSN, SNN, NNN indicate the respective magnetic pole orientation and the magnetic pole strength of the tooth sections for a three-phase system. It is understood that the pole distribution is correspondingly different for a phase system with more or less than three phases.
  • the oblique connecting lines between individual tooth sections of different planes represent back webs of the tooth sections which conduct the magnetic flux tangentially from one tooth section to the next.
  • the magnetic flux is guided in the axial direction from one tooth (plate) to the next through the iron material in the center.
  • the horizontal arrows between the individual levels of the tooth sections represent the current paths of the windings of the three-phase system.
  • the number of phases in the circumferential direction of the stator can be increased by an offset of groups of teeth or tooth sections along the circumference, with one group in each case extending from NNN, NNS, NSS, SSS, SSN, to SNN in the axial direction.
  • the individual groups can also be nested one inside the other so that the distribution of tooth sections of the same magnetic pole orientation shown in FIG. 2 and the magnetic pole strength of the tooth sections is no longer applicable. Rather, the individual tooth sections in one plane are also different.

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Abstract

Ein elektrischer Linearmotor (10), der einen Läufer (16) und einen Ständer (18) aufweist, wobei der Ständer (18) aus Blechen (20) aufgebaut ist, deren Fläche senkrecht zur Bewegungsrichtung (B) des Läufers (16) orientiert ist, und der Ständer (18) dem Läufer (18) zugewandte Zähne (22) aufweist, die jeweils eine geschlossene, dem Läufer (18) zugewandte Mantelfläche haben.

Description

Linearmotor
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 (siehe auch DE-OS 21 09 241) .
Nachstehend sind Dokumente aufgeführt, die technischen Hintergrund für die Erfindung zeigen. Allerdings erhebt diese Liste keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Außerdem zeigen einige dieser Dokumente ganz spezielle Anwendungsfälle: DE 33 07 070 AI, DE 35 00 530 AI, EP 244 878 Bl, WO 90/07635, US 4,829,947, EP 377 244 Bl, EP 347 211 Bl, EP 390 519 Bl, EP 328 194 Bl, EP 377 251 Bl, EP 312 216 Bl, US 4,967,702, US 3,853,102, US 4,829,947, US 4,915,015, WO 90/07637, EP 244 878 Bl, EP 328 195 A2.
Aus der DE-OS 21 09 241 ist ein elektrischer Linearmotor bekannt, der einen Läufer und einen Ständer aufweist, wobei der Ständer aus Blechen aufgebaut ist, deren Fläche zur Bewegungsrichtung des Läufers orientiert ist und der Ständer dem Läufer zugewandte Zähne aufweist, die jeweils eine geschlos- sene, dem Läufer zugewandte Mantelfläche haben.
Aus der DE 42 17 357 AI ist ein Linearmotor bekannt, dessen Ständer aus Ringscheiben gebildet ist, die in einer Schichtung mit Spulen abwechseln. Der Läufer ist aus Ringscheiben aufgebaut, die in einer Schichtung mit Leitringen abwechseln. Die Ringscheiben sind aus Paketen ringförmiger Bleche gebildet (siehe Sp.3, Z.27,28). Die Leiterringe und die Ringscheiben des Läufers sind auf einem massiven Rohr aus Weicheisen montiert. Gemäß der Erfindung ist der Läufer als Hybridläufer mit einem Eisenkörper ausgestaltet, der an seiner dem Ständer zugewandten Fläche voneinander axial beabstandete Ausnehmun- gen aufweist, in denen Kupfer oder Aluminiumreifen aufgenommen sind.
Aus der DE-AS 11 53 122 ist ein Linearmotor bekannt, welcher einen zylindrischen Eisenstator aus Weicheisenringen auf- weist. In den Weicheisenringen sind Nuten zur Aufnahme von gleichstromerregten Spulen ausgeformt. Ein Läufer weist einen Stabanker mit equidistanten ringförmigen Polstücken auf, welche abwechselnd Nord- und Südpole bilden. Die Joche zwischen den Polstücken sind aus Permanentmagneten gebildet. Außerdem sind die Polteilungen des Stators und des Ankers geringfügig voneinander verschieden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Linearmotor bereitzustellen, der eine hohe Leistungsdichte, Zuverlässigkeit, hohe Beschleuni- gungen, geringe bewegte Massen, sowie einen einfachen und kompakten Aufbau erlaubt.
Zur Lösung dieser Probleme lehrt die Erfindung einen elektrischen Linearmotor, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Diese Anordnung ermöglicht eine sehr kleine Polteilung des Linearmotors, so daß eine sehr hohe Kraftdichte realisierbar ist. Außerdem kann die durch den Linearmotor erzeugte Kraft entlang des Hubweges des Läufers genau eingestellt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung weist der Ständer wenigstens eine Wicklung auf, die parallel zu der Fläche der Bleche orientiert ist. Damit ist es möglich, die auf die Wicklung wirken- den Rüttelkräfte gering zu halten, so daß Vibrationen der Wicklung oder Reibung der Wicklung an den Blechen gering sind. Damit ist es möglich, mit minimalem Isolationsmaterial bzw. Auskleidungsmaterial der Wicklungskammer auszukommen. Auch dies trägt zur Kompaktheit und Zuverlässigkeit der Ge- samtanordnung bei. Außerdem bewirkt dies eine hohe Leistungs- dichte auch bei kleinen Linearmotoren, da der Füllfaktor der Wicklungskammer (Wicklungsvolumen in der Wicklungskammer bezogen auf das Gesamtvolumen der Wicklungskammer) hoch ist.
Bevorzugt weisen die Bleche wenigstens eine Ausnehmung auf, die Eisenmaterial zur Verbindung der Bleche enthält. Dieses Eisenmaterial kann durch (gepackte oder kompaktierte) Eisendrähte gebildet sein, die die Bleche quer zu deren Fläche durchdringen. Alternativ dazu kann das Eisenmaterial auch durch Eisenpartikel gebildet sein, die mittels Kunstharz oder dergl. in den Ausnehmungen der Bleche verpreßt sind.
Die Erfindung ermöglicht den Aufbau eines Linearmotors , bei dem die wenigstens eine Wicklung über ihre gesamte Erstrek- kung zur effektiven Kraftbildung in dem Linearmotor beiträgt. Dies bedeutet, daß die Wicklung keine Wickelköpfe aufweist, wie dies bei herkömmlichen Motoren der Fall ist. Der Grund dafür ist, daß die Wicklung vollständig zwischen den Blechen des Ständers in den Wickelkammern aufgenommen ist und die Wicklung weder in axialer Richtung, noch in radialer Richtung über die Zähne des Ständers hinausragt.
Damit hat der Linearmotor gemäß der Erfindung gegenüber einem herkömmlichen Motor erheblich weniger Kupfer bei vergleichba- rem Nutenquerschnitt.
Erfindungsgemäß kann der Läufer als Asynchronläufer oder als Synchronläufer, oder im speziellen als Reluktanzlaufer ausgebildet sein. Im Fall eines Asynchronläufers ist noch ein den Läufer umgreifender magnetischer Rückschluß aus Eisen vorzusehen. Die Ausbildung des Läufers als Reluktanzlaufer erlaubt eine konstante Kraftausübung des Linearmotors über den gesamten Hub.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearmotors ist der Läufer mit einem Sensor zur Wegerfassung, vorzugsweise einer Tauchspulenanordnung gekoppelt. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil mit dem erfindungsgemäßen Aktuator auch ein Teilhub des Betätigungsgliedes möglich ist. Dieser Teilhub kann über den Sensor er- faßt werden.
Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Linearmotor der Läufer mit einer Resonanzfederanordnung gekoppelt sein.
In einer weiterentwickelten Ausführungsfor des erfindungsgemäßen Linearmotors sind in den Ständer Kühlmittelkanäle eingearbeitet, die mit einem Kühlmittelkreislauf verbindbar sind. Damit kann der Ständer gekühlt werden, so daß der Linearmotor mit zumindest zeitweise mit erhöhter Leistung betrie- ben werden kann. Insbesondere wenn wenigstens einige der
Kühlmittelkanäle so angeordnet sind, daß sie an der Mantelfläche des Ständers in den Luftspalt zwischen dem Ständer und dem Läufer münden, wird außer dem Ständer auch der Läufer gekühlt. Außerdem kann bei Verwendung von Öl als Kühlmittel auch der Luftspalt sehr schmal dimensioniert werden, so daß der Läufer durch einen dünnen Ölfilm getrennt auf dem Ständer läuft. Dies dient außerdem der gleichzeitigen Schmierung und bewirkt eine Versteifung der Anordnung. Dies erhöht die Laufruhe.
In einer Ausführungsform sind die wenigstens eine Wicklung und die Wicklung zumindest teilweise begrenzende Bleche als eigenständig handhabbare Baugruppe hergestellt. Dies kann zum Beispiel mittels Multilayer-Technik erfolgen, wie sie aus der Technik zur Herstellung elektrischer Leiterplatten mit gedruckten Schaltungen bekannt ist. Damit bilden die Bleche und die Wicklung eine kompakte mechanisch äußerst stabile Einheit, die als Kunstharz-verstärktes Laminat sowohl ein oder mehrere Bleche enthält, als auch die Wicklung, die als eine oder mehrere gedruckte Leiterbahnstruktur hergestellt sein kann. Eine Vielzahl solcher Baugruppen ist dann zur Bereitstellung des Ständers aufeinandergestapelt und in geeigneter Weise mit dem Eisenkern verbunden, wobei die Wicklungen elektrisch in der erforderlichen Weise verschaltet werden.
In einer anderen Ausführungsform ist die wenigstens eine Wicklung zwischen zwei Lagen aus blattförmigem Isoliermaterial (zum Beispiel Kapton oder dergl.) aufgenommen. Alternativ dazu können auch isolierte (zum Beispiel oxidbeschichtete) Bleche verwendet werden, zwischen denen die Wicklungen jeweils angeordnet sind.
In einer Kategorie von Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Linearmotors ist der Ständer als Zylinder ausgestaltet ist, den ein entsprechend hohlzylindrisch gestalteter Läufer umschließt. Dies ist eine Außenläuferanordnung. Es ist jedoch ebenfalls möglich, das erfindungsgemäße Konzept in der Weise zu realisieren, daß der Ständer als hohlzylindrischer Ring ausgestaltet, der einen entsprechend zylindrisch gestalteten Läufer umschließt. Dies ist eine Innenläuferanordnung.
Für die Ausgestaltung und Anordnung der Wicklungen gibt es ebenfalls mehrere Möglichkeiten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die wenigstens eine Wicklung spiralförmig gestaltet, wobei deren inneres Ende mit einem gemeinsamen Potentialpunkt (bei einem Mehrphasensystem dem Sternpunkt) ver- bunden ist, und deren äußeres Ende mit dem äußeren Ende einer weiteren Wicklung gleicher Phase parallel geschaltet ist. Die Kontaktierung paralleler Wicklungen über deren äußere Enden kann in einem oder mehreren gleichmäßig am Umfang des Ständers verteilten Kanälen erfolgen.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Linearmotors bewegt sich der Läufer koaxial zur Mittellängsachse des Ständers. Durch die nachstehend beschriebene Ausgestaltung des Ständers ist es bei entsprechen- der Ansteuerung einzelner (Gruppen von) Wicklungen möglich, zusätzlich oder anstelle der linearen Bewegung dem Läufer auch eine rotatorische Bewegung aufzuprägen. Dazu sind einzelne der (zahn-bildenden) Bleche entlang ihres U fangs in vorzugsweise gleichförmige Zahnabschnitte unterteilt. Diese einzelnen Zahnabschnitte sind in axialer Richtung des Ständers in abwechselnder Richtung abgekröpft. Dies hat zur Folge, daß die einzelnen Zahnabschnitte benachbarter Bleche versetzt ineinandergreifen. Damit kann zum Beispiel ein in Umfangsrichtung einphasiger Motor realisiert werden.
Alternativ dazu können auch die Wicklungen zwischen den Blechen in axialer Richtung des Ständers abschnittsweise gekröpft sein, so daß die Bleche eben sind und jeweils randsei- tig offene radiale Schlitze aufweisen, durch die die Wicklun- gen hindurchgeführt sind. Damit wird erreicht, daß der magnetische Fluß stets in der Ebene der Bleche verläuft und keine axialen Fluß-Anteile auftreten.
Bei dieser Ausgestaltungsvariante ist kein Eisenkern erfor- derlich, da hier der magnetische Rückfluß im Blech erfolgen kann.
Dabei macht sich die Erfindung die Erkenntnis zunutze, daß die Resultierende aus den magnetischen Flüssen um alle Zahn- abschnitte die Bewegungsrichtung des Läufers bestimmt.
Wenn außerdem einzelne der Zahnabschnitte eines Bleches in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, kann auch in Umfangsrichtung ein mehrphasiges System realisiert werden.
Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und mögliche Abwandlungen werden für einen Fachmann anhand der nachstehenden Beschreibung deutlich, in der auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist.
Fig. 1 zeigt eine Ventilanordnung für einen ventilgesteuerten Verbrennungsmotor schematisch im Längsschnitt.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen
Draufsicht auf einen Ständer eines erfindungs- gemäßen Linearmotors in einer zweiten Ausführungsform, dessen Läufer sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung bewegbar ist.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen elektrischen Linearmotor 10. Der Linearmotor 10 hat ein Betätigungsglied 14, das mit Läufer 16 gekoppelt ist, und einen Ständer 18.
Der Ständer 18 ist aus kreisrunden Blechen 20 aus Eisen auf- gebaut, deren Fläche senkrecht zur Bewegungsrichtung B des
Läufers 16 orientiert ist. Der Ständer 18 weist dem Läufer 16 zugewandte Zähne 22 auf, die jeweils eine geschlossene, dem Läufer 16 zugewandte Mantelfläche haben. Im vorliegenden Beispiel mit kreisrunden Blechen 20 haben die einzelnen Zähne eine kreiszylindrische Mantelfläche. Es ist jedoch auch möglich, ovale Bleche oder Bleche mit polygonaler Gestalt zum Aufbau des Ständers 18 zu verwenden.
Der Ständer 18 weist als Ständerfeldspulen Wicklungen 24 auf, die parallel zu der Fläche der Bleche 20 orientiert sind. Das heißt, daß die Spulenmittelachse im wesentlichen senkrecht zu der Fläche der Bleche 20 und im wesentlichen koaxial zu der Längsmittelachse des Ständers 18 orientiert ist. Dazu haben einzelne der Bleche 20 einen geringeren Durchmesser als die- jenigen Bleche, welche die Zähne 22 bilden. Damit sind jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen 22 Wicklungskammern 26 gebildet, in denen sich jeweils eine zur Mittellängsachse des Ständers 18 konzentrische Wicklung 24 befindet. Die Art der Verschaltung der einzelnen Wicklungen 24 bzw. deren Be- aufschlagen mit elektrischem Strom ist von der gewünschten Art des Motors (Ein- oder Mehrphasenmotor) abhängig. In der Mitte hat jedes der Bleche 20 eine Ausnehmung 30 in der polymorphes Eisenmaterial oder gepackte Eisendrähte zur magnetischen Verbindung der Bleche enthalten ist.
Da jede Wicklung 24 über ihre gesamte Erstreckung in der
Wicklungskammer angeordnet ist, trägt sie auch über ihre gesamte Länge zur effektiven Kraftbildung in dem Linearmotor bei.
In der gezeigten Anordnung ist der Läufer 16 ein hohlzylin- drischer Eisenring, der an seiner dem Ständer 18 zugewandten Innenfläche voneinander axial beabstandete Ausnehmungen aufweist, in denen Kupfer- oder Aluminiumringe 34 aufgenommen sind. Damit arbeitet der Läufer 16 als Hybridläufer.
An der dem Ventilglied 12 abgewandten Stirnseite ist der Läufer 16 mit einem Sensor 36 zur Wegerfassung des Läufers 16 längs der Bewegungsrichtung B gekoppelt.
Der Läufer 16 ist gegen das Gehäuse 40 mit einer Resonanzfederanordnung "42 abgestützt. Damit kann Blindleistung kompensiert werden.
In Fig. 2 ist gezeigt, wie gemäß einer weitergehenden Ent- wicklung der Erfindung die durchgehende Mantelfläche der Zähne des Ständers in einzelne Zahnabschnitte aufgeteilt ist. Dazu sind die zahn-bildenden Bleche in radialer Richtung geschlitzt und in axialer Richtung abgekröpft. Damit entstehen die mit NNN, NNS, NSS, SSS, SSN, SNN, NNN ... bezeichneten Zahnabschnitte, wobei in dieser Ausführungsform alle Zahnabschnitte in einer Ebene zu einem gegebenen Zeitpunkt die gleiche Polarität haben. Mit den Bezeichnungen NNN, NNS, NSS, SSS, SSN, SNN, NNN wird für ein Dreiphasensystem die jeweiligen Magnetpol-Orientierung und die Magnetpol-Stärke der Zahn- abschnitte angedeutet. Es versteht sich, daß für ein Phasensystem mit mehr oder weniger als drei Phasen die Polverteilung entsprechend anders ist. Die schrägen Verbindungslinien zwischen einzelnen Zahnabschnitten unterschiedlicher Ebenen (die jedoch zum gleichen Blech gehören) stellen Rückenstege der Zahnabschnitte dar, die den magnetischen Fluß tangential von einem Zahnabschnitt zum nächsten leiten. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird im Gegensatz zu der vorliegenden Anordnung der magnetische Fluß in axialer Richtung von einem Zahn (-Blech) zum nächsten durch das Eisenmaterial im Zentrum geleitet.
Die horizontalen Pfeile zwischen den einzelnen Ebenen der Zahnabschnitte stellen die Strombahnen der Wicklungen des Dreiphasensystems dar.
Eine Erhöhung der Phasenzahl in Umfangsrichtung des Ständers kann durch einen Versatz von Gruppen von Zähnen bzw. Zahnabschnitten entlang des Umfangs erfolgen, wobei eine Gruppe jeweils von NNN, NNS, NSS, SSS, SSN, bis SNN in axialer Richtung reicht. Alternativ dazu können die einzelnen Gruppen auch ineinander geschachtelt werden, so daß die in Fig. 2 gezeigte Verteilung von Zahnabschnitten gleicher Magnetpol- Orientierung und die Magnetpol-Stärke der Zahnabschnitte nicht mehr zutreffend ist. Vielmehr sind dann die einzelnen Zahnabschnitte in einer Ebene auch unterschiedlich.
Bei den Ausführungsformen mit zusätzlicher Drehbewegung des Läufers ist die Anordnung der Wicklungen zwischen den Blechen bzw. Zahn-Abschnitten komplizierter. Falls im Einzelfall die gestapelte Aufbauweise (siehe Fig. 1) nicht mehr möglich ist, muß dann auf zwischen die Bleche gewickelte Spulen zurückgegriffen werden.
Bei den Ausgestaltungen mit den ebenen Blechen und den abgekröpften Strombahnen ist es möglich, die Multilayer-Technik einzusetzen.

Claims

Ansprüche
1. Elektrischer Linearmotor (10) , der
- einen Läufer (16) und
- einen Ständer (18) aufweist, wobei
— der Ständer (18) aus Blechen (20) aufgebaut ist, deren Fläche senkrecht zur Bewegungsrichtung (B) des Läufers (16) orientiert ist, und
— der Ständer (18) dem Läufer (18) zugewandte Zähne (22) aufweist, die jeweils eine geschlossene, dem Läufer (18) zugewandte Mantelfläche haben, dadurch gekennzeichnet, daß - der Läufer als Hybridläufer mit einem Eisenkörper (16) ausgestaltet ist, der an seiner dem Ständer (18) zugewandten Fläche voneinander axial beabstandete Ausnehmungen aufweist, in denen Kupfer- oder Aluminiumreifen (34) aufgenommen sind.
2. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 1, wobei der
Ständer (16) wenigstens eine Wicklung (24) aufweist, die parallel zu der Fläche der Bleche (20) orientiert ist.
3. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 1, wobei die Ble- ehe (20) wenigstens eine Ausnehmung (30) aufweisen, die Eisenmaterial zur Verbindung der Bleche (20) enthält.
4. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 2 , wobei die wenigstens eine Wicklung (24) über ihre gesamte Erstreckung zur effektiven Kraftbildung in dem Linearmotor (10) beiträgt.
5. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 1, wobei der Läufer (16) mit einem Sensor zur Wegerfassung, vorzugsweise einer Tauchspulenanordnung (36) gekoppelt ist.
6. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 1, wobei der Läufer (16) mit einer Resonanzfederanordnung (42) gekoppelt ist.
7. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 1, wobei in den Ständer Kühlmittelkanäle eingearbeitet sind, die mit einem Kühlmittelkreislauf verbindbar sind.
8. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 8, wobei wenigstens einige der Kühlmittelkanäle so angeordnet sind, daß sie an der Mantelfläche des Ständers in den Luftspalt zwischen dem Ständer und dem Läufer münden.
9. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine Wicklung und die Wicklung zumindest teilweise begrenzende Bleche als eigenständig handhabbare Baugruppe hergestellt sind, und wobei eine Vielzahl solcher Baugruppen zur Bereitstellung des Ständers aufeinandergestapelt ist.
10. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine Wicklung durch eine zwischen zwei Lagen aus blattförmigem Isoliermaterial aufgenommen ist.
11. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 1, wobei der Ständer als hohlzylindrischer Ring ausgestaltet ist, der einen entsprechend zylindrisch gestalteten Läufer umschließt.
12. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 1, wobei der
Ständer als Zylinder ausgestaltet ist, den ein entsprechend hohlzylindrisch gestalteter Läufer umschließt.
13. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 2, wobei die we- nigstens eine Wicklung spiralförmig ist, deren inneres Ende mit einem gemeinsamen Potentialpunkt verbunden ist, und deren äußeres Ende mit dem äußeren Ende einer weiteren Wicklung gleicher Phase parallel geschaltet ist.
14. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 1, wobei einzelne der Bleche entlang ihres Umfangs in Zahnabschnitte unterteilt sind, und die Zahnabschnitte in axialer Richtung des Ständers abgekröpft sind.
15. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 15, wobei einzelne der Zahnabschnitte eines Bleches in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind.
16. Elektrischer Linearmotor nach Anspruch 15, wobei zwischen den Blechen des Ständers wenigstens eine Wicklung angeordnet ist, die entlang des Umfangs in axialer Richtung des Ständers versetzte Abschnitte aufweist.
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