DE19753041A1

DE19753041A1 - Servo-Linearmotor als Pumpenantrieb

Info

Publication number: DE19753041A1
Application number: DE1997153041
Authority: DE
Inventors: Peter Neubacher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 1999-05-20
Also published as: WO1999026675A1; AU1748899A

Description

Ausgangspunkt für die Entwicklung dieses neuen Linearmotors (s. Zeichnung 1 und 2) war der Wunsch, eine Alternative zu herkömmlichen Pumpenantriebssy stemen zu schaffen. Inbesondere wurde dabei der Schwerpunkt auf geräuschar men Lauf und beliebig anpaßbaren Druckverlauf gelegt.

Der Servo-Linearmotor besteht aus einem Magnetsystem mit einem Kolben, der mechanisch gelagert im energiereichen Luftspalt gleitet, wobei eine Pumpbewe gung in beiden Richtungen möglich ist. Auf dem Kolben sind mehrere getrennte Wicklungen in Nuten nebeneinander angeordnet. Hub, Hubgeschwindigkeit und Kraft des Kolbens sind innerhalb einer Pumpperiode frei bestimmbar. Der Hub wird über einen Absolut-Wegaufnehmer kontrolliert.

Der neue Antrieb ist klein im Durchmesser, flach in der Bauweise und gering im Gewicht. Seine Mechanik ist unkompliziert und hat nur wenige bewegte Teile. Die Geräuschentwicklung des Antriebs ist sehr gering. Er läßt sich sehr sensibel und genau steuern und regeln.

Während einer Pumpperiode fließt zu jedem Zeitpunkt, in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und der zu überwindenden Gegenkraft, nur so viel Strom wie nötig. Dabei sind keine zusätzlich eingebauten Federkräfte zu über winden. Wird während einer Pumpperiode weder Kraft noch Bewegung gefordert, fließt praktisch kein Strom. Eine Stärke dieses Servo-Linearmotors ist, daß sich bei großem Hub der Wirkungsgrad und die Kraft nicht verringern.

Der Antrieb soll ermöglichen, beispielsweise eine Pumpe zur Förderung sensibler Flüssigkeiten zu betreiben, die sehr geräuscharm ist, und deren Bewegungsge schwindigkeit und Pumpkraft innerhalb einer Pumpperiode jederzeit gesteuert werden kann. Der Pumpendruck kann, sofern erforderlich, zusätzlich über einen Drucksensor im zu fördernden Medium geregelt werden. Es ist prinzipiell gleich gültig, ob der Kolben oder das Magnetsystem das bewegte Teil sind.

Es besteht auch die Möglichkeit, den Kolben (ohne Belüftungslöcher) direkt als Kompressor zu benutzen, wenn man im Inneren des Kolbens, wo die Luft kom primiert wird, Einlaß- und Auslaßventile bzw. -klappen oder Öffnungen im Ma gnetteil vorsieht.

Als weitere Möglichkeit läßt sich im Inneren des Kolbens zwischen Kolbendeckel und Scheibe (1f, 2f) ein elastischer Behälter unterbringen, der periodisch ausge preßt wird. Ein- und Auslaß können durch Öffnungen im Kolbendeckel oder durch Bohrungen durch das Magnetsystem zugeführt werden.

Der in den Zeichnung 1 und 2 abgebildete Linearmotor dient der Erzeugung von Hüben bis zu 11 mm und besteht im wesentlichen aus einem Magnetsystem, ähn lich dem, wie es auch für Lautsprecher Verwendung findet, sowie einem Kolben, auf dem mehrere voneinander getrennte Wicklungen (1a, 2a) in Nuten nebenein ander angeordnet sind. Die Spulendrähte der einzelnen Spulen werden so zur "Verdrahtungskammer" (1k, 2k) nach vorn geführt, daß eine unnötige Verbreite rung des Luftspalts in seinem gesamten Umfang und somit eine unnötige Ener gieabschwächung vermieden wird. Zu diesem Zweck wird der Kolben mit einem in einem Langloch (1n) bzw. einer Bohrung (2n) laufenden Führungsstift (1m, 2m) verdrehungssicher gelagert, und eine oder mehrere Nuten werden als "Kabelkanal" im Joch (1d, 2j) ausgefräst. Die Energieverluste werden damit nur auf diesen verhältnismäßig kleinen Bereich beschränkt.

Bei entsprechender Bautiefe und weiteren Wicklungen (1a, 2a) wäre der Linear motor für Hübe bis ca. 100 mm zu verwenden.

Der Servo-Linearmotor kann neben einem Innenmagneten (Zeichnung 1) auch noch mit einem zusätzlichen Außenmagneten (Zeichnung 2) ausgestattet sein. Der Innenmagnet ist obligatorisch, da zum Pumpen ein großer Spulendurchmes ser von großem Vorteil ist. Das Magnetsystem des in Zeichnung 2 dargestellten Linearmotors ist mit einem zusätzlichen Außenringmagneten (2d) ausgestattet, der mit dem Innenmagneten "in Reihe geschaltet" ist und so zu noch höheren Energien im Luftspalt (2e) führt. Der Magnetfluß wird dabei durch den zusätzli chen Ring aus magnetisch leitendem Material (2j) zum Luftspalt geführt.

Das Magnetsystem besteht aus einem Magneten (1b, 2b), dessen Qualität weit gehend Größe, Gewicht und Wirkungsgrad des Systems bestimmen, einem scheibenförmigen Joch (1c, 2c) und einem rohrförmigen Joch (1d), das den Ma gnetfluß an die richtige Stelle, nämlich den Luftspalt (1e) leitet. Der andere Pol des Magneten erreicht den Luftspalt über die magnetisch leitende Scheibe (1f, 2f).

Der Kolben (1g, 2g) wird aus magnetisch nicht leitendem Material hergestellt. Elektrisch soll er schlecht leitend sein, um die Wirbelströme besonders bei schnellen Bewegungen klein zu halten. Der Kolben (1g, 2g) wird mechanisch auf der Scheibe (1f, 2f) und dem aus nicht magnetisch leitendem Material bestehen den zylindrischem Ring (Außenfläche von 1h, 2h) gelagert in Zeichnung 1 wird der Kolben auch außen auf der Innenfläche von 1d gelagert. Beim Servo-Linearmotor kann das bewegte bzw. feststehende Teil entweder das Magnetsy stem oder der Spulenkolben sein. Ist das Magnetsystem das bewegte Teil, kann es zusätzlich am Pumpengehäuse gelagert werden.

Die Wicklungen werden bei diesem Motor nicht umgeschaltet, um Bewegung zu erzeugen, sondern ausschließlich, um nur die Wicklungen aktiv mit Strom zu speisen, welche sich gerade im energiereichen Luftspalt (1e, 2e) befinden. Die Kraft wird durch den Strom bestimmt und die Bewegungsrichtung durch die Stromrichtung. Dadurch, daß immer nur der im energiereichen Luftspalt befindli che Wicklungsteil stromdurchflossen ist, werden Leistungsaufnahme und Erwär mung auf das notwendige Minimum reduziert.

Die in den Zeichnungen abgebildeten Belüftungslöcher und Befestigungsbohrun gen sind in diesem Zusammenhang unbedeutend und werden hier nicht weiter beschrieben.

Claims

1. Servo-Linearmotor als Pumpenantrieb mit Magnetsystem und mit durch Absolutwegaufnehmer kontrolliertem, mechanisch gleitendem Kolben mit umschaltbaren Wicklungen, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Kolben mechanisch gelagert ist,
- daß am Kolben mehrere Spulen angebracht sind, durch deren Umschaltung eine bessere Energieausbeute erzielt wird
- daß der energiereiche Luftspalt nicht durch Spulendrahtführung unnötig verbreitert wird, sondern ein Kabelkanal durch Nut im Joch und verdrehungssichere Lagerung des Kolbens vorgesehen ist,
- daß der Hub, die Hubgeschwindigkeit und die Kolbenkraft gesteuert werden kann,
- daß der Hub und die Kommutierung der Spulen durch Einsatz von Absolutwegaufnehmern kontrolliert wird.

2. Servo-Linearmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Druckverlauf innerhalb einer Pumpperiode auch durch einen Drucksensor im Medium kontrolliert wird.

3. Servo-Linearmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Kolben direkt als Pumpkolben benutzt wird (direkter Kontakt des Fördermediums mit dem Kolben und dem Magnetsystem).

4. Servo-Linearmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein elastischer Behälter für das Fördermedium im Inneren des Kolbens vorhanden ist und periodisch ausgepreßt wird (kein direkter Kontakt des Fördermediums mit dem Kolben und dem Magnestsystem).