DE10213408A1

DE10213408A1 - Lineardirektantrieb

Info

Publication number: DE10213408A1
Application number: DE2002113408
Authority: DE
Inventors: Werner Eichbauer
Original assignee: LINATEC KG
Current assignee: LINATEC KG
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-16

Abstract

Die Erfindung/Neuerung betrifft einen Lineardirektantrieb 1 mit einem Stator 2 sowie einem, bezogen auf den Stator 2, linear verschiebbar geführten Läufer 3, wobei in einem der beiden Elemente (Stator 2 oder Läufer 3) eine Permanentmagnetanordnung 4 und im anderen der beiden Elemente (Läufer 3 oder Stator 2) eine mit der Permanentmagnetanordnung 4 wechselwirkende, ein Magnetfeld erzeugende, an eine Steuerungsschaltung angeschlossene Spuleneinrichtung 5 angeordnet ist, wobei der Querschnitt des Stators 2 nach Art eines Dreiecks ausgebildet ist und der Läufer 3 innerhalb der Dreiecksform des Stators 2 angeordnet ist.

Description

Die Erfindung/Neuerung betrifft einen Lineardirektantrieb, auch genannt Synchron-Linear-Motor, mit den weiteren Merkmalen des Anspruches 1.

Bekannte Lineardirektantriebe weisen in der Regel einen Stator sowie einen bezogen auf den Stator linear verschiebbar geführten Läufer auf. An einem der beiden Elemente, normalerweise am Stator, ist eine Permanentmagnetanordnung vorgesehen, im anderen Element, normalerweise im Läufer, ist eine mit der Permanentmagnetanordnung wechselwirkende, Magnetfelder erzeugende, an eine Steuerschaltung angeschlossene Spulenvorrichtung angeordnet. Die gegenseitige Führung der beiden Teile (Läufer und Stator) erfolgt über übliche Führungselemente, normalerweise ist der Stator ein relativ flaches, schienen- oder maskenartiges Teil, der Läufer ist kastenartig ausgebildet und auf einer der Oberflächen des Stator in geeigneter Weise geführt. Derartige Lineardirektantriebe sind beispielsweise bekannt aus einem Prospekt der Firma Bobolowski GmbH, Robert-Bosch-Str. 3, Steinen, die neuen Synchron-Linear- Motoren, 2002.

Die bekannten Lineardirektantriebe haben grundsätzlich die Eigenschaft, daß sich beim Betrieb eine zwischen Primär- und Sekundärteil sich eine Anziehungskraft einstellt, die acht-neunmal höher ist, als die in Verschieberichtung wirkende Antriebskraft. Diese hohe Anziehungskraft zwischen Stator und Läufer muß durch die zwischen Stator und Läufer wirkende Führung aufgefangen werden. Dies bedeutet, dass Führungselemente bekannter Lineardirektantriebe sehr stabil ausgeführt werden müssen.

Außerdem ist die mechanische Steifigkeit eines Läufers ausschlaggebend für die Regelgenauigkeit und Stellgenauigkeit eines Lineardirektantriebes. Falls es bei den entsprechenden Bauteilen Toleranzen bezüglich der mechanischen Steifigkeit gibt, resultiert dies in einer zunehmenden Ungenauigkeit der Regelung.

Als weiterer Stand der Technik sind Lineardirektantriebe bekannt, bei denen der Läufer stangenartig ausgebildet ist, d. h. auf einer Trägerstange sind ringartige Magnetelemente quasi aufgefädelt. Der Stator umgreift mit Spulenelementen zur Wechselwirkung mit den ringartigen Permanentmagneten teilweise den Läufer. Nachteilig einer derartigen Anordnung ist insbesondere das hohe Gewicht des Läufers, verursacht durch die Permanentmagnete.

Der Erfindung/Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lineardirektantrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart auszubilden, daß die relativ zueinander bewegten Teile eine hohe Eigensteifigkeit haben und sich die gegenseitigen Anziehungskräfte nicht negativ auswirken. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest der Querschnitt des Stators, gegebenenfalls auch der Querschnitt des Läufers nach Art eines Dreiecks ausgebildet sind, wobei der Läufer innerhalb der Dreiecksform des Stators angeordnet ist.

Zunächst wird dadurch mit Vorteil erreicht, daß der Läufer eine relativ hohe Steifigkeit hat, außerdem kann der Läufer mit herkömmlichen plattenartigen Magneten ausgerüstet werden, die in plattenartige Konstruktionsteile des Läufers eingesetzt werden können. Es ist auch möglich, die Magnete an den Dreiecksoberflächen des Läufers anzubringen.

Durch die Dreiecksform ergeben sich drei relativ große Flächen, auch bezüglich der wirksamen Anziehungskräfte zwischen Stator und Läufer, wobei besonders vorteilhaft ist, daß man jede der Statoreinzelflächen, die mit den Läufer- Dreiecksflächen zusammenwirken, gesondert hinsichtlich ihrer magnetischen Kräfte, regeln kann. Durch eine geeignete elektronische Regelung besteht deswegen die Möglichkeit die Anziehungskräfte mehr oder weniger völlig zu kompensieren.

Außerdem besteht mit Vorteil die Möglichkeit, durch Luftdüsen zwischen den Oberflächen des Läufers und der Innenfläche des Stators eine Luftlagerung herzustellen, so daß der Stator auf dem Läufer schwebt. Zwar sind Luftlagerungen bei Linearmotoren bekannt, aber nicht derartig, daß sie die sich mehr oder weniger aufhebende Kompensation unterstützen.

Wenn der Querschnitt des Läufers- und/oder des Stators nach Art eines gleichseitigen Dreiecks ausgebildet werden, dann wirkt sich dies einerseits besonders vorteilhaft auf die mechanische Biegebelastbarkeit der einzelnen Teile aus, zum anderen ergeben sich dann auch besonders vorteilhafte Verhältnisse hinsichtlich der Kompensation der gegenseitigen Anziehungskräfte. Eine Gewichtsreduzierung läßt sich dann erreichen, wenn der Stator und der Läufer nach Art von Dreieckshohlprofilen ausgebildet sind, wobei das Dreieckszentrum des Läufers im Dreieckszentrum des Stators liegen kann, und damit eine bezogen auf die Dreiecksform konzentrische Anordnung gewählt wird.

Die drei Längskanten des den Stator bildenden Dreieckskörpers können mit zusätzlichen Abflachungen versehen werden, wobei diese Abflachungen ebenfalls als Montage- oder Befestigungsflächen ausgebildet sind. Die magnetfeldkoppelnden Elemente sind in den drei Hauptflächen der jeweiligen Dreieckskörper angeordnet, die Wicklungen sind über eine Regelschaltung gesondert regelbar.

Eine zusätzliche Stabilisierung des Dreieckskörpers des Läufers wird dadurch erreicht, dass er durch ein CFK-Gehäuse gebildet wird, wobei dann die Möglichkeit besteht, magnetische Rückschlußelemente in Form von Ferrit- oder Eisenpulverteilchen in das Gehäuse einzuschließen, d. h. einzugießen. Außerdem können in dem CFK-Gehäuse Kammern vorgesehen sein, in welchen die Permanentmagnete angeordnet sind. Darüber hinaus kann in das CFK-Gehäuse ein Meßelement eines Meßsystems integriert werden, insbesondere ein Glasmaßstab mit einer inkrementalen Teilung oder ein Element eines absoluten Längenmessystems.

Besonders hochgenaue Stellverhältnisse und eine Erhöhung der Haltekräfte wird dann erreicht, wenn in den Lineardirektantrieb ein geregeltes Bremssystem integriert ist, das über alle drei Hauptflächen des Läufers wirksam ist.

Die Erfindung/Neuerung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Lineardirektantrieb
Fig. 2 eine Ansicht in Pfeilrichtung II gemäß Fig. 1.
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Lineardirektantriebes.
Der in Fig. 1 dargestellte Lineardirektantrieb 1 besteht im Wesentlichen aus einem Stator 2 und einem bezogen auf den Stator 2 linear verschiebbar geführten Läufer 3, wobei in dem Läufer 3 eine nur teilweise dargestellte Permanentmagnetanordnung 4 und im Stator 2 eine mit der Permanentmagnetanordnung 4 wechselwirkende, an eine nicht dargestellte Steuerschaltung angeschlossene Spuleneinrichtung 5 angeordnet ist.
Wie insbesondere in Fig. 2 und 3 deutlich zu sehen, sind sowohl der Querschnitt des Stators 2 als auch der Querschnitt des Läufers 3 nach Art eines gleichseitigen Dreiecks ausgebildet, wobei der Läufer 3 innerhalb der Dreiecksform des Stators 2 angeordnet ist. Die Dreiecksseiten 6 des Stators und 7 des Läufers sind geschlossen, d. h. sie bilden geschlossene im wesentlichen ebene Flächen, sowohl Stator 2 als auch Läufer 3 sind nach Art von Dreieckshohlprofilen ausgebildet, wobei Läufer 3 und Stator 2 konzentrisch ineinander liegen.
Die außen liegenden Dreiecksseiten des Stator 2 sind als Montageflächen 8 ausgebildet und weisen eine Mehrzahl von Gewindebohrungen 9 zur Aufnahme von Verbindungsschrauben auf.
Die drei Längskanten 10 des den Stator 2 bildenden Dreieckskörpers sind mit Abflachungen 11 versehen, die ebenfalls als Montageflächen 8' ausgebildet sind.
Wie im einzelnen nicht dargestellt, sind in den drei Hauptflächen des den Stator 2 bildenden Dreieckskörpers, d. h. unter den Dreiecksseiten 6 Wicklungen angeordnet, die mit entsprechenden in den drei Hauptflächen des Läufers 3 angeordneten Permanentmagneten 14 der Permanentmagnetanordnung 4 derart in Wechselwirkung treten, daß sich beim Betrieb des Lineardirektantriebes 1 die gegenseitigen radialen Anziehungskräfte weitgehend kompensieren, wobei die in den Hauptflächen des Stators 2 angeordneten magnetfelderzeugenden Wicklungen gesondert regelbar sind.
Zwischen den Dreiecksseiten 7 des den Läufer 3 bildenden Dreieckskörpers und den diesen zugewandten Innenflächen 15 des Stators 2 sind Gaslagerelemente angeordnet, d. h. Düsen, durch die unter Druck stehende Luft in den Zwischenraum zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen geblasen werden kann, um ein Luftpolster zu erzeugen.
Der Dreieckskörper des Läufers 3 wird durch ein CFK-Gehäuse 16 gebildet, wobei in das Material des CFK-Gehäuses 16 des Läufers 3 Ferrit- oder Eisenpulverteilchen 17 eingeschlossen sind. Die Permanentmagnete 14 können in Kammern des CFK-Gehäuses untergebracht werden, wobei die Kammern so ausgebildet sein können, daß die Permanentmagnete 14 eingelegt werden können, oder die Kammern beim Gießvorgang des CFK-Gehäuses dadurch gebildet werden, daß die Permanentmagnete 14 umgossen werden.
Darüber hinaus ist in das CFK-Gehäuse ein Meßelement 20, insbesondere einen Glasmaßstab eines inkrementalen Meßsystems integriert. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Lineardirektantrieb
2 Stator
3 Läufer
4 Permanentmagnetanordnung
5 Spuleneinrichtung
6 Dreiecksseiten
8 Montageflächen
8' Montageflächen
10 Längskanten
11 Abflachungen
14 Permanentmagnete
16 CFK-Gehäuse
20 Meßelement

Claims

1. Lineardirektantrieb (1) mit
einem Stator (2) sowie
einem bezogen auf den Stator (2) linear verschiebbar geführten Läufer (3), wobei
in einem der beiden Elemente (Stator (2) oder Läufer (3)) eine Permanentmagnetanordnung (4)und
im anderen der beiden Elemente (Läufer (3) oder Stator (2)) eine mit der Permanentmagnetanordnung (4) wechselwirkende, ein Magnetfeld erzeugende, an eine Steuerungsschaltung angeschlossene Spuleneinrichtung (5) angeordnet ist.
dadurch gekennzeichnet, daß
der Querschnitt des Stators (2) nach Art eines Dreiecks ausgebildet ist und der Läufer (3) innerhalb der Dreiecksform des Stators (2) angeordnet ist.

2. Lineardirektantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Läufers (3) ebenfalls nach Art eines Dreiecks ausgebildet ist.

3. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Läufers (3) und/oder des Stators (2) nach Art eines gleichseitigen Dreiecks ausgebildet ist/sind.

4. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreiecksseiten des Stators (2) und des Läufers (3) geschlossen sind.

5. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2) und der Läufer (3) nach Art von Dreieckshohlprofilen ausgebildet sind.

6. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreieckszentrum des Läufers (3) im Dreieckszentrum des Stators (2) liegt.

7. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die außenliegenden Dreiecksseiten (6) des Stators (2) als Montageflächen (8) ausgebildet sind.

8. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Längskanten (10) des den Stator (2) bildenden Dreieckskörpers mit Abflachungen (11) versehen sind.

9. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachungen (11) ebenfalls als Montageflächen (8') ausgebildet sind.

10. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens zwei der drei Hauptflächen des den Stator (2) bildenden Dreieckskörpers Magnetfeldkoppelnde Elemente (Wicklungen oder Permanentmagnete (14)) angeordnet sind.

11. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens zwei der drei Hauptflächen des Läufers (3) magnetfeldkoppelnde Elemente (Permanentmagnete oder Wicklungen (14)) angeordnet sind.

12. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldkoppelnden Elemente im Stator (2) und Läufer (3) derart angeordnet sind, daß sich die gegenseitigen radialen Anziehungskräfte beim Betrieb des Lineardirektantriebes (1) weitgehend kompensieren.

13. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Hauptflächen des Stators (2) angeordneten magnetfeldkoppelnden Elemente (Wicklungen) jeweils gesondert regelbar sind.

14. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Dreiecksseiten (7) des den Läufer (3) bildenden Dreieckskörpers und den diesen zugewandten Innenflächen des Stators (2) Gaslagerelemente angeordnet sind.

15. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreieckskörper des Läufers (3) durch ein CFK-Gehäuse (16) gebildet ist.

16. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Material des CFK-Gehäuses (16) des Läufers (3) magnetische Rückschlußelemente in Form von Ferrit- oder Eisenpulverteilchen eingeschlossen sind.

17. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das CFK-Gehäuse (16) des Läufers (3) Kammern aufweist, in welchen die Permanentmagnete (14) angeordnet sind.

18. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (14) in das CFK-Gehäuse (16) eingegossen sind.

19. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das CFK-Gehäuse (16) ein Messelement (20) eines inkremalen Meßsystems eingegossen ist.

20. Lineardirektantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein geregeltes Bremssystem aufweist, das im Bereich mindestens einer Hauptfläche des Läufers (3) wirksam ist.