DE10041939A1 - Gleichstromlinearmotor für kurze Wege - Google Patents

Abstract

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kleinen Gleichstrommotor mit eisenbehafteter Wicklung für kurze Wege zu schaffen, der hinsichtlich der Gesamtmasse und der bewegten Eigenmasse ein Minimum aufweist und sich mit üblichen Servoreglern für Gleichstrommotoren betreiben lässt. Der Motor kann im Bedarfsfall mit einer Rückstellkraft ausgeführt werden, die den Läufer durch Magnetkraft im stromlosen Zustand in eine Endlage bringt bzw. in dieser hält. DOLLAR A Der Motor hat keine magnetische Rastung, wobei der mögliche Weg vom Verhältnis der Wicklungslänge des Primärteiles zur Länge der Magnetanordnung des Sekundärteiles abhängt. Da die Überdeckung zwischen Wicklung und Magnetanordnung über den gesamten Weg konstant gehalten wird, hat der Motor über den gesamten Weg einen konstanten Kraftfaktor. Der Motor ist so gestaltet, dass er keine eigene Lagerung aufweist, das Primärteil mit der Wicklung als Stator ausgebildet ist und dass eine sichere und einfache Transport- und Montagetechnologie ermöglicht wird.

Description

Üblicherweise werden zur Zeit für kurze Wege meist Hubmagnete eingesetzt, die hinsichtlich der von ihnen ausgeübten Kraft nur schwer kontrollierbar sind. Grund hierfür ist, dass kein gleichmäßiger Zusammenhang zwischen Motorstrom und Motorkraft über den Weg besteht.

Der herkömmliche Hubmagnet weist den Nachteil auf, dass am Weganfang oder Wegende der Kraftfaktor des Motors abnimmt. Dieses hat besonders bei Anwendungen Nachteile, bei denen an diesen Stellen größere Kräfte, z. B. zum Andrücken eines Niederhalters o. ä., benötigt wer­ den.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kleinen Gleichstrommotor mit eisenbehafteter Wicklung für kurze Wege zu schaffen, der hinsichtlich der Gesamtmasse und der bewegten Eigenmasse ein Minimum aufweist und sich mit üblichen Servoreglern für Gleichstrommotoren betreiben lässt. Der Motor soll im Bedarfsfall mit einer Rückstellkraft ausgeführt werden, die den Läufer durch Magnetkraft im stromlosen Zustand in eine Endlage bringt bzw. in dieser hält.

Der Motor soll keine magnetische Rastung über den Gesamtweg aufweisen, wobei der mögli­ che Weg vom Verhältnis der Wicklungslänge des Primärteiles zur Länge der Magnetanordnung des Sekundärteiles abhängen soll. Da die Überdeckung zwischen Wicklung und Magnetanord­ nung über den gesamten Weg konstant zu halten ist, hat der Motor über den gesamten Weg einen konstanten Kraftfaktor. Der Motor ist so zu gestalten, dass er keine eigene Lagerung auf­ weist, das Primärteil mit der Wicklung als Stator ausgebildet ist und dass eine sichere und einfache Transport- und Montagetechnologie ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Anordnung gelöst:

Der Aufbau des Motors erfolgt als Gleichstrommotor mit Permanenterregung. Der als Sekun­ därteil gestaltete Läufer wird als rohrartiger, vorzugsweise quadratischer oder rechteckiger Hohlkörper aus ferromagnetischem Material mit Permanentmagneten ausgeführt. In diesem Se­ kundärteil ist das Primärteil als Stator angeordnet. Beim Primärteil sind Wicklungen auf einem ferromagnetischem Wickelkörper isoliert aufgebracht. Das Primärteil und damit der Stator wird zur Minimierung der bewegten Massen des Motors länger als das Sekundärteil gestaltet (Langstatorbauweise).

Im Sekundärteil sind Magnete in mindestens zwei Gruppen innerhalb des rohrartigen Hohlkör­ pers so angebracht, dass die Magnete jeder Gruppe der Wicklung mit gleicher magnetischer Polarität gegenüberstehen und die Magnete der aufeinanderfolgenden Gruppen gegensinnig magnetisch gepolt sind. Der Abstand zwischen den Magnetgruppen ist mindestens so groß wie der Weg des Motors.

Bei einem z. B. mit zwei Magnetgruppen ausgeführtem Sekundärteil schließt sich der magneti­ sche Kreis somit von den Magneten der ersten Magnetgruppe über den ferromagnetischen Wickelkörper des Primärteils zu den gegensinnig gepolten Magneten der zweiten Magnetgrup­ pe im Sekundärteil und weiter über den rohrartigen Hohlkörper des Sekundärteiles wieder zur ersten Magnetgruppe.

Die Wicklung des Primärteiles besteht aus der gleichen Anzahl von Teilwicklungen wie Mag­ netgruppen im Sekundärteil angeordnet sind. Aufeinanderfolgende Teilwicklungen sind gegensinnig gewickelt und nacheinander auf dem ferromagnetischen Wickelkörper angeordnet. Die minimale Länge jeder Teilwicklung entspricht der Magnetabmessung in Bewegungsrich­ tung plus dem Weg des Motors.

Die optionale magnetische Rückstellkraft des Motors wird durch eine Verlängerung sowohl des Primär- als auch des Sekundärteiles erreicht, wobei auf der Verlängerung des Primärteiles eine geradzahlige Anzahl Magnete in auf dem Umfang wechselnder Polung angebracht werden, de­ ren magnetischer Kreis durch die Verlängerung des Sekundärteiles geschlossen wird. Die Rückstellkraft entsteht bei dieser Anordnung durch die Veränderung der magnetischen Reluk­ tanz bei relativen Bewegungen zwischen dem Primär- und Sekundärteil des Motors.

Eine problemlose Montage und Demontage des Motors in der Anwendung wird durch eine Transportsicherung erreicht, die so angebracht wird, dass sowohl die Befestigungsmöglichkei­ ten des Primärteiles als auch des Sekundärteiles bei montierter Transportsicherung zugänglich bleiben. Diese Transportsicherung verbindet das Primärteil mit dem Sekundärteil des lagerlosen Motors. Bei Demontage des Motors wird die Transportsicherung vor dem Lösen der Verbin­ dungen zwischen Motor und Anwendung wieder eingebaut.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung als Motor mit zwei Magnetgruppen wird nachfolgend anhand der Zeichnungen im Detail erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Motor mit zwei Magnetgruppen und einer magnetischen Rückstellung. Der Motor ist in der Lage dargestellt, durch die er mittels der magnetischen Rückstellung gebracht wird.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch Ebene A und damit durch die magnetische Rückstellung des in Fig. 1 dargestellten Motors.

Fig. 3 stellt den prinzipiellen Wicklungsaufbau eines solchen Motors dar.

Fig. 4 zeigt einen Motor mit einer montierten Transportsicherung.

Am in Fig. 1 dargestellten Motorquerschnitt soll der magnetische Kreis (1) des Motorteiles (2) erläutert werden. Die Magnetlinien, welche z. B. aus den Nordpolen der Magneten (3) der ersten Magnetgruppe austreten, verlaufen im ferromagnetischen Wickelkörper (4) des Primär­ teiles zu den Südpolen der Magnete (5) der zweiten Magnetgruppe. Der magnetische Kreis schließt sich über den ferromagnetischen Hohlkörper des Sekundärteiles (6) zu den Magneten der ersten Gruppe (3).

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, liegen die aufeinanderfolgenden Teilwicklungen (10) des Primärtei­ les unter gegensätzlichen magnetischen Polen. Um diese Teilwicklungen (10) elektrisch in Reihe schalten zu können, ist eine Umkehrung des Wickelsinnes (8) zwischen den aufeinan­ derfolgenden Teilwicklungen erforderlich.

Wie aus Fig. 1 erkennbar bleibt die Bedeckung der Wicklungen (10) durch die Permanentmag­ nete (3) u. (5) bei relativen Bewegungen innerhalb des Weges (11) und damit auch der Kraftfaktor des Motors konstant.

Im Teil des Motors (12), der die magnetische Rückstellung in eine Endlage übernimmt, ändert sich dagegen die Bedeckung zwischen den auf dem Primärteil angeordneten Magneten (13) und der diesen gegenüberstehenden Fläche des Sekundärteiles (7) innerhalb des Weges (11) und damit die Reluktanz in diesem Magnetkreis. Diese Reluktanzänderung wird zur Erzeugung der magnetischen Rückstellkraft genutzt.

In dem in Fig. 2 gezeigten Schnitt durch die magnetische Rückstellung des Motors ist am Ver­ lauf des magnetischen Feldes (9) in diesem Funktionsteil zu erkennen, dass diese Feldlinien durch die andere Anordnung der Magnete (13) gegenüber den Magneten des Motorteiles (3) u. (5) das Feld des Motorteiles nicht beeinflussen.

Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Wicklungsaufbau bei einem Primärteil mit zwei Teilwicklungen. Der Wicklungsanfang (14) wird z. B. in einer Nut zum Wickelanschlag (15) geführt. Zwi­ schen diesem Wickelanschlag (15) und dem Wickelanschlag (16) wird eine einlagige oder mehrlagige erste Teilwicklung mit ungeradzahliger Lagenanzahl aufgebracht, der Wickelsinn wird zur Herstellung der zweiten Teilwicklung am Wickelanschlag (16) umgekehrt. Die Drahtführung am Umkehrpunkt erfolgt vorzugsweise in einem Schlitz des Wickelanschlags (16). Der Aufbau der zwischen den Wickelanschlägen (16) und (17) aufzubringenden zwei­ ten Teilwicklung wird analog der ersten Teilwicklung durchgeführt. Das Ende (18) der zweiten Teilwicklung befindet sich damit gegenüber vom Wickelanfang (14) der ersten Teil­ wicklung auf der gleichen Seite des Primärteiles. Damit befinden sich die Motoranschlüsse auf einer Seite des Motors und eine unproblematische Montage ist möglich.

In Fig. 4 ist ein erfindungsgemäßer Motor mit der Transportsicherung (19) dargestellt. Diese ist mit den Schrauben (20) mit dem Sekundärteil (21) des Motors verbunden. Je nach Ein­ bauverhältnissen kann diese auch mit den an der gegenüberliegenden Seite des Sekundärteiles vorhandenen Gewinde gleichen Bohrbildes (22) befestigt werden. Die Verbindung mit dem Primärteil (4) und damit die Sicherung für Transport und Montage erfolgt durch die Schrau­ ben (23). Die Lage der elektrischen Anschlüsse des Motors (24) ist ebenfalls aus Fig. 4 ersichtlich.

Für die Verbindung des Primärteiles (4) mit dem feststehendem Teil der Anwenderkonstrukti­ on sind die Bohrungen (25) vorgesehen. Die Verbindung des Sekundärteiles mit dem zu bewegendem Teil des Anwenders werden die Gewinde (20) oder (22) je nach Montageort der Transportsicherung verwendet.

Claims (4)

1. Gleichstromlinearmotor für kurze Wege, dadurch gekennzeichnet, dass der als Se­ kundärteil gestaltete Läufer als rohrartiger, vorzugsweise quadratischer oder rechteckiger Hohlkörper aus ferromagnetischem Material mit Permanentmagneten aus­ geführt wird, in dem das Primärteil, bestehend aus einem ferromagnetischem Wickelkörper, auf welchem Wicklungen isoliert aufgebracht sind und welches zur Mi­ nimierung der bewegten Massen des Motors länger als das Sekundärteil gestaltet ist, als Stator angeordnet wird, wobei die sich im Sekundärteil befindlichen Magnete in min­ destens zwei Gruppen innerhalb des rohrartigen Hohlkörpers so angebracht sind, dass die Magnete jeder Gruppe der Wicklung mit gleicher magnetischer Polarität gegenü­ berstehen und die Magnete der aufeinanderfolgenden Gruppen gegensinnig magnetisch gepolt sind und der Abstand zwischen den Magnetgruppen mindestens so groß ist wie der Weg des Motors und auf dessen Primärteil die gleiche Anzahl von Teilwicklungen wie Magnetgruppen im Sekundärteil angeordnet sind.

2. Gleichstromlinearmotor für kurze Wege nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die auf dem Primärteil befindlichen aufeinanderfolgenden Teilwicklungen gegensinnig gewickelt und nacheinander auf dem ferromagnetischen Wickelkörper an­ geordnet sind, wobei die minimale Länge jeder Teilwicklung der Magnetabmessung in Bewegungsrichtung plus dem Weg des Motors entspricht.

3. Gleichstromlinearmotor für kurze Wege nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optionale magnetische Rückstellkraft des Motors durch eine Verlängerung sowohl des Primär- als auch des Sekundärteiles erreicht wird, wobei auf der Verlängerung des Primärteiles eine geradzahlige Anzahl Magnete in auf dem Um­ fang wechselnder Polung angebracht sind, deren magnetischer Kreis durch die Verlängerung des Sekundärteiles geschlossen wird und die Rückstellkraft bei dieser Anordnung durch die Veränderung der magnetischen Reluktanz bei relativen Bewe­ gungen zwischen dem Primär- und Sekundärteil des Motors entsteht.

4. Gleichstromlinearmotor für kurze Wege nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass eine problemlose Montage und Demontage des Motors in der Anwendung dadurch erreicht wird, dass eine Transportsicherung, die das Primärteil mit dem Sekundärteil des lagerlosen Motors verbindet, so angebracht ist, dass sowohl die Befestigungsmöglichkeiten des Primärteiles als auch des Sekundärteiles mit der An­ wenderkonstruktion bei montierter Transportsicherung zugänglich bleiben und das Bohrbild am Primärteil und Sekundärteil so gestaltet ist, dass diese Transportsicherung an verschiedenen Orten des Motors montiert werden kann, um sich unterschiedlichen Einbauverhältnissen anzupassen.