DE2118101B2 - Gleichstromlinearmotor - Google Patents

Description

Die Eriindupg be'.iillt einen Gleiehstroi.ilincar-

πΐι·:·Μ· tür sein,eile kur/hubige Bewegungen, IvielKii.l ims einem zweipoligen Stator mit konsumtem Magnetfeld und einem in den beiden Endlagen s._!n diesem Magnetfeld gehaltenen Versehiebeanker. der an seinen linden jeweils ein Paar PoKorsprünge, zwischen denen je eine Steuerwicklung angeordnet ist. aulweist und bei dem die Breite der Steueipwipaare großer ist als die der gegenüberliegenden Statorpole.

Hin derartiger Cileichslromliuearmotor bzw. elektromagnetischer Stellmotor isl aus der L'SA.-Paiemschriff 3 503 022 bekannt. Dieser bekannte Μκ,τ enthält einen Anker, der einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten zwischen zwei PnI-stüci.jn aus magneiisierbarem Material enthält. Der Anker ist verschiebbar in runden PolschuhemL;-eines Gehäuses montiert, um die Bewegung zwischen zwei stabilen Lagen zu begrenzen. Zwiselvn den Polschuhen des Gehäuses des Ständers, ist eir zylindrisches Joch angeordnet, das Fluliaufteilungspuleii enthält, die über die Länge des Geh;iu-e> verteilt sind. Weitere Flußaufteilungsspulen sind in runden Ausnehmnugen in den Polschuhen <!., Gehäuses angeordnet. Der Anker wird durch deii Hauptfluß des Permanent- oder Elektromagneten in einer ausgewählten steilen Lage gehalten und durdi das Zuführen von Strom auf die Flußleilungsspukn zur Er/etmuna von Steuerfeldern, zwischen seinen stabilen Lagen verschoben.

Der Anker wird bei dieser bekannten Vorrichtung in seinen Endlagen durch eine besondere Hallespule gehalten. Diese Haltespule bringt den notwendigen magnetischen Fluß auf, der den Anker in dieser Lage hält.

Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung ist. daß der Stator mit vier verschiedenen Wicklungen, nämlich zwei Stcuerwicklungen für die Aufbringung des Steuerflusses für die Umsteuern.^ des Ankers in die beide; Endlagen und zwei Haltevvicklungen für das Hallen des Ankeis in der jeweiligen Endlage, ausgestaltet sein muß. Darüber hinaus ist die Aufbringung des Haiiptflusses durch den Anker damit beding·, daß der Anker im allgemeinen relativ schwer ausgeführt werden muß. Dies bringt es mit sich, daß die Träsiheitmasse groß ist und man für schnelle kräftige Bewegungen einen großen Sleuerfluß benötiut oder aber die Bewegungen weniger kräftig und weniger schnell durchgeführt werden können.

Aufsiabe der vorliegenden Erfindung ist es. einen (ileiehsironilinea. motor der eingangs genannten Art in die Lage zu -ersetzen, schnelle kurze und sehr kräftige Sioßbewegungen auszuführen und dabei ein hohes Anzugsmoment aufzubringen. Die Konstruktion und der Aufbau des Motors soll einfach und zweckmäßig sein.

Die>-e Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenflächen der den jeweiligen Endlagen zugekehrten Teilpole der Steuerpolpaare mit diesen Endlagen ebenfalls zugekehrten Seitcnflüchep. der Statorpole fluchten, daß die Steuerwicklungen im Abstand der Statorpole angebracht sind und die Außenfläche der äußersten Ankerteilpole bei jeder Endlage Hilfspolen des Stators unmittelbar izecenüberliegen.

Mit einem derartig aufgebauten Gleichstromlinearniotor ist es wegen der Magnetfeldkonzcntration an den gegenüberstehenden Kanten möglich, eine erhebliehe Anfangsbesclileunigung aufzubringen. Dadurch wird tier Motor sehr schnell und mit großer krafi in die andere Laiie verschoben. Durch den

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Hilispo! uiKl dem mil ihm verbundenen Streulluß F i «. 2 ein Inipulsbild für die Steuerimpulse, mit

»ird eine au .reichende Kraft erzeugt, die den Anker denen die Steuerwicklunsien des erlindungsgemäßen

i„ jeder Endlage sieher lesthait, ohne daß hierzu Ciieiehstromlinearmotors "zweekniäLiverwelse hcaui-

,HnJi ,--esundere Vorrichtungen oder Steuerwicklun- schlagt werden, sowie den Bewciumgsv erlauf des

gen no_:wendig sind. Die Verschiebung des Ankers :, Ankers zwischen den Endlauen.

erfoii;! durch /.ulunrung von Steuenmpul-.en auf die Der Gleichstromlmearmoior gemäß Fig. 1 enthält

beiden NjMi,en. die in den Ausnehmungen o.e. Pole einen z\ linderförmb'en Stator I. der aus iabrikations-

tlcs Anl.ers uniergebradii sind. technischen Gründen zweckmäßigerweise aus zwei

l-.ir. i;ir die Fertigung des erlindungsgemäßeii l/eilen 1 « und 1/> aufgebaut ist. ίη diesem Gehäuse

Μ,,ί,ν /v.eckmaßige Ausgestaltung besteht darin. io ist ein ebenfalls zylindrischer Anker 2 verschiebbar

ti al.; M.aor und Anker zylinderlonnig ausgebildet angeordnet. Der Hauptmagnetlluß wird von einer

sind lind daß die Hillspole aus einem schmalen. konstant erregten Feldwicklung 3. die im Ständer 1

ZvIiiuL-riörmigen Seitenteil -des Hauptpoles und einem angeordnet ist, erzeugt. Diese ^Feldwicklung 3 kann

schJÜvi'-iormigen Ring bestehen, die innerhalb uiul selbstverständlich auch durch einen Permanent-

paivüjl zu den Lagerschildern angeordnet sind. In 15 magneten ersetzt werden. Die Feldwicklung 3 wird

voiU:Vi.-.:tei Weise sind die Hauptpol und -oder die von / ei Hauptpolen 4 u und 4/1 umschlossen. An

Su-;!.. :|- >'x laminiert aufgebaut, zumindest sind die jedem Hauptpol 4« bzw. 4/) Kt ein Flansch 5 c

dii>e,i Haupt-- und Steuerpolen zugeordneten Pol bzw. 5 b angeordnet, an den eine Scheibe 6 a bzw. C) b

se! . ;ms einzelnen Lamellen hergesle.it. Durch pai allel zu Lagerschildern 7 « bzw. 7 /> anliegt. Diese

diese \tisiührung werden magnetische Verluste, die 20 Anordnung bildet somit einen magnetischen Neben-

durch Wechselllüsse in den Bereichen der durch die Schluß, der sich über den Anker 2 schließt.

Ka:i.e iwirkung hervorgerufenen Magnetfeldkonzen- De: Anker 2 ist in Richtung des in ihn cinge-

tr;ni;:U'n aultrelen. verringert. Dadurch ist eine zeichneten Pleiles verschiebbar. Dazu ist er über

noch schnellere Verschiebung des Ankers von einer eine Welle 8 in Lagern 9« bzw. 9/> gelagert. Der

ϋπι!;..;-ν in die andere Endlage möglich. 25 Anker 2 weist an seinen Enden Pole 10« bzw. 10/>

Da·- Verlahren zum Betrieb des erh'ndungsgemäüen auf. zwischen denen, in Ausnehmungen 111/ und 11 h. Cilcu-hslromlinearniotors besteht darin, daß beim die Sieuerwicklungen 12« und 12 /^angeordnet sind. VeisJuehen des Ankers zunächst die eine Steuer Um ein besonders hohes Anzugsmoment durch wicklung mit einem Beschleunigungsimpuls und dann die Magnetfeldkonzentration an Kanten zu erreichen, die .indere Sleuerwicklung mit einem Bremsimpuls 30 ist erh'ndungsgemäß die gegenseitige Zuordnung und bea^ailag'. wird. Die Benutzung beider Spulen für die Abmessung von Hauptpolen 4«. 4 Λ und Steuerdie Verschiebung des Ankers aus einer Findlage in polen 10 a. 10 b \r folgender Weise getroffen. Die die andere, ermöglicht die Zuführung eines energie- Hauptpole 4« und 4 b sind um den Verschiebewjg reicheren Beschleunigungsimpulses, um somit die länger als die Ausnehmungen 11« und 11/;. Die Geschwindigkeit zu erhöhen und die ganze Um- 35 einer Findlage, und zwar in dem in Fig. 1 dargeschaltzeil zu verkürzen und ermöglicht andererseits stellten Beispiel die linke Endlage zugekehrte die Hesdileunigungsphase recht lange anstehen zu Kante Λ der Ausnehmung 11 α liegt der dieser Endlassen, weil durch den Bremsimpuls eine sichere lage zugekehrten Kante C des Hauptpoles 4 « gegc.n-Abbremsung in die Endposition möglich ist. über. Dadurch ergibt sich bei dem Übergang des

Eine weitere vorteilhafte Ergänzung des Steuer- 40 Magnetfeldes vom Anker 2 zum Hauptpol 10« an

Verfahrens, das dem möglichen Prellen des Ankers diesen Kanten eine starke Magnetfeldkonzentration,

in der Endlage entgegenwirkt und ein sicheres An- Um diese Wirkung in derselben Endlage noch zu

liegen bezweckt, besteht darin, daß kurz vor Errei- erhöhen, liegt die der Kante/1 entsprechende KanteB

chen der Endlage des Ankers diejenige Steucrwick- der Ausnehmung 11 b, die der linken Endlage eben-

lung. die zuerst mit einem Beschleunigungsimpuls 45 falls zugekehrt ist, und die entsprechende Kante /)

beaufschlagt ist. mit einem Schiebeimpuls beauf- des dieser Endlage abgekehrten Hauptpoles 4/)

schlagt wird. ebenfalls auf einer Höhe. Wird nun der Anker in

Zur Erhöhung der Versehiebegeschwindigkeit des die 1 echte Endlage verschoben, dann stehen sich die

Ankers werden die Steuerwicklungen mit nur weni- entsprechenden Kanten auf der rechten Seile der

gen Windungen versehen. Dadurch wird die Selbst- 5° Hauptpole 4 α .nd 4 b in derselben Weise gegenüber

induktivität der Steuerwicklungen gering und die wie die Kanten A-C und die Kanten B-D.

Zeitkonstante klein gehalten, so daß ein rascher Für die Zuführung der elektrischen Energie zu

Auf- und Abbau des jeweiligen Steuerfeldes möglieh der Feldwicklung 3 und den Steuerwicklungen 112«

isi. und 12/; sind in den Lagerschildern 7 η und Ib

Eine weitere Verbesserung der Steuerung des 55 Öffnungen vorgesehen. Die Feldwicklung 3 wird mit Minors besteht darin, daß die Steuerimpulse in einem konstanten Gleichstrom beaufschlagt, der ein Abhängigkeit vom Weg, den der Anker zurücklegt. konstantes Magnetfeld 15, erzeugt, das in der Fig. 1 sowohl in bezug auf ihre Dauer als auch in bezug im unteren Teil eingezeichnet ist und im Uhrzeigerauf ihren Einsatzpunkt veränderbar sind. Zu dieser sinn verläuft. Ii.i linken Teil der F i g. 1 ist noch der wegabhängigen Impulssteuerung kann eine photo- ^6o der linken Endlage entsprechende Streulluß 16, der elektrische Rückmcldr.ug vom Anker her benutzt den HalteefTekt für den Anker 2 in dieser Endlage werden. hergibt und außerdem der über die Kanten A-C

An Hand des in den Figuren gezeigten Ausfüli- konzentrierte Magnetfluß eingezeichnet,

rurigsbeispieles werden im folgenden Aufbau und In Fig. 2 ist ein Diagramm der Steuerimpulse

Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert. Die ⁶5 gezeigt, die für eine Steuerung des erfindungsgemäßen

Figuren zeigen im einzelnen: Linearmotors verwendbar sind. Der obere Teil des

Fig. 1 ein Schnittbild durch den erfindungsgemäß Diagramms zeigt den Bevvcgungsverlauf von der

ίπκΐΗ-staltetcn Gleichstromlinearmotor. mit α bezeichneten linken Endlage unten zu der

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rechten Endlage /; oben. Der mittlere Teil zeigt die- den Anker vor Erreichen der Endlage zum Stilljenigen Impulse, die der rechten Spule 12 b ent- stand bringen.

sprechen und der unterste Teil des Diagramms zeigt Soll nun der Anker 2 von der linken Endlage zur

diejenigen Impulse, die der linken Spule 12« züge- rechten Endlage gebracht werden, wird zunächst der

führt werden. 5 rechten Steuerspule 12 b ein Beschleunigungsinipuls

Es soll vorausgesetzt werdcii, daß das von der 17 zugeführt. Dieser kann etwa für ein Drittel des

Spule 3 erzeugte Hauptfeld und die Steuerspulen 12 η zurückzulegenden Weges anstehen. Dann wird dieser j

und 12 b in ihrer Polarität so aufeinander abgestimmt Beschleunigungsimpuls augeschaltet und gleichzeitig

sind, daß die rechte Steuerspule 12 ft den Anker 2 ein Bremsimpuls 18 auf die linke Steuc-spule 12 a

nach rechts bewegt, und daß die Steuerspule 12 α ίο gegeben. Mit diesem Bremsimpuls wird die End- j

den Anker 2 nach links bewegt. Prinzipiell wäre geschwindigkeit ganz stark herabgesetzt, im Grunde |

demnach zur Verschiebung des Ankers nur notwen- genommen fast bis auf 0 beim Anschlag b. Zuletzt

dig, daß den beiden Steuerspulen 12 α und 12 b die wird entweder kurz vor oder auch bei Erreichen der

entsprechenden Verschiebeimpulse zugeführt werden. rechten Endlage b ein Schiebeimpuls 19 auf die !

Um jedoch eine erhöhte Beschleunigung und eine 15 Steuerspule 12 ft gegeben, die vorher mit dem Be- j

verkürzte Verschiebezeit zu erreichen, wird erfin- schleunigungsimpuls 17 beaufschlagt war. I

dungsgemäß bei einer Verschiebung zunächst der Zur Umsteuerung des Ankers 2 aus der rechten j

Verschiebespule ein Beschleunigungsimpuls züge- Endlage in die linke Endlage wird der umgekehrte

führt und danach der anderen Spule ein Brems- Weg eingeschlagen, der in der rechten Hälfte der 1

impuls. Gegebenenfalls kann kurz vor Erreichen des 20 F i g. 2 dargestellt ist. In den Endlagen wird der j

Endanschlages der entsprechenden Beschleunigungs- Anker2 durch den in der Fig. 1 mit 16 bezeich- |

bzw. Verschiebespule noch ein Schiebeimpuls züge- neten Streufluß des Hauptflusses 15 gehalten,

führt werden. Diese Schiebeimpulse sind durch das In einem praktischen Ausführungsbeispiel kann

Prellverhalten des Ankers und durch die Art der die Länge der Beschleunigungsimpulse etwa 6 ms, |

Nutzlast, d. h. deren mechanisches Verhalten be- 25 die Länge der Bremsimpulse etwa 5 ms und die !

stimmt, beispielsweise davon, daß die Nutzlast auch Länge der Schiebeimpulse 3 ms sein. Es ergibt sich |

im Endteil des Verschiebeweges noch einige Kran daraus eine Urnschaitzeit von etwa 12 bis 14 ms von ,

erfordert, so daß bei Weglassen des Schiebeimpulses Endlage zu Endlage. Die Stromstärke der Impulse

der Bremsimpuls und die Nutzlast unter Umständen liegt bei 60 V Gleichspannung etwa bei 2,6 Ampere.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche

1. Gleichsiromlinearmotor für spinelle kur/-hubige Bewegungen, bestehend aus einem zweipoligen Stator mit konstantem Magnetfeld und einem in den beiden Endlagen von diesem Magnetfeld gehaltenen Versehiebeanker. der an seinen Enden jeweils ein Paar Polvorsprünge, zwischen denen je eine Steuerwicklung angeordnet ist. aufweist und bei dem die Breite der .-jteuerpolpaare größer ist als die der gegenüberliegenden Statornole. dadurch ge kenn- ι e \ e Ii λ e ■. . dulS die Innenflächen (A, B) der eier, jeweiligen E'-'Jlagcn /ugekehrten Teilpole der Suiieipi-Ipaare (iiici. 10 Ί) mit diesen Endlagen ebenfalls /ugekehrten Seitenflachen (C, />) der Statorpole (4<;. 4/)) fluchten, daß die SteuerwLkhingen (11 a. 11 />) im Abstand der Statorpole (4 11. 4 /)) angebracht sind und die Außenflächen der äußersten Ankerteilpole (IU a. lob) bei jeder Endlage Hilfspolen (6u, 6ft) des Stators unmittelbar gegenüberliegen.

2. Gleichsiroinlinearmotor nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß Stator (1) und Anker (2) z\ linde, förmig ausgebildet sind und daß die HilfspoU: aus einem sch .-ialen, zylinderlörniigen Seitenteil (5 «. 5 ft) des Hauplpoles (4«. 4 /1) und einem scheibenförmigen ^ing (6 a, 6 b) bestehen, die innerhalb und parallel zum Lagerschild (7 a. 7 h) angeordnet sind.

3. Gleichstromlinearmotor nach Anspruch 1 oder 2, daduieh gekennzeichnet, daß die Hauptpole (4 a. 4 /3) und/oder die Steuerpole (10 a. 10 b) laminiert aufgebaut sind.

4. Verfahren zum Betrieb eines Gleichstromlinearmotors nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschieben des Ankers zunächst die eine Steuerwicklung mit einem Beschleunigiingsimpuls und dann dL andere Steuerwicklung mit einem Bremsimpuls beaufschlagt wird.

5. Verrahren nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichne!, daß kurz vor Erreichen der Endlage des Ankers diejenige Steuerwiekluhg. die /υ -ist mi¹: einem Beschleunigungsinipuls beaufschlagt ist. mit einem Schiebeiinpuls beaufschlagt wird. ")°

(V Verfahren nach einem der Anspiiiche 4 oiler 5. dadurch geken l/eichnei. daß die Steuerimpulse in Abhängigkeit von dem Weg. den der Anker /u: ücklcüt. sowohl in beziiL' aiii ihre Flauer als auch ,ml ihren Lin^.il/zcitpunkt \eränderb:!;- '.'> sind.