DE4217357A1 - Linear motor e.g. for machine tool or warp loom - has stator of toroidal coils alternating with annular laminations and rotor of conductor rings alternating with laminations - Google Patents
Linear motor e.g. for machine tool or warp loom - has stator of toroidal coils alternating with annular laminations and rotor of conductor rings alternating with laminationsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor mit zy lindrischem Luftspalt, ringförmigen Spulen in den Nuten des Ständers und Leiterringen in den Nuten des Läufers.The invention relates to a linear motor with zy Lindrischen air gap, ring-shaped coils in the grooves of the stand and ladder rings in the grooves of the runner.
Ein solcher Solenoidmotor hat gegenüber einem Einzelkamm- oder Doppelkamm-Linearmotor den Vorteil, daß keine Wickel köpfe benötigt werden und daher die Spulen und Leiter ringförmig ausgebildet und in Ringnuten eingelegt werden können. Nachteile gibt es dagegen in fertigungstechnischer Hinsicht, und zwar sowohl hinsichtlich der Herstellung von Ständer und Läufer als auch hinsichtlich des Einbrin gens der Spulen bzw. Leiterringe in die Nuten. Daher ist ein solcher Motor bisher noch nicht in die Praxis einge führt worden.Such a solenoid motor has a single comb or double-comb linear motor has the advantage that no winding heads are needed and therefore the coils and conductors ring-shaped and inserted in ring grooves can. On the other hand, there are disadvantages in manufacturing technology Terms, both in terms of manufacture of stands and runners as well as in terms of insertion gens the coils or conductor rings in the grooves. thats why Such an engine has not yet been put into practice has been conducted.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linear motor der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der auf wesentlich einfachere Weise hergestellt werden kann. The invention has for its object a linear specify the engine of the type described at the beginning can be made much easier.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ständer aus Ringscheiben, die in einer Schichtung mit den Spulen abwechseln, und einem außen anliegenden Ständerjoch und/oder der Läufer aus Ringscheiben, die in einer Schichtung mit den Leiterringen abwechseln, und einem innen anliegenden Läuferjoch zusammengesetzt ist.This object is achieved in that the stand made of washers in a stratification alternate with the coils, and one on the outside Stator yoke and / or the rotor from ring disks, the alternate in one layer with the conductor rings, and an inner runner yoke.
Bei der Herstellung brauchen lediglich die Ringscheiben mit den Spulen bzw. Leiterringen zu einem Stapel geschich tet zu werden, der dann durch das außen bzw. innen ange setzte Joch auf einfache Weise zum Ständer bzw. Läufer vervollständigt wird. Der Luftspalt an der Stoßstelle zwischen Ringscheiben und Joch spielt im Magnetkreis im Vergleich zum Arbeits-Luftspalt nur eine untergeordnete Rolle und kann daher in Kauf genommen werden. Im übrigen läßt er sich durch entsprechende Bearbeitung klein halten.Only the washers are required during production with the coils or conductor rings to a stack to be tet, which is then turned on by the outside or inside put Joch to the stand or runner in a simple way is completed. The air gap at the joint between the washers and the yoke plays in the magnetic circuit in the Only a subordinate to the working air gap Role and can therefore be accepted. Furthermore it can be kept small by appropriate processing.
Bei diesem Vorgehen entfällt nicht nur das schwierige Einlegen der Spulen und Leiterringe in die Nuten, sondern auch ein Stanzen von Nuten. Insbesondere gibt es keine komplizierten und aufwendigen Nutschnitte wie bei Kamm-Motoren. Die Zahnbreite, Nutteilung oder Polteilung läßt sich einfach durch Verwendung unterschiedlich dicker Ring scheiben und Spulen bzw. Leiterringen ändern. Alle Teile sind einfach aufgebaut und können in Serie preiswert her gestellt werden.This procedure does not only eliminate the difficult Insert the coils and conductor rings in the slots, but also punching grooves. In particular, there are none complicated and elaborate groove cuts as with comb motors. The tooth width, slot pitch or pole pitch leaves simply by using rings of different thicknesses discs and change coils or conductor rings. All parts are simple and can be mass-produced inexpensively be put.
Günstig ist es, daß die Ringscheiben jeweils aus einem Stapel ringförmiger Bleche bestehen. Dies führt zu einer einfachen Bauweise mit geringer Nutstreuung. Wirbelströme spielen in axialer Richtung keine wesentliche Rolle und in Umfangsrichtung nur bei höheren Frequenzen, die bei vielen Anwendungszwecken, beispielsweise bei der Axial verstellung von Maschinenelementen bei Werkzeugmaschinen, Textilmaschinen u. dgl., gar nicht erforderlich sind, weil mit 10 Hz bereits eine Geschwindigkeit von 1 bis 2 m/s erzielt werden kann.It is favorable that the washers each consist of one There are stacks of annular sheets. This leads to a simple design with low groove spread. Eddy currents play no essential role in the axial direction and in the circumferential direction only at higher frequencies at many applications, for example in the axial adjustment of machine elements in machine tools, Textile machines u. Like. are not necessary at all, because with 10 Hz a speed of 1 to 2 m / s can be achieved.
Für den Fall, daß Wirbelströme in Umfangsrichtung vermie den werden müssen, können die Ringscheiben bzw. Bleche ein- oder mehrfach geschlitzt sein.In the event that eddy currents are avoided in the circumferential direction the ring disks or sheets can be slotted one or more times.
Zweckmäßig ist es auch, daß das Ständerjoch und/oder das Läuferjoch mindestens eine etwa in Achsrichtung verlau fende Trennfuge aufweist. Diese Trennfuge verhindert eben falls in Umfangsrichtung verlaufende Wirbelströme.It is also expedient that the stator yoke and / or that Läuferjoch at least one is approximately in the axial direction separating joint. This parting line just prevents if eddy currents running in the circumferential direction.
Diese Trennfuge erreicht man insbesondere, wenn das Stän derjoch und/oder das Läuferjoch aus über den Umfang ver teilten Blechpaketen gebildet ist, die aus in Achsrich tung verlaufenden Blechen bestehen. Außerdem läßt sich das Joch sehr einfach aus diesen Blechen zusammensetzen.This parting line is achieved especially when the stand derjoch and / or the Läuferjoch ver over the circumference shared sheet metal packages is formed from in Achsrich sheet. In addition, easily assemble the yoke from these sheets.
Eine Alternative besteht darin, daß das Ständerjoch und/ oder das Läuferjoch aus massivem weichmagnetischen Eisen oder Stahl besteht. Dies führt zu einer einfachen stabi len Bauweise, bei der die massiven Joche die Stützstruk tur für den Ständer bzw. den Läufer übernehmen. Sie ist insbesondere bei niedrigen Frequenzen einsetzbar, insbe sondere dann, wenn die Eindringtiefe des magnetischen Feldes größer ist als die Jochhöhe.An alternative is that the stator yoke and / or the runner yoke made of solid, soft magnetic iron or steel. This leads to a simple stabi len construction, in which the solid yokes the support structure take over for the stand or the runner. she is particularly applicable at low frequencies, esp especially when the penetration depth of the magnetic Field is greater than the yoke height.
Besonders günstig ist es, daß das Ständerjoch und/oder das Läuferjoch ein massives Rohr aufweist. Wegen der gleichmäßigen Wandstärke, die auch verhältnismäßig klein gehalten werden kann, ergibt sich ein kleines Träg heitsmoment in Bewegungsrichtung.It is particularly favorable that the stator yoke and / or the Läuferjoch has a solid tube. Because of the uniform wall thickness, which is also relatively small can be kept, there is a small carrier unit moment in the direction of movement.
Beim Ständer besteht die Möglichkeit, daß das Ständerjoch einen Doppelmantel aufweist und der Mantelzwischenraum mit einer Kühlmittelzu- und -abführleitung verbunden ist. In ähnlicher Weise besteht beim Läufer die Möglichkeit, den Innenraum des rohrförmigen Läuferjochs mit einer Kühl mittelzu- und -abführleitung zu verbinden, so daß man den Linearmotor mit einem flüssigen oder gasförmigen Kühl mittel kühlen kann. Hierdurch wird die Kraft- und Lei stungsdichte erhöht und dadurch die Motor-Baugröße ver kleinert. Bei sehr tiefen Temperaturen kann der elektri sche Widerstand der Leiter reduziert werden.With the stand there is a possibility that the stand yoke has a double jacket and the jacket space is connected to a coolant supply and discharge line. Similarly, the runner can the interior of the tubular rotor yoke with a cooling to connect medium supply and discharge line, so that one the linear motor with a liquid or gaseous cooling can cool medium. Hereby the strength and lei density increases and thereby ver the motor size diminishes. At very low temperatures, the electri resistance of the conductors can be reduced.
Des weiteren ist es von Vorteil, daß die Leiterringe des Läufers schräg gestellt sind. Die Ebenen der Ringscheiben sind daher gegenüber der Querschnittsebene des Läufers geneigt. Die Schrägung der Leiterringe führt zu einem gleichmäßigen Antriebsmoment bei der Axialbewegung.Furthermore, it is advantageous that the conductor rings of the Are inclined. The levels of the washers are therefore opposite to the cross-sectional plane of the rotor inclined. The slope of the conductor rings leads to a uniform drive torque during axial movement.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß Spulen derart gewickelt sind, daß sich zwei nebenein ander angeordnete Wickel ergeben, die innen über eine Windung miteinander verbunden sind und außen die beiden Anschlußenden aufweisen. Diese spezielle Wickelart sorgt dafür, daß die Ringscheiben und die Spulen dicht aufein ander geschichtet werden können, weil sich die Anschluß enden außen befinden und daher kein Anschlußdraht zum Inneren der Spule hin geführt werden muß.In a preferred embodiment, it is ensured that that coils are wound so that two are next to each other other arranged windings result in the inside over a Winding are interconnected and the two outside Have connection ends. This special type of wrap ensures to ensure that the washers and the coils fit tightly together can be stratified because the connection ends are outside and therefore no connecting wire to Inside the coil must be performed.
Günstig ist es auch, daß die Spulen am Innenumfang teil weise durch Leitringe aus weichmagnetischem Material ab gedeckt sind. Diese liegen an den Ringscheiben des Stän derjochs an oder sind einteilig mit ihnen ausgebildet. Hierdurch wird eine bessere Verteilung des Magnetflusses im Luftspalt erreicht analog der Verwendung von Nutschlit zen bei rotierenden Asynchronmotoren. Dies führt zu einer Verbesserung des Carter-Faktors und einer höheren Motor leistung.It is also favorable that the coils are part of the inner circumference reject by guide rings made of soft magnetic material are covered. These are due to the ring washers of the stand derjochs or are formed in one piece with them. This will result in a better distribution of the magnetic flux achieved in the air gap analogously to the use of slot slot zen with rotating asynchronous motors. This leads to a Improvement of the Carter factor and a higher engine power.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher er läutert. Es zeigen: The invention is illustrated below in the drawing illustrated preferred embodiments he closer purifies. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Linearmotor, Fig. 1 shows a longitudinal section through a linear motor,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1, Fig. 2 shows a section along the line AA in Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der wesentlichen Bauteile des Linearmotors, Fig. 3 is a schematic representation of the essential components of the linear motor,
Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform in der Darstel lung der Fig. 3 und Fig. 4 shows a modified embodiment in the presen- tation of FIGS . 3 and
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Spule. Fig. 5 shows another embodiment of a coil.
Der Linearmotor der Fig. 1 bis 3 weist einen Ständer 1 und einen Läufer 2 auf, die zwischen sich einen zylindri schen Luftspalt 3 bilden. Der Läufer 2 ist an beiden Enden mit hohlen Zapfen 4 und 5 versehen, die mittels Wälzla gern 6 und 7 in Lagerbuchsen 8 und 9 des Stators geführt sind. Über ein Schraubgewinde 10 am Zapfen 5 kann das anzutreibende Element, beispielsweise der Support einer Werkzeugmaschine oder die Legeschiene einer Kettenwirk maschine, angeschlossen werden. Der Stator 1 weist einen Stapel aus geschichteten Ringscheiben 11 auf, zwischen denen sich je eine ringförmige Spule 12 befindet. Dieser Stapel ist außen durch ein Joch 13 abgedeckt, das hier aus mehreren achsparallelen Streifen 14 bzw. 14a gebildet ist. Zwischen den Streifen verbleiben axial verlaufende Trennuten 15. Die Ständerjochstreifen 14 sind in den Fig. 1 und 2 durch Blechpakete gebildet, deren Bleche in Um fangsrichtung nebeneinander angeordnet sind und sich in Axialrichtung erstrecken. Dies ergibt einen guten magne tischen Rückschluß, ohne daß am Ständerjoch 13 Wirbelströ me zu befürchten sind. In Fig. 3 bestehen die Streifen aus massivem Weicheisen oder Stahl.The linear motor of FIGS. 1 to 3 has a stator 1 and a rotor 2 , which form a cylindrical air gap 3 between them. The rotor 2 is provided at both ends with hollow pins 4 and 5 , which 6 and 7 are preferably guided in bearings 8 and 9 of the stator by means of Wälzla. Via a screw thread 10 on the pin 5 , the element to be driven, for example the support of a machine tool or the laying rail of a warp knitting machine, can be connected. The stator 1 has a stack of layered ring disks 11 , between each of which there is an annular coil 12 . This stack is covered on the outside by a yoke 13 , which is formed here from a plurality of axially parallel strips 14 and 14 a. Axial grooves 15 remain between the strips. The stator yoke strips 14 are formed in FIGS . 1 and 2 by laminated cores, the laminations of which are arranged next to one another in the circumferential direction and extend in the axial direction. This gives a good magnetic table conclusion without 13 eddy currents to be feared at the stator yoke. In Fig. 3 the strips are made of solid soft iron or steel.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind 33 Spulen 12, je mit 66 Windungen vorgesehen. Die Ständerwicklung ist als Drehstromwicklung ausgelegt. Der Ständer 1 kann fer ner mit einem Rippenkörper 16 zur besseren Wärmeabfuhr versehen werden, wie es in Fig. 2 angedeutet ist.In the present exemplary embodiment, 33 coils 12 , each with 66 turns, are provided. The stator winding is designed as a three-phase winding. The stand 1 can also be provided with a rib body 16 for better heat dissipation, as is indicated in FIG. 2.
Der Läufer 2 weist ebenfalls einen Stapel auf, der aus Ringscheiben 17, welche mit Leiterringen 18 abwechseln, zusammengesetzt ist. Die Leiterringe 18 bestehen vorzugs weise aus Kupfer und die Ringscheiben 17 aus Paketen ring förmiger Bleche. Als Läuferjoch 19 dient ein massives Rohr aus Weicheisen, an dessen Enden der hohle Zapfen 4 angeschraubt und der hohle Zapfen 5 angeschweißt ist. Infolge der inneren Hohlräume 20, 21 und 22 ergibt sich ein Läufer mit geringer Masse und entsprechend geringer Trägheit.The rotor 2 also has a stack which is composed of annular disks 17 which alternate with conductor rings 18 . The conductor rings 18 are preferably made of copper and the washers 17 from packages of ring-shaped sheets. A solid tube made of soft iron serves as the rotor yoke 19 , the hollow pin 4 being screwed to the ends of the hollow pin 5 and the hollow pin 5 being welded on. As a result of the inner cavities 20 , 21 and 22 , a runner with low mass and correspondingly low inertia results.
Schematisch ist eine Kühlmittelzuleitung 23 und eine Kühl mittelableitung 24 veranschaulicht, die eine Innenkühlung des Läufers durch ein gasförmiges oder flüssiges Kühl mittel erlauben.A coolant supply line 23 and a coolant discharge line 24 are schematically illustrated, which allow internal cooling of the rotor by means of a gaseous or liquid coolant.
Der Zusammenbau dieses Linearmotors ist sehr einfach. Es brauchen lediglich die Teile des Ständers 1 axial an einandergefügt und außen mit dem Jochstreifen 14 verse hen zu werden. In gleicher Weise werden beim Läufer 2 die Teile axial aneinandergefügt und innen mit dem Joch 19 versehen. Dann wird der Läufer in den einseitig noch offenen Ständer geschoben und schließlich die Lagerbuchse 8 angefügt.The assembly of this linear motor is very simple. It only needs the parts of the stand 1 axially joined to each other and the outside with the yoke strip 14 to be hen. In the same way, the parts of the rotor 2 are axially joined together and provided with the yoke 19 on the inside. Then the rotor is pushed into the stand, which is still open on one side, and finally the bearing bush 8 is added.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist ein Ständer 101 mit Ringscheiben 111 versehen, die aus geschlitzten ring förmigen Blechen bestehen, so daß sich in Umfangsrichtung eine Trennfuge 115 ergibt. Das Ständerjoch 113 besteht in diesem Falle aus einem massiven Rohr 114 aus Weichei sen oder Stahl.In the embodiment according to FIG. 4, a stand 101 is provided with ring disks 111 , which consist of slotted ring-shaped sheets, so that there is a parting line 115 in the circumferential direction. The stator yoke 113 consists in this case of a solid tube 114 made of soft iron or steel.
Der Läufer 2 weist ebenfalls Ringscheiben 117 auf, die durch Schlitzung eine Trennfuge 115a erhalten. Das Läu ferjoch 119 ist wiederum als Rohr ausgebildet, besitzt aber zwei in Axialrichtung verlaufende Trennfugen 115b zur Unterdrückung der Wirbelströme.The rotor 2 also has annular discs 117 , which receive a parting line 115 a by slotting. The Läu ferjoch 119 is again designed as a tube, but has two axial joints 115 b to suppress the eddy currents.
Das massive Rohr 114 ist durch einen weiteren Zylinder 125 zu einem Doppelmantel ergänzt. Der Mantelzwischenraum 126 ist mit einer schematisch gezeichneten Kühlmittelzu führleitung 123 und einer schematisch veranschaulichten Kühlmittelabfuhrleitung 124 versehen, so daß der Ständer 101 ebenfalls durch ein gasförmiges oder flüssiges Kühl mittel gekühlt werden kann.The solid tube 114 is supplemented by a further cylinder 125 to form a double jacket. The jacket space 126 is provided with a schematically drawn coolant supply line 123 and a schematically illustrated coolant discharge line 124 , so that the stator 101 can also be cooled by a gaseous or liquid cooling medium.
Während in Fig. 1 eine ringförmige Spule 12 mit Runddräh ten gezeigt ist, veranschaulicht Fig. 5 eine Spule 212, die aus Flachleitern 227 gewickelt ist. Es gibt zwei nebeneinander angeordnete Wickel 228 und 229, die an der Innenseite durch eine Windung 230 miteinander verbunden sind. Das ermöglicht es, beide Anschlußenden 231 und 232 an der Außenseite der Spule vorzusehen, so daß die An schlußdrähte den Zusammenbau der Stapel nicht behindern.While an annular coil 12 with round wires is shown in FIG. 1, FIG. 5 illustrates a coil 212 which is wound from flat conductors 227 . There are two coils 228 and 229 arranged side by side, which are connected to one another on the inside by a winding 230 . This makes it possible to provide both connection ends 231 and 232 on the outside of the coil, so that the connection wires do not hinder the assembly of the stack.
Der Innenumfang 233 der Spule 212 ist teilweise durch zwei Leitringe 234 und 235 aus weichmagnetischem Eisen oder Stahl abgedeckt, so daß zwischen ihnen ein Spalt 236 verbleibt, dessen axiale Breite wesentlich geringer ist als die Spulenbreite. Die Leitringe liegen nach dem Zusammenbau des Stapels mit ihren einander abgewandten Stirnflächen an den Ringscheiben 11 an, die zu diesem Zweck eine radiale Erstreckung haben, die gleich der Summe der radialen Erstreckungen von Leitring und Spule ist. Hierdurch werden die magnetischen Verhältnisse im Luft spalt ganz wesentlich verbessert.The inner circumference 233 of the coil 212 is partially covered by two guide rings 234 and 235 made of soft magnetic iron or steel, so that a gap 236 remains between them, the axial width of which is considerably smaller than the coil width. After assembly of the stack, the guide rings rest on the ring disks 11 with their end faces facing away from each other, for this purpose they have a radial extension which is equal to the sum of the radial extensions of the guide ring and coil. As a result, the magnetic conditions in the air gap are significantly improved.
Von den dargestellten Ausführungsbeispielen kann in viel facher Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können die Ringscheiben 11 einstückig mit den Leitringen 234 bzw. 235 ausgebildet sein. There can be many deviations from the illustrated exemplary embodiments without departing from the basic idea of the invention. For example, the annular disks 11 can be formed in one piece with the guide rings 234 or 235 .
Wenn man die Ringscheiben 17 in Fig. 3 derart anordnet, daß ihre Stirnflächen eine zur Querschnittsebene des Läu fers geneigte Stirnfläche besitzen, kann man schrägge stellte Leiterringe verwenden, die eine Vergleichmäßigung der Antriebskraft in Axialrichtung bewirken.If you arrange the washers 17 in Fig. 3 such that their end faces have an inclined to the cross-sectional plane of Läu fers end face, you can use diagonally posed conductor rings that cause an equalization of the driving force in the axial direction.
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D2 | Grant after examination | ||
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
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