DE3724306A1 - Linearmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearmotor zur Bewegung eines Objektes, wie z. B. eines Vorhanges, mit einer Führungsschiene zur Gleitführung eines Läufers, mit dem das Objekt verbunden ist.

Ein aus dem Stand der Technik bekannter Linearmotor ist z. B. in der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegung 60-98 489 gezeigt. Der aus diesem Gebrauchsmuster bekannte Linearmotor weist eine Führungsschiene und einen Läufer auf, an dem ein Ende eines Objektes, wie z. B. eines Vorhanges, befestigt ist. Der Läufer ist gleitbar in der Führungsschiene geführt und linear angetrieben, um den Vorhang zu öffnen oder zu schließen.

Um einen Läufer linear anzutreiben, sind Permanentmagnete kontinuierlich verteilt in der Führungsschiene angeordnet, derart, daß jeweils benachbarte Magneten unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Ein Paar kammartiger Elektroden, die mit einer Energiequelle verbunden sind, sind in der Führungsschiene angeordnet, um sich in Längsrichtung der Führungsschiene zu erstrecken. Der Läufer ist mit Energiezuführungsbürsten versehen, die einen Gleitkontakt mit den kammartigen Elektroden herstellen und der Läufer weist ferner Wicklungen auf, die über die Kontaktbürsten mit Energie versorgt werden.

Wenn den Wicklungen des Läufers Energie zugeführt wird, wird der Läufer linear durch Ströme, die in den Wicklungen fließen und entsprechend der Flemingschen "Linke-Hand"-Regel von einem magnetischen Fluß begleitet sind sowie vom magnetischen Fluß der Permanentmagneten in der Führungsschiene angetrieben. Entsprechend der Bewegung des Läufers und in Abhängigkeit von einem Kontaktzustand zwischen den kammartigen Elektroden der Führungsschiene und den Bürsten des Läufers, werden die Polaritäten der Wicklungen des Läufers so geändert, daß der Läufer in gleicher Richtung linear angetrieben wird.

Bei einem derartigen, bekannten Linearmotor wird der Läufer durch die kammartigen Elektroden, vorgesehen in der Führungsschiene, und die Bürsten, vorgesehen im Läufer, mit Energie versorgt, so daß der Aufbau des Motors kompliziert ist und die elektrischen Gleitkontaktabschnitte dazu neigen, nur einen unvollständigen elektrischen Kontakt herzustellen, so daß Fehlfunktionen und ungenügende Dauerbetriebseigenschaften die Folge sind. Außerdem erfordert der Läufer infolge seines Aufbaus einen getrennten Antriebsschaltkreis, so daß der Läufer und der Antriebsschaltkreis an unterschiedlichen Orten installiert sind, so daß die Betriebs- und Bedienungseffektivität beim Aufbau der Einrichtung vermindert werden.

Ein Linearmotor mit bewegten Wicklungen ist im Stand der Technik z. B. in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 59-179 482 gezeigt. Nach dieser Veröffentlichung sind Permanentmagnete kontinuierlich in einer bandförmigen Gestalt entlang einer Schiene angeordnet, derart, daß die S-Pole und die N-Pole alternierend vorgesehen sind. Eine solche Magnetbandanordnung ist paarweise vorgesehen, d. h. ein Paar derartiger Bänder von Permanentmagneten ist gegenüberliegend zueinander derart angeordnet, daß die einander jeweils gegenüberliegenden Permanentmagneten eines Paares entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Zwischen den Permanentmagnetbändern ist beweglich ein Läufer angeordnet, der Spulen bzw. Wicklungen und Stromabnehmerbürsten aufweist.

Die Stromrichtung des durch die Wicklungen fließenden Stromes muß der Polarität der Permanentmagneten entsprechen, derart, daß eine Druckkraft durch den durch die Wicklungen fließenden Strom und den magnetischen Fluß der Permanentmagnete erzeugt wird. Um diese Forderung zu erfüllen, ist überkreuz ein Paar Kontaktdrähte zwischen benachbarten, unterschiedlichen Magnetpolen in Richtung der Ausdehnung der Permanentmagnete vorgesehen und die Stromabnehmerbürsten des Läufers nehmen die Elektrizität von dem sich jeweils kreuzenden Paar Kontaktdrähte ab. Wenn die Stromabnehmerbürsten bewegt werden, werden infolge elektrischer Spalte zu den gekreuzten Abschnitten der Kontaktdrähte Funken erzeugt. Infolge dieser Funken besteht die Neigung, daß die Stromabnehmerbürsten schnell verschleißen und sich deren Lebensdauer rapide verschlechtert, mit der Folge einer Destabilisierung der Energiezufuhr zu den Wicklungen.

Um diese Probleme des Standes der Technik zu überwinden, besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, einen Linearmotor zu schaffen, der einen Läufer und einen Antriebsschaltkreis aufweist, der integral mit dem Läufer ausgebildet ist, so daß keine elektrischen Gleitkontaktelemente erforderlich sind.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Linearmotor vom Typ des mit Läuferwicklungen versehenen Linearmotors zu schaffen, der Stromabnehmerbürsten aufweist, bei dem die Standzeit der Bürsten verbessert ist und das Stromaufnahmevermögen der Wicklungen stabilisiert ist.

Um diese Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist erfindungsgemäß ein Linearmotor mit einer Schieneneinrichtung und einer Läufereinrichtung vorgesehen, die sich entlang der Schieneneinrichtung bewegt, wobei eine Mehrzahl von Permanentmagneten in der Schieneneinrichtung entlang der Längsrichtung der Schieneneinrichtung angeordnet ist, derart, daß die benachbarten Polaritäten der Permanentmagneten alternierend wechselnd angeordnet sind, eine Wicklungseinrichtung in der Läufereinrichtung vorgesehen ist und so angeordnet ist, daß sie den Permanentmagneten gegenüberliegt, in der Läufereinrichtung eine Hallelementeinrichtung vorgesehen ist und in der Läufereinrichtung eine Steuerungseinrichtung angeordnet ist, die einen elektrischen Strom auf der Grundlage von Ausgangssignalen der Hallelementeinrichtung steuert, der der Wicklungseinrichtung zugeführt wird.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist erfindungsgemäß ein Linearmotor zur Bewegung eines Objektes entlang einer Führungsschiene vorgesehen, wobei das Objekt mit einem Läufer verbunden ist und der Läufer gleitbar durch die Führungsschiene geführt ist. In bestimmter Teilung sind kontinuierlich Permanentmagnete in Längsrichtung der Führungsschiene derart angeordnet, daß benachbarte Permanentmagnete unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Der Läufer ist zumindest mit einem Paar Wicklungen versehen, die den Permanentmagneten gegenüberliegend zugewandt sind, wobei jede Wicklung mit einem Hallelement verbunden ist. Der Läufer ist ferner mit einem Antriebsschaltkreis zur Steuerung der durch die Wicklungen fließenden Ströme in Abhängigkeit von den Signalen der Hallelemente versehen.

Mit der vorerwähnten Anordnung wird nach Erregung der Wicklungen der Läufer durch die magnetische Wechselwirkung zwischen den Wicklungen und den Permanentmagneten, die in der Führungsschiene angeordnet sind, bewegt.

Wenn der Läufer bewegt wird, um die lagebedingte Beziehung zwischen den Polaritäten der Permanentmagneten und den Wicklungen zu ändern und somit die von den Hallelementen erfaßten Polaritäten der Permanentmagnete der Führungsschienen zu ändern, werden die Polaritäten der Hallelemente und deren Ausgangssignale vertauscht. Die Ausgangssignale der Hallelemente werden durch den Antriebsschaltkreis eingestellt und an die Wicklungen gegeben, so daß die Stromrichtung des Stromes, der in den Wicklungen fließt, entsprechend der Bewegungsposition des Läufers gesteuert wird. Die Anregung bzw. Strombeaufschlagung der Wicklungen wird so gesteuert, daß stets eine Druckkraft in einer Richtung bezüglich der Permanentmagnete der Führungsschiene wirkt.

Der Läufer ist einfach mit einer Energiequelle verbunden, so daß ein Einsatzvorgang erleichtert wird.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Linearmotor eine Schiene, die ein Paar paralleler Kontaktdrähte zur Zuführung der elektrischen Energie aufweist, einen Läufer, der in Bezug auf die Schiene beweglich ist, Permanentmagneten, die fortlaufend in der Schiene so angeordnet sind, daß benachbarte Permanentmagnete unterschiedliche Polaritäten besitzen, Wicklungen, die in dem Läufer angeordnet sind, um den Permanentmagneten zugewandt gegenüberzuliegen, Hallelemente, die im wesentlichen jeweils im Zentrum der Wicklungen angeordnet sind, einen Steuerabschnitt zur Umschaltung der Stromrichtung der Ströme, die zu den Wicklungen geführt werden, in Abhängigkeit von den Signalen der Hallelemente und Stromabnehmerbürsten, die in Kontakt mit den Kontaktdrähten stehen.

Bei der vorerwähnten Anordnung fließt, wenn das Paar Kontaktdrähte strombeaufschlagt ist, der Strom durch die Wicklungen über die Stromabnehmerbürsten. Infolge dieses Stromflusses und des magnetischen Flusses der Permanentmagnete bewegt sich der Läufer entsprechend der Flemingschen "Linke-Hand"-Regel entlang der Schiene. Gleichzeitig gleiten die Stromabnehmerbürsten entlang des Paares Kontaktdrähte, die parallel zueinander ohne elektrische Spalte angeordnet sind, so daß die elektrische Energie stabil zu den Wicklungen geführt wird und der Verschleiß der Stromabnehmerbürsten vermindert wird, so daß deren Lebensdauer verlängert wird. Strom wird von außen dem Paar paralleler Kontaktdrähte zugeführt und der Steuerabschnitt zur Umschaltung der Polarität des zu den Wicklungen geführten Stromes ist integral mit dem Läufer ausgebildet, so daß eine Steuerungsverkabelung zur Verbindung des Läufers mit einer äußeren Energiequelle beseitigt ist und die Gesamtabmessungen des Linearmotors vermindert werden.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen weiter verdeutlicht. In diesen zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeuges, in dem ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 2 eine Vorderansicht eines Linearmotors nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV nach Fig. 2,

Fig. 5 eine Vorderansicht eines Läufers nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6 eine Rückansicht des Läufers,

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII nach Fig. 5,

Fig. 8 eine Schaltungsanordnung eines Antriebsschaltkreises nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 9 eine Vorderansicht eines Linearmotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie X-X in Fig. 9,

Fig. 11 eine erläuternde Darstellung einer Anordnung von Kontaktdrähten nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 12 eine Rückansicht des Läufers nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 13 einen Querschnitt entlang der Linie XIII-XIII nach Fig. 9.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Die Fig. 1 bis 8 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung. Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Vorhang 10, der ein Objekt, das bewegt werden soll, bildet, an einer Heckscheibe "A" eines Fahrzeuges angeordnet. Ein Linearmotor bewegt den Vorhang 10 horizontal, um diesen zu öffnen oder zu schließen.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, sind Führungsschienen 30, die jeweils einen Teil eines Linearmotors 20 bilden, im wesentlichen horizontal im oberen und unteren Abschnittt eines Fensteröffnungsbereiches der Heckscheibe "A" angeordnet. Mit jeder Führungsschiene 30 ist ein Läufer 40 gleitbar im Eingriff. Der Vorhang 10 ist von gefalteter Art und seine Kante ist jeweils an dem Läufer 40 aufgenommen.

Wie in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigt ist, hat jede Führungsschiene 30 eine vertikale Führungswand 31 und ist nach unten geöffnet. Die Führungsschiene 30 ist mit einem Magnetlagerungsabschnitt 33 versehen, der nach innen vorspringt und einem oberen Abschnitt 32 und der Führungswand 31 gegenüberliegt. Der Querschnitt der Führungsschiene 30 ist in Form einer nach unten geöffneten Nut gewählt.

Der Magnetlagerungsabschnitt 33 der Führungsschiene 30 hält ein bandförmiges kontinuierliches Magnetteil 34. Das Magnetteil 34 enthält Permanentmagnete 35, die alternierend mit bestimmter, konstanter Teilung magnetisiert sind, wobei benachbarte Permanentmagnete 35 unterschiedliche Polaritäten besitzen. Jeder Permanentmagnet 35 ist in Richtung seiner Dicke polarisiert, d. h. in Fig. 3 in Links-Rechts-Richtung. Ein Joch 36 ist an der Rückseite der Magnete 35 angeordnet.

Wie in den Fig. 2 bis 7 gezeigt ist, ist eine Kante des Vorhanges 10 mit dem Läufer 40 verbunden. Ein Kopfteil 41 des Läufers 40 ist in die Führungsschiene 30 eingesetzt und eine Gleitfläche 41 a an der Unterseite des Kopfteiles 41 ist gleitbar auf einer Gleitfläche 33 a montiert, z. B. über Rollen od. dgl., die die Oberseite des Magnetlagerungsabschnittes 33 der Führungsschiene 30 ist.

Von dem Kopfteil 41 erstreckt sich senkrecht nach unten entlang der Führungswand 31 der Führungsschiene 30 ein geführter Abschnitt 41, und ein Basisabschnitt 43 ist am unteren Ende des geführten Abschnittes 42 ausgebildet, um darin elektrische Bauelemente od. dgl. aufzunehmen. Von dem Basisabschnitt 43 springen Hakenösen 43 a zur Verbindung mit der Kante des Vorhangs 10 vor.

Ein Paar flacher Wicklungen oder Spulen 44 und 45 ist zwischen dem Kopfteil 41 und dem Basisabschnitt 43 des Läufers 40 entlang des geführten Abschnittes 42 und in Längsrichtung der Führungsschiene 30 angeordnet, so daß die Wicklungen 44, 45 dem kontinuierlichen Magnetteil 34 der Führungsschiene 30 gegenüberliegend zugewandt sind.

Die Wicklungen 44 und 45 haben jeweils geradlinige Abschnitte 44 a und 44 b bzw. 45 a und 45 b, die während der Bewegung des Läufers 40 senkrecht zum magnetischen Fluß der Permanentmagnete 35 liegen und die jeweils mit den Verbindungsabschnitten 44 c und 45 c in sich geschlossene Ringkörper bilden.

Zwischen den Wicklungen 44 und 45 und dem geführten Abschnitt 42 ist ein Joch 46 eingesetzt. Das Joch 46 liegt dem Joch 36 der Führungsschiene 30 mit dem Permanentmagneten 35 gegenüber mit den Wicklungen 44 und 45 zwischen den beiden Jochen 46, 36, um einen Magnetkreis zu bilden.

Das Joch 46 weist zwei Seitenabschnitte 46 a und 46 b auf, die sich jeweils entlang der linearen Abschnitte 44 a, 45 b der Wicklungen 44 und 45 erstrecken, einen mittleren Vorsprung 46 c, der sich entlang dem linearen Abschnitt 44 b der Wicklung 44 und entlang dem linearen Abschnitt 45 a der Wicklung 45 erstreckt und besitzt Verbindungsabschnitte 46 d und 46 e, so daß das Joch im wesentlichen eine E-förmige Gestalt besitzt.

Ein erstes Hallelement 47 ist in der Mittelachse der Wicklung 44 angeordnet und ein zweites Hallelement 48 ist in der Mittelachse der Wicklung 45 angeordnet. Wie bekannt, besitzen die Hallelemente 47 und 48 die Eigenschaft, in Abhängigkeit von der Richtung des auf sie einwirkenden magnetischen Flusses ihre Polarität umzukehren.

Wie in der Fig. 8 gezeigt ist, bilden die Wicklungen 44 und 45 und das erste und zweite Hallelement 47 und 48 einen Antriebsschaltkreis, der zwischen dem Basisabschnitt 43 und einem Seitenabschnitt des Läufers 40 in diesen eingegossen oder eingesetzt ist.

Der Antriebsschaltkreis 50 weist einen Stromrichterabschnitt 52 mit Anschlüssen 51 a und 51 b zur Energieversorgung und Dioden 52 a bis 52 d auf, ferner die vorerwähnten Hallelemente 47 und 48, exklusive NOR-Gatter 53 bis 56 und einen Antriebs-IC 57, mit dem die Wicklungen 44 und 45 verbunden sind.

Die Anschlußklemmen 51 a und 51 b sind mit einer Energiequelle durch einen Betriebsschalter (nicht gezeigt) verbunden, durch den die Stromrichtung umgeschaltet werden kann. Der Antriebs-IC 57 weist einen ersten Steuerabschnitt 57 a, der der Wicklung 45 zugeordnet ist, und einen zweiten Steuerabschnitt 57 b entsprechend der anderen Wicklung 44 auf. Die Wicklung 45 ist mit dem ersten Hallelement 47 der Wicklung 44 durch den ersten Steuerabschnitt 57 a verbunden und die Wicklung 44 ist mit dem zweiten Hallelement 48 der Wicklung 45 durch den zweiten Steuerabschnitt 57 b verbunden.

Tabelle 1 zeigt die Wahrheitswerte durch den ersten Steuerabschnitt 57 a in Verbindung mit Ausgangssignalen "D" und "F", der exklusiven NOR-Gatter 53 und 54 und Signale "G" und "J", die zu den Eingabe/Ausgabe-Terminals übertragen werden.

Tabelle 1

Die Betriebsweise der vorerläuterten Anordnung wird nachfolgend beschrieben.

Der Betriebsschalter (nicht gezeigt) wird betätigt, um eine Stromversorgung des Antriebsschaltkreises 50 über die Anschlußklemmen 51 a und 51 b herzustellen. Anschließend kehren je nach der Stellung des Läufers 40 die beiden Hallelemente 47 und 48 ihre Polaritäten, die durch die räumliche Zuordnung zwischen den Hallelementen 47 und 48 und den Magnetpolen der Permanentmagnete 35 zu diesem Zeitpunkt bestimmt werden, um und geben ein entsprechendes Ausgangssignal ab.

Entsprechend den Wahrheitswerten, die nachfolgend noch beschrieben werden, fließt der Strom durch die Wicklungen 44 und 45. Infolge des Stromflusses durch die linearen Abschnitte 44 a, 44 b, 45 a und 45 b der Wicklungen 44 und 45 und durch den magnetischen Fluß der Permanentmagnete 35 wird entsprechend der Flemingschen "Linke-Hand"-Regel eine Kraft zur Bewegung der Wicklungen 44 und 45 erzeugt, wodurch der Läufer 40 linear angetrieben wird, um den Vorhang 10 zu öffnen oder zu schließen.

Wenn das erste Hallelement 47 angeregt wird, die Wicklung 45 entsprechend der Lage zu dem Magnetpol eines zugeordneten Permanentmagneten 35 mit Strom zu versorgen, ist das zweite Hallelement 48 zwischen zwei Permanentmagneten 35 angeordnet, wo kein magnetischer Fluß auftritt, so daß dieses zweite Hallelement 48 kein Signal abgibt und die Wicklung 44 nicht angeregt wird. Entsprechend der Bewegung des Läufers 40 findet die vorerwähnte Arbeitsweise wiederholt alternierend wechselweise in Bezug auf die Hallelemente und zugehörigen Wicklungen statt.

Wenn der Läufer 40 um etwa eine halbe Teilung der Permanentmagnete 35 bewegt wird, so daß sich die Zuordnung zwischen den Wicklungen 44 und 45 und den Permanentmagneten 35 ändert, erfaßt entsprechend dieser Veränderung das zweite Hallelement 48 den magnetischen Fluß eines Permanentmagneten 35 und es fließt ein Strom durch die Wicklung 44. Entsprechend der gegenseitigen Wechselwirkung zwischen dem durch die linearen Abschnitte 44 a und 44 b fließenden Stromes und dem magnetischen Fluß des Permanentmagneten wird der Läufer 40 vorwärts oder rückwärts bewegt. Wenn sich der Läufer 40 weiterbewegt, wird die Stromrichtung des in den Wicklungen 44 und 45 fließenden Stromes umgekehrt, so daß der Läufer 40 so gesteuert wird, daß er sich stets in die gleiche Richtung bewegt.

Obwohl sich die Verhältnisse in Abhängigkeit von der Position des Läufers 40 ändern können, wird der magnetische Fluß eines N-Pol-Permanentmagneten 35 z. B. durch den mittleren Vorsprung 46 c des Joches 46 gesammelt und verläuft durch die Verbindungsabschnitte 46 d und 46 e, die Magnetpfade bilden, wird in die zwei Seitenabschnitte 46 a und 46 b geteilt und verläuft durch den S-Pol des anderen Permanentmagneten 35 und durch das Joch 36, so daß der magnetische Kreis geschlossen wird.

Wenn der Magnetfluß durch eine Luftspalte tritt, verengt sich der Magnetpfad, da die Fläche eines Permanentmagneten 35 größer ist als jede Fläche der Seitenabschnitte 46 a und 46 b, so daß sich die magnetische Flußdichte von Abschnitten erhöht, die zur Erzeugung einer Antriebskraft dienen. Im Ergebnis dessen wird eine größere Antriebskraft durch die magnetische Energie des magnetischen Flusses in Bezug auf die Wicklungen 44 und 45 erzeugt.

Selbst wenn die gegenseitige Lagebeziehung zwischen den Wicklungen 44 und 45 und den Permanentmagneten 35 entsprechend der Bewegung des Läufers 40 geändert wird, wird der durch die Wicklungen 44 und 45 fließende Strom durch die Ausgangslinie des ersten und zweiten Hallelementes 47 und 48 gesteuert und entsprechend der Umkehrung des magnetischen Flusses der Permanentmagneten 35, die durch diese Änderung veranlaßt wird, bestimmt. Im Ergebnis dessen wird kontinuierlich eine Antriebskraft in gleicher Richtung erzeugt.

Wenn die Energiezufuhr gestoppt wird, wird der Vorhang 10 in dieser Position angehalten und wenn die Energieanregung umgekehrt wird, wird der Läufer 40 linear angetrieben, um den Vorhang 10 zu schließen.

Der Antriebsschaltkreis 50 wird so betrieben, daß der Läufer 40 jeweils in der gleichen Richtung angetrieben wird.

Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt unter Bezugnahme auf die Wicklung 45 Wahrheitswerte zwischen den Ausgangssignalen des ersten Hallelementes 47, d. h. Eingangssignale "A" und "B", die einem Eingangsterminal der exklusiven NOR-Gatter 53 und 54 zugeführt werden, Eingangssignale "C" und "E", die zu den anderen Eingangsterminals der exklusiven NOR-Gatter 53 und 54 übertragen werden, Signale "D" und "F", die dem ersten Steuerabschnitt 57 a des Antriebs-IC 57 zugeführt werden und Ausgangssignale "G" und "J", die an die Wicklung 45 gelegt werden. Die Tabelle 2 gibt ferner die Polarität der Permanentmagneten 35 an.

Tabelle 2

Bezüglich der Signale "G" und "J", die die Polarität der Wicklung 45 bestimmen, werden die Ausgangssignale in Bezug auf die Polarität der Permanentmagnete 35 umgekehrt, derart, daß Anziehung oder Abstoßung stets aufrechterhalten wird, entsprechend der Bewegung des Läufers 40. Die gegenseitige Beziehung zwischen der Wicklung 44 und dem Permanentmagneten 35 ist in gleicher Weise festgelegt wie für die Wicklung 45.

Wie oben beschrieben, werden bei dem Linearmotor nach der vorliegenden Erfindung Hallelemente verwendet, um die Polarität der Wicklungen umzukehren und eine Kraft zu erzeugen, um den Läufer linear anzutreiben. Es werden insbesondere keine Kontakte verwendet, um die Richtung der Energiezufuhr umzuschalten. Außerdem ist ein Antriebsschaltkreis im Läufer aufgenommen, so daß der Gesamtaufbau des Linearmotors vereinfacht und dessen Montage erleichtert ist. Da keine elektrischen Leitkontaktkörper od. dgl. vorgesehen sind, tritt weder Verschleiß noch ein unbefriedigender Kontakt bei der Energieversorgung des Linearmotors auf, so daß die Betriebszuverlässigkeit und Lebensdauer des Linearmotors verbessert werden.

In den Fig. 9 bis 13 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Führungsschiene 105 ähnlich der Führungsschiene 30 nach Fig. 1 bildet einen Teil des Linearmotors, der in Fig. 9 gezeigt ist. Wie in Fig. 10 dargestellt ist, die einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie X-X in Fig. 9 zeigt, hat die Führungsschiene 105 einen Läuferlagerungsabschnitt 111 im oberen Teil der Schiene, um gleitbar den Läufer 109 zu lagern. Ferner besitzt die Schiene einen Permanentmagnet-Lagerungsabschnitt 113 und einen Kontaktdraht-Lagerungsabschnitt 115, wobei sich die Abschnitte 113 und 115 von gegenüberliegenden Enden des Läufer-Lagerungsabschnittes 111 zu beiden Seiten des Läufer 109 erstrecken und in Richtung der beiden Seiten des Läufers 109 offen sind. Ein unterer Abschnitt der Führungsschiene 105 besitzt eine Öffnung 117, durch die der Läufer 109 nach unten hervorsteht. Einsatzabschnitte 119 und 121 sind am unteren Ende des Läufers 109 vorgesehen und stehen von der Öffnung 117 aus hervor, um einen Vorhang 10 in diesen einzuhängen, wie in Fig. 1 angedeutet.

Der Läufer 109 umfaßt hauptsächlich einen Grundkörper 109 a, in dem Wicklungen und Hallelemente, die nachfolgend noch erläutert werden, aufgenommen sind, sowie ein Kopfteil 109 b, dessen Winkelteil 109 c auf einer Gleitfläche 105 a der Führungsschiene 105 gleitet.

Der Lagerungsabschnitt 113 für die Permanentmagneten der Schiene 105 lagert einen bandartigen Permanentmagneten 123, der alternierend mit N-Polen und S-Polen in vorbestimmter Teilung in Längsrichtung der Schiene 105 magnetisiert ist. Ein Joch 124 ist an der Rückseite des Permanentmagneten 123 angeordnet. Das Joch 124 dient zur Bildung eines Magnetkreises zur Führung des magnetischen Flusses des Permanentmagneten 123.

Der Lagerungsabschnitt 115 für die Kontaktdrähte der Führungsschiene 105 lagert ein Paar Kontaktdrähte 131 durch eine Lagerungsplatte 127 und eine Isolierplatte 129. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, erstrecken sich die Kontaktdrähte 131 parallel zueinander entlang der Führungsschiene 105. Stromabnehmerbürsten 133 sind am Läufer 109 angeordnet und gleiten auf den Kontaktdrähten 131.

Der Hauptkörper 109 a des Läufers 109 nimmt ein Paar flacher Wicklungen oder Spulen 135 und 137 auf, die in Längsrichtung der Schiene 105 angeordnet sind, so daß sie axial den Permanentmagneten 123 der Schiene 105 gegenüberliegend zugewandt sind.

Ein Joch 125 ist auf dem Hauptkörper 109 a des Läufers 109 angeordnet und liegt dem Lagerungsabschnitt 115 der Schiene 105 für die Kontaktdrähte 131 gegenüber. Das Joch 125 weist Seitenabschnitte 125 a und 125 b, die sich entlang eines geraden Abschnittes 135 a der Wicklung 135 und eines geraden Abschnittes 137 a der Wicklung 137 erstrecken, einen Mittelvorsprung 125 c, der sich entlang eines geraden Abschnittes 135 b der Wicklung 135 und eines geraden Abschnittes 137 b der Wicklung 137 erstreckt, sowie Verbindungsabschnitte 125 d und 125 e auf, so daß das Joch 125 im wesentlichen eine E-Form hat. Die Joche 124 und 125 bilden einen magnetischen Weg zur Führung des magnetischen Flusses der Permanentmagneten 123.

Ein erstes Hallelement 139 ist in der Mittelachse der Wicklung 135 und ein zweites Hallelement 141 ist in der Mittelachse der Wicklung 137 angeordnet. Wie bekannt, haben die Hallelemente 139 und 141 die Eigenschaft, ihre Polaritäten entsprechend der Richtung des magnetischen Flusses umzukehren, der auf sie einwirkt.

Die Wicklungen 135 und 137, das erste Hallelement 139 und das zweite Hallelement 141 bilden einen Antriebsschaltkreis, der in den Läufer 109 zwischen dem Hauptkörper 109 a und einem Seitenabschnitt des Läufers 109 eingegossen oder aufgenommen ist. Der Antriebsschaltkreis hat die gleiche Anordnung wie der Antriebsschaltkreis 50, der in Fig. 8 gezeigt ist. Wie in Fig. 13 erläutert, sind Energiezuführungsanschlüsse des Antriebsschaltkreises mit den Stromabnehmerbürsten 133 verbunden, die gleitbar das Paar paralleler Kontaktdrähte 131 berühren, die in den Lagerungsabschnitt 131 des Läufers 109 eingesetzt sind. Der Strom, der den Wicklungen 135 und 137 über die Stromabnehmerbürste 133 von den Kontaktdrähten 131 zugeführt wird, wird durch den vorerwähnten Antriebsschaltkreis jeweils in seiner Richtung umgekehrt.

Die Arbeitsweise des Linearmotors nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie in den Fig. 9 bis 13 dargestellt, wird nachfolgend erläutert.

Wenn ein Strom über die Kontaktdrähte 131 den Anschlußklemmen des Antriebsschaltkreises zugeführt wird, ändert in Abhängigkeit von der Stellung des Läufers 109 das erste oder zweite Hallelement 139 oder 141 seine Polarität entsprechend der Lagekorrelation in Bezug auf den gegenüberliegenden Magnetpol des Permanentmagneten 123 zu diesem Zeitpunkt und stellt ein entsprechendes Ausgangssignal zur Verfügung.

Wenn der Strom durch die Wicklungen 135 und 137 fließt, erzeugt der durch die geraden Abschnitte 135 a, 135 b, 137 a und 137 b dieser Wicklungen fließende Strom entsprechend der Flemingschen "Linke-Hand"-Regel im Zusammenwirken mit dem magnetischen Fluß des Permanentmagneten 123 eine Kraft, so daß hierdurch der Läufer 109 linear angetrieben wird, um den Vorhang 10 zu öffnen oder zu schließen.

Wenn das erste Hallelement 139 aktiviert ist, um die Wicklung 135 entsprechend der Lagekorrelation in Bezug auf einen momentanen Magnetpol des Permanentmagneten 123 anzuregen, ist das zweite Hallelement 141 zwischen Magnetpolen in Bezug auf den Permanentmagneten 123 zwischen zwei Magnetpolen angeordnet, wo kein magnetischer Fluß besteht, so daß die Hallsonde 141 kein Signal abgibt und die Wicklung 137 nicht angeregt wird. Entsprechend der Bewegung des Läufers 109 läuft die vorerläuterte Arbeitsweise alternierend ab.

Wenn der Läufer 109 ungefähr um eine halbe Teilung der Magnetpole des Permanentmagneten 123 bewegt wird, um die Beziehung zwischen den Wicklungen 137 und 135 und dem Permanentmagneten 123 zu ändern, erfaßt das zweite Hallelement entsprechend dieser Änderung den magnetischen Fluß des Permanentmagneten 123, so daß ein Stromfluß durch die Wicklung 137 erfolgt. Auf der Grundlage der Wechselwirkung zwischen dem Strom, der durch die geraden Abschnitte 137 a und 137 b der Wicklung 137 fließt und dem magnetischen Fluß des Permanentmagneten 123 wird der Läufer 109 vorwärts oder rückwärts bewegt. Wenn sich der Läufer 109 weiterbewegt, wird die Stromrichtung durch die Wicklungen 137 und 135 umgekehrt, so daß der Läufer 109 so gesteuert ist, daß er stets in gleicher Richtung bewegt wird.

Obwohl die Verhältnisse jeweils von der Stellung des Läufers 109 abhängen, wird z. B. der magnetische Fluß eines N-Poles des Permanentmagneten 123 durch den Mittelvorsprung 125 c des Joches 125 gesammelt und durch die Verbindungsabschnitte 125 d und 125 e, die magnetische Pfade bilden, in die zwei Seitenabschnitte 125 a und 125 b geführt und der Weg des magnetischen Flusses geht durch die S-Pole des Permanentmagneten 123 und durch das Joch 124 zur Schließung des Magnetkreises.

Wenn der Magnetfluß Luftspalte passiert, wird der magnetische Pfad verengt, da die Fläche des Permanentmagneten 123 größer ist als jede Fläche der Abschnitte 125 a und 125 b, so daß die magnetische Flußdichte jener Abschnitte zur Erzeugung einer Antriebskraft ansteigt. Im Ergebnis dessen wird eine große Antriebskraft durch die magnetische Wirkung der Wicklungen 137 und 135 erzeugt.

Auch wenn sich die gegenseitige Lagekorrelation zwischen den Wicklungen 135 und 137 und dem Permanentmagneten 123 infolge der Bewegung des Läufers 109 ändert, wird der Strom, der durch die Wicklungen 137 und 135 fließt, durch die Ausgangssignale der ersten und zweiten Hallsonden 139 und 141 gesteuert, die in Abhängigkeit von der Umkehrung des magnetischen Flusses des Permanentmagneten 123 infolge der Lageveränderung umgepolt werden. Die Hallsonden 139 und 141 sind somit als Stromsteuerelemente wirksam. Im Ergebnis wird eine Antriebskraft kontinuierlich in gleicher Richtung erzeugt.

Wenn die Energiezufuhr gestoppt wird, wird der Vorhang 10 in der betreffenden Läuferstellung angehalten und wenn die Energiezufuhr umgepolt erfolgt, wird der Läufer 109 linear angetrieben, um den Vorhang 10 zu schließen.

Der Antriebsschaltkreis wird somit so betrieben, daß der Läufer 10 stets in gleicher Richtung angetrieben wird.

Wenn der Läufer 109 auf der Schiene 105 gleitet, um den Vorhang 10 zu öffnen oder zu schließen, sind die Stromabnehmerbürsten 133 in Gleitkontakt mit den Kontaktdrähten 131, die sich parallel zueinander entlang der Schiene 105 erstrecken, ohne daß elektrische Spalte zur Sammlung von Elektrizität führen. Im Ergebnis dessen werden bei der Sammlung der Elektrizität keine Funken erzeugt, so daß der Verschleiß der Stromsammelbürsten vermindert und ihre Lebensdauer erhöht wird, wobei gleichzeitig eine Stabilisierung der Energiezufuhr zu den Wicklungen 135 und 137 erfolgt.

Außerdem ist der Antriebsschaltkreis, der einen Antriebs- IC enthält, der als Steuerorgan für die Umschaltung der Polarität des zu den Wicklungen 135 und 137 geführten Stromes vorgesehen ist, nicht außerhalb des Linearmotors angeordnet, sondern innerhalb des Läufers 109 desselben vorgesehen, so daß die Übertragung von Signalen zwischen den Elementen leicht ausgeführt werden kann und keine Steuerverkabelung od. dgl. zur Verbindung nach außen erforderlich ist, so daß der Gesamtaufbau vereinfacht und die Gesamtgröße des Linearmotors verringert wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Vorhang für ein Fahrzeug beschrieben wurde, ist diese nicht auf eine derartige Anwendung beschränkt, sondern für verschiedene Teile verwendbar, die linear bewegt werden müssen.

Wie oben beschrieben, sind nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Stromabnehmerbürsten an einem Läufer vorgesehen, die die elektrische Spannung von einem Paar Kontaktdrähte abnehmen, die parallel zueinander und so angeordnet sind, daß keine elektrische Spalte, die zu Funkenentladungen führen, auftreten, so daß der Verschleiß der Stromabnehmerbürsten vermindert und die Stabilität der Energiezufuhr zu den Wicklungen verbessert ist. Außerdem sind Steuerabschnitte innerhalb des Läufers vorgesehen, so daß die Übertragung von Signalen zwischen den Wicklungen, Hallelementen und Steuerabschnitten leicht ausgeführt werden kann und eine Steuerverkabelung vom Läufer nach außen nicht erforderlich ist, so daß der Gesamtaufbau des Linearmotors vereinfacht ist. Die vorliegende Erfindung betrifft damit einen Linearmotor mit einer Schiene, einem Läufer, der entlang der Schiene bewegt wird, einer Mehrzahl von Permanentmagneten, die in der Schiene in Längsrichtung mit alternierend wechselnder Polarität der Permanentmagneten angeordnet sind, mit Wicklungen, die in dem Läufer so angeordnet sind, daß sie den Permanentmagneten gegenüberliegen, mit Hallelementen, die in den Wicklungen angeordnet sind und mit einer Steuereinheit, die in dem Läufer angeordnet ist und den elektrischen Strom, der den Wicklungen zugeführt wird, auf der Grundlage von Ausgangssignalen der Hallelemente steuert.

Claims (6)

1. Linearmotor mit einer Schieneneinrichtung und einer Läufereinrichtung, die entlang der Schieneneinrichtung bewegt wird, gekennzeichnet durch
eine Mehrzahl von Permanentmagneten (35, 123), die in der Schieneneinrichtung (30, 105) in Längsrichtung der Schieneneinrichtung (30, 105) angeordnet sind, derart, daß die Permanentmagneten (35,123) alternierend wechselnde Polaritäten aufweisen,
eine Wicklungseinrichtung (44, 45, 135, 137), die in der Läufereinrichtung (40, 109) so angeordnet ist, daß sie den Permanentmagneten (35, 123) gegenüberliegt,
eine Hallelementeinrichtung (47, 48, 139, 141), die in der Läufereinrichtung (40, 109) angeordnet ist, und
eine Steuereinrichtung (57), die in der Läufereinrichtung (40, 109) angeordnet ist und einen zu der Wicklungseinrichtung (44, 45, 135, 137) geführten elektrischen Strom auf der Grundlage von Signalen steuert, die von der Hallelementeinrichtung (47, 48, 139, 141) abgegeben werden.

2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieneneinrichtung (109) eine Kontaktdrahteinrichtung (131) zur Zuführung des elektrischen Stromes zu der Wicklungseinrichtung (44, 45, 139, 141) aufweist und eine Stromabnehmerbürste (133) an der Läufereinrichtung (109) angeordnet ist, um die Kontaktdrahteinrichtung (131) zu berühren.

3. Linearmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungseinrichtung ein Paar Wicklungen (44, 45, 135, 137) aufweist und die Hallelementeinrichtung ein Paar Hallelemente (47, 48, 139, 141) aufweist, die Signale abgeben, um die Wicklungen (44, 45, 135, 137) mit Polaritäten zu versehen, die den Polaritäten der den jeweiligen Wicklungen (44, 45, 135, 137) benachbarten Permanentmagneten (35, 123,) entgegengesetzt sind, und daß die Steuereinrichtung einen Steuerschaltkreis (57) zur Umschaltung des zu den Wicklungen (44, 45, 135, 137) geführten elektrischen Stromes auf der Grundlage der Signale von den Hallelementen (47, 48, 139, 141) aufweist.

4. Linearmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung exklusive NOR-Gatter (53-56) aufweist, an die als Eingangssignal die Signale von den Hallelementen (47, 48, 139, 141) gelegt werden und die Ausgangssignale an den Steuerschaltkreis (47) zur Umschaltung des zu den Wicklungen (44, 45, 135, 137) geführten elektrischen Stromes abgeben.

5. Linearmotor mit einer Schieneneinrichtung und einer Läufereinrichtung, die entlang der Schieneneinrichtung bewegt wird, gekennzeichnet durch
eine Mehrzahl von Permanentmagneten (35, 123), die in der Schieneneinrichtung (30, 105) in Längsrichtung der Schieneneinrichtung (30, 105) angeordnet sind, so daß die Polaritäten der Permanentmagneten (35, 123) alternierend vorgesehen sind,
eine Wicklungseinrichtung (44, 45, 135, 137), die in der Läufereinrichtung (40, 109) so angeordnet ist, daß sie den Permanentmagneten (35, 123) gegenüberliegt,
eine Hallelementeinrichtung (47, 48, 139, 141), die in der Läufereinrichtung (40, 109) angeordnet ist,
eine Anschlußeinrichtung (51 a, 51 b), die in der Läufereinrichtung (40, 109) angeordnet ist und einen elektrischen Strom zu der Wicklungseinrichtung (44, 45, 135, 137) führt, und
eine Steuereinrichtung (57), die in der Läufereinrichtung (40, 109) angeordnet ist und den durch die Anschlußeinrichtung (51 a, 51 b) zu der Wicklungseinrichtung (44, 45, 135, 137) geführten Strom auf der Grundlage von Signalen, die von der Hallelementeinrichtung (47, 48, 139, 141) abgegeben werden, steuert.

6. Linearmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußeinrichtung ein Paar Anschlußklemmen (51 a, 51 b) aufweist, die mit einer elektrischen Energiequelle verbunden sind.