DE19853237A1 - Winding core for linear motors - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a winding core for linear motors, wherein said core comprises a yoke (3) with protruding teeth (4) through which a plurality of flutes (5) for receiving the windings are formed. The teeth include in each case a section (7) located on the side of the yoke and a section (6) located away from the yoke. In order to reduce the flow density in the section located on the side of the yoke, said section is widened laterally, i.e. in a direction perpendicular to the displacement direction of the linear motor, relative to the section located away from the yoke.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wicklungskern für Linear­ motoren mit einem Joch und vorspringenden Zähnen, durch die Nu­ ten zur Aufnahme einer Wicklung gebildet werden. Derartige Wic­ klungskerne werden für die Aktiv- und/oder die Reaktionsteile von Linearmotoren verwendet (auch als Primär- bzw. Sekundärtei­ le bezeichnet).The invention relates to a winding core for linear motors with a yoke and protruding teeth, through the nu ten to form a winding. Such wic Klungkerne are for the active and / or the reaction parts used by linear motors (also as primary or secondary part called le).

In den Zähnen solcher Wicklungskerne kann die Flußdichte des von der Wicklung induzierten Magnetfeldes sehr groß werden. Die magnetische Flußdichte kann dabei so groß werden, daß die Sät­ tigungsmagnetisierung für das Material des Wicklungskerns er­ reicht wird, wodurch der Wirkungsgrad des Linearmotors vermin­ dert wird.In the teeth of such winding cores, the flux density of the magnetic field induced by the winding. The magnetic flux density can be so great that the seeds magnetization for the material of the winding core is sufficient, whereby the efficiency of the linear motor min is changed.

Um die magnetische Flußdichte im Zahn zu reduzieren, kann der Zahnquerschnitt vergrößert werden. Wird der Zahnquerschnitt in Bewegungsrichtung des Linearmotores vergrößert, so werden da­ durch die Nutbreiten verringert. Dies führt einerseits dazu, daß aufgrund des geringeren Abstands zwischen zwei Zähnen die Nutquerstreuung erhöht wird. Außerdem bleibt in den Nuten weni­ ger Raum für die Wicklung. Zudem erhöhen sich wegen der größe­ ren Zahnmasse die Hystereseverluste im Zahn.To reduce the magnetic flux density in the tooth, the Tooth cross section can be enlarged. If the tooth cross section in Direction of movement of the linear motor is increased, so there reduced by the groove widths. On the one hand, this leads to that due to the smaller distance between two teeth User spread is increased. In addition, little remains in the grooves large space for the winding. Also increase because of the size tooth mass the hysteresis losses in the tooth.

Eine weitere Möglichkeit, die magnetische Flußdichte im Zahn zu verringern, besteht im Vergrößern seines seitlichen Querschnit­ tes senkrecht zur Bewegungsrichtung des Motors. Auch dies führt jedoch zu einer erhöhten Nutquerstreuung. Außerdem wird auch bei diesem Vorgehen die Zahnmasse vergrößert, was zu einer hö­ heren Verlustleistung führt.Another way to increase the magnetic flux density in the tooth decrease, consists in increasing its lateral cross-section  tes perpendicular to the direction of movement of the motor. This also leads however, to increased cross-groove distribution. Besides, too this procedure increases the tooth mass, which leads to a higher power loss.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter weitergehender Vermeidung der oben genannten Nachteile, die magnetische Fluß­ dichte im Zahn zu verringern.It is an object of the present invention, among others Avoiding the disadvantages mentioned above, the magnetic flux reduce density in the tooth.

Diese Aufgabe wird durch einen Wicklungskern gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a winding core according to claim 1 solved.

Die Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß die Flußdichte im Zahn in dem an das Joch angrenzenden Abschnitt am größten ist und mit zunehmender Entfernung vom Joch aufgrund der zunehmen­ den Nutquerstreuung geringer wird.The solution is based on the knowledge that the flux density in the Tooth is largest in the section adjacent to the yoke and with increasing distance from the yoke due to the increase the cross-distribution is reduced.

Die Zähne weisen daher jeweils einen jochseitigen Abschnitt und einen jochfernen Abschnitt auf. Der jochseitige Abschnitt ist seitlich in der zur Bewegungsrichtung des Linearmotores senk­ rechten Richtung gegenüber dem jochfernen Abschnitt verbrei­ tert. Dadurch wird erreicht, daß die Querschnittsfläche des Zahnes dort vergrößert wird, wo die magnetische Flußdichte am höchsten ist. Andererseits wird der Zahnquerschnitt dort nicht vergrößert, wo die Nutquerstreuung am höchsten ist, nämlich im jochfernen Abschnitt der Zähne.The teeth therefore each have a yoke-side section and a section far from the yoke. The yoke-side section is sideways in the direction perpendicular to the direction of movement of the linear motor on the right in relation to the section far from the yoke tert. This ensures that the cross-sectional area of the Tooth is increased where the magnetic flux density at is highest. On the other hand, the tooth cross section is not there increases where the cross-groove distribution is highest, namely in distance from the yoke.

Die Verbreiterung der jochseitigen Enden der Zähne beträgt vor­ zugsweise etwa 10%.The widening of the yoke ends of the teeth is before preferably about 10%.

Insbesondere kann die Verbreiterung symmetrisch zu beiden Sei­ ten der Zähne ausgebildet sein. In particular, the broadening can be symmetrical to both ten teeth.  

Die Verbreiterung der Zähne kann in Form von mindestens einer Stufe verwirklicht sein. Insbesondere ist die mindestens eine Stufe vom Joch nicht weiter entfernt als die halbe Zahnlänge.The widening of the teeth can take the form of at least one Stage. In particular, the at least one Step from the yoke no further than half the tooth length.

Alternativ kann die Verbreiterung der Zähne jedoch auch über eine schräge Stufe erfolgen.Alternatively, the teeth can also be widened an inclined step.

Ausführungsformen werden im Folgenden anhand der Figuren im Einzelnen beschrieben.Embodiments are described below with reference to the figures in Described individually.

Fig. 1 zeigt die Verteilung der Flußdichte in einem Wick­ lungskern nach dem Stand der Technik. Fig. 1 shows the distribution of the flux density in a winding core according to the prior art.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Wicklungskerns in einer Seitenansicht, senkrecht zur Bewegungsrichtung des Motors. Fig. 2 shows a first embodiment of the winding core according to the Invention in a side view, perpendicular to the direction of movement of the motor.

Fig. 3 zeigt das erste Ausführungsbeispiel in einem senk­ rechten Schnitt quer zur Bewegungsrichtung des Motors durch das Joch und einen Zahn des Wicklungskerns. Fig. 3 shows the first embodiment in a vertical right section transverse to the direction of movement of the motor through the yoke and a tooth of the winding core.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Wicklungskerns in einem senkrechten Schnitt quer zur Bewegungsrichtung des Motors durch das Joch und einen Zahn des Wicklungskerns. Fig. 4 shows a second embodiment of the winding core according to the invention in a vertical section transverse to the direction of movement of the motor through the yoke and a tooth of the winding core.

In Fig. 1 ist die Verteilung der Flußdichte in einem konventio­ nellen Wicklungskern 1 (hier des Primär- oder Aktivteils) dar­ gestellt, wobei die Wicklungen (nicht dargestellt) unter Strom stehen. Mit der Bezugsziffer 2 ist der Reaktionsteil (oder Se­ kundärteil) des Linearmotors bezeichnet. Der Reaktionsteil und der Aktivteil wechselwirken in bekannter Weise miteinander. In Fig. 1, the distribution of the flux density in a conventional winding core 1 (here the primary or active part) is provided, the windings (not shown) are under current. Reference number 2 denotes the reaction part (or secondary part) of the linear motor. The reaction part and the active part interact with one another in a known manner.

Der Wicklungskern besteht aus einem Joch 3 und Zähnen 4, zwi­ schen denen Nuten 5 ausgebildet sind. Im in der Figur mittleren Zahn ist zu erkennen, daß die magnetische Flußdichte in dem Be­ reich des Zahnes 4, der an das Joch 3 angrenzt, am größten ist. Die Flußdichte verringert sich dann mit zunehmenden Abstand vom Joch aufgrund der Nutquerstreuung, die zwischen den Zähnen 4 mit zunehmenden Abstand vom Joch 3 zunimmt.The winding core consists of a yoke 3 and teeth 4 , between which grooves 5 are formed. In the middle tooth in the figure it can be seen that the magnetic flux density is greatest in the area of the tooth 4 which is adjacent to the yoke 3 . The flux density then decreases with increasing distance from the yoke due to the transverse groove spread, which increases between teeth 4 with increasing distance from yoke 3 .

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht, senkrecht zur Bewegungsrich­ tung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wicklungskerns 1. Der dargestellte Wicklungskern 1 besteht aus einem Rückflußjoch 3 mit davon vorstehenden Zähnen 4. Die Zähne 4 bilden die Begrenzungen für Nuten 5, die die Wicklung (nicht gezeigt) aufnehmen, d. h. die Wicklung (bzw. Wicklungen) sind somit um die Zähne herumgeführt. Fig. 2 shows a side view, perpendicular to the direction of movement device according to the first embodiment of the winding core 1st The winding core 1 shown consists of a reflux yoke 3 with teeth 4 protruding therefrom. The teeth 4 form the boundaries for slots 5 which receive the winding (not shown), ie the winding (or windings) are thus guided around the teeth.

Die Zähne 4 sind in ihrem jochseitigen Abschnitt 7 breiter aus­ gebildet als in ihrem jochfernen Abschnitt 6 (Fig. 3). Der Übergang zwischen diesen beiden Abschnitten 6 und 7 ist als Stufe 8 ausgebildet, deren Abstand vom Joch 3 geringer ist als ihr Abstand von der jochfernen Endfläche 9 des Zahnes 4. Die Wicklungen (nicht dargestellt) sind so ausgebildet, daß sie so­ wohl um den verbreiterten Abschnitt 7 als auch um den nicht verbreiterten Abschnitt 6 herumführen.The teeth 4 are formed wider in their yoke-side section 7 than in their section 6 remote from the yoke ( FIG. 3). The transition between these two sections 6 and 7 is designed as a step 8 , the distance from the yoke 3 of which is less than the distance from the end surface 9 of the tooth 4 remote from the yoke. The windings (not shown) are designed so that they run around the widened section 7 as well as around the non-widened section 6 .

Durch die oben beschriebene Form des Zahnes kann die magneti­ sche Flußdichte im Abschnitt 7 verringert werden ohne die Nut­ querstreuung im Bereich des Abschnittes 6 zu vergrößern. Der Zuwachs an Zahnmasse durch die Verbreiterung des Abschnittes 7 gegenüber dem Abschnitt 6 ist gegenüber der Gesamtmasse des Zahnes 4 relativ gering, so daß die Verlustleistung aufgrund von Hystereverlusten nur geringfügig erhöht wird. Due to the shape of the tooth described above, the magnetic flux density in section 7 can be reduced without increasing the cross-groove spreading in the area of section 6 . The increase in tooth mass due to the widening of section 7 compared to section 6 is relatively small compared to the total mass of tooth 4 , so that the power loss due to hysteresis losses is only slightly increased.

Das zweite Ausführungsbeispiel (Fig. 4) unterscheidet sich vom ersten lediglich dadurch, daß der Übergang vom jochfernen Ab­ schnitt 6' zum jochseitigen Abschnitt 7' des Zahnes 4' über ei­ ne schräge Stufe 10 erfolgt.The second embodiment ( Fig. 4) differs from the first only in that the transition from the yoke from section 6 'to the yoke-side section 7 ' of the tooth 4 'takes place via an inclined step 10 .

Die in den beiden Ausführungsbeispielen gezeigten Formen des Übergangs vom jochfernen Abschnitt in den breiteren jochseiti­ gen Abschnitt des Zahnes sind nicht die einzig möglichen. So sind z. B. Mehrfachstufen oder Übergänge mit kontinuierlichen oder gekrümmten Verläufen möglich. Bei kontinuierlichen Über­ gängen vom jochfernen Abschnitt zum jochseitigen, breiteren Ab­ schnitt kann die kontinuierliche Verbreiterung schon an der jochfernen Endfläche des Zahnes beginnen. Auch muß die Zahnform nicht symmetrisch sein. Es ist z. B. möglich, daß der Übergang zum breiten Abschnitt des Zahnes an beiden Zahnseiten unter­ schiedlich ist oder sogar nur an einer Seite des Zahns vorhan­ den ist.The forms of the shown in the two embodiments Transition from the section far from the yoke to the broader yoke side section of the tooth are not the only possible ones. So are z. B. multiple stages or transitions with continuous or curved gradients possible. With continuous over pass from the section far from the yoke to the wider section on the yoke side the continuous widening can already be cut at the begin the end surface of the tooth far from the yoke. The tooth shape must also not be symmetrical. It is Z. B. possible that the transition to the wide section of the tooth on both sides of the tooth is different or even only on one side of the tooth that is.

Wie aus den Schnitten der Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, sind die Wicklungskerne jeweils aus einzelnen, aufeinandergeschich­ teten Blechen gefertigt. Die Zahnvergrößerungen sind dabei so realisiert, daß die jeweils letzten seitlichen Bleche (in der Darstellung jeweils 4) andere Zahnlängen als alle übrigen auf­ weisen; Mehrfachstufungen können auch dadurch realisiert wer­ den, daß diese Bleche jeweils untereinander unterschiedliche (nach außen abnehmende) Zahnlängen aufweisen.As can be seen from the sections of FIGS. 3 and 4, the winding cores are each made of individual, superimposed sheets. The tooth enlargements are realized in such a way that the last side plates (4 in the illustration) have different tooth lengths than all the others; Multiple gradations can also be realized by the fact that these sheets each have different (decreasing outward) tooth lengths from one another.

Zur Verdeutlichung der Zahnlängen ist in den Fig. 3 und 4 je­ weils der Nutengrund als durchgezogene Linie dargestellt.To clarify the tooth length is shown in Figs. 3 and 4 each of the groove bottom weils shown as a solid line.

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Flußdichte im jochsei­ tigen Abschnitt des Zahns, direkt angrenzend an die Nut 5 und das Joch 3 am größten ist; dies wurde durch Berechnung mit der Methode der finiten Elemente bestätigt, und Fig. 1 beruht auf einer solchen Berechnung. Es wäre somit grundsätzlich ausrei­ chend, nur den entsprechenden Teil des Zahns seitlich zu ver­ größern, um die Flußdichte unter die Sättigungsmagnetisierung zu vermindern.From Fig. 1 it can be seen that the flux density in the jochsei term portion of the tooth, directly adjacent to the groove 5 and the yoke 3 is greatest; this has been confirmed by calculation using the finite element method, and Fig. 1 is based on such a calculation. It would therefore generally be sufficient to enlarge only the corresponding part of the tooth laterally in order to reduce the flux density below the saturation magnetization.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist aber zusätzlich über die Gesamtlänge des Wicklungskerns das Joch verbreitert, so daß auch hier die Flußdichte vermindert ist. Dies kann man umgekehrt auch dazu ausnutzen, die Höhe oder Dicke des Jochs 3 (senkrecht in den Figuren) zu vermindern, da die damit verbun­ dene Flußdichteerhöhung durch die Jochverbreiterung kompensiert werden kann. Auf diese Weise lassen sich Linearmotoren flache­ rer Bauart realisieren.In the illustrated exemplary embodiments, however, the yoke is additionally widened over the entire length of the winding core, so that the flux density is also reduced here. Conversely, this can also be used to reduce the height or thickness of the yoke 3 (vertical in the figures), since the flux density increase associated therewith can be compensated for by the yoke broadening. In this way, linear motors of a flat design can be realized.

Desweiteren könnte beispielsweise auf die Verbreiterung des Jochs 3 zwischen den Zähnen 4 verzichtet werden, so daß über die Länge des Linearmotors das Joch keine einheitliche Breite aufweist und Material (und damit Masse) eingespart werden kann.Furthermore, the widening of the yoke 3 between the teeth 4 could be dispensed with, for example, so that the yoke does not have a uniform width over the length of the linear motor and material (and thus mass) can be saved.

Claims (11)

1. Wicklungskern für Primär- oder Sekundärteile von Linear­ motoren mit einem Joch (3; 3') mit vorspringenden Zähnen (4; 4'), durch die Nuten (5) zur Aufnahme mindestens einer Wic­ klung gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (4; 4') jeweils einen jochseitigen Abschnitt (7; 7') und einen jochfernen Abschnitt (6; 6') aufweisen, wobei der jochseitige Abschnitt (7; 7') in der zur Bewegungsrichtung des Linearmotors senkrechten Richtung seitlich eine größere Abmes­ sung als der jochferne Abschnitt (6; 6') aufweist.1. winding core for primary or secondary parts of linear motors with a yoke ( 3 ; 3 ') with projecting teeth ( 4 ; 4 '), through the grooves ( 5 ) for receiving at least one Wic klung formed, characterized in that the Teeth ( 4 ; 4 ') each have a yoke-side section ( 7 ; 7 ') and a yoke-distant section ( 6 ; 6 '), the yoke-side section ( 7 ; 7 ') laterally being larger in the direction perpendicular to the direction of movement of the linear motor Dimension as the portion remote from the yoke ( 6 ; 6 '). 2. Wicklungskern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung des jochseitigen Abschnitts (7; 7') auf einer Seite etwa 5% größer ist als die Abmessung der jochfernen Abschnitts (6; 6').2. winding core according to claim 1, characterized in that the dimension of the yoke-side portion ( 7 ; 7 ') on one side is about 5% larger than the dimension of the yoke-distant portion ( 6 ; 6 '). 3. Wicklungskern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung des jochseitigen Abschnitts (7, 7') auf jeder Seite bis zu 5% grö­ ßer ist als die Abmessung des jochfernen Abschnitts (6,6').3. winding core according to claim 2, characterized in that the dimension of the yoke-side portion ( 7 , 7 ') on each side is up to 5% larger than the dimension of the portion remote from the yoke ( 6 , 6 '). 4. Wicklungskern nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (4; 4') in der zur Bewegungsrichtung des Linearmotors senkrechten Richtung symmetrisch sind. 4. winding core according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the teeth ( 4 ; 4 ') are symmetrical in the direction perpendicular to the direction of movement of the linear motor. 5. Wicklungskern nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der Abmessung mindestens eine Stufe (8; 10) in den Zähnen (4; 4') ausgebildet ist.5. winding core according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that to enlarge the dimension at least one step ( 8 ; 10 ) in the teeth ( 4 ; 4 ') is formed. 6. Wicklungskern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen abgeschrägten Über­ gang (10) zwischen dem jochnahen und dem jochfernen Abschnitt.6. winding core according to one of claims 1 to 5, characterized by a bevelled transition ( 10 ) between the yoke near and the yoke distal portion. 7. Wicklungskern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang des jochfernen Abschnitts (6, 6') vom Joch (3; 3') nicht weiter entfernt ist als die halbe Zahnlänge.7. winding core according to one of claims 1 to 6, characterized in that the beginning of the yoke distal portion ( 6 , 6 ') from the yoke ( 3 ; 3 ') is not further away than half the tooth length. 8. Wicklungskern nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der jochferne Ab­ schnitt (6; 6') über eine kontinuierliche Vergrößerung der Ab­ messung in den jochseitigen Abschnitt (7; 7') übergeht.8. winding core according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the distance from the yoke section ( 6 ; 6 ') passes over a continuous increase in the dimension from the yoke-side section ( 7 ; 7 '). 9. Wicklungskern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Be­ reich der Zähne (4) das Joch (3) die gleichen seitlichen Ab­ messungen aufweist wie der jochnahe Abschnitt.9. winding core according to one of the preceding claims, characterized in that at least in the loading area of the teeth ( 4 ) the yoke ( 3 ) has the same lateral dimensions from as the yoke-near section. 10. Wicklungskern nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (3) über die Gesamtlänge die gleichen seitlichen Abmessungen aufweist wie der jochnahe Abschnitt.10. winding core according to claim 9, characterized in that the yoke ( 3 ) has the same lateral dimensions over the entire length as the portion close to the yoke. 11. Linearmotor mit einem Primärteil und einem Sekundärteil (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Primär­ teil und/oder der Sekundärteil einen Wicklungskern nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.11. Linear motor with a primary part and a secondary part ( 2 ), characterized in that the primary part and / or the secondary part has a winding core according to one of claims 1 to 10.