DE19704695A1

DE19704695A1 - Elektromagnetischer Teleskopf-Linearantrieb

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Publication number: DE19704695A1
Application number: DE1997104695
Authority: DE
Original assignee: SCHUSTER HEINZ PETER
Current assignee: SCHUSTER HEINZ PETER
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-08-20

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearantrieb, der vorzugsweise zum Überwinden eher kürzerer Wegstrecken ge eignet ist. Die Vorteile dieser Anordnung sind, daß die elektrische Energie durch eine besondere Gestaltung der ma gnetischen Kreise mit einem hohen Wirkungsgrad in mechani sche Energie umgesetzt wird, so daß auch größere Bewegungs kräfte herbeigeführt werden können, daß der Verschleiß re lativ gering ist und daß die Anordnung preiswert herzustel len ist, nicht zuletzt durch die einfache Wicklungsgeome trie.

Ein großer Anwendungsbereich ist überall dort gegeben, wo relativ kurze Wegstrecken in eine Richtung und wieder zu rück zu überwinden sind, wie das Bewegen von Stell-Elemen ten in elektrischen, elektromagnetischen, hydraulischen oder pneumatischen Schaltern, in Maschinen oder Fahrzeugen, Getrieben oder bei sonstigen Gelegenheiten, wo einzelne Elemente mit einer bestimmten Kraft eine vorbestimmte Wegstrecke zurücklegen müssen. Vielfach wird diese Aufgabe derzeit technisch weit aufwendiger mittels Stellmotoren (Elektromotor mit angekoppeltem Getriebe) gelöst.

Bei geeigneter Anordnung von 2 derartigen Systemen in einem bestimmten Winkel zueinander läßt sich ein Element in zwei dimensionaler Richtung bewegen. Erweitert man dieses vorge nannte Gebilde durch ein drittes System, welches wiederum in einem bestimmten Winkel hinzugefügt wird, läßt sich die Stellung des zu bewegenden Elementes sogar in dreidimensio naler Richtung verändern.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen solchen Linearantrieb im Längsschnitt, eine weitere Variante wird in Fig. 2 als Längsschnitt dar gestellt. Fig. 3 betrifft einen Querschnitt der erfindungs gemäßen Anordnung, die axiale Halterung 6 der Spule 5 be treffend.

Fig. 4 zeigt auf, wie die Anordnung im Prinzip aussehen kann, wenn die Spule 5 radial 12 geführt wird und das Au ßenrohr 4 zu diesem Zweck einen Längsschlitz 11 aufweist. In Fig. 5 ist das Kraftlinienbild der erfindungsgemäßen An ordnung dargestellt.

Im Prinzip (Fig. 5) handelt es sich um ein ferromagneti sches Profil 2, an dessen beide Stirnseiten je ein Magnet 1 angeordnet wird. Da die beiden Magnete 1 in Richtung des dazwischen liegenden Profils 2 dieselbe Polung aufweisen, tritt das Magnetkraftfeld 10 an der gesamten Oberfläche des ferromagnetischen Profils 2 radial aus, wobei alle Kraftli nien eines zwischen zwei Magneten 1 liegenden Profils 2 ausnahmslos dieselbe Richtung haben, also entweder alle aus dem Profil austreten oder in dieses eindringen.

Diese bezogen auf das Profil 2 radial verlaufenden Kraftli nien 10 schneiden das axiale elektromagnetische Kraftfeld der Spule 5 senkrecht, also mit dem elektrophysikalisch äu ßerst hohen Wirkungsgrad gegenseitiger Beeinflussung zweier unterschiedlicher Magnetfelder.

Gemäß Fig. 2 sieht die vorliegende Erfindung vor, mehrere Systeme aus Permanentmagneten 1 mit dazwischen angeordneten ferromagnetischen Profilen 2 sinngemäß nacheinander anzu ordnen. Durch geeignete Dimensionierung der Länge von Ma gneten 1, Profilen 2 und Spule 5, die alle unterschiedlich sein können, ist es möglich, daß der Linearantrieb ohne me chanischen Anschlag und ohne diesbezügliche Steuerung des Spulenstromes genau definierte Wegstrecken durchfährt, und zwar in beiden Richtungen.

Dasselbe gilt für die Bewegung-Kraft, deren Größe genau be stimmt werden kann unter anderem durch die Architektur der Spule 5 einschließlich der radialen Luftspalte, durch die Dimensionierung der Magnete 1 und der übrigen ferromagneti schen Komponenten sowie durch die elektrische Leistung, mit der die Spule versorgt wird.

Die vorliegende Erfindung sieht gemäß Fig. 1-6 ferner vor, den Kraftlinienfluß dadurch zu verdichten, daß man ihm die Möglichkeit eines bevorzugten Kraftschlusses über ein ferromagnetisches Profil 4 ermöglicht.

Fig. 6 zeigt eine Ausbildungsform, bei der die Spule 5 fest mit einer rohrförmigen Halterung 8 verbunden ist, während die zentrale Einheit aus ferromagnetischen Profilen 2 und Magneten 1 an einer Seite fest am Außenrohrprofil befestigt ist.

Bei dieser Ausführungsform schließen sich die Magnetkraft linien auf der einen Seite über die feste ferromagnetische Verbindung zwischen zentralem Magnet-/Profilsystem 1 und 2, auf der anderen Seite durch Überwindung des Luftspaltes 16 durch die nicht ferromagnetische Halterung 8 hindurch über die polschuhartige Verdickung des Außenrohrprofiles 4.

Wesentlich für den entsprechend dem Stand der Technik bis her nicht erreichten hohen Wirkungsgrad der Umsetzung der elektrischen in mechanische Energie ist nicht nur die Ver dichtung des Kraftflusses 10 durch das ferromagnetische Au ßenrohr 4, sondern auch die Tatsache, daß dieses Außenrohr 4 mit dem System aus Permanentmagneten 1 mit dazwischen an geordneten ferromagnetischen Profilen 2 ferromagnetisch verbunden ist, wenn in einer Ausbildungsform auch über einen Luftspalt.

Daraus folgt, daß sich die Spule 5 im Verhältnis zum System aus Permanentmagneten 1 mit dazwischen angeordneten ferro magnetischen Profilen 2 einerseits und auch im Verhältnis zum ferromagnetischen Rohr 4 andererseits bewegt, in einer der Ausbildungsformen zusammen mit dem Außenrohrprofil 4.

Werden die Permanentmagnete durch Elektromagnete ersetzt, ist darauf zu achten, die magnetische Polung unverändert bleibt. Dasselbe gilt für die Magnetisierungsrichtung eines hohlzylinderförmigen Permanentmagneten, der in einer ande ren Ausbildungsform die Spule 5 ersetzen kann.

Eine zeitgemäße Elektronik steuert in geeigneter Weise die Spulen 5 sowie die Luft-Ein-/Austrittsöffnungen 9 und ver ändert damit die resultierende Kraft und die Geschwindig keit.

Um mit der vorliegenden Erfindung größere Wegstrecken zu überbrücken, ist es vorteilhafter, die Spule 5 nicht axial 6 zu befestigen, sondern radial 12. Zu diesem Zweck wird das ferromagnetische Außenrohr 4 mit einer axialen Öffnung 11 versehen.

Bezugszeichenliste

1

Magnet

2

Ferromagnetisches Profil

3

Nicht-ferromagnetisches Rohr

4

Ferromagnetisches Außenrohrprofil

5

Elektrische Spule

6

Halterung der Spule (axial)

7

Ferromagnetische Verbindung

8

Spulen-Halterung (rohrförmig, nicht ferromagnetisch)

9

Regulierbare Luft-Ein-/Austrittsöffnung

10

Kraftlinienfeld

11

Axiale Öffnung des ferromagnetischen Rohrprofils

12

Halterung der Spule (radial)

13

Sensor (Spule, Hallsensor, oder anderes sensorisches Element)

14

Sensor (Spule, Hallsensor, oder anderes sensorisches Element)

15

Ferromagnetische Rand-Profile

16

Luftspalt

Claims

1. Elektromagnetischer Teleskop-Linearantrieb

- mit mindestens einem ferromagnetischen Rundprofil (2), an dessen Stirnseiten je ein Permanentmagnet (1) angeordnet ist,
- umhüllt von mindestens einer axial verschiebbaren Hohlspule (5), und
- größtenteils umschlossen von einem ferromagnetischen hohlzylinderförmigen Rohrprofil (4).

2. Linearantrieb nach Anspruch 1, wobei die beiden Perma nentmagnete (1) an den Stirnflächen des dazwischen ange ordneten ferromagnetischen Profils (2) dieselbe Polung auf weisen (Fig. 1, 5, 6) und die Magnetisierungsrichtung ge genüber dem Profil (2) ebenfalls axial verläuft.

3. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wobei mehrere Systeme aus Permanentmagneten (1) mit dazwischen angeordneten ferromagnetischen Profilen (2) sinngemäß nach einander angeordnet sind (Fig. 2).

4. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wobei an den freien Polflächen der Magnete (1) auch zusätzliche ferromagnetische Profile (15) angeordnet sind (Fig. 1, 2, 5, 6).

5. Linearantrieb nach Anspruch 1 bis 4, wonach das System aus Permanentmagneten (1) und ferromagnetischen Profilen (2) in einem nichtmagnetischen Rohr (3) untergebracht ist (Fig. 1-4).

6. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wobei axial hintereinander mehrere Hohlspulen (5, 13, 14) ange ordnet sind (Fig. 1, 2, 6).

7. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wobei die Hohlspule (5) zur Führung und Kraftübertragung axial (6) mechanisch befestigt ist (Fig. 1 und 3).

8. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wobei die Hohlspule zur Führung radial (12) mechanisch befestigt ist (Fig. 4).

9. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wobei die Hohlspule an einem nicht-ferromagnetischem Rohr (8) mecha nisch befestigt ist, welches koaxial zwischen dem Magnet-/Profil-System (1, 2) und Rohr (4) angeordnet ist (Fig. 6).

10. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wobei das koaxial angeordnete System aus Permanentmagneten (1) und ferromagnetischen Profilen (2) und der dieses System umschließenden Hohlspule (5) gesamthaft in ein ferromagne tisches hohlzylinderförmiges Außenrohr (4) eingebracht sind, wobei zwischen Innenwand von Rohr (4) und Außenwand von Spule (5) ein Luftspalt verbleibt, der der Hohlspule (5) eine axiale Bewegung gegenüber dem vorgenannten Au ßenrohr (4) erlaubt (Fig. 1-5).

11. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wobei das koaxial angeordnete System aus Permanentmagneten (1) und ferromagnetischen Profilen (2) eine Einheit bildet, während die Spule (5) fest mit dem Außenrohrprofil (4) ver bunden ist.

12. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wobei das äußere ferromagnetische Rohrprofil (4) mit dem inneren System aus Permanentmagneten (1) und ferromagnetischen Pro filen (2) an mindestens einem Ende (7) ferromagnetisch ver bunden ist (Fig. 1, 2, 5).

13. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wobei das äußere ferromagnetische Rohrprofil (4) mit dem inneren System aus Permanentmagneten (1) und ferromagnetischen Pro filen (2) an mindestens einem Ende (7) ferromagnetisch nicht fest, sondern über einen magnetischen Luftspalt (16) verbunden ist (Fig. 6).

14. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wobei das Verbindungsteil (7) eine regulierbare Luft-Ein-/Aus trittsöffnung (9) enthält (Fig. 1).

15. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, bei dem das ferromagnetische Außenrohr (4) einen axialen Schlitz (11) aufweist (Fig. 4).

16. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wonach die Querschnitte der grundsätzlich koaxial angeordneten Komponenten (1-5) im wesentlichen rund sind (Fig. 3, 4).

17. Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wonach die Querschnitte der grundsätzlich koaxial angeord neten Komponenten (1-5) im wesentlichen rechteckig sind.

18. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wonach die Spulen (5) sowie die Luft-Ein-/Austrittsöffnungen (9) in geeigneter Weise durch eine zeitgemäße Elektronik ge steuert werden.

19. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wonach die Permanentmagnete (1) durch Elektromagnete und die Spu len (5) durch geeignet ausgebildete Permanentmagnete er setzt werden.

20. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wonach alle Magnete (1) und Spulen (5) durch Elektromagnete er setzt werden.

21. Linearantrieb nach vorangegangenen Ansprüchen, wonach an strategisch geeigneten Stellen sensorische Elemente zur Positionserfassung installiert werden.