DE3031781C2 - Gleichstrom-Permanentmagnet-Linearmotor - Google Patents

Gleichstrom-Permanentmagnet-Linearmotor

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Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Permanentmagnet-Linearmotor, bestehend aus einem Anker mit einem mit Schlitzen versehenen Träger aus magnetischem Material und einer um den Träger angeordneten, an einem Kommutator angeschlossenen Ringwicklung sowie einem Erregerteil mit zwei sich gegenüberliegenden, entlang des Ankers bewegbaren Permanentmagneten.
Ein derartiger Linearmotor ist aus dem Aufsatz »Gleichstromlinearmaschinen-Theorie und Anwendung« von E. Rummich in der Zeitschrift »Elektrotechnik und Maschinenbau«, Jahrgang 91 (1974), Heft 7, Seilen 38b bis 391, bcknnnl. Diese Druckschrift zcigl jeiloi'h mn· l'rin/iinliirslclliin^uii eines solchen Motors, ohne näher auf konstruktive Einzelheiten einzugehen. So ist nicht erkennbar, wie die Lagerung des beweglichen Motorteüs gegenüber dem feststehenden Motorteil ausgebildet ist.
Aus der DE-OS 22 29 711 ist ein elektrischer Gleichstrom-Steilmotor bekannt, bei dem ein Magnet im Innenraum von aneinanderliegenden ringförmigen Elektromagneten angeordnet und relativ zu diesen verschiebbar ist. Der bewegliche Magnet ist mit K >ntaktzungen versehen, die über feststehende Schleifkontakte einerseits und mit dem Magneten bewegbare Kontaktbahnen und diesen zugeordnete weitere feststehende Schleifkontakte andererseits abhängig von der Stellung des Magneten jeweils wenigstens einen der ringförmifren Elektromagnete mit einer Betriebsspannungsquelle verbinden. Auch hier sind keine besonderen Maßnahmen gezeigt, die eine genaue Führung des beweglichen Magneten innerhalb der ringförmigen Elektromagnete sicherstellen.
Ein bisher die verbreitete Anwendung von Gleichstrom-Permanentmagnet-Linearmotor beschränkender Faktor ist die hohe Anziehungskraft der einzelnen Bauteile des Motors, die einen sehr widerstandsfähigen Aufbau und/oder das Einhalten sehr genauer Toleranzen der Luftspalte zwischen entgegengesetzten Elementen erforderlich macht; ein solcher Aufbau ist jedoch außerordentlich kostspielig.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Linearmotor der anfangs genannten Art eine in ihrem Aufbau besonders einfache, sehr genaue Toleranzen der Luftspalte zwischen Anker und Erregerteil einhaltende Konstruktion vorzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anker den Träger für seitliche Laufflächen für das Erregerteil bildet, wobei an dem Erregerteil Rollen oder Gleitstücke derart befestigt sind, daß die beiden Luftspalte zwischen Erregerteil und Anker etwa gleich groß sind und daß das Erregerteil Kommutatorbürsten trägt. Bei diesem Linearmotor bestehen die Permanent magnete vorzugsweise aus seltene Erden enthaltenden Magneten.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Motors ist dadurch gegeben, daß der Kommutator Gleitschienen zum Anschluß an eine Gleichstromquelle enthält sowie Korn· mutatorsegmente. die mit den Wicklungen des Ankers verbunden sind, und daß die Kommutatorbürsten gleitend auf den Kommutatorsegmenten angeordnet sind und über Gleitschienenbürsten mit den Gleitschienen in elektrischem KontaKt stehen. Diese Ausbildung ist wei-
5vj terhin vorzugsweise derart ausgestaltet, daß der Anker mindestens zwei Gleitschienen suwie eine Vielzahl von Wicklungen und eine Vielzahl von Kommutatorsegmenten, die mit den Wicklungen verbunden sind, enthält, und daß das Erregerteil mit mindestens zwei Gleitschienenbürsten und mindestens drei Kommutatorbürsten zur gleichzeitigen Versorgung einzelner der mit Gleichstrom ausgerüstet ist. wobei die zweite Kommutatorbürste geometrisch zwischen der ersten und der dritten Kommutatorbürste entlang der Längsachse des Ankers angebracht ist. und wobei die zweite Kommutatörbürste elektrisch mit einer der Gleitsehienenbürsten und die erste und dritte Kommutatorbürste elektrisch mit der anderen Gleitschienenbürste verbunden sind.
Schließlich kann der Anker auch mit seitlichen FIachen versehen sein, die dazu dienen, die in den Wicklungen erzeugte Wärme abzuführen.
Der vorliegende Motor wird vorzugsweise zur Servoposiiinniening, insbesondere für Prii/isions-Poxriinnie-
rung mn kur/cn Anlaufzeiten verwendet. Ferner kann der Motor als gesteuerter Kraftniotor verwendet werden, in dem die entwickelte Kraft eine Funktion des Stromes und positionsunabhängig ist. F.in weiteres Anwendungsgebiet ist die Hochgeschwindigkeits-Posilionierung, da der Motor nicht durch eine Stellschraubenspindel ohne ähnliche mechanische Vorrichtungen behindert ist.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der Figuren noch verdeutlicht
F i g. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer vorzugsweisen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Permanentmagnet-Linearmotors.
F i g. 2 ist eine Vorderansicht des in F i g. 1 dargestellten Motors. !5
F i g. 3 ist eine Ansicht von oben des in F i g. 1 dargestellten Motors.
F i g. 4 ist eine Ansicht von unten des in F i g. 1 dargestellten Motors.
F i g. 5 ist eine Aufsicht auf den Anker des Motors aus F i g. 1 mit den Wicklungen in schematischer Darstellung.
Fig.6 ist eine Querschnittsansicht des Ankers entlang der Linie VII-VII aus F i g. 2.
F i g. 1 zeigt den sich in Längsrichtung erstreckenden Anker 10. Ein bewegliches Erregerteil 12 kann entlang des Ankers 10 in der Längsrichtung bewegt werden. Der stationäre Anker 10 enthält eine Vielzahl von Wicklungen 14, die schematisch in den F i g. 3 und 5 dargestellt sind. In der vorzugsweisen Ausgestaltungsform von F i g. 1 werden die Wicklungen 14 dadurch hergestellt, daß die magnetische Einheit in ihrer Längsachse gedreht wird und der sich dabei hierauf aufwickelnde Draht so Spulen bildet, die durch die gegenüberliegenden Schlitze des Ankers verlaufen (Fig. 6). Derartige Wicklungen haben die minimale Länge des Spulenkopfes und dadurch einen minimalen Widerstandsverlust. Auch diese Maßnahme trägt zur hohen Wirtschaftlichkeit des dargestellten Motors bei. Die Enden jeder Wicklung 14 sind mit dem benachbarten Kommutatorsegment 16 verbunden (Fig. 5). Der Anker 10 weist ebenfalls Gleitschienen 18 und 20 auf (Fig. 4), die so ausgerüstet sind, daß sie mit einer Gleichstromquelle, beispielsweise einem Servoverstärker. verbunden werden können. Der Anker 10 kann auf Trägern 36 montiert werden (Fig. 1). Das bewegliche Eriegerteil 12 ist entlang des Ankers 10 auf Rollen 32 verschiebbar (F i g. 1 und 2). Das Erregerteil 12 weist Gleitschienenbürsien 22 und 24 (Fig. 4). Kommntatorbürsten 26/4, 26B und 28 (Fig. 3) und Permanentmagnete 30 (F i g. 2, 3 und 4) auf. Die Gleitschienen 18 und 20 können mit einer Gleichstromquelle verbunden werden. Die Gleitschienenbürsten 22 und 24 stellen gleitenden Kontakt mit den Gleitschienen 18 und 20 dar. Die Kommutatorbürsten 26/4 und 26B sind mit der Gleitschienenbürste 22 verbunden, während die Kommutatorbürste 28 mit der Gleitschienenbürste 24 verbunden ist. Die Kommutatorbürsten 26A. 26B und 28 sind in Kontakt mit den einzelnen Kommutatorschienen 16 und versorgen so die Wicklungen 14 mit Strom.
Die Permanentmagnete 30 erzeugen einen Magnetfluß, der sich in gegenseitiger Einwirkung dem Stromfluß in den Wicklungen 14 überlagert und dadurch die Bewegung des Erregerteils 12 entlang des Ankers 10 bewirkt.
In der vorzugsweisen Ausgestaltungsform gemäß Fig. 1 sind die Permanentmagnete aus seltenen Erden; solche Maenete bewirken eine überraschend hohe Kraftausheule und einen sehr gleselinuiLlipcti I.aiii. IVr gleichmäßige Lauf isi ebenfalls ein l\rj:ebms der Λικιπ.· nung der l'nlstiieke relativ /u den Schlitzen im Anker.
In der vor/ugsweiscii Ausgcstallungsforui £cmiiU F i g. 1 werden nur die Wicklungen unter den l\>!en des Erregerteils 12 mit Strom versorgt. Die übrigen, nicht mit Strom versorgten Wicklungen dienen der Kühlung und tragen so zur hohen Energieausbeute des Motors bei. Zusätzlich ist der Anker 10 mit Kühlflügeln 34 versehen (Fig.2 und 6), die vorzugsweise aus einen; gut wärmeleitfähigen Material wie rostfreiem Stahl hergestellt werden und zur weiteren Wärmeableitung dienen.
Ebenfalls eignet sich rostfreier Stahl sehr gut als Gleitunterlage für die Rollen 32 des Erregerteils 12.
Sollte die Wärmeableitung noch nicht ausreichend sein, so können die Kühlflügel 34 noch mit Kühllamellen versehen werden, oder mit einer Kühlflüssigkeit in in diesen anzubringenden Kanälen zusätzlich gekühlt werden.
Die Ströme unter den Polen der ,'-',"rmanentmagnete 30 fließen in entgegengesetzten Richtu: gen. So weist das eine Ende des Erregerteils 12 ein Paar Nordpole auf, das andere Ende dagegen ein Paar Südpole (Fig 2). So bewirken die entgegengesetzt fließenden Ströme Hilfskräfte L- einer Richtung, die von der Stromrichtung in den Wicklungen 14 abhängig ist.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. G'.eichstrom-Permanentmagnet-Linearmotor, bestehend aus einem Anker mit eimern mit Schlitzen versehenen Träger aus magnetischem Material und einer um den Träger angeordneten, an einem Kommutator angeschlossenen Ringwicklung sowie einem Erregerteil mit zwei sich gegenüberliegenden, entlang des Ankers bewegbaren Permanentmagneten, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) den Träger für seitliche Laufflächen für das Erregertetl (12) bildet, wobei an dem Erregerteil Rollen (32) oder Gleitstücke derart befestigt sind, daß die beiden Luftspalte zwischen Erregerteil und Anker etwa gleich groß sind und daß das Erregerteil Kommutatorbürsten (26A 25ß und 28) trägt
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (30) aus seltene Erden enthalrt iden Magneten bestehen.
3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator Gleitschienen (18,20) zum Anschluß an eine Gleichstromquelle enthält sowie Kommutatorsegmente, die mit den Wicklungen des Ankers (10) verbunden sind, und daß die Kommutatorbürsten (26A, 26B, 28) gleitend auf den Kommutatorsegmenten angeordnet sind und über Gleitschienen (18,20) in elektrischem Kontakt stehen.
4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) mindestens zwei Gleitschienen (18,20)' -»wie eine Vielzahl von Wicklungen (14) und eine Vielzahl von Kommutatorsegmenten (16), die mit den Wicklungen (14) verbunden sind, enthält, und daß das Erregerteil (12) mit mindestens zwei Gleitschienenbürsten (22, 24) und mindestens drei Kommutatorbürsten (26A, 26S, 28) zur gleichzeitigen Versorgung einzelner der mit Gleichstrom ausgerüstet ist, wobei die zweite Kommutatorbürste (28) geometrisch zwischen der ersten (26A) und der dritten (26B) Kommutatorbürste entlang der Längsachse des Ankers (10) angebracht ist, und wobei die zweite Kommutatorbürste (28) elektrisch mit einer der Gleitschienenbürsten (24) und die erste (26A) und dritte (26B) Kommutatorbürste elektrisch mit der anderen Gleitschienenbürste (22) verbunden sind.
5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) mit seitlichen Flächen versehen ist. die dazu dienen, die in den Wicklungen (J4) erzeugte Wärme abzuführen.
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