DE20316493U1

DE20316493U1 - Linear electric drive has rotor with windings in gap between housing legs, protrusion near housing opening for attaching load, and linear motion bearings for guiding rotor unit

Info

Publication number: DE20316493U1
Application number: DE20316493U
Authority: DE
Original assignee: Schneeberger Holding AG
Current assignee: Schneeberger Holding AG
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2013-10-25

Abstract

The drive has a stator unit and a rotor unit that move relative to each other. The stator unit has magnets (7) for producing a magnetic field in which the rotor is located and a U-shaped housing (1) with a lateral opening, two legs joined by a connecting leg (5) and magnets on the legs. The rotor (2) has at least one winding in a gap between the legs and a protrusion near the opening for attaching a load. The rotor unit is guided by linear motion bearings (11,12) near the housing opening and the connecting leg.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Linearantrieb zur Erzeugung von im Wesentlichen geradlinigen Bewegungen entlang einer vorbestimmten Bewegungsachse, der mit einer Statorbaugruppe und einer Läuferbaugruppe versehen ist, die relativ zueinander beweglich sind. Die Bewegung basiert hierbei auf Kräften, die durch eine bewegte elektrische Ladung bzw. auf einem stromdurchflossenen elektrischen Leiter in einem Magnetfeld entstehen.The invention relates to an electrical Linear drive for generating essentially straight-line movements along a predetermined axis of movement, which with a stator assembly and a rotor assembly is provided, which are movable relative to each other. The movement is based on forces caused by a moving electrical charge or on a current-carrying electrical Conductors arise in a magnetic field.

Als elektrische Antriebe sind zwei grundsätzlich unterschiedliche Bauweisen bekannt, nämlich rotatorische Elektromotoren einerseits und Linearmotoren andererseits. Bei einem Typ von rotatorischen Elektromotoren wird eine strombeaufschlagte Draht-Wicklung in einem durch stationäre Permanentmagneten erzeugten Magnetfeld bewegt. Die hierdurch entstehenden Kräfte stehen als Drehmoment an der Welle des Elektromotors an.There are two as electric drives in principle different designs are known, namely rotary electric motors on the one hand and linear motors on the other. In one type of rotary electric motor becomes a current-applied wire winding in a stationary permanent magnet generated magnetic field moves. The resulting forces are there as torque on the shaft of the electric motor.

Ein elektrischer Linearmotor kann im Wesentlichen als ein in eine Ebene abgewickelter rotatorischer Elektromotor gesehen werden, wie er oben beschrieben ist. Somit sind auch bei einem Linearmotor eine oder mehrere strombeaufschlagte Wicklungen vorhanden. Die im Magnetfeld erzeugte Kraft führt zu einer Bewegung, die senkrecht zu den Magnetfeldlinien ausgerichtet ist. In den meisten Fällen sind die Magnete Bestandteile des Stators und damit ortsfest. Die Wicklung ist hingegen dem Läufer, d.h. der Baugruppe des Elektromotors zugeordnet, welche die Bewegung ausführt.An electric linear motor can essentially as a one-level rotatory Electric motor can be seen as described above. Consequently are one or more energized even with a linear motor Windings present. The force generated in the magnetic field leads to a Movement that is aligned perpendicular to the magnetic field lines. In most cases the magnets are part of the stator and therefore stationary. The winding is the runner, i.e. assigned to the assembly of the electric motor, which is the movement performs.

Bei Linearmotoren können noch zwischen eisenlosen und eisenbehafteten Motoren unterschieden werden. Bei eisenbehafteten Linearmotoren ist die Wicklung an einem Eisenpaket befestigt, mit dem der magnetische Fluss verstärkt wird, um somit grössere Kräfte zu erzeugen.With linear motors can still a distinction is made between ironless and iron-bearing motors. In the case of linear motors with iron, the winding is on an iron package attached, with which the magnetic flux is amplified in order to generate greater forces.

Bei eisenlosen Motoren ist, mangels der durch das Eisen erzielbaren Effekte, die optimale Ausrichtung des Magnetfeldes gegenüber der Wicklung von besonderer Bedeutung. Aus diesem Grund werden der Läufer bzw. die Wicklungen zwischen zumindest zwei Reihen von Magneten geführt. Der Stator weist hierfür in der Regel zwei plattenförmige Trägerteile auf, an denen jeweils zumindest eine Magnetreihe angebracht wird. Zwischen den Magneten der beiden Schenkeln wird ein Luftspalt ausgebildet, in dem sich die Wicklung des Läufers bewegen kann.There is a lack of ironless motors the effects that can be achieved by iron, the optimal alignment of the magnetic field the winding of particular importance. For this reason, the runner or the windings between at least two rows of magnets guided. The stator points to this usually two plate-shaped support parts on which at least one row of magnets is attached. An air gap is formed between the magnets of the two legs, in which the winding of the runner can move.

Bei eisenbehafteten Motoren ist die exakte Ausrichtung des Magnetfeldes hingegen nicht in der Weise von Bedeutung wie dies bei eisenlosen Motoren der Fall ist. Aus diesem Grund existieren hier auch Bauformen, die von der zuvor beschriebenen Bauweise abweichen.For iron motors, this is exact orientation of the magnetic field, however, not in the way important as is the case with ironless motors. Out for this reason there are also designs that are of the construction described above differ.

Bezüglich den konkreten konstruktiven Ausgestaltungen des Stators existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Lösungen. Einer Vielzahl dieser Lösungen ist gemeinsam, dass der bewegte Läufer in seiner Bewegungsrichtung mittels einer Linearbewegungsführung geführt wird.Regarding the concrete constructive There are a number of different configurations of the stator Solutions. A variety of these solutions is common that the moving runner in its direction of movement by means of a linear motion guide guided becomes.

Zwar gibt es bei Linearmotoren auch Bauformen, bei denen die Wicklung am Gehäuse und die Magnete zwischen zwei bewegten Trägerplatten – und damit in Bezug auf die Wicklung beweglich – angeordnet sind. Diese Bauformen von Linearmotoren haben jedoch den Nachteil, dass die bewegte Baugruppe eine grosse Masse aufweist und deshalb vergleichsweise träge ist. Da mit erfindungsgemässen Linearmotoren eine hohe Dynamik erzielbar sein soll, betrifft die Erfindung ausschliesslich solche Linearmotoren, bei denen die Magnete zur Erzeugung eines Magnetfeldes an einem gegenüber dem Läufer ortsfesten Trägerteil eines Gehäuses angeordnet sind. Auch bei solchen gattungsgemässen Linearmotoren werden die beiden gegeneinander bewegten Baugruppen, nämlich der Stator und der Läufer, von einer Linearbewegungsführung geführt. Diese befindet sich im Bereich einer im Wesentlichen parallel zur Bewegungsachse verlaufenden Öffnung, die von den beiden parallelen Trägerteilen freigegeben wird. Diese Linearbewegungsführung hat sowohl die Kräfte und Momente aufzunehmen, die im Läufer entstehen, als auch jene, die abtriebsseitig durch die Anbindung der Last an den Läufer erzeugt werden.There are also linear motors Designs in which the winding on the housing and the magnets between two moving carrier plates - and thus movable with respect to the winding - are arranged. These designs of linear motors, however, have the disadvantage that the moving assembly has a large mass and is therefore comparatively sluggish. Since with linear motors according to the invention the invention relates exclusively to a high dynamic range such linear motors in which the magnets for generating a Magnetic field on one opposite the runner stationary support part of a housing are arranged. Even with such generic linear motors two mutually moving assemblies, namely the stator and the rotor, of one Linear motion guide guided. This is in the area of a substantially parallel to the axis of movement trending opening, that of the two parallel beam parts is released. This linear motion control has both the forces and Record moments in the runner arise, as well as those on the output side through the connection the burden on the runner be generated.

Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei hoher Dynamik der Läufer von eisenlosen Linearmotoren zu Vibrationen neigt, insbesondere zu Vibrationen mit Auslenkungsrichtungen quer zur Bewegungsrichtung. Dies ist vor allem dann sehr nachteilig, wenn mit dem Linearmotor präzise Positionierungen ausgeführt werden sollen. Die Vibrationen erschweren eine genaue Positionierung der mit dem Linearmotor bewegten Maschinenteile. Derartige Schwingungen können im Rest des Systems zu unerwünschten Nebeneffekten führen, wie beispielsweise zur Verfälschung von Längenmesssignalen. Im Stand der Technik wird in erster Linie dadurch versucht hierfür Abhilfe zu schaffen, indem das Linearbewegungslager des Motors entsprechend massiv dimensioniert und die freie Länge des Läufers begrenzt wird. Auch konstruktive Massnahmen zur Veränderung der Eigenfrequenz des Läufers werden angewandt. Da hiermit jedoch jeweils erhebliche Einschränkungen bezüglich der Gestaltungsfreiheit derartiger Linearmotoren verbunden sind, kann keine der Massnahmen zufrieden stellen.It has been shown that in particular with high dynamics of the runners of ironless linear motors tends to vibrate, especially to vibrations with directions of deflection transverse to the direction of movement. This is particularly disadvantageous when using the linear motor precise Positioning carried out should be. The vibrations make precise positioning difficult the machine parts moved with the linear motor. Such vibrations can undesirable in the rest of the system Cause side effects, such as falsification of length measurement signals. In the prior art, this is primarily a remedy for this to create by the linear motion bearing of the motor accordingly massive dimensions and the free length of the runner is limited. Also constructive Measures to change the natural frequency of the rotor are applied. However, there are considerable limitations with this in terms of the freedom of design of such linear motors are connected, cannot satisfy any of the measures.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen elektrisch effizienten Linearmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der auch bei hoher Dynamik möglichst schwingungsarm ist.The object of the invention is therefore based on an electrically efficient linear motor at the beginning to create the type mentioned, which is possible even with high dynamics is low in vibration.

Die Aufgabe wird bei einem elektrischen Linearmotor, wie er eingangs beschrieben ist, dadurch gelöst, dass Magnete zum Aufbau eines magnetischen Feldes an der relativ zur Läuferbaugruppe (Primärteil) ortsfesten Statorbaugruppe (Sekundärteil) angeordnet sind, in der sich der Läufer der Läuferbaugruppe befindet, die Statorbaugruppe ferner mit einem U-förmigen Gehäuse versehen ist, das zwei Schenkel aufweist, die über einen Verbindungsschenkel miteinander verbunden sind, wobei an den beiden Schenkeln die Magnete angeordnet sind. Das Gehäuse sollte in Bezug auf die Bewegungsachse eine seitliche Öffnung aufweisen, der Läufer mit zumindest einer Wicklung versehen sein, die sich in einem Spalt zwischen den beiden Schenkeln des Gehäuses befindet, wobei der Läufer im Bereich der Öffnung des Gehäuses einen abtriebsseitigen Fortsatz für eine Befestigung einer zu bewegenden Last aufweist. Schliesslich sollte die Läuferbaugruppe im Bereich der Öffnung des Gehäuses durch ein erstes Linearbewegungslager und im Bereich des Verbindungsschenkels des U-förmigen Gehäuses durch ein zusätzliches zweites Linearbewegungslager geführt sein.The object is achieved in an electric linear motor as described at the outset in that magnets for building up a magnetic field are arranged on the stator assembly (secondary part) which is stationary relative to the rotor assembly (primary part) and in which the rotor of the rotor assembly is located Stator assembly is also provided with a U-shaped housing which has two legs which are connected by a connection legs are connected to each other, the magnets being arranged on the two legs. The housing should have a lateral opening with respect to the axis of movement, the rotor should be provided with at least one winding which is located in a gap between the two legs of the housing, the rotor in the region of the opening of the housing having an extension on the output side for fastening a load to be moved. Finally, the rotor assembly should be guided through a first linear motion bearing in the area of the opening of the housing and through an additional second linear motion bearing in the area of the connecting leg of the U-shaped housing.

Erfindungsgemäss ist somit ein in einem U-förmigen Gehäuse angeordnetes zweites, baulich vom ersten Lager getrenntes, Linearbewegungslager vorgesehen, mit dem die Bewegung zwischen dem Läufer und dem Stator zusätzlich geführt und damit stabilisiert wird. Vorzugsweise befindet sich zwischen den beiden Linearbewegungslager die Wicklung des Läufers, zumindest jedoch ein Teil von dessen Wicklung. Es hat sich gezeigt, dass aufgrund der U-Form des Gehäuses und der Stützfunktion beider Linearbewegungslager die Bewegung des Läufers zu deutlich geringeren Schwingungen oder Vibrationen neigt. Die Erfindung ermöglicht somit einen, bezüglich seiner mechanischen Belastbarkeit, sehr steifen und trotzdem kompakten Linearbewegungsantrieb, der zudem hinsichtlich seiner Einsatzmöglichkeiten äusserst flexibel ist.According to the invention is thus arranged in a U-shaped housing second linear motion bearing, structurally separate from the first bearing, with which the movement between the rotor and the stator is additionally guided and so that is stabilized. Preferably located between the two linear motion bearings, the winding of the rotor, at least one Part of its winding. It has been shown that due to the U shape of the housing and the support function both linear motion bearings significantly reduce the movement of the rotor Oscillations or vibrations tends. The invention thus enables one, regarding its mechanical resilience, very stiff and still compact Linear motion drive, which is also extremely useful in terms of its uses is flexible.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Linearbewegungsführung im Bereich des Drittels des Läufers angeordnet, das sich unmittelbar neben dem Verbindungsschenkel des Gehäuses befindet. Die zweite Führung kann besonders bevorzugt in unmittelbarer Nähe der Stirnseite des Läufers angeordnet sein.In a preferred embodiment is the second linear motion control in the area of the third of the runner arranged, which is immediately next to the connecting leg of the housing located. The second tour can particularly preferably be arranged in the immediate vicinity of the end face of the rotor his.

Da die einseitig offene Gehäuseform in erster Linie bei eisenlosen Linearmotoren Anwendung findet, richtet sich die Erfindung vor allem an diese Bauform. Es hat sich jedoch in überraschender Weise gezeigt, dass mit den beiden Linearbewegungsführungen eine derart gute Stabilisierung des Läufers erzielbar ist, dass im Zusammenhang mit der Erfindung und U-förmigen Statorbaugruppen auch eine Eisenkernwicklung verwendet werden kann. Die hierdurch entstehenden magnetischen Anziehungs- und Abstossungskräfte können durch die beiden Lager aufgenommen werden, ohne dass die sonst zu befürchtende transversale Anregung des Läufers oder sonstige labile Gleichgewichtszustände entstehen. Mit der vorliegenden Erfindung kann somit erstmals diese prinzipielle Bauform von Linearmotoren – nämlich U-förmiger Stator und eisenbehafteter Läufer – tatsächlich realisiert werden.Because the housing shape is open on one side primarily used in ironless linear motors the invention is mainly in this design. However, it has in surprising Way shown that with the two linear motion guides such a good stabilization of the rotor can be achieved that in Connection with the invention and U-shaped stator assemblies also an iron core winding can be used. The resulting Magnetic attraction and repulsion forces can be absorbed by the two bearings without the otherwise feared transverse stimulus of the runner or other unstable equilibrium. With the present Invention can thus for the first time this basic design of linear motors - namely U-shaped stator and iron runner - actually realized become.

Während des Einsatzes von elektrischen Motoren können diese Wärmemengen erzeugen, die zu einer erheblichen Temperaturdifferenz gegenüber dem unbelasteten Zustand führen. Hierdurch entstehen Längenänderungen, insbesondere des Läufers. Um diese zu beherrschen, ist es deshalb bevorzugt, wenn die beiden Baugruppen in zumindest einem der beiden Lager schwimmend zueinander gelagert sind. Vorzugsweise das sich näher am Verbindungsschenkel befindende Lager sollte in eine Richtung quer zur Bewegungsachse sowie parallel zu den beiden Schenkeln eine Relativbewegung der beiden Baugruppen aufgrund von Längenänderungen zulassen und hierzu zumindest einen Bewegungsfreiheitsgrad aufweisen.While The use of electric motors can reduce this amount of heat generate that to a significant temperature difference over the unloaded condition. This creates changes in length, especially the runner. Around To master them, it is therefore preferred if the two Assemblies in at least one of the two bearings floating to each other are stored. Preferably that is closer to the connecting leg existing bearings should be in a direction transverse to the axis of movement and parallel to the two legs a relative movement of the two assemblies due to changes in length allow and have at least one degree of freedom for this purpose.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform kann vorsehen, dass in eine der beiden Linearbewegungsführungen, insbesondere in die erste öffnungsseitige Führung, ein Längenmesssystem integriert ist. Dies ermöglicht einen Linearantrieb, der trotz seiner kompakten und steifen Bauform sogar Messdaten zur Regelung des Verfahrweges des Antriebes einer Steuerung zur Verfügung stellt.Another preferred embodiment can provide that in one of the two linear motion guides, especially in the first opening side Guide, a length measuring system is integrated. this makes possible a linear drive, which despite its compact and rigid design even measurement data for controlling the travel path of the drive Control available provides.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die Erfindung wird anhand den in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:Further preferred configurations the invention emerge from the dependent claims, the Description and the drawings. The invention is based on the in the figures schematically illustrated embodiments below explained in more detail. It demonstrate:

1 ein erfindungsgemässer Linearmotor in einer stark schematisierten perspektivischen Darstellung; 1 a linear motor according to the invention in a highly schematic perspective representation;

2 eine erste Hälfte des Linearmotors aus 1 in einer Querschnittsdarstellung; 2 a first half of the linear motor 1 in a cross-sectional view;

3 eine zweite Hälfte des Linearmotors aus 1 in einer Querschnittsdarstellung; 3 a second half of the linear motor 1 in a cross-sectional view;

4 eine Teildarstellung gemäss 2 einer weiteren erfindungsgemässen Ausführungsform; 4 a partial representation according to 2 a further embodiment according to the invention;

5 eine Teildarstellung gemäss 2 einer weiteren erfindungsgemässen Ausführungsform; 5 a partial representation according to 2 a further embodiment according to the invention;

6 eine Teildarstellung gemäss 2 einer weiteren erfindungsgemässen Ausführungsform; 6 a partial representation according to 2 a further embodiment according to the invention;

7 eine Teildarstellung gemäss 3 einer weiteren erfindungsgemässen Ausführungsform; 7 a partial representation according to 3 a further embodiment according to the invention;

8 eine mit zwei erfindungsgemässen Linearantrieben gebildete Baugruppe; 8th an assembly formed with two linear drives according to the invention;

9 eine mit vier erfindungsgemässen Linearantrieben gebildete Baugruppe. 9 an assembly formed with four linear drives according to the invention.

Der in 1 und 2 gezeigte erfindungsgemässe elektrische Linearmotor weist ein in eine Längserstreckungsrichtung verlaufendes Gehäuse 1 auf, in dem ein Läufer 2 angeordnet ist. Das Gehäuse 1 ist zentraler Bestandteil einer ersten Baugruppe, während der Läufer 2 zu einer zweiten Baugruppe der in 1 gezeigten erfindungsgemässen Vorrichtung gehört.The in 1 and 2 shown electric linear motor according to the invention has a housing extending in a longitudinal direction 1 on where a runner 2 is arranged. The housing 1 is a central part of a first assembly, while the runner 2 to a second assembly of the in 1 shown inventive device belongs.

Wie auch aus 2 hervorgeht, ist das lediglich eine Gehäuse 1 im Querschnitt U-förmig gestaltet. Hierzu weist es zwei parallel zueinander ausgerichtete, ebene und plattenförmige Schenkel 3, 4 auf. Die beiden Schenkel 3, 4 werden durch einen Verbindungsschenkel 5 parallel und mit konstantem Abstand zueinander gehalten. Im Ausführungsbeispiel sind die beiden Schenkel 3, 4 und der Verbindungsschenkel 5 jeweils einzelne Bauteile, die durch Schraubenverbindungen 6 aneinander gefügt sind.As from 2 shows that this is just a housing 1 U-shaped in cross-section. For this purpose, it has two flat and plate-shaped legs aligned parallel to one another 3 . 4 on. The two legs 3 . 4 are through a connecting leg 5 kept parallel and at a constant distance from each other. In execution play are the two legs 3 . 4 and the connecting leg 5 each individual component by screw connections 6 are joined together.

An jeder der beiden parallelen Innenflächen 3a, 4a des Gehäuses 1 sind mit konstantem Abstand zueinander Permanentmagnete 7 befestigt. Die Magnete 7 befinden sich hierbei im Bereich der seitlichen Öffnung 8 des Gehäuses und mit Abstand zum Verbindungsschenkel 5. An jeder Innenfläche 3a, 4a wird somit mit einem gleichen vorbestimmten Rastermass eine Reihe von Permanentmagneten 7 ausgebildet. Die beiden Reihen verlaufen parallel zueinander. Das im Wesentlichen ein ferromagnetisches Material aufweisende Gehäuse 1 ermöglicht einen ungehinderten Fluss eines Magnetfeldes, das von den Permanentmagneten 7 gebildet wird. Das Gehäuse 1 und die Magneten 7 bilden damit den Stator.On each of the two parallel inner surfaces 3a . 4a of the housing 1 are permanent magnets at a constant distance from each other 7 attached. The magnets 7 are located in the area of the side opening 8th of the housing and at a distance from the connecting leg 5 , On every inner surface 3a . 4a becomes a series of permanent magnets with the same predetermined pitch 7 educated. The two rows run parallel to each other. The housing essentially comprising a ferromagnetic material 1 enables an unimpeded flow of a magnetic field by the permanent magnets 7 is formed. The housing 1 and the magnets 7 thus form the stator.

Innerhalb eines von den beiden Schenkeln 3, 4 freigegebenen Luftspaltes ist der Läufer 2 zwischen den beiden Reihen der Magnete 7 beweglich angeordnet. Der Läufer 2 weist eine oder mehrere nicht näher dargestellte eisenlose Spulen auf, die in einen Kunststoffkörper als Läufer 2 eingegossen sind. Eine Längsachse 2a des Kunststoffkörpers ist senkrecht zur Längsbewegungsachse 9 des Motors und parallel zu den beiden Schenkeln 3, 4 des Gehäuses 1 ausgerichtet. Die Spulen sind in, an sich vorbekannter Weise, an eine nicht näher dargestellte Steuerung und Stromquelle angeschlossen. Die in den Magnetfeldern der einzelnen Magneten 7 angeordneten stromdurchflossenen Spulen erzeugen Kräfte, die zu einem sehr exakt steuerbaren Vorschub des Läufers 2 genutzt werden können.Inside one of the two legs 3 . 4 released air gap is the runner 2 between the two rows of magnets 7 arranged movably. The runner 2 has one or more ironless coils, not shown, which are in a plastic body as a rotor 2 are cast in. A longitudinal axis 2a the plastic body is perpendicular to the longitudinal axis of movement 9 of the motor and parallel to the two legs 3 . 4 of the housing 1 aligned. The coils are connected in a manner known per se to a control and current source, not shown in detail. The in the magnetic fields of the individual magnets 7 Arranged current-carrying coils generate forces that lead to a very precisely controllable feed of the rotor 2 can be used.

Abtriebsseitig weist der Läufer 2 einen aus der seitlichen Öffnung 8 des Gehäuses herausragenden Fortsatz 10 auf, an dem eine nicht näher dargestellte zu bewegende Last befestigt werden kann.The rotor points on the output side 2 one from the side opening 8th protruding extension of the housing 10 to which a load to be moved, not shown, can be attached.

Wie insbesondere in 2 und 3 zu erkennen ist, ist der Läufer 2 gegenüber dem Stator von zwei parallel und mit Abstand zueinander verlaufenden Wälzkörper-Linearbewegungsführungen 11, 12 geführt. Beide Führungen 11, 12 sind zwischen den beiden freien Schenkeln 3, 4 und damit innerhalb des Gehäuses angeordnet. Zudem verlaufen sie parallel zur Längserstreckung des Verbindungsschenkels 5.As especially in 2 and 3 is recognizable is the runner 2 compared to the stator of two parallel linear motion guides running at a distance from each other 11 . 12 guided. Both tours 11 . 12 are between the two free legs 3 . 4 and thus arranged within the housing. In addition, they run parallel to the longitudinal extension of the connecting leg 5 ,

Die erste Führung 12 befindet sich im Bereich der Öffnung 8 des Gehäuses 1, während die zweite Führung 11 zwischen den Magneten 7 und dem Verbindungsschenkel 5 angeordnet ist. Die beiden im gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Linearbewegungsführungen 11, 12 sind an sich vorbekannt und werden von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung MINIRAIL^TM seit langem und unabhängig von Linearmotoren angeboten. Da Linearbewegungsführungen an sich in vielfacher Weise vorbekannt sind, wird deren Aufbau nachfolgend nur rudimentär erläutert.The first tour 12 is in the area of the opening 8th of the housing 1 while the second lead 11 between the magnets 7 and the connecting leg 5 is arranged. The two linear movement guides provided in the exemplary embodiment shown 11 . 12 are known per se and have been offered by the applicant under the product name MINIRAIL ^TM for a long time and independently of linear motors. Since linear motion guides are known in many ways, their structure is only explained in a rudimentary manner below.

Derartige Linearbewegungsführungen weisen eine gerade profilierte Schiene 15 auf, die an jeder ihrer beiden Seitenflächen zumindest eine – oftmals auch zwei – Tragflächen 16 für Wälzkörper 17 aufweisen. Die Wälzkörper 17, wie beispielsweise Kugeln, Rollen oder Nadeln, befinden sich in einem der kanalförmigen Wälzkörperumläufe eines auf der Schiene 15 angeordneten Wagens 18. Für jede Tragfläche 16 der Schiene 15 ist pro Wagen 18 ein Wälzkörperumlauf vorhanden. Die Wälzkörper 17 zirkulieren bei einer Relativbewegung zwischen dem Wagen 18 und der Schiene 15 in ihrem jeweiligen Wälzkörperumlauf und stützen hierbei den Wagen 18 auf den Tragflächen 16 der Schiene 15 ab. Alternativ zu dieser Bauform können auch Linearbewegungsführungen vorgesehen sein, bei denen die Wälzkörper nicht in Umläufen, sondern in einer Reihe angeordnet sind. Bei derartigen Linearbewegungsführungen ist jedoch bauartbedingt der maximal erzielbare Verfahrweg begrenzt.Such linear motion guides have a straight profiled rail 15 that have at least one - often two - wings on each of their two sides 16 for rolling elements 17 exhibit. The rolling elements 17 , such as balls, rollers or needles, are located in one of the channel-shaped rolling element revolutions on the rail 15 arranged wagon 18 , For every wing 16 the rail 15 is per car 18 a rolling element circulation exists. The rolling elements 17 circulate between the car during a relative movement 18 and the rail 15 in their respective rolling element circulation and support the carriage 18 on the wings 16 the rail 15 from. As an alternative to this design, linear motion guides can also be provided, in which the rolling elements are arranged in a row rather than in revolutions. With linear motion guides of this type, however, the maximum achievable travel path is limited by design.

Bei dem in 2 und 3 im Querschnitt dargestellten erfindungsgemässen Linearmotor sind die Schienen 15 beider Linearbewegungsführungen 11, 12 am unteren Schenkel 3 befestigt, während die Wagen 18 der Führungen 11, 12 mit dem Läufer 2 verbunden sind. Bei dem unmittelbar gegenüber dem Verbindungsschenkel 5 angeordneten Wagen 18 der zweiten Führung 11 (2) ist hierbei eine schwimmende Befestigung des Läufers 2 vorgesehen. Diese erlaubt Bewegungen des Läufers 2 in eine Richtung parallel zur Längsachse 2a des Läufers und damit senkrecht zur Längsbewegungsachse 9 (1) der Linearbewegungsführung. Derartige Bewegungen können bei temperaturbedingten Längenänderungen des Läufers 2 auftreten.At the in 2 and 3 The rails according to the invention, shown in cross section, are the rails 15 both linear motion guides 11 . 12 on the lower leg 3 attached while the car 18 of the guides 11 . 12 with the runner 2 are connected. In the case directly opposite the connecting leg 5 arranged wagons 18 the second leadership 11 ( 2 ) is a floating attachment of the runner 2 intended. This allows the runner to move 2 in a direction parallel to the longitudinal axis 2a of the rotor and thus perpendicular to the longitudinal axis of movement 9 ( 1 ) of the linear motion control. Such movements can occur with temperature-related changes in length of the runner 2 occur.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel von 2 ist die schwimmende Befestigung mit einer auf dem Wagen 15 fixierten Befestigungsleiste 19 und einem Gewindestift 20 realisiert. Der Gewindestift 20 ist mit seinem Gewindeteil in die Befestigungsleiste 19 eingeschraubt und mit seinem glatten Führungsteil in einer stirnseitigen zylindrischen Ausnehmung 21 des Läufers 2 verschiebbar geführt. Zwischen der Befestigungsleiste 19 und dem Läufer 2 ist ein Spalt 22 ausge bildet, dessen Breite zumindest der maximalen Längenausdehnung des Läufers 2 entsprechen sollte.In the illustrated embodiment of 2 is the floating attachment with one on the cart 15 fixed mounting strip 19 and a grub screw 20 realized. The grub screw 20 is with its threaded part in the mounting strip 19 screwed in and with its smooth guide part in an end cylindrical recess 21 of the runner 2 slidably guided. Between the mounting bar 19 and the runner 2 is a crack 22 out forms the width of at least the maximum length of the runner 2 should match.

In 4 ist eine weitere Möglichkeit für eine schwimmende Befestigung des Läufers 2 am Gehäuse 1 gezeigt. In diesem Fall ist der Wagen 118 direkt auf die Stirnseite des Läufers 2 aufgeschraubt. Die Schiene 115 der Führung 111 ist hingegen in einer Längsnut 114 des Verbindungsschenkels 105 eingesetzt. Als Ausgleich für die mögliche Längenänderung des Läufers 2 ist eine Veränderung der Eintauchtiefe der Schiene 115 in der Nut 114 vorgesehen. Die Schiene 115 ist deshalb mit Schrauben 104 am Verbindungsschenkel 105 befestigt, auf deren jeweils parallel zur Längsachse 2a des Läufers verlaufenden Schaft die Schiene 115 entlang gleiten kann.In 4 is another way to float the runner 2 on the housing 1 shown. In this case the car is 118 directly on the front of the runner 2 screwed. The rail 115 the leadership 111 however, is in a longitudinal groove 114 of the connecting leg 105 used. To compensate for the possible change in length of the runner 2 is a change in the immersion depth of the rail 115 in the groove 114 intended. The rail 115 is therefore with screws 104 on the connecting leg 105 attached, each parallel to the longitudinal axis 2a the runner's shaft 115 can slide along.

Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform ist die schwimmende Anordnung durch ebene Tragflächen 216 der Schiene 215 realisiert. Anders als bei den zuvor gezeigten Ausführungsformen sind hier die Tragflächen 216 nicht an die Kontur der Wälzkörper 217 angepasst. Dies ermöglicht, dass eine Längenänderung der Schiene 215 zu einer relativen Verschiebung des Wagens 218 auf der ortsfesten Schiene 215, in einer Richtung quer zur Längsbewegungsachse des erfindungsgemässen Linearantriebs und parallel zur Längsachse 2a des Läufers führt. Die Wälzkörper wälzen daraufhin auf einer anderen Stelle der Tragflächen 216 ab.At the in 5 embodiment shown is the floating arrangement by plane wings 216 the rail 215 realized. Unlike the previously shown embodiments, the wings are here 216 not to the contour of the rolling elements 217 customized. This allows the rail to change length 215 to a relative displacement of the car 218 on the stationary rail 215 , in a direction transverse to the longitudinal movement axis of the linear drive according to the invention and parallel to the longitudinal axis 2a of the runner. The rolling elements then roll on a different location on the wings 216 from.

Auch über Federelemente 324 kann eine schwimmende Anordnung erreicht werden, wie dies in 6 gezeigt ist. So kann beispielsweise zwischen dem Wagen 318 und der Stirnseite des Läufers 2 auf der durch den Wagen 318 durchgeführten und in den Läufer eingedrehten Passschraube 304 ein Federpaket, beispielsweise ein Tellerfederpaket, angeordnet sein. Eine temperaturbedingte Längenänderung führt zu einer Veränderung des Abstandes der Stirnseite des Läufers 2 zum Wagen 318 und zu einer Änderung der vom Federpaket ausgehenden Federkraft.Also via spring elements 324 a floating arrangement can be achieved as shown in 6 is shown. For example, between the car 318 and the front of the runner 2 on the by the car 318 passed and screwed into the rotor 304 a spring assembly, for example a plate spring assembly, may be arranged. A temperature-related change in length leads to a change in the distance between the face of the rotor 2 to the car 318 and a change in the spring force emanating from the spring assembly.

Diese Längenänderung wird zudem durch eine Veränderung der Position der Passschraube 304 im Wagen aufgenommen.This change in length is also caused by a change in the position of the fitting screw 304 recorded in the car.

7 zeigt hingegen eine Möglichkeit für eine Variation der öffnungsseitigen Führung 12 am Gehäuse 1. Anstelle von nur einer Linearbewegungsführung sind hier im Bereich der seitlichen Öffnung auf der Stirnseite beider Schenkel 3, 4 jeweils eine Schiene 415 einer Linearbewegungsführung aufgeschraubt. Die auf den Schienen 415 angeordneten Wagen 418 sind über eine, auf jeden Wagen 418 aufgeschraubte Brücke 425, miteinander verbunden. Die Brücke 425 ist mittels Schraubverbindungen zudem mit dem aus dem Gehäuse herausragenden Fortsatz des Läufers 2 verbunden und überträgt somit dessen Bewegung auf die Wagen 418 der Führung. An der Brücke 425 wiederum kann eine durch den Linearmotor zu bewegende Last befestigt werden. 7 on the other hand shows a possibility for a variation of the opening-side guidance 12 on the housing 1 , Instead of only one linear movement guide, here are in the area of the lateral opening on the front side of both legs 3 . 4 one rail each 415 screwed onto a linear motion guide. The one on the rails 415 arranged wagons 418 are over one, on every wagon 418 screwed on bridge 425 , connected with each other. The bridge 425 is also by means of screw connections with the extension of the rotor protruding from the housing 2 connected and thus transfers its movement to the car 418 the leadership. At the bridge 425 in turn, a load to be moved by the linear motor can be attached.

Gemäss der in 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform kann in den Linearantrieb ein Messsystem 30 integriert sein, das entweder als absolutes oder inkrementales Messsystem ausgeführt ist und vom Hersteller des Linearantriebs zusammen mit dem Linearantrieb als Baueinheit angeboten wird. Derartige Messsysteme können auf einem an sich vorbekannten optischen oder magnetischen Messprinzip basieren. Hierzu kann insbesondere die öffnungsseitige Führung 12 mit einem Sensor 31 versehen werden, der zusammen mit dem Wagen über eine am Gehäuse, insbesondere einem der Schenkel 3, 4, oder der Schiene 15 angebrachte Massverkörperung 32 geführt wird. Mit den Weg- bzw. Positionsinformation kann einerseits eine sehr genaue Positionierung von durch den Linearantrieb bewegten Lasten stattfinden. Andererseits können diese Informationen auch im Zusammenhang mit der Erzeugung der Antriebsbewegung genutzt werden. Aus diesen Informationen kann die jeweilige momentane Position des Läufers gegenüber den einzelnen Magneten 7 der Magnetreihen bestimmt und in Abhängigkeit hiervon die Phasen der Spulenströme eingestellt werden.According to the in 3 The preferred embodiment shown can be a measuring system in the linear drive 30 be integrated, which is either an absolute or incremental measuring system and is offered by the manufacturer of the linear drive together with the linear drive as a unit. Such measuring systems can be based on a known optical or magnetic measuring principle. In particular, the opening-side guidance can do this 12 with a sensor 31 be provided together with the carriage via one on the housing, in particular one of the legs 3 . 4 , or the rail 15 attached measuring standard 32 to be led. With the path and position information, on the one hand, very precise positioning of loads moved by the linear drive can take place. On the other hand, this information can also be used in connection with the generation of the drive movement. The current position of the rotor relative to the individual magnets can be obtained from this information 7 of the magnet series is determined and the phases of the coil currents are set as a function thereof.

Die erfindungsgemässe Gestaltung eines Linearmotors erlaubt unter Verwendung des zuvor erörterten Konstruktionsprinzips eine Vielzahl von Variationen des Elektromotors. Beispielhaft hierfür ist in 8 eine symmetrische Doppelanordnung mit zwischengeschalteter Last und in 9 eine symmetrische Vierfachanordnung von erfindungsgemässen Linearantrieben gezeigt.The design of a linear motor according to the invention allows a multitude of variations of the electric motor using the construction principle discussed above. An example of this is in 8th a symmetrical double arrangement with intermediate load and in 9 a symmetrical quadruple arrangement of linear drives according to the invention is shown.

Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Läufer
2a: Längsachse Läufer
3: Schenkel
3a: Innenfläche
4: Schenkel
4a: Innenfläche
5: Verbindungsschenkel
6: Schraubenverbindung
7: Magnet
8: Öffnung
9: Längsbewegungsachse
10: Fortsatz
11: Linearbewegungsführung
12: Linearbewegungsführung
15: Schiene
16: Tragfläche
17: Wälzkörper
18: Wagen
19: Befestigungsleiste
20: Gewindestift
21: Ausnehmung
22: Spalt
30: Messsystem
31: Sensor
32: Massverkörperung
33: Last
104: Schraube
105: Verbindungsschenkel
114: Längsnut
115: Schiene
118: Wagen
215: Schiene
216: Tragfläche
217: Wälzkörper
218: wagen
304: Passschraube
318: Wagen
324: Federelement
415: Schiene
418: Wagen
425: Brücke

LIST OF REFERENCE NUMBERS

1: casing
2: runner
2a: Longitudinal runner
3: leg
3a: Inner surface
4: leg
4a: Inner surface
5: connecting leg
6: screw connection
7: magnet
8th: opening
9: Longitudinal axis of movement
10: extension
11: Linear motion guide
12: Linear motion guide
15: rail
16: wing
17: rolling elements
18: dare
19: mounting strip
20: Set screw
21: recess
22: gap
30: measuring system
31: sensor
32: graduation
33: load
104: screw
105: connecting leg
114: longitudinal groove
115: rail
118: dare
215: rail
216: wing
217: rolling elements
218: dare
304: Passschraube
318: dare
324: spring element
415: rail
418: dare
425: bridge

Claims

Elektrischer Linearantrieb zur Erzeugung von im Wesentlichen geradlinigen Bewegungen entlang einer vorbestimmten Bewegungsachse, der mit einer Statorbaugruppe und einer Läuferbaugruppe versehen ist, die relativ zueinander beweglich sind, wobei a) die Statorbaugruppe hierzu Magnete zum Aufbau eines magnetischen Feldes aufweist, in dem sich der Läufer der Läuferbaugruppe befindet, b) die Statorbaugruppe ferner mit einem U-förmigen Gehäuse versehen ist, das zwei Schenkel aufweist, die über einen Verbindungsschenkel miteinander verbunden sind, wobei an den beiden Schenkeln die Magnete angeordnet sind, das Gehäuse in Bezug auf die Bewegungsachse eine seitliche Öffnung aufweist, c) der Läufer mit zumindest einer Wicklung versehen ist, die sich in einem Spalt zwischen den beiden Schenkeln des Gehäuses befindet, d) der Läufer im Bereich der Öffnung des Gehäuses einen abtriebsseitigen Fortsatz für eine Befestigung einer zu bewegenden Last aufweist, und e) die Läuferbaugruppe im Bereich der Öffnung des Gehäuses durch ein erstes Linearbewegungslager und im Bereich des Verbindungsschenkels (5) des U-förmigen Gehäuses (1) durch ein zusätzliches zweites Linearbewegungslager (11, 12) geführt ist.Electric linear drive for generating substantially rectilinear movements along a predetermined movement axis, which is provided with a stator assembly and a rotor assembly that are movable relative to one another, wherein a) the stator assembly has magnets for this purpose to build up a magnetic field in which the rotor Rotor assembly, b) the stator assembly is further provided with a U-shaped housing which has two legs which are connected to one another via a connecting leg, the magnets being arranged on the two legs, the housing having a lateral opening with respect to the axis of movement c) the rotor is provided with at least one winding which is located in a gap between the two legs of the housing, d) in the region of the opening of the housing the rotor has an output-side extension for fastening a load to be moved, and e ) the rotor assembly in the B the opening of the housing through a first linear motion bearing and in the area of the connecting leg ( 5 ) of the U-shaped housing ( 1 ) with an additional second linear motion bearing ( 11 . 12 ) is performed.

Linearantrieb nach Anspruch 1, bei dem sich zwischen den beiden Linearbewegungslagern (11, 12) Magnete (7) der Statorbaugruppe befinden.Linear drive according to claim 1, in which between the two linear motion bearings ( 11 . 12 ) Magnets ( 7 ) of the stator assembly.

Linearantrieb nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schiene (15, 115, 215, 415) des zweiten Linearbewegungslagers (11, 12) am Gehäuse (1) befestigt ist.Linear drive according to claim 1 or 2, wherein the rail ( 15 . 115 . 215 . 415 ) of the second linear motion bearing ( 11 . 12 ) on the housing ( 1 ) is attached.

Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Läufer (2), dessen Wicklung sich auf einem eisenhaltigen Kern befindet.Linear drive according to one of the preceding claims, with a rotor ( 2 ), whose winding is on an iron-containing core.

Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Längenmesssystem (30), das in das erste Linearbewegungslager (11, 12) integriert ist.Linear drive according to one of the preceding claims, with a length measuring system ( 30 ), which in the first linear motion bearing ( 11 . 12 ) is integrated.

Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer schwimmenden Befestigung des Läufers (2) am Gehäuse (1) mittels einem der beiden Linearbewegungslager (11, 12), wobei die schwimmende Befestigung eine Längenänderung des Läufers (2) in eine Richtung quer zur Bewegungsachse (9) des Linearantriebs zulässt.Linear drive according to one of the preceding claims, with a floating attachment of the rotor ( 2 ) on the housing ( 1 ) using one of the two linear motion bearings ( 11 . 12 ), with the floating attachment changing the length of the runner ( 2 ) in a direction transverse to the axis of movement ( 9 ) of the linear drive.

Linearantrieb nach Anspruch 6, bei welchem der Läufer (2) am zweiten Linearbewegungslager (11, 12) schwimmend befestigt ist.Linear drive according to claim 6, wherein the rotor ( 2 ) on the second linear motion bearing ( 11 . 12 ) is attached floating.

Linearantrieb nach Anspruch 6, mit einer Befestigung des Läufers an einem Wagen (18, 118, 218, 318, 418) der Linearbewegungslager, (11, 12) die bezüglich der Bewegungsachse formschlüssig ist und in eine Richtung quer zur Bewegungsachse (9) zumindest einen Bewegungsfreiheitsgrad aufweist.Linear drive according to claim 6, with an attachment of the rotor to a carriage ( 18 . 118 . 218 . 318 . 418 ) the linear motion bearing, ( 11 . 12 ) which is form-fitting with respect to the axis of movement and in a direction transverse to the axis of movement ( 9 ) has at least one degree of freedom of movement.

Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Führung (11, 12) einen oder mehrere Wälzkörperumläufe aufweist.Linear drive according to one of the preceding claims, in which the second guide ( 11 . 12 ) has one or more roller circulations.

Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, bei dem die zweite Führung (11, 12) Wälzkörper aufweist, die in einer oder mehreren Reihen jeweils ohne einen Wälzkörperumlauf angeordnet sind.Linear drive according to one of the preceding claims 1 to 8, in which the second guide ( 11 . 12 ) Has rolling elements which are arranged in one or more rows each without a rolling element circulation.