AT509183B1 - Elektrischer motor mit rollendem läufer - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT509 183 B1 2011-11-15

Beschreibung

ELEKTRISCHER MOTOR MIT ROLLENDEM LÄUFER

[0001] 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, wobei der Läufer zumindest einen Walzenkörper umfasst, wobei der zumindest eine Walzenkörper 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.

[0002] Eingangs erwähnte Elektromotoren werden vielfältig eingesetzt. Zumeist sind Elektromotoren als rotierende Maschinen ausgebildet, es gibt aber auch Linearmotoren zur Erzeugung von geradlinigen Bewegungen.

[0003] Bei Linearmotoren ebenso wie bei rotierenden Motoren existiert durch entsprechende Lagerung des Läufers oder Rotors immer ein Mindest-Luftspalt zwischen den fluchtenden Teilen.

[0004] Bei gewissen Anwendungen ist diese Lagerung mit allgemein üblichen Lagern allerdings nicht möglich. Die US 5 672 923 A und die JP 55-093705 A sowie die EP 0 082 356 A1 zeigen nun einen oben beschriebenen elektrischen Motor, der ohne Kugel- oder Gleitlager auskommt.

[0005] 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.

[0006] 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 anderen elektrischen Motoren, bei welchen ein deutlicher Luftspalt konstruktionsgebunden notwendig ist.

[0007] Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Motor zu schaffen, welcher sich besonders für den Einsatz in einer Spuleinheit zum Aufspulen von Spulgut eignet.

[0008] Diese Aufgabe wird mit einem eingangs erwähnten Motor dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß der Stator im Wesentlichen lang gestreckt ist und sich der Läufer entlang der Längserstreckung des Stators in dessen magnetischen Wechselfeld hin- und herbewegt, und wobei der Läufer aus zwei Walzenkörpern besteht, deren zueinander parallele Drehachsen normal auf die Längserstreckung des Stators angeordnet sind und wobei die beiden Walzenkörper an einem Läuferkörper drehbar gelagert sind, und wobei die Walzen magnetisiert sind und das Magnetfeld in Richtung ihrer Drehachse verläuft.

[0009] Dabei weisen die beiden Walzen eine entgegengesetzte Ausrichtung der Magnetisierung auf.

[0010] Mit einem solchen Motor können changierende Bewegungen, wie sie der Läufer (Fadenführer) einer Spuleinheit ausführt, optimal und mit Vorteil (leichtes Abrollen, hohe Beschleunigungen, rasches Abbremsen, geringe Todzeit im Umkehrpunkt) realisiert werden.

[0011] Bei einer Variante der Erfindung ist der zumindest eine mit dem Wechselfeld des Stators zusammenwirkende Bereich der Walzenkörper des Läufers als Dauermagnet (Permanentmagnet) ausgebildet.

[0012] Von besonderem Vorteil sind Ausgestaltungen der Erfindung, bei welchen der Abstand 1 /7 österreichisches Patentamt AT509 183B1 2011-11-15 zwischen den Wicklungen oder Polschuhen des Stators und dem mit dem Wechselfeld des Stators wechselwirkenden Bereich der Walzenkörper des Läufers Null ist.

[0013] 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.

[0014] Die Walzenkörper rollen 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.

[0015] 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 beiden Walzen mit entsprechenden Abrollbereichen abrollt. Der mit den Wicklungen wechselwirkende Bereich der Walzen kann damit in große Nähe zu den Statorpolschuhen bzw. sogar in direkten Kontakt mit diesen gebracht werden.

[0016] Um einen stabilen Abrollvorgang insbesondere ohne Durchrutschen der Walzen zu gewährleisten, können einander zugeordnete Abrollbereiche eines Walzenkörpers und des Stators ineinander greifende Verzahnungen aufweisen.

[0017] 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.

[0018] Grundsätzlich sind die Permanentmagneten derart angeordnet, dass jede Walze mit dem Stator einen Magnetkreis bildet.

[0019] 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 Linearmotors umfasst, wobei der Reiter als Läufer eines Linearmotors wie oben beschrieben ausgebildet ist.

[0020] Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt [0021] Fig. 1 schematisch die wesentlichen Bestandteile eines elektrischen Linearmotors mit einem Walzenkörper zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Fadenführer, [0022] Fig. 2 einen Walzenmotor mit Permanentmagneten nach der Erfindung, und [0023] Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Fadenführers nach der Erfindung.

[0024] Figur 1 zeigt schematisch einen elektrischen Linearmotor 1 nach der Erfindung. Der Motor 1 besteht aus einem lang gestreckten Stator 2, welcher Wicklungen/Spulen 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.

[0025] In Figur 1 ist nur ein Walzenkörper 4 des Läufers 3 dargestellt. 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 aus einem weichmagnetischen Material oder aus Permanentmagneten.

[0026] 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' aus- 2/7 österreichisches Patentamt AT509 183B1 2011-11-15 gebildet sein, sie können aber auch aus einem anderen, z.B. magnetisch nicht wechselwirkenden Material gefertigt sein.

[0027] Wie in 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 vermieden wird.

[0028] 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.

[0029] Durch die Verwendung eines Walzenkörpers 4 ist es möglich, dass dieser mit möglichst geringem Abstand insbesondere seines magnetisch wechselwirkenden Bereiches 4' zu den Wicklungen des Stators 2 auf diesem abrollt, wodurch sich die magnetische Wechselwirkung 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 abrollt, wodurch der normalerweise vorhandene Luftspalt völlig verschwindet.

[0030] Figur 2 zeigt einen elektrischen Linearmotors 1 zur Verwendung in der Erfindung, insbesondere für eine Spuleinheit. Der Läufer 3 besteht aus zwei Walzenkörpern 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 2' des Stators sind bei dieser Variante so ausgebildet und angeordnet, beispielsweise in dem die Polschuhe 2' ineinander greifen oder in einem bestimmten Winkel zur Achse der Walze verlaufen, dass ein vollkommen ebener Abrollbereich entsteht so dass sich ein gleichmäßiger Statorabrollbereich 7 für ein gleichmäßiges Abrollen der Walzen ergibt.

[0031] Die Walzen 4, 5 sind in Richtung ihrer Drehachse 9 magnetisiert. Weiters weisen die beiden Walzen 4, 5 eine entgegen gesetzte Ausrichtung der Magnetisierung auf (N-S, S-N), wie dies in Figur 2 zu erkennen ist. Die Walzen 4, 5 können dabei mit der Oberfläche der Permanentmagneten direkt auf dem als (nicht dargestellte) Platte ausgebildeten Abrollbereich 7 abrol-len, oder die Walzen 4, 5 weisen Abrollbereiche 6 aus 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 Platte, den Wicklungen oder den Statorpolschuhen ab.

[0032] Linearmotoren wie in den Figuren 1 und insbesondere 2 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 3 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.

[0033] Der Fadenführer 22 ist nun erfindungsgemäß als Läufer 27 eines elektrischen Linearmotors 28 ausgebildet, wobei der Linearmotor entsprechend den Figuren 1 und insbesondere 2 ausgebildet ist. 3/7

Claims (8)

1. österreichisches Patentamt AT509 183 B1 2011-11-15 Patentansprüche 1. Elektrischer Motor (1) umfassend einen Stator (2) mit einer Anzahl von Wicklungen 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 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 oder Polschuhen (2') des Stators (2) angeordnet sind, 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 Walzenkörpern (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, und wobei die Walzen (4, 5) magnetisiert sind und das Magnetfeld in Richtung ihrer Drehachse (9) verläuft.
2. 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) teilweise oder komplett als Dauermagnet ausgebildet ist.
3. 3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Walzenkörper (4, 5) des Läufers (3) direkt auf den Wicklungenoder Polschuhen (2') des Stators (2) abrollt und so der Abstand zwischen den Wicklungen 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.
4. 4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Walzenkörper (4, 5) mit zumindest einem Abrollbereich (6) auf einem entsprechenden Statorabrollbereich (7) auf dem Stator (2) abrollt.
5. 5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten entlang der Wicklungen des Stators (3) Statorabrollbereiche (7) vorgesehen sind.
6. 6. Motor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass einander zugeordnete Abrollbereiche (6, 7) eines Walzenkörpers (4, 5) und des Stators (3) ineinander greifende Verzahnungen (8, 8') aufweisen.
7. 7. 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 Linearmotors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
8. 8. Spuleinheit mit einem Fadenführer (22) nach Anspruch 7. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 4/7