DE19501938C2

DE19501938C2 - Method of dimensioning the rotor for an electric linear motor

Info

Publication number: DE19501938C2
Application number: DE1995101938
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Seehuber
Original assignee: Baumueller Nuernberg GmbH
Current assignee: Baumueller Nuernberg GmbH
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 1999-06-24
Anticipated expiration: 2015-01-25
Also published as: DE19501938A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bemessung des bewegten Sekundärteiles bzw. Läufers für einen elektrischen Linearmotor mit stromdurchflossenen Stator, wobei der Läu fer mit einem oder mehreren Dauermagnetelementen versehen ist, die in Bewegungsrich tung in einer Reihe angeordnet sind, wobei deren jeweilige magnetische Achse quer zur Bewegungsrichtung und/oder zum Stator verläuft.The invention relates to a method for dimensioning the moving secondary part or Rotor for an electric linear motor with a current-carrying stator, the Läu fer is provided with one or more permanent magnet elements in the direction of movement device are arranged in a row, their respective magnetic axis transverse to Direction of movement and / or to the stator.

Bei Linearantrieben ist es bekannt (europäische Patentschrift EP 0 315 727 B1), auf der Ober seite des beweglichen Sekundärteiles, zum Beispiel Wagens, in Bewegungsrichtung hinter einander eine Reihe von Dauermagneten anzuordnen. Der unter den Magneten befindliche Bereich des Wagens besteht aus ferromagnetischem Material zur Schaffung eines magneti schen Rückschlusses auf der Rückseite der Dauermagneten. Die Dauermagnete bilden zu sammen mit diesem Rückschluß den Läufer des Antriebs.In the case of linear drives, it is known (European patent EP 0 315 727 B1) on the upper side of the movable secondary part, e.g. trolley, behind in the direction of movement arrange a series of permanent magnets to each other. The one under the magnets The area of the car is made of ferromagnetic material to create a magneti inference on the back of the permanent magnet. The permanent magnets form together with this conclusion the rotor of the drive.

Vor allem wenn der Luftspalt zwischen Läufer und Stator sehr klein wird oder gar ver schwindet, tritt bei voll bestromten Stator die Gefahr auf, daß die Dauermagnetelemente aufgrund zu geringer bzw. dünner Abmessungen leicht entmagnetisiert werden. Anderer seits ist es nicht wünschenswert, unnötig dicke bzw. umfangreiche Magnetelemente einzu setzen, weil dadurch das Läufergewicht, der Materialaufwand und mithin die Herstellungs kosten erhöht werden würden.Especially when the air gap between the rotor and the stator becomes very small or even ver disappears, the danger arises when the stator is fully energized that the permanent magnet elements can be easily demagnetized due to too small or too thin dimensions. Other on the one hand, it is not desirable to insert unnecessarily thick or extensive magnetic elements because the runner weight, the cost of materials and thus the manufacturing costs would be increased.

Zur Lösung dieser Problematik wird das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren erfindungsgemäß vorgeschlagen.To solve this problem, the method characterized in claim 1 proposed according to the invention.

Vorteilhafte Ausgestal tungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous design cations result from the subclaims.

Vorzugsweise wird bei dieser Formel für I ein Wert eingesetzt, der dem maximalen Stromfluß des Stators entspricht. Aus Gründen der Fertigungsvereinfachung können alle Spulen des Stators mit etwa gleichen Windungszahlen versehen sein, wobei die Anzahl der Spulen abhängig von der Anzahl der verwendeten Phasen ist.Preferably this Formula for I used a value that corresponds to the maximum current flow of the stator. Out To simplify production, all coils of the stator can have approximately the same Number of turns may be provided, the number of coils depending on the number of phases used.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht darin, daß die Dicke der Dauermagnetele mente sich so minimal dimensionieren läßt, daß der damit versehene Läufer bei gegen Null gehenden Luftspalt sich an den vollbestromten Stator anlegen läßt, ohne daß dabei die Dauermagnetelemente entmagnetisiert würden. Deren Dicke ist auch bei minimalem Luftspalt noch ausreichend, um die ursprüngliche Magnetisierungsausrichtung beizube halten. Zweckmäßig kann für die Dauermagnetelemente billiges Material wie Strontium ferrit oder Bariumferrit verwendet werden.An advantage achieved by the invention is that the thickness of the permanent magnets elements can be dimensioned so minimally that the rotor provided with them approaches zero going air gap can be applied to the fully energized stator without the Permanent magnet elements would be demagnetized. Their thickness is also minimal Air gap still sufficient to maintain the original magnetization orientation hold. Cheap material such as strontium can expediently be used for the permanent magnet elements ferrite or barium ferrite can be used.

Nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung wird die Konstante in einem Bereich von 0,002 bis 0,005 Millimeter pro Ampere und insbesondere mit einem Wert von 0,003 mm/A gewählt.According to a special embodiment of the invention, the constant is in one area from 0.002 to 0.005 millimeters per ampere and in particular with a value of 0.003 mm / A.

Mit der Erfindung ergibt sich vorteilhaft die Möglichkeit, die entsprechend dünn bemesse nen Magnetelemente in Bewegungsrichtung des Läufers mittels zusätzlicher konstruktiver Elemente zu einer flachen Magnetleiste zusammenzufassen.With the invention there is advantageously the possibility of dimensioning accordingly thin NEN magnetic elements in the direction of movement of the rotor by means of additional constructive Combine elements into a flat magnetic strip.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Aus führungsbeispiels der Erfindung und anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:Further details, features and advantages based on the invention result from the dependent claims and from the following description of a preferred Aus exemplary embodiment of the invention and with reference to the drawings. These show in:

Fig. 1 eine teilweise aufgerissene Draufsicht gemäß Richtung I in Fig. 3, Fig. 1 is a partially broken plan view in the direction I in Fig. 3,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der in Fig. 1 strichpunktiert umrandeten Einzelheit II, und Fig. 2 is an enlarged view of in FIG. 1 dash-dotted edged detail II, and

Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß Linie III-III in Fig. 2. Fig. 3 is a sectional view according to line III-III in Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 ist eine Magnetleiste 1 für den Läufer eines nicht näher dargestellten Line armotores mit einem Stator vorgesehen, der auf seiner dem Läufer zugewandten Seite eine Polzahnreihe besitzt. In den Polzahnlücken des Stators sind die Wicklungen oder Windun gen stromdurchflossener Stator-Spulen abgelegt. Die Magnetleiste 1 besitzt eine länglich- rechteckige Grundform, in der eine Reihe etwa quaderförmiger Dauermagnetelemente 2 im Abstand voneinander und mit alternierend polarisierter Magnetachse S-N, N-S, S-N, .... eingelegt ist. Die Längsrichtung der Dauermagnetelemente 2 verläuft quer sowohl zur Längsrichtung der Magnetleiste 1 bzw. der damit parallelen Bewegungsrichtung 3 des Läu fers gegenüber dem Stator als auch zu dessen Magnetachse S-N oder N-S. Der Abstand zwischen den einzelnen, parallel nebeneinander eingelegten Dauermagnetelementen 2 wird durch jeweils dazwischenliegende Distanzhalter 4 aus Holz gewährleistet.According to Fig. 1 is a magnetic strip 1 for the rotor of a line not shown in detail armotores provided with a stator which on its side facing the rotor side has a Polzahnreihe. The windings or windings of current-carrying stator coils are stored in the pole tooth gaps of the stator. The magnetic strip 1 has an elongated rectangular basic shape, in which a row of approximately cuboid permanent magnet elements 2 is inserted at a distance from one another and with an alternating polarized magnetic axis SN, NS, SN, .... The longitudinal direction of the permanent magnet elements 2 runs transversely both to the longitudinal direction of the magnetic strip 1 and the parallel direction of movement 3 of the rotor against the stator and also to the magnetic axis SN or NS. The distance between the individual permanent magnet elements 2 , which are inserted parallel to one another, is ensured by spacers 4 made of wood, which are located in between.

Gemäß Fig. 3 sind die Dauermagnetelemente 2 auf einer bandförmigen Rückplatte 5 mittels einer dazwischen angeordneten Klebeschicht 6 befestigt. Die Rückplatte 5 besteht zweck mäßig aus ferromagnetischem Material und bildet so ein magnetisches Rückschlußjoch. In ihrer Breite überragt sie die Dauermagentelemente 2, wobei ihre beidseitig überstehenden Ränder jeweils mit einer Reihe Befestigungsbohrungen 7 durchsetzt sind. Über die Seiten der Dauermagnetelemente 2, die nicht von der Rückplatte 5 abgedeckt sind, ist eine Ab deckhaube 8 gesetzt. Deren Ränder 9 sind flanschartig senkrecht abstehend gestaltet und von weiteren Befestigungsbohrungen 10 durchsetzt, welche die erstgenannten Befesti gungsbohrungen 7 der Rückplatte 5 überdecken, aber größeren Durchmesser aufweisen. Durch die miteinander fluchtenden Bohrungen 7, 10 der Rückplatte 5 und der Abdeckhaube 8 können (nicht gezeichnete) Schrauben oder Nieten hindurchgeführt sein, damit aus Rück platte 5 und Abdeckhaube 8 ein festes Gehäuse für die Dauermagnetelemente 2 bzw. die daraus gebildete Magnetleiste 1 entsteht.According to FIG. 3, the permanent magnet elements 2 are fastened on a band-shaped back plate 5 by means of an adhesive layer 6 arranged between them. The back plate 5 is suitably made of ferromagnetic material and thus forms a magnetic yoke. In terms of its width, it protrudes beyond the permanent magnet elements 2 , its edges projecting on both sides being penetrated by a row of fastening bores 7 . On the sides of the permanent magnet elements 2 , which are not covered by the back plate 5, a cover hood 8 is placed. The edges 9 are flange-like vertically projecting and penetrated by further mounting holes 10 which cover the first-mentioned fastening holes 7 of the back plate 5 , but have a larger diameter. Through the aligned holes 7 , 10 of the back plate 5 and the cover 8 (not shown) screws or rivets can be passed so that the back plate 5 and cover 8 a solid housing for the permanent magnet elements 2 and the magnetic strip 1 formed therefrom.

Gemäß Fig. 3 ist die Höhe bzw. Dicke Dm der Dauermagnetelemente 2 parallel oder in Richtung zur jeweiligen Magnetachse S-N bzw. N-S gesehen bzw. bemessen. Sie wird auf der Basis der Erfindung bei der bevorzugten Ausführungsform so gewählt, daß sich ein Verhältnis des Produktes aus (gegebenenfalls maximalen) Statorstrom und Stator- Windungszahl zur minimalen Magnetdicke Dm von 0,003 ergibt. Dabei wird kostengünsti ges Magnetmaterial wie Strontiumferrit oder Bariumferrit für die Dauermagentelemente 2 verwendet. Damit ist sichergestellt, daß sich die Dauermagnetelemente 2, wenn sie sich weitmöglichst an den vollbestrohmten Stator annähern, nicht entmagnetisiert werden.Referring to FIG. 3, the height or thickness Dm is the permanent magnet elements 2 viewed parallel or in the direction of the respective magnetic axis SN or NS or dimensioned. It is chosen on the basis of the invention in the preferred embodiment such that a ratio of the product of (possibly maximum) stator current and stator number of turns to the minimum magnet thickness Dm of 0.003 results. Magnetic material such as strontium ferrite or barium ferrite is used inexpensively for the permanent magnet elements 2 . This ensures that the permanent magnet elements 2 do not become demagnetized when they come as close as possible to the stator with full straw.

Wie an sich bekannt, bildet beim Stator die genannte Polzahnreihe Nuten, die quer zur Be wegungsrichtung 3 der Magnetleiste 1 bzw. des Läufers verlaufen und eingelegte Spulen mit mehreren Wicklungen oder Windungen aufnehmen, woraus sich die Wicklungs- bzw. Windungszahl ergibt.As is known per se, the aforementioned pole tooth row forms grooves which run transversely to the direction of movement 3 of the magnetic strip 1 or the rotor and accommodate inserted coils with a plurality of windings or windings, from which the number of windings or windings results.

Claims

1. A method for dimensioning the moving secondary part or rotor for an electric linear motor with a current-carrying stator, the rotor being provided with one or more permanent magnet elements ( 2 ) which are arranged in a row in the direction of movement ( 3 ), the respective magnetic axis of which (SN, NS) extends transversely to the direction of movement ( 3 ) and / or to the stator, characterized in that the thickness Dm of each magnetic element ( 2 ) measured in magnetic axis direction (SN, NS) is according to the formula
I. W. K = D _m
is calculated, where I is the preferably maximum current through the stator, W is the number of windings or turns of a stator coil and K is a constant ratio for the product of I and w to D _m , and K is in the range from 0.001 to 0.0055 (mm / A) is selected.

2. The method according to claim 1, characterized in that the permanent magnet telemente ( 2 ) are realized with strontium or barium ferrite.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized net that the constant K is selected in the range of 0.002 to 0.005 (mm / A).

4. The method according to claim 3, characterized in that the constant K to 0.003 (mm / A) is selected.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized by the use of one or more spacers ( 4 ) made of non-magnetizable material, preferably made of wood, which are arranged in a row in the direction of movement ( 3 ) in a row and in each case between two permanent magnet elements ( 2 ).

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnet elements ( 2 ) in the form of a magnetic strip ( 1 ) to be summarized.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized by the use of a back part ( 5 ) preferably made of magnetizable material to which the permanent magnet elements ( 2 ) are attached, in particular are glued.

8. The method according to claim 7, characterized in that the back part ( 5 ) in its width (B) over the one or more permanent magnet elements ( 2 ) is dimensioned extending.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized by the use of a cover part ( 8 ) preferably made of magnetizable material with which the one or more permanent magnet elements ( 2 ) are surrounded.

10. The method according to claim 9, characterized in that the cover part ( 8 ) at its edges ( 9 ) is expanded like a flange and is provided with fastening means ( 10 ) which are complementary to further fastening means ( 7 ) which of the permanent magnet elements ( 2 ) protruding sections of the back part ( 5 ) are arranged.