DE3724306C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Servolinearmotor mit einer U-förmigen Führungsschiene zur abfolgenden Aufnahme einer Reihe gleichformatiger Permanentmagnete, wobei benachbarte Permanentmagnete jeweils unterschiedliche Polarität aufweisen, und mit einem Läufer, der entlang der Führungsschiene elektromagnetisch bewegbar ist und eine Paar Flachspulen zur Bildung von Magnetkreisanordnungen mit den Permanentmagneten aufweist, und mit Magnetfeldsensoren als Signalgeber einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Stromrichtung eines die Flachspulen durchfließenden Stromes, in Abhängigkeit von deren Relativlage zu den Permanentmagneten. Ein derartiger Servolinearmotor dient zur Bewegung eines Objektes, wie z. B. eines Vorhanges, der mit dem Läufer zur Bewegung entlang der Führungsschiene verbunden ist.

Ein aus dem Stand der Technik bekannter Servolinearmotor ist z. B. in der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegung 60-98 489 gezeigt. Der aus diesem Gebrauchsmuster bekannte Servolinearmotor 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 über die Kontaktbürsten mit Energie versorgt werden.

Wenn die 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 Fehrfunktionen 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 59-1 79 482 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 Permanentmagneten 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.

Ein Servolinearmotor der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 26 54 075 bekannt, bei der zwischen Reihen gegenüberliegender Permanentmagnete alternierender Polarität ein Läufer mit einem Flachspulenpaar als linear angetriebenen Motorelement aufgenommen ist, und wobei eine am Rand des Läufers vorgesehene optoelektronische Kommutierungsanordnung oder eine außerhalb der Flachspule angeordnete Magnetfeldsensoranordnung zur Kommutierung des die Flachspulen durchfließenden Betriebsstromes des Motors angeordnet ist. Hierbei ist allerdings eine verhältnismäßig aufwendige Permanentmagnetanordnung in Verbindung mit einem raumfordernden Schienenträger sowie eine separate Führungseinrichtung aus Zylinderführungsstangen außerhalb der den Läufer aufnehmenden Schiene erforderlich. Bedingt durch die Tragschiene aus ferromagnetischem Material ist der gesamte Linearantrieb verhältnismäßig schwer und nicht für Anwendungen geeignet, bei denen es auf eine besonders kompakte und leichte Bauweise ankommt.

Ein Servolinearmotor mit im Läufer integrierten, beweglichen Wicklungen ist auch aus der EP 01 61 677 A2 bekannt. Es ist jedoch wünschenswert, die elektromagnetische Antriebskraft derartiger Servolinearmotoren weiter zu erhöhen.

Eine Betätigungsvorrichtung für die lineare Bewegung verhältnismäßig schwerer gleitbarer Scheiben oder Tafeln entlang einer im wesentlichen horizontalen Gleitbahn mit ortsfesten Permanentmagneten und einem beweglichen Läufer mit einer Ankerwicklung ist aus der DE-OS 17 08 408 bekannt. Eine derartige Anordnung eignet sich jedoch nicht für Einsatzzwecke, bei denen eine besonders kompakte und leichte Läuferanordnung wünschenswert ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Servolinearmotor der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er eine äußerst leicht bauende, kompakte Bauweise mit besonderer Betriebssicherheit und Verschleißarmut bei Bereitstellung einer hohen magnetischen Antriebskraft verbindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Tasche der Führungsschiene die Permanentmagneten als Magnetbandanordnung gemeinsam mit einem magnetischen Bandjoch aufgenommen sind, das Paar Flachspulen in dem Läufer gemeinsam mit einem, an einer der Magnetbandanordnung abgewandten Seite angeordneten, E-förmigen magnetischen Rückschlußjoch versehen ist, wobei die drei parallelen Abschnitte des E-förmigen Rückschlußjoches parallel zu den aktiven Abschnitten der beiden Flachspulen verlaufen und im Spulenfenster jeder Flachspule eine Hallsonde angeordnet ist, die Steuereinrichtung mit den Hallsonden in dem Läufer angeordnet ist und ein Abstand der Hallelemente in Bewegungsrichtung des Läufers im wesentlichen dem Eineinhalbfachen der Breite der Permanentmagneten in Bewegungsrichtung des Läufers entspricht.

Bei dem Servolinearmotor wird nach Erregung der Flachspulen der Läufer durch die magnetische Wechselwirkung zwischen den Flachspulen und den Permanentmagneten, die in der Führungsschiene angeordnet sind, bewegt. Wenn der Läufer bewegt wird, so daß sich die lagebedingte Beziehung zwischen den Polaritäten der Permanentmagnete und den Flachspulen ändert und sich somit die von den Hallsonden erfaßten Polaritäten der Permanentmagnete der Führungsschiene ändern, werden die Polaritäten der Hallsonden und deren Ausgangssignale vertauscht. Die Ausgangssignale der Hallsonden werden durch den Antriebsschaltkreis eingestellt und an die Flachspulen gegeben, so daß die Stromrichtung des Stromes, der in den Flachspulen fließt, entsprechend der Bewegungsposition des Läufers gesteuert wird. Die Anregung bzw. Strombeaufschlagung der Flachspulen wird so gestaltet, daß stets eine Druckkraft in einer Richtung bezüglich der Permanentmagnete der Führungsschiene wirksam ist.

Der Läufer ist einfach mit einer Energiequelle verbunden, so daß sein Einsetzen erleichert wird.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Führungsschiene des Servolinearmotors gegenüberliegend zu der Tasche eine im wesentlichen C-förmige Lagerungsanordnung auf, in der mittels einer Lagerungsplatte und einer Isolierplatte ein Paar Kontaktdrähte parallel zueinander entlang der Führungsschiene angeordnet ist, mit denen vom Läufer getragene Stromabnehmerbürsten in Anlage sind.

Bei dieser Ausführung fließt, wenn das Paar Kontaktdrähte strombeaufschlagt ist, der Strom über die Stromabnehmerbürsten durch die Wicklungen. Infolge dieses Stromflusses und des Magnetfeldes der Permanentmagnete bewegt sich der Läufer entsprechend der Flemingschen "Linke-Hand"-Regel entlang der Schiene. Gleichzeitig leiten die Stromabnehmerbürsten entlang des Kontaktdrahtpaares, wobei die Stromabnahme parallel und praktisch spaltfrei erfolgt, so daß die elektrische Energie stabil zu den Flachspulen geführt wird und der Verschleiß der Stromabnehmerbürsten vermindert wird, so daß deren Lebensdauer verlängert ist. Strom wird von außen dem Paar paralleler Kontaktdrähte zugeführt. Die Steuereinrichtung zur Umschaltung der Polarität des zu den Flachspulen 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 in vorteilhafter Weise vermindert sind.

Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in einem weiteren Unteranspruch dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeuges, in dem ein Servolinearmotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 2 eine Vorderansicht eines Servolinearmotors 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 einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

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

Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie X-X nach 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 Abschnitt 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 eine kontinuierliche Magnetbandanordnung 34. Diese 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 Bandjoch 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 42 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 Flachspulen 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 Flachspulen 44, 45 dem kontinuierlichen Magnetteil 34 der Führungsschiene 30 gegenüberliegend zugewandt sind.

Die Flachspulen 44 und 45 haben jeweils geradlinige, aktive Abschnitte 44 a und 44 b bzw. 45 a und 45 b, die senkrecht zur Bewegung des Läufers 40 und 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 Flachspulen 44 und 45 und dem geführten Abschnitt 42 ist ein Rückschlußjoch 46 eingesetzt. Das Rückschlußjoch 46 liegt dem Bandjoch 36 der Führungsschiene 30 mit dem Permanentmagneten 35 gegenüber mit den Flachspulen 44 und 45 zwischen den beiden Jochen 46, 36, um einen Magnetkreis zu bilden.

Das Rückschlußjoch 46 weist drei paralle Abschnitte 46 a-c, davon 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 Abschnitt 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 Rückschlußjoch im wesentlichen eine E-förmige Gestalt besitzt.

Eine erste Hallsonde 47 ist in der Mittelachse der Flachspule 44 angeordnet und eine zweite Hallsonde 48 ist in der Mittelachse der Flachspule 45 angeordnet. Wie bekannt, besitzen die Hallsonden 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 Flachspulen 44 und 45 und die erste und zweite Hallsonde 47 und 48 eine Steuereinrichtung 50, der zwischen dem Basisabschnitt 43 und einem Seitenabschnitt des Läufers 40 in diesen eingegossen oder eingesetzt ist.

Der Steuereinrichtung 50 weist Stromrichter 52 mit Anschlüssen 51 a und 51 b zur Energieversorgung und Dioden 52 a bis 52 d auf, ferner die vorerwähnten Hallsonden 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 Flachspule 45 zugeordnet ist und einen zweiten Steuerabschnitt 57 b entsprechend der anderen Flachspule 44 auf. Die Flachspule 45 ist mit der ersten Hallsonde 47 der Flachspule 44 durch den ersten Steuerabschnitt 57 a verbunden und die Flachspule 44 ist mit der zweiten Hallsonde 48 der Flachspule 45 durch den zweiten Steuerabschnitt 57 b verbunden.

Tabelle 1 zeigt die Signalwerte 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 der Steuereinrichtung 50 über die Anschlußklemmen 51 a und 51 b herzustellen. Anschließend kehren je nach der Stellung des Läufers 40 die beiden Hallsonden 47 und 48 ihre Polaritäten, die durch die räumliche Zuordnung zwischen den Hallsonden 47 und 48 und den Magnetpolen der Permanentmagnete 35 zu diesem Zeitpunkt bestimmt werden, um und geben ein entsprechendes Ausgangssignal ab.

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

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

Wenn der Läufer 40 um etwa eine halbe Teilung der Permanentmagnete 35 bewegt wird, so daß sich die Zuordnung zwischen den Flachspulen 44 und 45 und den Permanentmagneten 35 ändert, erfaßt entsprechend dieser Veränderung die zweite Hallsonde 48 den magnetischen Fluß eines Permanentmagneten 35 und es fließt ein Strom durch die Flachspule 44. Entsprechend der gegenseitigen Wechselwirkung zwischen dem durch die linearen Abschnitte 44 a und 44 b der Flachspule 44 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 Flachspulen 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 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 Flachspulen 44 und 45 erzeugt.

Selbst wenn die gegenseitige Lagebeziehung zwischen den Flachspulen 44 und 45 und den Permanentmagneten 35 entsprechend der Bewegung des Läufers 40 geändert wird, wird der durch die Flachspulen 44 und 45 fließende Strom durch die Ausgangssignale der ersten und zweiten Hallsonde 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.

Die Steuereinrichtung 50 wird so betrieben, daß der Läufer 40 jeweils in der gleichen Richtung angetrieben wird.

Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt unter Bezugnahme auf die Flachspule 45 Signalwerte zwischen den Ausgangssignalen der ersten Hallsonde 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 Flachspule 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 Flachspule 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 Flachspule 44 und dem Permanentmagneten 35 ist in gleicher Weise festgelegt wie für die Flachspule 45.

Wie oben beschrieben, werden bei dem Servolinearmotor nach der vorliegenden Erfindung Hallsonden verwendet, um die Polarität der Flachspulen 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 eine Steuereinrichtung für den Antrieb im Läufer aufgenommen, so daß der Gesamtaufbau des Servolinearmotors 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 Servolinearmotors 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 eine Tasche 113 und eine Kontakt-Lagerungsanordnung 115, wobei sich die Tasche 113 und die Lagerungsanordnung 115 von gegenüberliegenden Enden des Läufer-Lagerungsabschnittes 111 zu beiden Seiten des Läufers 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 Vorhand 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 Tasche 113 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 Bandjoch 124 ist an der Rückseite des Permanentmagnets 123 angeordnet. Das Bandjoch 124 dient zur Bildung eines Magnetkreises zur Führung des magnetischen Flusses des Permanentmagneten 123.

Der Lagerungsanordnung 115 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 Flachspulen 135 und 137 auf, die in Längsrichtung der Führungsschiene 105 angeordnet sind, so daß sie axial den Permanentmagneten 123 der Schiene 105 gegenüberliegend zugewandt sind.

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

Eine erste Hallsonde 139 ist in der Mittelachse der Flachspule 135 und eine zweite Hallsonde 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 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 Servolinearmotors 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 der Steuereinrichtung zugeführt wird, ändert in Abhängigkeit von der Stellung des Läufers 109 die erste oder zweite Hallsonde 139 oder 141 ihre Polarität entsprechend der Lagerkorrelation in bezug auf den gegenüberliegenden Magnetpol des Permanentmagneten 123 zu diesem Zeitpunkt und stellt ein entsprechendes Ausgangssignal zur Verfügung.

Wenn der Strom durch die Flachspulen 135 und 137 fließt, erzeugt der durch die geraden Abschnitte 135 a, 135 b, 137 a und 137 b dieser Flachspulen 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 Vorhand 10 zu öffnen oder zu schließen.

Wenn die erste Hallsonde 139 aktiviert ist, um die Flachspule 135 entsprechend der Lagekorrelation in bezug auf einen momentanen Magnetpol des Permanentmagneten 123 anzuregen, ist die zweite Hallsonde 141 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 die zweite Hallsonde entsprechend dieser Änderung den magnetischen Fluß des Permanentmagneten 123, so daß ein Stromfluß durch die Flachspule 137 erfolgt. Auf der Grundlage der Wechselwirkung zwischen dem Strom, der durch die geraden Abschnitte 137 a und 137 b der Flachspule 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 Flachspulen 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 Flachspulen 135 und 137 und dem Permanentmagneten 123 infolge der Bewegung des Läufers 109 ändert, wird der Strom, der durch die Flachspule 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 Flachspulen 135 und 137 erfolgt.

Außerdem ist die Steuereinrichtung, der einen Antriebs-IC enthält, der als Steuerorgan, für die Umschaltung der Polarität des zu den Flachspulen 135 und 137 geführten Stromes vorgesehen ist, nicht außerhalb des Linearmotors angeordnet sondern innerhalb des Läufers 109 desselben in diesem 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 Servolinearmotors verringert werden.

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

Claims (3)

1. Servolinearmotor mit einer U-förmigen Führungsschiene zur abfolgenden Aufnahme einer Reihe gleichformatiger Permanentmagnete, wobei benachbarte Permanentmagnete jeweils unterschiedliche Polarität aufweisen, und mit einem Läufer, der entlang der Führungsschiene elektromagnetisch bewegbar ist und ein Paar Flachspulen zur Bildung von Magnetkreisanordnungen mit den Permanentmagneten aufweist, und mit Magnetfeldsensoren als Signalgeber einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Stromrichtung eines die Flachspulen durchfließenden Stromes, in Abhängigkeit von deren Relativlage zu den Permanentmagneten, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Tasche (33, 113) der Führungsschiene (30, 105) die Permanentmagneten (35, 123) als Magnetbandanordnung (34) gemeinsam mit einem magnetischen Bandjoch (36, 124) aufgenommen sind, das Paar Flachspulen (44, 45; 135, 137) in dem Läufer (40; 109) gemeinsam mit einem, an einer der Magnetbandanordnung (34) abgewandten Seite angeordneten, E-förmigen magnetischen Rückschlußjoch (46; 125) versehen ist, wobei die drei parallelen Abschnitte (46 a-c, 125 a-c) des E-förmigen Rückschlußjoches (46; 125) parallel zu den aktiven Abschnitten (44 a, b, 45 a, b; 135 a, b, 137 a, b) der beiden Flachspulen (44, 45; 135, 137) verlaufen und im Spulenfenster jeder Flachspule (44, 45; 135, 137) eine Hallsonde (47, 48; 139, 141) angeordnet ist, die Steuereinrichtung (50) mit den Hallsonden (47, 48; 139, 141) in dem Läufer (40; 109) angeordnet ist und ein Abstand der Hallelemente (47, 48; 139, 141) in Bewegungsrichtung des Läufers (40; 109) im wesentlichen dem Eineinhalbfachen der Breite der Permanentmagneten (35; 123) in Bewegungsrichtung des Läufers (50; 109) entspricht.

2. Servolinearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschiene (105) gegenüberliegend zu der Tasche (113) eine im wesentlichen C-förmige Lagerungsanordnung (115) aufweist, in der mittels einer Lagerungsplatte (127) und einer Isolierplatte (129) ein Paar Kontaktdrähte (131) parallel zueinander entlang der Führungsschiene (105) angeordnet ist, mit denen vom Läufer (109) getragene Stromabnehmerbürsten (133) in Anlage sind.

3. Servolinearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Flachspulen (44, 45 bzw. 135, 137) in Bewegungsrichtung des Läufers (40, 109) im wesentlichen dem Eineinhalbfachen der Breite jedes Permanentmagneten (35; 123) entspricht, die Gesamtbreite der Flachspulen (44, 45; 135, 137) zumindest dem Dreifachen oder einem größeren ganzzahligen Vielfachen der Breite jedes Permanentmagneten (35; 123) entspricht und der Abstand zwischen den Hallsonden (47, 48; 139, 141) im wesentlichen dem zumindest Dreifachen oder einem größeren ganzzahligen Vielfachen der Breite jedes Permanentmagneten abzüglich der eineinhalbfachen Breite jedes Permanentmagneten (35) entspricht.