DE2118101C3 - Gleichstromlinearmotor - Google Patents

Description

2 US 101

Hilfspül und dem mit ihm verbundenen Streufluß Fig. 2 ein Inipulsbild für die Steuerimpulse, mit

wird eine ausreichende Kraft erzeugt, die den Anker denen die Steuerwicklungen des erfindungsgemäßen

in jeder Endlage sicher festhält, ohne daß hierzu Gleichstromlinearmotors zweckmäßigerweise beauf-

noch 'besondere Vorrichtungen oder Steuerwicklun- schlagt werden, sowie den Bewegungsverlauf des

gen notvvendig sind. Die Verschiebung des Ankers 5 Ankers zwischen den Endlagen,

erfolgt durch Zuführung von Steuerimpulsen auf die Der Gleichstromlinearmotor gemäß Fig. 1 enthält

beiden Spulen, die in den Ausnehmungen der Pole einen zylinderförmigen Stator J, der aus fabrikations-

des Ankers untergebracht sind. technischen Gründen zweckmäßigerweise aus zwei

F_ine für die Fertigung des erfind'ingsgemäßen Teilen 1 α und 1 b aufgebaut ist. In diesem Gehäuse Motors zweckmäßige Ausgestaltung besteht darin, io ist ein ebenfalls zylindrischer Anker 2 verschiebbar daß Stator und Anker zylinckrförmig ausgebildet angeordnet. Der Hauptmagnetfluß wird von einer sind und daß die Hilfspole aus einem schmalen, konstant erregten Feldwicklung 3, die im Ständer 1 zyiinderförmigen Seitenteil des Hauptpoles und einem angeordnet ist, erzeugt. Diese Feldwicklung 3 kann scheibenförmigen Ring bestehen, die innerhalb und selbstverständlich auch durch einen Permanentparallel zu den Lagerschildern angeordnet sind. In 15 magneten ersetzt werden. Die Feldwicklung 3 wird vorteilhafter Weise sind die Hauptpole und/oder die von zwei Hauptpolen 4 α und 4 b umschlossen. An Steuerpole laminiert aufgebaut, zumindest sind die jedem Hauptpol 4 α bzw. 4 b ist ein Flansch 5 a diesen Haupt- und Steuerpolen zugeordneten Pol - bzw. 5 b angeordnet, an den eine Scheibe 6 a bzw. 6 b schuhe aus einzelnen Lamellen hergestellt. Durch parallel zu Lagerschildern la bzw. 7 b anliegt. Diese diese Ausführung werden magnetische Verluste, die 20 Anordnung bildet somit einen magnetischen Nebendurch Wechselflüsse in den Bereichen der durch die schluß, der sich über den Anker 2 schließt.
Kantenwirkung hervorgerufenen Magnetfeldkonzen- Der Anker 2 ist in Richtung des in ihn eingetrationen auftreten, verringert. Dadurch ist eine zeichneten Pfeiles verschiebbar. Dazu ist er über noch schnellere Verschiebung des Ankers von einer eine Welle 8 in Lagern 9 α bzw. 9 b gelagert. Der Endlage in die andere Endlage möglich. as Anker 2 weist an seinen Enden Pole 10 α bzw. 10 ή

Das Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen auf, zwischen denen, in Ausnehmungen 11a und 11 b, Gleichstromlinearmotors besteht darin, daß beim die Steuerwicklungen 12 σ und 12 & angeordnet sind. Verschieben 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 andere Steuerwicklung mit einem Bremsimpuls 30 ist erfindungsgemäß die gegenseitige Zuordnung und beaufschlagt wird. Die Benutzung beide! Spulen für die Abmessung von Hauptpolen 4 a, 4 b und Steuerdie Verschiebung des Ankers aus einer Endlage in polen 10 a, 10 b in folgender Weise getroffen. Die die andere, ermöglicht die Zuführung eines energie- Hauptpole 4 a und 4 b sind um den Verschtebeweg reicheren Beschleunigungsimpulses, um somit die langer als die Ausnehmungen 11 α und 11 b. Die Geschwindigkeit zu erhöhen und die ganze Um- 35 einer Endlage, und zwar in dem in Fig. 1 dargeschaltzeit zu verkürzen und ermöglicht andererseits stellten Beispiel die linke Endlage zugekehrte die Beschleunigungsphase recht lange anstehen zu Kantet der Ausnehmung 11a liegt der dieser Endlassen, weil durch den Bremsimpuls eine sichere lage zugekehrten Kante C des Hauptpoles 4 a gegen-Abbremsung in die Endposition möglich ist. über. Dadurch ergibt sich bei dem Übergang des

Eine vettere vorteilhafte Ergänzung des Steuer- 40 Magnetfeldes vom Anker 2 zum Hauptpol 10 a 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 A entsprechende KanteB

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

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

beaufschlagt ist, mit einem Schiebeimpuls beauf- des dieser Endlage abgekehrten Hauptpoles 4 b

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

Zur Erhöhung der Verschiebegeschwindigkeit des die rechte Endlage verschoben, dann stehen sich die

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

gen Windungen versehen. Dadurch wird die Selbst- 5° Hauptpole 4 α und 4 6 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 möglich der Feldwicklung 3 und den Steuerwicklungen 12 a

'st. und 12 ft sind in den Lagerschildern 7 α und Ib

Eine weitere Verbesserung der Steuerung des 55 öffnungen vorgesehen. Die Feldwicklung 3 wird mit Motors 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 F i g. 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. Im linken Teil der Fig. 1 ist noch der wegabhängigen Impulssteuerung kann eine photo- ^6o der linken Endlage entsprechende Streufluß 16, der elektrische Rückmeldnug vom Anker her benutzt den Halteeffekt für den Anker 2 in dieser Endlage werden. hergibt und außerdem der über die Kanten A-C

An Hand des in den Figuren gezeigten Ausl'iih- konzentrierte Magnetfluß eingezeichnet,

rungsbeispieles 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 erfindungsgemüß Diagramms zeigt den Bewegungsverlauf von der

ausgestalteten Gleichstromlinearmotor, mit α bezeichneten linlcen FnHinap um™ /■■ <!.·■■

rechten Endlage b 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 EndlHge gebracht werden, wird zunächst der

führt werden. 5 rechten Steuerspule 12 6 ein Beschleunigungsinipuls

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

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

und \2b in ihrer Polarität so aufeinander abgestimmt Beschleunigungsinipuls abgeschaltet und gleichzeitig

sind, daß die rechte Stcuerspule 12 b den Anker 2 ein Bremsimpuls 18 auf die linke Steuerspule 12 a

nach rechts bewegt, und daß die Steuerspule 12a io gegeben. Mit diesem Bremsimpuls wird die End-

dcn 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 Anschlagt. Zuletzt

dig, dall 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 b gegeben, die vorher mit dem Be-

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

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

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

impuls. Gegebenenfalls kann kurz vor Erreichen des ao Fig. 2 dargestellt ist. In den Endlagen wird der

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 Beschlcunigungsimpulse etwa 6 ms,

Nutzlast, d. h. deren mechanisches Verhalten be- 35 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 Kraft daraus eine Umschaltzeit 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 (6)

2 1 18 ΙΟΙ ι Magnetfeld und einem in den beiden Endlagen von diesem Magnetfeld gehaltenen Vcrsch.ebeankcr, der Patentansprüche- an seinen Enden jeweils ein Paar Polvorsprunge, P zwischen denen je eine Stcuerwicklung angeordnet 5 ist aufweist und bei dem die Breite der Stcuerpol-

1. Gleichstromlinearmolor für schnelle kurz- paare größer ist als die der gegenüberliegenden hubige Bewegungen, bestehend aus einem zwei- Statorpole. „„„,,.,. u,.„ _öi„i poligen Stator mit konstantem Magnetfeld und Ein derartiger G e.chstromlmearmot«^ tevv^ decinem in den beiden Endlagen von diesem tromagnetischer Stellmotor i,t aus der USA Patent-. Magnetfeld gehaltenen Verschiebeanker, de- an ,o schrift 3 503 022 ^^k^ⁿK^^es" ^_n ^a"ⁿ^_B^° i' seinen Enden jeweils ein Paar Polvorsprünge, enthält einen Anker, der einen Permanentmagneten zwischen denen je eine Steuerwicklung angeord- oder einen Elektromagneten zwischen zwei Polnet ist, aufweist und bei dem die Breite der stücken aus magnetisierbar Material enthalt Der Steuerpolpaare größer ist als die der gegenüber- Anker ist verschiebbar in runden Polschuhenden liegenden Statorpole, dadurch g e k e η η - .5 eines Gehäuses montiert, um die Bewegung ziehen zeichnet, daß die Innenflächen (A, B) der zwei stabilen Lagen zu begrenzen Zwischen den den jeweiligen Endlagen zugekehrten Teilpole der Poischuhen des Gehäuses des sianaers ist ein Steuerpolpaare (10 _a,10A) mit diesen Endlagen zylindrisches Joch angeordnet das Flußauftertungsebenfalls zugekehrten Seitenflächen (C, D) der spulen enthält, die über die Lange des Gehäuses Statorpole (4I 4 A) fluchten, daß die Steuerwick- *o verteilt sind. Weitere Flußaufteilungsspulen s,nd _in hingen (11 β, 11 A) im Abstand der Statorpole runden Ausnehmnugen in den Polschuhen des (4 JUb) angebracht sind und die Außenflächen Gehäuses angeordnet. Der Anker wird durch den der äußersten Ankerteilpole (10 a, 10 A) bei jeder Hauptfluß des Permanent- oder Elektromagneten m Endlage Hilfspolen (6 a, 6 b) des Stators unmittel- eine, ausgewählten stab.len Lage gehalten und du.ch bar gegenüberliegen ' «5 das Zuführen von Strom auf die Flußteilungsspulen

2 Gleichstromlinearmotor nach Anspruch 1, zur Erzeugung von Steuerfeldern, zwischen semen

dadurch gekennzeichnet, daß Stator (1) und stabilen^Lagen verschoben. ν κ

Anker (2) zylinderförmig ausgebildet sind und Der Anker wird bei dieser bekannten Vorrich-

daß die Hilfspole aus einem schmalen, zylinder- tung in seinen Endlagen durch eine besondere Haltc-

förmigen Seitenteil (5 «,5 A) des Hauptpoles (4«, 30 spule gehalten. Diese Haltespule bringt den not-

4A) und einem scheibenförmigen Ring (6 a, 6 A) wendigen magnetischen Fluß auf, der den Anker in

bestehen, die innerhalb und parallel zum Lager- dieser Lage hält. schild (7 β, 7 A) angeordnet sind. Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung ist,

3. Gleichstromlinearmotor nach Anspruch 1 daß der Stator mit vier verschiedenen Wicklungen, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt- 35 nämlich zwei Steuerwicklungen fur die Aufbringung pole (4 a, 4 A) und/oder die Steuerpole (10 a, 10 b) des Steuerflusses für die Umsteuerung des Ankers laminiert aufgebaut sind. in die beiden Endlagen und zwei Haltewicklungen

4. Verfahren zum Betrieb eines Gleichstrom- für das Halten des Ankers in der jeweiligen Endlage, linearmotors nach einem der vorigen Ansprüche, ausgestattet sein muß. Darüber hinaus ist die Autdadurch gekennzeichnet, daß beim Verschieben 40 bringung des Hauptflusses durch den Anker damit des Ankers zunächst die eine Steuerwicklung mit" bedingt, daß der Anker im allgemeinen relativ schwer einem Beschleunigungsimpuls und dann die ausgeführt werden muß. Dies bringt es mit sich, daß andere Steuerwicklung mit einem Bremsimpuls die Trägheitmasse groß ist und man fur schnelle beaufschlagt wird. kräftige Bewegungen einen großen Steuerfluß be-

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- 45 nötigt oder aber die Bewegungen weniger kraftig kennzeichnet, daß kurz vor Erreichen der End- und weniger schnell durchgeführt wurden können, lage des Ankers diejenige Steuerwicklung, die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen zuerst mit einem Beschleunigungsimpuls beauf- Gleichstromlinearmotor der eingangs genannten Art schlaet ist, mit einem Schiebeimpuls beaufschlagt in die Lage zu versetzen, schnelle kurze und sehr _wird' ₅o kräftige Stoßbewegungen auszuführen und dabei ein

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 hohes Anzugsmoment aufzubringen. Die Konstruk- oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- tion und der Aufbau des Motors soll einfach und impulse in Abhängigkeit von dem Weg, den der zweckmäßig sein.

Anker zurücklegt, sowohl in bezug auf ihre Dauer Diese Aufgabe wird ernndungsgemaß dadurch

als auch auf ihren Einsatzzeitpunkt veränderbar 55 gelöst, daß die Innenflächen der den jeweiligen _si_n(j Endlagen zugekehrten Teilpole der Steuerpolpaare

mit diesen Endlagen ebenfalls zugekehrten Seitenflächen der Statorpole fluchten, daß die Steuerwick_: lungen im Abstand der Statorpole angebracht sind ⁶° und die Außenfläche der äußersten Ankerteilpole bei jeder Endlage Hilfspolen des Stators unmittelbar gegenüberliegen.

Mit einem derartig aufgebauten Gleichstromlinearmotor ist es wegen der Magnetfeldkonzentration an 65 den gegenüberstehenden Kanten möglich, eine er-

Die Erfindung betrifft einen Gleichstromlinear- hebliche Anfangsbeschleunigung aufzubringen. Damotor für schnelle kurzhubige Bewegungen, be- durch wird der Motor sehr schnell und mit großer stehend aus einem zweipoligen Stator mit konstantem Kraft in die andere Lage verschoben. Durch den