CH655210A5

CH655210A5 - Gleichstromlinearmotor.

Info

Publication number: CH655210A5
Application number: CH4519/80A
Authority: CH
Inventors: Der Heide Johann Von
Original assignee: Papst Motoren Kg
Priority date: 1980-06-12
Filing date: 1980-06-12
Publication date: 1986-03-27
Also published as: DE3123441C2; IT8122260A0; JPS5775562A; DE3123441A1; IT1136719B; IT8122062V0; US4633108A

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstromlinearmotor mit einer, einen ferromagnetischen Rückschluss aufweisenden Dauermagnetanordnung und einer mehrsträngigen Wicklung, die linear gegeneinander bewegbar sind, wobei die Wicklung aus mehreren, in der Bewegungsrichtung aufeinanderfolgenden, in zyklischer Folge mit Strom beaufschlagbaren Spulen besteht, insbesondere für Antriebe in der Datentechnik.

Bei bekannten Motoren dieser Art (DE-OS 26 54 075) ist auf der Innenseite mindestens einer von zwei parallelen, ferromagnetischen Schienen eine Reihe von senkrecht zu der Längsrichtung und in dieser Richtung abwechselnd magnetisierten Magneten angeordnet. Eine relativ zu den Schienen bewegbare, stromdurchflossene Spulenanordnung weist mindestens zwei zwischen der einen Magnetreihe und der anderen Schiene bzw. zwischen den Magnetreihen beider Schienen in Längsrichtung zueinander versetzt angeordnete Flachspulen auf, deren Breitseiten parallel zur Spulenbewegungsrichtung liegen und deren Teilung bei dreisträngigem Motor zur Magnetteilung im Verhältnis 4:3 steht. Bei der bekannten Anmeldung erhält der Luftspalt zwangsläufig eine relativ grosse Abmessung, was im Hinblick auf die Leistung des Motors unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Linearmotor zu schaffen, der einfachen Aufbau mit hoher Leistung vereint.

Ausgehend von einem Linearmotor der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Spulen jeweils um einen Pol mindestens eines zusammen mit der Dauermagnetanordnung einen im wesentlichen ebenen Luftspalt bildenden, genuteten Blechpakets mit zur Bewegungsrichtung senkrecht stehender Spulenachse überlappungsfrei herumgelegt sind, und dass das Verhältnis von Spulenteilung zu Magnetteilung 2:3 beträgt.

Der Gleichstromlinearmotor nach der Erfindung lässt sich mit kleinem Luftspalt ausführen. Gleichzeitig hat der Motor einen besonders einfachen Aufbau.

Die Pole des Blechpakets können im Interesse einer wirkungsvollen magnetischen Flussführung im wesentlichen T-förmig gestaltet sein. Die Magnetpolbreite in der Bewegungsrichtung kann zweckmässig mindestens gleich der Grösse der Spulenteilung sein. Die Wicklung kann vorzugsweise dreisträngig sein.

Entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann die Magnetanordnung feststehen; der Läufer kann mindestens drei in der Bewegungsrichtung aufeinanderfolgende, jeweils eine Spule tragende Pole aufweisen. Bei einer solchen Ausführung können mindestens zwei Läuferblechpakete mit zugehörigen Spulen symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der Magnetanordnung sitzen. Es kann aber auch nur ein Läuferblechpaket vorgesehen werden, das mit Bezug auf die Magnetanordnung und eine mit dem Läufer verbundene Last derart angeordnet ist, dass der gemeinsame Schwerpunkt von Läufer und Last dem Luftspalt und/oder einer Läuferführungsbahn näher liegt als der Lastschwerpunkt und der Läuferschwerpunkt jeweils allein. Letzteres ist für eine ruhige, verschleissfreie Bewegung des Läufers von besonderem Vorteil.

Entsprechend einer zweiten abgewandelten Ausführungsform kann die Magnetanordnung als Läufer ausgebildet sein.

Beidseits des Läufers kann je eine Führungsstange vorgesehen sein, auf welcher der Läufer mittels einer Dreipunktabstützung gelagert ist. Diese Abstützung kann vorzugsweise zwei in der Bewegungsrichtung des Läufers in Abstand voneinander

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angeordnete, mit der eitlen Führungsstange zusammenwirkende Doppelkegelrollen sowie eine mit der anderen Führungsstange zusammenwirkende Zylinderrolle aufweisen. Diese Art der Ab-stützung gewährleistet eine statisch stabile Lagerung, während gleichzeitig unvermeidbare Masstoleranzen problemlos aufgenommen werden können. Für die Führung kann dabei die magnetische Zugkraft ausgenutzt werden. Die Rollen lassen sich in einem Rahmen drehbar lagern, der auf der von den Rollen abgewendeten Seite der Führungsstangen eine Abfallsicherung, beispielsweise in Form von die Führungsstangen übergreifenden Nasen, trägt.

Der Motor kann kollektorlos ausgebildet sein, und es kann eine elektronische Kommutierungseinrichtung vorgesehen sein, mittels deren die Spulen in Abhängigkeit von der Läuferstellung in zyklischer Folge mit Strom beaufschlagbar sind. Schliessen in einem solchen Fall die einander abwechselnden Pole der Dauermagnetanordnung entlang der Bewegungslinie des Läufers mehr oder minder lückenlos aneinander an, kann die Kommutierungseinrichtung im direkten Feld der Dauermagnetanordnung sitzende, magnetfeldempfindliche Läuferstellungssensoren, beispielsweise Hallgeneratoren, Feldplatten, Magnetdioden, oder bistabil schaltende Hall-ICs, aufweisen. Grundsätzlich können aber auch optische oder mechanische Kommutierungssensoren vorgesehen sein. Beispielsweise kann bei stehender Magnetanordnung die Kommutierung über parallel in der Teilung der Magnete angeordnete Leitsegmente und drei Bürsten erfolgen, die in der Teilung der Spulen liegen, um auf diese Weise einen Linearkollektormotor zu erhalten.

Eine Ausführungsform mit stehender Magnetanordnung hat den Vorteil eines minimalen Spulenwiderstandes, verbunden mit einem besonders geringen mechanischen Aufwand zur Erstellung der Spulen. Es sind nur drei Magnetfeldsensoren notwendig. Wird mit stehender Wicklung gearbeitet, ergibt sich ein besonders leichter Läufer, der, abgesehen von den notwendigen Führungsmitteln, nur aus den Magneten und dem Eisenrück-schluss zu bestehen braucht.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen erfindungsgemässen Gleichstromiinearmotor mit feststehender Magnetanordnung, entlang einer Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch den Motor entlang einer Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform mit symmetrischem Aufbau und

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer weiter abgewandelten Ausführungsform mit stehender Wicklung.

Der in den Figuren 1 und 2 veranschaulichte Linearmotor ist dreisträngig aufgebaut. Die drei Wicklungsstränge werden von Spulen 10, 11, 12 gebildet, die überlappungsfrei um je einen T-förmig gestalteten Pol 13 eines genuteten Blechpakets 14 herumgelegt sind. Das Blechpaket 14 ist in einem, z.B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehenden, Rahmen 15 gehaltert, in dem zwei Doppelkegelrollen 16, 17 und eine Zylinderrolle 18 drehbar gelagert sind. Die Doppelkegelrollen 16, 17 wirken mit einer Führungsstange 19 zusammen, während die Zylinderrolle 18 einer Führungsstange 20 zugeordnet ist. Sicherungsnasen 21, 22 übergreifen die Führungsstangen 19, 20 an den von den Rollen 16, 17, 18 abgewendeten Seiten und bilden so eine Abfallsicherung. Polschuhe 23 der Pole 13 begrenzen gemeinsam mit einer Magnetanordnung 25 einen ebenen Luftspalt 26. Die Magnetanordnung 25 weist eine Folge von Magnetplatten 27 auf, die in einer Richtung abwechselnd magneti-siert sind, welche sich senkrecht zu der Bewegungsrichtung eines im wesentlichen von dem Blechpaket 14, den Spulen 10 bis 12 und dem Rahmen 15 gebildeten Läufers 28 erstreckt.

In Fig. 1 ist die Spulenteilung mit Tsp und die Magnetteilung mit Tm bezeichnet. Diese Teilungen stehen im Verhältnis 2 : 3. Die Magnetisierung hat einen im wesentlichen rechteckigen oder trapezförmigen Verlauf. Die Dauermagnetpolbreite sollte min-5 destens eine der Spulenteilung Tsp entsprechende Abmessung haben. Über den Magnetplatten 27 sitzt ein Eisenrückschluss 29. Anstelle der einzelnen Magnetplatten 27 kann auch ein entsprechend abwechselnd magnetisierter Magnetstreifen (in der Zeichnung nicht dargestellt) vorgesehen werden.

io Durch die magnetische Zugwirkung legen sich die Rollen 16, 17, 18 gegen die Führungsstangen 19 bzw. 20 an. Die Sicherungsnasen 21, 22 schützen den Läufer 29 gegen Herabfallen. Dabei bilden die Sicherungsnasen 21, 22 mit den Führungsstangen 19, 20 einen Gleitspalt 30 von beispielsweise etwa 0,3 mm 15 Weite. Eine mit dem Läufer 28 verbundene Last 31, z.B. ein Druckkopf eines Datendruckers, ist in Fig. 2 angedeutet. Bei der asymmetrischen Bauweise des Motors gemäss den Figuren 1 und 2 kommt der Gesamtschwerpunkt von Läufer 28 und Last 31 mehr an den Luftspalt 26 bzw. die von den Führungsstangen 20 19, 20 gebildete Läuferführungsbahn zu liegen als der Schwerpunkt der Last 31 und der Schwerpunkt des Läufers 28 allein. Es wird auf diese Weise für eine besonders ruhige und ver-schleissfreie Bewegung des Läufers 28 gesorgt.

Für die Magnetanordnung 25 eignen sich u.a. kunststoffge-25 bundene Magnete oder sogenannte Gummimagnete, d.h. Mischungen aus Hartferriten und elastischem Material. Es können aber auch Keramikmagnete oder Magnete aus Samariumkobalt vorgesehen sein.

Zur Strombeaufschlagung der Spulen 10, 11, 12 kann eine 30 an sich bekannte (in der Zeichnung nicht dargestellte), elektronische Kommutierungseinrichtung (vergleiche beispielsweise DE-OS 26 54 075) vorgesehen sein. Als magnetfeldempfindliche Läuferstellungssensoren 35 eignen sich bei der veranschaulichten Ausbildung Hallgeneratoren, Hall-ICs, Feldplatten, Ma-35 gnetdioden und dergleichen, die unmittelbar im Feld der Magnetanordnung 25 sitzen. Entsprechende Magnetfeldsensoren sind in den Fig. 1 und 2 als Läuferstellungssensoren 35 angedeutet.

In Fig. 3 ist schematisch eine symmetrische Ausbildung wie-40 dergegeben, bei welcher zu beiden Seiten einer Magnetanordnung 38 jeweils ein dem Blechpaket 14 entsprechendes Blechpaket 39 bzw. 40 mit einer Gruppe Spulen 41 bzw. 42 und einem Eisenrückschluss 43 bzw. 44 sitzt.

Das Blechpaket 14 kann, falls erwünscht, auch mit mehr als 45 drei Polen ausgestattet sein. Beispielsweise kann es zweckmässig sein, mit sechs Polen zu arbeiten, die insgesamt sechs Spulen tragen, von denen jeweils zwei einen der drei Wicklungsstränge bilden.

Im Falle einer abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 4 50 steht die Wicklung fest. Diese Wicklung ist wiederum dreisträngig aufgebaut, und zwar jeweils aus Strängen 1, 2, 3. Spulen 46 sind überlappungsfrei um je einen Pol 47 eines Blechpakets 48 herumgelegt. Die Pole 47 sind im wesentlichen T-förmig gestaltet. Ihre Polschuhe 49 bilden zusammen mit Magneten 50, 51, 55 52 eines Läufers 53 oder eines Wagens einen ebenen Luftspalt 54. Zu dem Läufer 53 gehört ferner ein Eisenrückschluss 55. Dem Läufer 53 ist eine in der Zeichnung nicht dargestellte, zweckentsprechende Führung zugeordnet, die ein Verfahren des Läufers 53 in Richtung eines Pfeiles 56 sowie entgegen seiner 6o Richtung gestattet, wenn die Spulen 46 über eine geeignete Kommutierungseinrichtung (in der Zeichnung nicht gezeigt) in zweckentsprechender Folge mit Strom beaufschlagt werden.

Der Motor kann als Kollektormotor aufgebaut sein. Er kann aber auch kollektorlos ausgebildet sein. Seine Spulen 10, 65 11; 12, 41, 42; 46 werden von der elektronischen Kommutierungseinrichtung in Abhängigkeit von der Läuferstellung in zyklischer Folge mit Strom beaufschlagt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Gleichstromlinearmotor mit einer einen ferromagneti-schen Rückschluss aufweisenden Dauermagnetanordnung und einer mehrsträngigen Wicklung, die linear gegeneinander bewegbar sind, wobei die Wicklung aus mehreren in der Bewegungsrichtung aufeinanderfolgenden, in zyklischer Folge mit Strom beaufschlagbaren Spulen besteht, insbesondere für Antriebe in der Datentechnik, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (10, 11, 12, 41, 42, 46) jeweils um einen Pol (13, 47) mindestens eines zusammen mit der Dauermagnetanordnung (25, 38, 50 bis 52) einen im wesentlichen ebenen Luftspalt (26, 54) bildenden, genuteten Blechpakets (14, 39, 40, 48) mit zur Bewegungsrichtung senkrecht stehender Spulenachse überlappungsfrei herumgelegt sind, und dass das Verhältnis von Spulenteilung (Tsp) zu Magnetteilung (Tm) 2 : 3 beträgt.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (13, 47) des Blechpakets (14, 39, 40, 48) im wesentlichen T-förmig gestaltet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnetpolbreite in der Bewegungsrichtung mindestens gleich der Grösse der Spulenteilung (Tsp) ist.

4. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (10, 11, 12; 41, 42; 46) dreisträngig ist.

5. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung (25, 38) feststeht und der Läufer (28) mindestens drei in der Bewegungsrichtung aufeinanderfolgende, jeweils eine Spule tragende Pole (13) aufweist.

6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Blechpakete (39, 40) mit zugehörigen Spulen (41, 42) symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der Magnetanordnung (38) sitzen.

7. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Blechpaket (14) vorgesehen ist, das mit Bezug auf die Magnetanordnung (25) und eine mit dem Läufer (28) verbundene Last (31) derart angeordnet ist, dass der gemeinsame Schwerpunkt von Läufer (28) und Last (31) dem Luftspalt (26) und/oder einer Läuferführungsbahn näher liegt als der Lastschwerpunkt und der Läuferschwerpunkt jeweils allein.

8. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Magnete (50, 51, 52) dem Läufer (53) zugeordnet sind.

9. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beidseits des Läufers (28) je eine Führungsstange (19, 20) vorgesehen ist, auf welcher der Läufer (28) mittels einer Dreipunktabstützung gelagert ist.

10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreipunktabstützung durch zwei in der Bewegungsrichtung des Läufers (28) in Abstand voneinander angeordnete, mit der einen Führungsstange (19) zusammenwirkende Doppelkegelrollen (16, 17) sowie eine mit der anderen Führungsstange (20) zusammenwirkende Zylinderrolle (18) gebildet ist.

11. Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (16, 17, 18) in einem Rahmen (15) drehbar gelagert sind, der eine Abfallsicherung in Form von Sicherungsnasen (21, 22) trägt.

12. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor kollektorlos ausgebildet ist und eine elektronische Kommutierungseinrichtung vorgesehen ist, mittels deren die Spulen (10, 11; 12, 41, 42; 46) in Abhängigkeit von der Läuferstellung in zyklischer Folge mit Strom beaufschlagbar sind.

13. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutierungseinrichtung im direkten Feld der Dauermagnetanordnung (25) sitzende, magnetfeldempfindliche Läuferstellungssensoren (35) aufweist.

14. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis II, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor als Kollektormotor ausgebildet ist.

15. Motor nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (15) auf der von den Rollen abgewendeten Seite Führungsstangen (19, 20) aufweist.