DE2630061A1

DE2630061A1 - ELECTROMAGNETIC DEVICES

Info

Publication number: DE2630061A1
Application number: DE19762630061
Authority: DE
Inventors: Alec Harry Seilly
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1975-07-05
Filing date: 1976-07-03
Publication date: 1977-02-03
Also published as: IT1124706B; CA1061394A; JPS526915A; GB1550367A; FR2317802A1; FR2317802B1; YU164476A

Description

WSWS

Anmelder: LUCAS INDUSTRIES LIMITEDApplicant: LUCAS INDUSTRIES LIMITED

Great King Street, Birmingham, EnglandGreat King Street, Birmingham, England

Electromagnetic device

Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Vorrichtungen, die allgemein als Linearmotoren bezeichnet werden, d.h. Vorrichtungen mit einem Paar relativ gegeneinander bewegbarer Teile und mit einer Wicklung, die bei Speisung mit elektrischem Strom ein Magnetfeld erzeugt, welches eine Kraft ergibt, die eine lineare Relativbewegung der beiden Teile zu bewirken sucht.The invention relates to electromagnetic devices, commonly referred to as linear motors i.e. devices with a pair of relatively movable parts and with a Winding that generates a magnetic field when supplied with electrical current, which results in a force that seeks to bring about a linear relative movement of the two parts.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, die einfach und zweckmäßig aufgebaut ist.The object of the invention is to create such a generic device that is simple and expedient is constructed.

Erfindungsgemäß bildet das erste dieser Teile eine im allgemeinen zylindrische Arbeitsfläche, während das zweite Teil eine Arbeitsfläche hat, die der Arbeitsfläche des ersten Teiles mit Abstand gegenüber gestellt ist, wobei eines der Teile auf seiner ArbeitsflächeAccording to the invention, the first of these parts forms a generally cylindrical working surface, while the second part has a work surface that is placed opposite the work surface of the first part at a distance with one of the parts on its work surface

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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

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wenigstens eine Schraubgewindeformation aufweist,die aus einem Paar von Gewinden besteht und wobei ein Wicklungssatz der Gewindaforraation zugeordnet ist und jeder Wicklungssatz Wicklungen aufweist, die jeweils in den genannten Gewinden liegen und durcli die man in Betrieb elektrischen Strom in entgegengesetzter Richtung fließen lassen kann, wobei die Arbeitsfläche des anderen der genannten Teile eine zusätzliche Anzahl von Gewindeformationen hat, deren Gewinde den gleichen Steigungswinkel haben, wobei nach einer Erregung der Wicklungen das 'lagnetfeld, das durch den Stromdurchgang durch die Wicklungen erzeugt wird, bei bestimmten Stellungen der Teile zueinander eine Axialbewegung der Teile hervorruft, um eine Gesamtverminderung im magnetischen Widerstand der magnetischen Feldlinien zwischen den Teilen zu bewirken.has at least one screw thread formation which consists of a pair of threads and being a Winding set of the Gewindaforraation is assigned and each set of windings has windings that are each located in the threads mentioned and through which one In operation, electric current can flow in the opposite direction, with the work surface of the other of said parts has an additional number of thread formations, the threads of which are the same Have angle of inclination, whereby after an excitation of the windings the 'magnetic field that is generated by the passage of current is generated by the windings, an axial movement of the parts in certain positions of the parts Parts causes an overall decrease in the reluctance of the magnetic field lines between to effect the parts.

Ein Äusführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend mit Bezug auf die :Deigefügte Zeichnung beschrieben, in der zeigenAn exemplary embodiment of a device according to the invention is described below with reference to the attached Drawing described in the show

Fig. 1 bis 7 Schnitte der Vorrichtung in verschiedenen Betriebsstellungen undFig. 1 to 7 sections of the device in different operating positions and

Fig. 8 eine Darstellung der Vorrichtung in verkleinertem Maßstab.8 shows an illustration of the device on a reduced scale.

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Mit Bezug auf die Zeichnung*umfaßt die Vorrichtung ein erstes Teil 10, nachfolgend als Stator bezeichnet, und ein zweites Teil 11, nachfolgend als Anker bezeichnet. Der Stator 10 hat eine im wesentlichen zylindrische äußere Oberfläche und kann ringförmig ausgebildet sein. Er ist aus magnetisierbarem 'laterial hergestellt. Der Anker 11 weist die Form eines Ringes auf und hat eine im wesentlichen zylindrische Oberfläche, die mit Abstand der äußeren Oberfläche des Stators gegenübersteht. Auch der Anker besteht aus magnetisierbarem Material.With reference to the drawing *, the device comprises a first part 10, hereinafter referred to as stator, and a second part 11, hereinafter referred to as armature. The stator 10 has a substantially cylindrical outer surface and can be annular be. It is made of magnetizable material. The armature 11 is in the form of a ring and has a substantially cylindrical surface with Distance facing the outer surface of the stator. The armature is also made of magnetizable Material.

In der Oberfläche des Stators ist wenigstens eine, beim Ausführungsbeispiel drei Gewindeformationen eingeformt, von denen jede aus einem Paar Schraubengewinden besteht. Der Zweck dieser Ausbildung besteht darin, ein einem Gewindeteil gleichwertiges Bauteil zu schaffen, das ein sechsgängiges Gewinde hat. Die beiden Gewinde jeder Gewindeformation sind in den Figuren der Zeichnung mit den selben Bezugsziffern und den nachgestellten Buchstaben A, B bezeichnet, während die Gewindeformationen mit den Zahlen 12, 13, 14 bezeichnet sind.In the surface of the stator there is at least one, in the exemplary embodiment three thread formations molded in, each of which consists of a pair of screw threads. The purpose of this training is in creating a component that is equivalent to a threaded part and has a six-start thread. the Both threads of each thread formation are given the same reference numerals and the in the figures of the drawing trailing letters A, B, while the thread formations with the numbers 12, 13, 14 denotes are.

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Jedes- Gewinde einer Gewindeformation nimmt eine Wicklung auf (die als einfacher Kreis dargestellt ist) und zweckmäßigerweise erstrecken sich die Wicklungen einer Gewindeformation in einer Richtung entlang eines der Gewindegänge von einem Ende des Stators und zurück zu dem selben Ende entlang dem anderen Gewindegang der Formation. Darüber hinaus sind die Wicklungen zweckmäßigerweise in Reihe geschaltet, so daß der Stromfluß in den zwei Wicklungen in entgegengesetzter Richtung erfolgt. Falls die zwei Wicklungen parallel geschaltet sind, erfolgt die Schaltung so, daß der Stromfluß in entgegengesetzter Richtung stattfindet.Each thread of a thread formation takes one turn (which is shown as a simple circle) and expediently extend the windings of a thread formation in a direction along one of the threads from one end of the stator and back to the same end along the other thread of the formation. In addition, the windings are expedient connected in series so that the current flow in the two windings in opposite directions he follows. If the two windings are connected in parallel, the circuit is made so that the current flow in opposite direction takes place.

In der inneren Oberfläche des Ankers 11 sind Gewindeformationen 15, 16, 17 und 18 eingeformt, wobei die einzelnen Gewinde der Formation im Stator und im Anker denselben Steigungswinkel haben. Es findet das gleiche Benummerungssystem Anwendung, wie bei den Formationen des Stators, und man sieht, daß auf drei Formationen des Stators vier Formationen des Ankers treffen, die mit 15, 16 17 und 18 bezeichnet sind.In the inner surface of the anchor 11 are thread formations 15, 16, 17 and 18 molded in, with the individual threads of the formation in the stator and in the armature have the same pitch angle. The same numbering system is used as for the formations of the stator, and it can be seen that three formations of the stator meet four formations of the armature, the with 15, 16, 17 and 18 are designated.

Die Wicklungen der Gewindeformationen werden der Reihe nach erregt, obwohl, wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, zwei Wicklungssätze gleichzeitig erregt werden können, The windings of the thread formations are energized in sequence , although, as can be seen from the drawing, two sets of windings can be energized at the same time,

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um die Wirkung der Vorrichtung zu verbessern. Die Regelung des Stromflusses in den Wicklungen kann durch jedes geeignete Regelsystem, das mit 20 bezeichnet ist, und durch die Anwendung eines Seguenzschalters erfolgen, um sicherzustellen, daß die Wicklungen in der richtigen Reihenfolge und auch in Abhängigkeit von der jeweiligen relativen Stellung von Stator und Anker zueinander erregt werden. Zu diesem Zweck kann ein Abtastgerät 21 vorgesehen sein, um die relative Stellung von Stator und Anker abzutasten. Die Wicklungen können mit Gleichoder Wechselstrom gespeist werden.to improve the effectiveness of the device. The regulation of the current flow in the windings can be done by any suitable control system, indicated by 20, using a sequence switch, to ensure that the windings are in the correct order and also depending on the particular relative position of the stator and armature to each other are excited. For this purpose, a scanning device 21 be provided in order to scan the relative position of the stator and armature. The windings can be equal or Alternating current can be fed.

Die Reihenfolge eines Arbeitsganges wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung beschrieben. Die Fig. 1 und 7 zeigen gleiche Stellungen, abgesehen davon, daß die zwei Teile sich über eine Entfernung bewegt haben, die einem Gewindegang auf dem Stator 10 gleich ist. Darüber hinaus zeigen die Figuren jeweils den Abschluß der Bewegung, die stattfindet, wenn die Wicklungen so wie in den Figuren gezeigt, erregt worden sind.The sequence of an operation is described below with reference to the figures of the drawing. Figures 1 and 7 show the same positions, except that the two parts extend over a distance have moved that is equal to a thread on the stator 10. In addition, the figures each show the completion of the movement that takes place when the windings have been energized as shown in the figures are.

Fig. 1 zeigt die Stellung, die durch Erregung der Wicklungen in den Gewindegängen 12a und 12b erzielt wird, wobei das Kreuz und der Punkt die Richtung des Strom-Fig. 1 shows the position that is achieved by exciting the windings in the threads 12a and 12b, where the cross and the point indicate the direction of the current

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flusses angeben. In Fig. 1 haben die magnetischen Feldlinien des Magnetfeldes, das vom Strom in den zwei Wicklungen erzeugt wird, minimalen magnetischen Widerstand, aber wenn man Fig. 6 betrachtet, erkennt man, daß wenn nur die Wicklungen in den Gewindegängen 12A und 12B erregt sind, die magnetischen Feldlinien nicht einen minimalen Widerstand ergeben, so daß eine Relativbewegung des Stators und des Ankers zur Stellung gemäß Fig. 1 auftritt.specify the river. In Fig. 1 have the magnetic field lines of the magnetic field generated by the current in the two windings, minimum magnetic resistance, but if you Fig. 6 considered, it is seen that when only the windings in the threads 12A and 12B are energized, the magnetic field lines do not result in a minimal resistance, so that a relative movement of the stator and the armature to the position according to FIG. 1 occurs.

Eine Relativbewegung von Stator und Anker in die Stellung gemäß Fig. 2 wird dadurch erzielt, daß die Wicklungen in den Gewindegängen 12A, 13A, 12B und 13B erregt werden, wenn der Stator und der Anker sich in der in Fig. 1 gezeigten Position befindet. Da die Richtung des Stromflusses in den Gängen 12A und 13A dieselbe ist, verläuft der Hauptmagnetfluß um die zwei Gänge herum und nicht im Scheitel zwischen den Gängen, weil sich das Magnetfeld der zwei Wicklungen am Scheitel zwischen den Gängen aufhebt.A relative movement of the stator and armature in the position shown in FIG. 2 is achieved in that the windings are excited in the threads 12A, 13A, 12B and 13B when the stator and the armature are in the position shown in FIG position shown. Since the direction of current flow is the same in aisles 12A and 13A, runs the main magnetic flux around the two corridors and not in the apex between the corridors because the magnetic field which cancels two windings on the crown between the courses.

Eine Relativbewegung von Stator und Anker in die Stellung gemäß Fig. 3 erfolgt dann, wenn in der Stellung der Fig. nur die Wicklungen in den Gewindegängen 13A und 13B erregt werden. Der Magnetfeldverlauf ist der gleiche wie in Fig.A relative movement of the stator and armature into the position according to FIG. 3 takes place when in the position of FIG. only the windings in turns 13A and 13B are energized. The course of the magnetic field is the same as in Fig.

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Eine Relativbewegung zwischen Stator und Anker in die Lage von Fig. 4 wird ausgehend von der Stellung gemäß Fig. 3 dadurch erzielt, daß die Wicklungen in den Gängen 13ä, 14A und 13B und 14B erregt werden. Der Magnetfeldverlauf entspricht dem der Fig. 2.A relative movement between the stator and armature in the position of FIG. 4 is based on the position according to FIG Fig. 3 is achieved by energizing the windings in gears 13a, 14A and 13B and 14B. The course of the magnetic field corresponds to that of FIG. 2.

Eine Relativbewegung zwischen Stator und Anker in die Position von Fig. 5 wird ausgehend von der Stellung gemäß Fig. 4 dadurch erreicht, daß die Wicklungen in den Gewindegängen 14A und 14B erregt werden. Der so erhaltene Feldverlauf ist der gleiche wie in Fig. 1.A relative movement between the stator and armature in the position of FIG. 5 is based on the position 4 achieved in that the windings in the threads 14A and 14B are excited. The so The field profile obtained is the same as in FIG. 1.

Eine Relativbewegung von Anker und Stator in die Lage gemäß Fig. 6 wird dadurch erreicht, daß bei der Stellung von Anker und Stator nach Fig. 5 die Wicklungen in den Gewindegängen 12A, 12B und 13A, 13B erregt werden. Es ist zu sehen, daß in diesem Fall der Hauptfeldverlauf viel langer ist, aber die zwei Teile werden doch in die gezeigte Lage bewegt. Es ist auch zu erkennen, daß der Stromfluß in den Wicklungen der benachbarten Gewindegänge 14A und 12B in entgegengesetzter Richtung erfolgt, so daß der magnetische Fluß in dem dazwischenliegenden Scheitel verstärkt wird.A relative movement of the armature and stator in the position shown in FIG. 6 is achieved in that in the position of the armature and stator according to FIG. 5, the windings in the threads 12A, 12B and 13A, 13B are excited. It it can be seen that in this case the main field course is much longer, but the two parts are still in the position shown moves. It can also be seen that the current flow in the windings of the adjacent threads 14A and 12B takes place in the opposite direction, so that the magnetic flux in the intermediate vertex is increased.

Es ist selbstverständlich, daß es zusätzlich zu den dargestellten Hauptfeldlinien viele weitere FeldlinienIt goes without saying that there are many other field lines in addition to the main field lines shown

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des Magnetflusses für jede Stellung gibt,, In j ©dem Fall lisht sich aber die Zugkmffcwirkung der andaren magnetischen Feldlinien gegeneinander auf oder ist so klein, daB sis verglichen mit der Zugkraffc^irkungt. die durch die Haupt feldlinien erzeugt wird_ff klein ist.of the magnetic flux for each position are ,, j © In the case but the Zugkmffcwirkung Lisht the andaren magnetic field lines against each other, or is so small as compared B sis irkungt with the Zugkraffc ^. which is generated by the main field lines _{ff is} small.

Für eine umgekehrte Bewegung werden die Wicklungen in gegensätzlicher Rei' infolge erregt. Darüber hinaus ist es möglich, die Stellung von Anker und Stator relativ zueinander in jeder gewünschten Position festzuhalten _s indem man die Erregung der geeigneten Wicklungen aufrecht erhält. Außerdem kann die Stärke des Stromflusses in den Wicklungen geregelt werden, um Zwischenstellungen zu erhalten. For a reverse movement, the windings are energized in opposite directions. In addition, it is possible to hold the position of the armature and stator relative to each other in any desired position _s is obtained by the excitation of the appropriate windings upright. In addition, the strength of the current flow in the windings can be regulated in order to obtain intermediate positions.

Es ist auch möglich, die Vorrichtung mit einer oder zwei Gewindeformationen am Stator 10 auszubilden. Im Fall einer Vorrichtung mit einer einzigen Gewindeformation, d.h. mit zwei Gewindegängen kann der Anker einen Anfangsstoß benötigen, um Bewegung aufzunehmen, und im Fall einer Vorrichtung mit zwei Gewindeformationen könnte die Auflösung der Bewegung in gleicher Weise erreicht werden wie bei einem Motor mit ausgeprägtem Pol. Beide Vorrichtungen wären ungerichtet, so daß es notwendig wäre, den Anker in seine ursprüngliche Lage, z.B. mittels einer Feder zurückzubringen.It is also possible to design the device with one or two thread formations on the stator 10. In the case of one Device with a single thread formation, i.e. with two threads, the anchor may need an initial thrust to accommodate movement, and in the case a device with two thread formations, the resolution of the movement could be achieved in the same way become like a motor with a salient pole. Both devices would be omnidirectional, so it would be necessary would be to bring the anchor back to its original position, e.g. by means of a spring.

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Bai der In dar Zeichnung dargestallten Anordnung, ddi_o mit drei Gewindeformationen am Stator können die Wicklungen unter Versieht auf den Behälter 20 an eine Drei-Phasen-Weehselstromquelle angeschlossen werden. In the arrangement shown in the drawing, ddi _o with three thread formations on the stator, the windings can be connected to a three-phase alternating current source provided on the container 20.

Natürlich kann auch eine 5-Phasen-Stromguelle benutzt werden, vorausgesetzt, daß am Stator fünf Gewindeformationen angeordnet sind und am Anker sechs.Of course, a 5-phase power source can also be used provided that there are five thread formations on the stator and six on the armature.

Schließlich können die Wicklungssätze zur Erzielung einer Relativbewegung der Teile auch in anderer Reihenfolge erregt werden. Bei der oben beschriebenen Reihenfolge werden nur zwei Wicklungssätze gleichzeitig erregte Es ist jedoch möglich, drei Wicklungssätze zusammen zu erregen und den Stromfluß in einem Satz zu verringern oder umzukehren, um Relativbewegung zu erzielen. Es kann jede zweckmäßige Art von Wechselschaltung angewendet werden, aber vorzugsweise soll eine Festkörperschaltung zur Anwendung kommen.Finally, the winding sets can also be excited in a different order in order to achieve a relative movement of the parts. In the sequence described above, only two sets of windings are excited at the same time However, it is possible to energize three sets of windings together and reduce the flow of current in one set or reverse to achieve relative motion. Any convenient type of changeover circuit can be used but preferably a solid state circuit should be used.

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Claims

- to -

Pate nta nsprüc he

Electromagnetic device with a pair of relatively movable parts and with a winding <, which when fed with electrical Electricity creates a magnetic field, which results in a force between the parts, a linear one To cause relative movement of the two parts, characterized in that the first of these parts a generally cylindrical work surface while the second part forms a work surface has, which is placed opposite the work surface of the first part at a distance, one of the Has parts on its work surface at least one screw thread formation, which consists of a There is a pair of threads, and one winding set is associated with the thread formation and each Winding set has windings, each of which is in said thread and through the one can let electric current flow in opposite directions during operation, with the working surface of the other of said parts has an additional number of thread formations, their

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Threads have the same helix angle and where, after excitation of the windings, the magnetic field, which is generated by the passage of current through the windings, at certain positions of the parts causing the parts to move axially relative to one another, to an overall reduction in magnetic reluctance to effect the magnetic field lines between the parts.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the second part has an annular shape and surrounds the first part.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that one part has a number of screw thread formations having, each of which winding sets are assigned, the winding sets in operation are excited so that a relative movement of the two parts is generated.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that that it comprises an alternating circuit for the selective excitation of the winding sets and a scanning device for sensing the positions of the two

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Parts relative to each other that gives an input signal to the changeover circuit.

5. Device r> ach claim 1, characterized in that that the windings of the winding set are connected in series.

6. Apparatus according to claim 1 , characterized in that the windings of the winding set are connected in parallel.

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