AT509183A1

AT509183A1 - Elektrischer motor mit rollendem läufer

Info

Publication number: AT509183A1
Application number: AT9002008A
Authority: AT
Inventors: Alexander Mair
Original assignee: Lunatone Ind Elektronik Gmbh
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2011-06-15
Also published as: AT509183B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischer Motor (1) umfassend einen Stator (2) mit einer Anzahl von Wicklungen (2') zur Erzeugung eines Wechselfeldes und einem sich in dem von dem Stator (2) erzeugten Wechselfeld bewegenden Läufer (3), wobei der Läufer (3) zumindest einen Walzenkörper (4, 5) umfasst, wobei der zumindest eine Walzenkörper (4, 5) mit zumindest einem Abrollbereich auf dem Stator (2) abrollt, und wobei der zumindest eine Walzenkörper (4,5) einen oder mehrere Bereiche (4', 5') aufweist, welche aus einem mit dem von den Wicklungen (2') des Stators (2) erzeugten Wechselfeld wechselwirkenden Material bestehen, und wobei der zumindest eine Walzenkörper (4, 5) derart ausgebildet bzw. auf dem Stator (2) angeordnet ist, dass mit dem Stator (2) wechselwirkende Bereiche (4', 5') des Walzenkörpers (4, 5) in möglichst geringem Abstand zu den Wicklungen (2') oder Polschuhen des Stators (2) angeordnet sind.

Description

Α3οο/0$ Π0923

Elektrischer Motor mit rollendem Läuter

Die Erfindung betrifft einen elektrischer Motor umfassend einen Stator mit einer Anzahl von Wicklungen zur Erzeugung eines Wechselfeldes und einem sich in dem von dem Stator erzeugten Wechselfeld bewegenden Läufer.

Eingangs erwähnte Elektromotoren werden vielfältig eingesetzt. Zumeist sind Elektromotoren als rotierende Maschinen ausgebildet, es gibt aber auch Linearmotoren zur Erzeugung von geradlinigen Bewegungen.

Bei Linearmotoren ebenso wie bei rotierenden Motoren existiert durch entsprechende Lagerung des Läufers oder Rotors immer ein Mindest-Luftspalt zwischen den fluchtenden Teilen.

Bei gewissen Anwendungen ist diese Lagerung mit allgemein üblichen Lagern allerdings nicht möglich.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Motor zu schaffen, der ohne Kugeloder Gleitlager auskommt.

Diese Aufgabe wird mit einem eingangs erwähnten Motor dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß der Läufer zumindest einen Walzenkörper umfasst, wobei der zumindest eine Wal· zenkörper mit zumindest einem Abrollbereich auf dem Stator abrollt, und wobei der zumindest eine Walzenkörper einen oder mehrere Bereiche aufweist, welche aus einem mit dem von den Wicklungen des Stators erzeugten Wechselfeld wechselwirkenden Material bestehen, und wobei der zumindest eine Walzenkörper derart ausgebildet bzw. auf dem Stator angeordnet ist, dass mit dem Stator wechselwirkende Bereiche des Walzenkörpers in möglichst geringem Abstand zu den Wicklungen oder Polschuhen des Stators angeordnet sind.

Bei dem mit dem Stator wechselwirkenden Material handelt es sich um ein Material, welches von dem Wechselfeld beeinflusst wird, sodass sich der „Läufer" in dem Feld bewegt, wie dies weiter unten noch näher spezifiziert wird.

Durch die Ausgestaltung des Läufers dergestalt, dass dieser mit einer oder mehreren Walzen direkt auf dem Stator abrollt, ist es leichter, höhere magnetische Felder zu erzielen als bei bekannten elektrischen Motoren, bei welchen ein deutlicher Luftspalt konstruktionsgebunden notwendig ist. - -frlOMfl- 4 4 “2* ·** * • « • » «*· t

Bei einer Variante der Erfindung besteht der zumindest eine mit dem Wechselfeld des ; ' »··«

Stators zusammenwirkende Bereich des zumindest einen Walzenkörpers des Läufers aus * * · einem weichmagnetischen Material, z.B. aus Eisen. .** , « · • « » • *« • ·

Bei einer anderen Variante der Erfindung ist der zumindest eine mit dem Wechselfeld des ·'·_ !

Stators zusammenwirkende Bereich des zumindest einen Walzenkörpers des Läufers als ) ·*· • · #

Dauermagnet (Permanentmagnet) ausgebildet.

Von besonderem Vorteil sind Ausgestaltungen der Erfindung, bei welchen der Abstand zwischen den Wicklungen oder Polschuhen des Stators und dem mit dem Wechselfeld des Stators wechselwirkenden Bereich des zumindest einen Walzenkörpers des Läufers Null ist.

Der mit den Wicklungen wechselwirkende Walzenbereich liegt hier direkt auf den Polschuhen des Stators auf, sodass kein Luftspalt mehr vorhanden ist, wodurch diese Ausgestaltung magnetisch optimal ist

Der zumindest eine Walzenkörper rollt dabei mit zumindest einem Abrollbereich auf einem entsprechenden Statorabrollbereich auf dem Stator ab. Dabei kann die gesamte Walzenoberfläche einerseits mit den Wicklungen wechselwirken und gleichzeitig als Abrollbereich ausgebildet sein, oder der wechselwirkende Bereich und der Abrollbereich der Walzen sind getrennte Bereiche.

Bei einer solchen konkreten Ausgestaltung, bei der wechselwirkender Bereich und Abrollbereich getrennt ausgebildet sind, sind zu beiden Seiten entlang der Wicklungen des Stators Statorabrollbereiche vorgesehen, auf welchen die zumindest eine Walze mit entsprechenden Abrollbereichen abrollt Der mit den Wicklungen wechselwirkende Bereich der zumindest einen Walze kann damit in große Nähe zu den Statorpolschuhen bzw. sogar in direkten Kontakt mit diesen gebracht werden.

Um einen stabilen Abrollvorgang insbesondere ohne Durchrutschen der Walze(n) zu gewährleisten, können einander zugeordnete Abrollbereiche eines Walzenkörpers und des Stators ineinander greifende Verzahnungen aufweisen.

Der Stator, d.h. die Polschuhe des Stators können auch so ausgebildet und angeordnet sein, beispielsweise in dem die Polschuhe ineinander greifen oder in einem bestimmten Winkel zur Achse der Walze verlaufen, dass ein vollkommen ebener Abrollbereich entsteht und ein gleichmäßiges Abrollen der Walzen möglich ist

I -3- -3- fti iww> .. » TfWET’

Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Motors ist der Stator im Wesentlichen lang gestreckt und der Läufer bewegt sich entlang der Längserstreckung des Stators in dessen magnetischen Wechselfeld hin- und her, wobei der Läufer aus zwei Walzenkörpem besteht, deren zueinander parallele Drehachsen normal auf die Längserstreckung des Stators angeordnet sind und wobei die beiden Walzenkörper an einem Läuferkörper drehbar gelagert sind.

Die Walzen sind dabei bei einer konkreten Variante in Richtung ihrer Drehachse magnetisiert, und die beiden Walzen weisen eine entgegen gesetzte Ausrichtung der Magnetisierung auf.

Grundsätzlich sind die Permanentmagneten derart angeordnet, dass jede Walze mit dem Stator einen Magnetkreis bildet.

Der Stator kann in Hinblick auf seine Längserstreckung aber auch eine gekrümmte Form aufweisen, beispielsweise ist bei einem als rotierende Maschine ausgebildeten Motor der Stator zu einem Kreis aufgewickelt. Der Läufer kann dabei als ein einziger Walzenkörper ausgebildet sein, welcher an dem inneren Umfang des Stators exzentrisch abrollt.

Neben diesem, nach innen gekrümmten, Stator besteht auch die Möglichkeit, dass der Stator nach außen zu einem Kreis gebogen ist, dementsprechend der Läufer an dem äußeren Umfang des Stators umläuft

Weiters betrifft die Erfindung einen Fadenführer für eine Spuleinheit zum Aufspulen von beispielsweise fadenförmigem Spulgut ,auf eine Spule der Spuleinheit, wobei der Fadenführer während des Aufspulens eine Hin- und Herbewegung ausführt, und wobei der Fadenführer einen Reiter eines elektrischen Lineannotors umfasst wobei der Reiter als Läufer eines Linearmotors wie oben beschrieben ausgebildet ist.

Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 schematisch die wesentlichen Bestandteile eines elektrischen lineannotors nach der Erfindung mit einem Walzenkörper,

Fig. 2 schematisch einen rotierenden Elektromotor nach der Erfindung in einer Schrägansicht,

Fig. 3 den Elektromotor aus Figur 2 in einer seitlichen Ansicht, -4- t i ivjjsy1 7 it«« t •«9

Fig. 4 einen Reluktanz-Linearmotor nach der Erfindung mit weichmagnetischen Walzen, ***** ···· *··· « · # m

Fig. 5 einen Walzenmotor mit Permanentmagneten nach der Erfindung, und /* . #· • · Φ ·· » *

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Fadenfiihrers nach der Erfindung. • 9* • · * Ψ

Figur 1 zeigt schematisch einen elektrischen Linearmotor 1 nach der Erfindung. Der Motor 1 besteht aus einem lang gestreckten Stator 2, welcher Wicklungen/ Spulen 2' zur Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes umfasst, welche entlang des Stators 2 angeordnet sind. Weiters umfasst der Motor 1 einen Läufer 3, welcher sich in dem von dem Stator 2 erzeugten magnetischen Feld hin- und herbewegen kann.

In der gezeigten Ausführungsform nach Figur 1 umfasst der Läufer 3 des Motors 1 nun genau einen Walzenkörper 4. Bestimmte Bereiche 4' dieses Walzenkörpers 4 bestehen aus einem Material, welches mit dem von dem Stator 2 erzeugten Feld wechselwirkt, derart, dass der Walzenkörper 4 in dem Feld des Stators entlang dessen Längserstreckung hin- und herbewegt wird. Beispielsweise besteht dieser Bereich 4', welcher den Wicklungen Ί. des Stators genau gegenüberliegt, aus einem weichmagnetischen Material oder aus Permanentmagneten.

Der Walzenkörper 4 verfügt weiters über zwei seitliche Abrollbereiche 6, mittels welcher er auf entsprechenden Statorabrollbereichen 7 gelagert ist und auf diesen abrollt. Die Abrollbereiche 6 können aus demselben Material wie der magnetisch wechselwirkende Bereich 4' ausgebildet sein, sie können aber auch aus einem anderen, z.B. magnetisch nicht wechselwirkenden Material gefertigt sein.

Wie bei der konkreten vorteilhaften Ausgestaltung nach Figur 1 gezeigt, können einander zugeordnete Abrollbereiche 6,7 des Walzenkörpers 4 und des Stators 2 ineinander greifende Verzahnungen 8, 8' aufweisen, wodurch z.B. ein Durchrutschen des Walzenkörpers 4 vermiedenwird.

Die Walze 4 dreht sich bei der Abrollbewegung um eine Achse 9, und mittels z.B. einer in dieser Achse 9 drehfest mit der Walze 4 verbundenen Welle kann die Bewegung der Walze auf andere Bauteile einer Maschine übertragen werden.

Durch die Verwendung eines Walzenkörpers 4 ist es möglich, dass dieser mit möglichst geringem Abstand insbesondere seines magnetisch wechselwirkenden Bereiches 4' zu den Wicklungen 2' des Stators 2 auf diesem abrollt, wodurch sich die magnetische Wechselwir- -5- , 4*10923- 1 t ···· *»·* • 444 4 ·· * « 4 *· 4 4 4 kung optimieren lässt. Bei der gezeigten Variante nach Figur 1 ist es sogar möglich, dass der Walzenkörper 4 mit seinem magnetisch wechselwirkenden Bereich 4' direkt auf der Oberseite der Wicklungen 2' abrollt, wodurch der normalerweise vorhandene Luftspalt völlig verschwindet.

Der Motor 1 wie in Figur 2 und 3 dargestellt weist prinzipiell einen Aufbau wie der Motor aus Figur 1 auf, mit dem wesentlichen Unterschied, dass bei dieser Variante der Stator 2 zu einem geschlossenen Kreis gebogen ist, und der Läufer bzw. in diesem Fall Rotor 3 an dem inneren Umfang des Stators 2 in einer rotierenden, exzentrischen Bewegung umläuft. Die Achse 11 des Rotors 3 beschreibt dabei eine exzentrische Bewegung, die über ein geeignetes Getriebe (nicht dargestellt) auf andere Maschinenteile Übertragen werden kann.

Der Rotor 3 ist auch hier mittels Verzahnungen 8 in entsprechenden Verzahnungen 8' des Stators 2 drehbar gelagert, andere Lagerungsmöglichkeiten sind natürlich auch bei dieser Variante möglich.

Der magnetisch mit den Wicklungen 2 des Stators 2 wechselwirkende Bereich 4' des Rotors 3 ist in diesem Beispiel aus weichmagnetischem Material, kann aber auch analog zu der Variante aus Figur 5 gebildet sein.

Mit einem Motor 1 nach den Figuren 2 und 3 lässt sich ebenfalls ein Luftspalt von Null erzielen, so dass die radialen Anziehungskräfte vom Walzenkörper direkt getragen werden können

Die Figuren 4 und 5 zeigen weitere Varianten eines elektrischen Linearmotors 1 nach der Erfindung. Der Läufer 3 besteht bei dieser Variante aus zwei Walzenkörpem 4, 5, deren zueinander parallele Drehachsen 9 normal auf die Längserstreckung des Stators 2 angeordnet sind und wobei die beiden Walzenkörper 4,5 an einem Läuferkörper 10 drehbar gelagert sind. Der Stator, d.h. die Polschuhe des Stators sind bei dieser Variante so ausgebildet und angeordnet, beispielsweise in dem die Polschuhe ineinander greifen oder in einem bestimmten Winkel zur Achse der Walze verlaufen, dass ein vollkommen ebener Abrollbereich entsteht so dass sich ein gleichmäßiger Statorabrollberekh 7 für ein gleichmäßiges Abrollen der Walzen ergibt

Der magnetisch wechselwirkende Bereich 4', 5' jedes Walzenkörpers 4, 5 umfasst bei der Variante nach Figur 4 auch den Abrollbereich bzw. die Abrolloberfläche 6 der jeweiligen Walze 4,5, wodurch die Walzen relativ einfach in der Herstellung sind. 1 -6- ··♦» 9 -6- ··♦» 9 Wien, den

In dem gezeigten Beispiel nach Figur 4 handelt es sich um einen Reluktanzmotor 1, die beiden Walzenkörper 4,5 sind dabei aus einem weichmagnetischen Material, z.B. aus Eisen gebildet

Im Unterschied zu der Variante aus Figur 4 sind bei jener nach Figur 5 die Walzen 4, 5 magnetisiert, vorzugsweise in Richtung ihrer Drehachse 9. Weiters weisen die beiden Walzen 4, 5 eine entgegen gesetzte Ausrichtung der Magnetisierung auf (N-S, S-N), wie dies in

Figur 5 zu erkennen ist. Die Walzen 4,5 können dabei mit der Oberfläche der Permanent-magneten direkt auf deiyPlatte 7^brollen, oder die Walzen 4, 5 weisen Abrollflächen 6 aus 'vTf iTJ-Λ ferromagnetischem Material auf, an welchen die Permanentmagneten 4', 5' drehfest eingepresst oder aufgeklebt sind. Die magnetisch wechselwirkenden Bereiche 4', 5' rollen in diesem Fall direkt auf der Ausgleichsplatte 7> den Wicklungen oder den Statorpolschuhen ab.

Linearmotoren wie in den Figuren 1 und insbesondere 4 und 5 dargestellt eignen sich besonders gut zur Verwendung für eine Spuleinheit 20 zum Aufspulen von beispielsweise fadenförmigem Spulgut 21. Eine solche Spuleinheit 20 ist grob schematisch in Figur 6 dargestellt. Die Spuleinheit 20 umfasst dabei einen Fadenführer 22 und eine Spule 23, auf welche das Spulgut 21 aufgespult wird. Dazu wird die Spule 23 mit einem Antrieb 24, z.B. einem Spindelmotor um ihre Achse 25 gedreht Angepasst an die Drehbewegung der Spule 23 führt der Fadenführer 22 das fadenförmige Spulgut 21 in einer Hin- und Herbewegung in bekannter Weise der Spule zu. Das Spulgut 21 ist dabei in einer Führungsaufnahme 26 an dem Fadenführer 22 geführt

Der Fadenführer 22 ist mm erfindungsgemäß als Läufer 27 eines elektrischen Linearmotors 28 ausgebildet, wobei der Linearmotor entsprechend den Figuren 1 und insbesondere 4 oder 5 ausgebildet ist. & Juni 2(j(jfr i. 4 4 4444 4444 4 * 494 4 ···· • * • · • · • * 4· • 4 4 *· 4 4 4 4 4 4 4 II 4 44 4 · 4 4 • 9 r' ··

Claims

Ansprüche 1. Elektrischer Motor (1) umfassend einen Stator (2) mit einer Anzahl von Wicklungen (2') zur Erzeugung eines Wechselfeldes und einem sich in dem von dem Stator (2) erzeugten Wechselfeld bewegenden Läufer (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (3) zumindest einen Walzenkörper (4, 5) umfasst, wobei der zumindest eine Walzenkörper (4, 5) mit zumindest einem Abrollbereich auf dem Stator (2) abrollt, und wobei der zumindest eine Walzenkörper (4,5) einen oder mehrere Bereiche (4', 5') aufweist, welche aus einem mit dem von den Wicklungen (2^) des Stators (2) erzeugten Wechselfeld wechselwirkenden Material bestehen, und wobei der zumindest eine Walzenkörper (4, 5) derart ausgebildet bzw. auf dem Stator (2) angeordnet ist, dass mit dem Stator (2) wechselwirkende Bereiche (4', 5') des Walzenkörpers (4, 5) in möglichst geringem Abstand zu den Wicklungen {2') oder Polschuhen des Stators (2) angeordnet sind.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine mit dem Wechselfeld des Stators (2) zusammenwirkende Bereich (4', 5') des zumindest einen Walzenkörpers (4,5) des Läufers (3) aus einem weichmagnetischen Material besteht
3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass der zumindest eine mit dem Wechselfeld des Stators (2) zusammenwirkende Bereich (4', 5') des zumindest einen Walzenkörpers (4,5) des Läufers (3) teilweise oder komplett als Dauermagnet ausgehildet ist
4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Walzenkörper (4, 5) des Läufers (3) direkt auf den Wicklungen^) oder Polschuhen des Stators (2) abrollt und so der Abstand zwischen den Wicklungen (2) des Stators (2) und dem mit dem Wechselfeld des Stators (2) wechselwirkenden Bereich (4', 5') des zumindest einen Walzenkörpers (4,5) des Läufers (3) nahezu Null ist
5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Walzenkörper (4,5) mit zumindest einem Abrollbereich (6) auf einem entsprechenden Statorabrollbereich (7) auf dem Stator (2) abrollt
6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten entlang der Wicklungen (2^ des Stators (3) Statorabrollbereiche (7) vorgesehen sind. 2- tf * jyjuMf * 11U1VS #
7. Motor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass einander zugeordnete Abrollbereiche (6, 7) eines Walzenkörpers (4, 5) und des Stators (3) ineinander greifende Verzahnungen (8, 8') aufweisen.
8. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) im Wesentlichen lang gestreckt ist und sich der Läufer (3) entlang der Längserstreckung des Stators (2) in dessen magnetischen Wechselfeld hin- und herbewegt, und wobei der Läufer (3) aus zwei Walzenkörpem (4,5) besteht, deren zueinander parallele Drehachsen (9) normal auf die Längserstreckung des Stators (2) angeordnet sind und wobei die beiden Walzenkörper (4,5) an einem Läuferkörper (10) drehbar gelagert sind
9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (4, 5) magnetisiert sind und das Magnetfeld in Richtung ihrer Drehachse (9) verläuft.
10. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) eine gekrümmte Form in Hinblick auf seine Längseistreckung auf weist.
11. Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) zu einem Kreis aufgewickeltist.
12. Motor nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet dass der Läufer (3) als ein einziger Walzenkörper (4) ausgebildet ist welcher an dem inneren Umfang des Stators (2) abrollt.
13. Motor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Läufer (3) Permanentmagneten (13) mit radial ausgerichteter Magnetisierung auf weist.
14. Fadenführer (22) für eine Spuleinheit (20) zum Aufspulen von Spulgut (21) auf eine Spule (23) der Spuleinheit (20), wobei der Fadenführer (22) während des Aufspulens eine Hin- und Herbewegung ausführt, und wobei der Fadenführer (22) als Läufer (27) eines elektrischen Linearmotors (1) ausgebildet ist dadurch gekennzeichnet dass der Läufer (27) als Läufer (3) eines Lineannotors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
15. Spuleinheit mit einem Fadenführer (22) nach Anspruch 14. -Wien,"den— Ü5. Juni 208fr ««*· « * «*·· ···· * * ·»·· *··· • · • · • · • * • ·· • ·

• 4