DE4107530A1 - Linearmotor i - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearmotor mit einem Stator und einem relativ zum Stator bewegbaren Läufer wobei eines der Teile, Stator oder Läufer, ein Joch hoher magnetischer Leitfähigkeit umfaßt, welches Joch wenigstens zwei länglich ausgebildete Seitenschenkel mit jeweils im wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des Läufers verlaufender Längsachse und wenigstens einen länglich ausgebildeten Querschenkel zur Verbindung der wenigstens zwei Seitenschenkel mit jeweils im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Läufers verlaufender Längsachse aufweist, wobei das eine Teil weiter wenigstens eine in einem ersten Längenabschnitt des einen Teils an wenigstens einem der Seitenschenkel des Jochs angeordnete, als Antriebs­ wicklung betreibbare, erste Wicklung umfaßt und wobei das jeweils andere Teil, Läufer bzw. Stator, wenigstens einen Magneten aufweist.

Ein derartiger Linearmotor ist beispielsweise aus der EP-A1-01 39 372 bekannt. Bei diesem Linearmotor ist der Stator von dem einen Teil und der Läufer von dem anderen Teil gebildet. Der bekannte Linearmotor ist aus zwei nebeneinanderliegenden, den Läufer zwischen sich aufneh­ menden Linearmotoreinheiten gebildet, welche identisch aufgebaut sind. Eine dieser Linearmotoreinheiten umfaßt drei Seitenschenkel, wobei der zwischen den beiden äußeren Seitenschenkeln angeordnete mittlere Seitenschenkel mit einer Wicklung versehen ist. Zwei Querschenkel sind mit den freien Enden der drei Seitenschenkel verbunden. Zwei am Läufer befestigte Magneten sind zwischen den äußeren Seitenschenkeln und dem mittleren Seitenschenkel angeord­ net. Die Wicklung weist eine über ihre Länge konstante Wicklungsdichte auf. Der bekannte Linearmotor ist für größere Transportwege nicht geeignet, da bei größeren Wicklungslängen rasch die Magnetsättigung des Jochmaterials erreicht wird. Es kann dann der von den Magneten ausgehende Magnetfluß nicht mehr vollständig in das Joch eingespeist werden, so daß die Antriebseffekti­ vität des Linearmotors vermindert ist. Um dem zu begegnen, könnte man das Flußaufnahmevermögen des Jochmaterials (durch Querschnittsvergrößerung und/oder Verwendung hochwertigeren Materials) verbessern, was jedoch zu erhöhtem Bauaufwand und dementsprechend höheren Herstel­ lungskosten führt.

Demgegenüber liegt die Aufgabe der Erfindung darin, einen Linearmotor bereitzustellen, welcher für größere Trans­ portwege geeignet ist und/oder mit geringerem Jochquer­ schnitt bzw. weniger hochwertigem Jochmaterial auskommt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an wenigstens einem der Schenkel des Jochs wenigstens eine zweite Wicklung vorgesehen ist, deren im Joch erzeugtes Magnetfeld dem von der ersten Wicklung im Joch erzeugten Magnetfeld entgegengesetzt gerichtet ist. Das von der zweiten Wicklung im Joch erzeugte Magnetfeld überlagert sich dem von der ersten Wicklung im Joch erzeugten Ma­ gnetfeld. Da es diesem entgegengesetzt gerichtet ist, ist der Betrag des Gesamt-Magnetfelds in Folge der Überlage­ rung der beiden Magnetfelder deutlich geringer als der Betrag des von der ersten Wicklung im Joch alleine er­ zeugten Magnetfelds. Dementsprechend tritt auch bei hohen Einzel-Magnetfeldstärken im Joch keine Magnetsättigung auf, wenn nur die Differenz der Beträge der beiden Ein­ zel-Magnetfelder unter dem Sättigungsmagnetfeldbetrag liegt. Der erfindungsgemäße Linearmotor kann somit auch bei längeren Transportwegen eingesetzt werden. Werden keine langen Transportwege gefordert, so kann dementspre­ chend an Joch-Material gespart werden.

Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, daß wenigstens einer der Seitenschenkel des Jochs in einem zweiten Längenabschnitt des einen Teils mit wenigstens einer zweiten Wicklung versehen ist. Die Anbringung von im Vergleich zu den am selben Seitenschenkel angeordneten, ersten Wicklungen gegensinnig gewickelten. zweiten Wick­ lungen ermöglicht eine Vielzahl unterschiedlicher Be­ triebsarten des erfindungsgemäßen Linearmotors.

So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die ersten Wicklungen oder die zweiten Wicklungen als Antriebswick­ lungen und die jeweils anderen Wicklungen als Kompensati­ onswicklungen geschaltet sind, wobei die Antriebswick­ lungen auf den Läufer eine in Bewegungsrichtung des Läufers gerichtete Beschleunigungskraft ausüben, und wobei die Kompensationswicklungen auf den Läufer eine der Bewegungsrichtung des Läufers entgegengesetzt gerichtete Beschleunigungskraft ausüben.

Bei dem eingangs genannten, bekannten Linearmotor kann eine Änderung der Antriebskraft in Stärke und Richtung nur durch eine entsprechende Steuerung des Wicklungsstroms erfolgen, insbesondere muß zur Abbremsung des Läufers die Stromrichtung umgekehrt werden. Erfindungsgemäß wird dagegen vorgeschlagen, daß die ersten Wicklungen als Antriebswicklungen und die zweiten Wicklungen als Kompen­ sationswicklungen geschaltet sind, wenn das andere Teil relativ zum anderen Teil aus dem ersten Längenabschnitt des einen Teils in den zweiten Längenabschnitt des einen Teils übergeführt werden soll und im zweiten Längen­ abschnitt abgebremst werden soll. So kann beispielsweise bei einer identischen Auslegung der ersten und zweiten Wicklungen in Wicklungszahl und Wicklungsdichte das andere Teil von den als Antriebswicklungen geschalteten Wick­ lungen aus einem Zustand, in welchem er gegenüber dem einen Teil ruht, auf eine Sollgeschwindigkeit beschleunigt werden, dann mit dieser Sollgeschwindigkeit einen nicht bewickelten Längenabschnitt des einen Teils durchlaufen und schließlich von den als Kompensationswicklungen beschalteten Wicklungen wieder zum Stillstand abgebremst werden, ohne daß eine Änderung des die Wicklungen durch­ fließenden Stroms nach Betrag oder Richtung notwendig wäre. Wird der Strom am Ende des Transportwegs nicht abgeschaltet, so wird das andere Teil ohne Änderung der Stromrichtung wieder in seine Ausgangsposition zurückge­ führt, wobei nunmehr die zweiten Wicklungen die Funktion der Antriebswicklungen und die ersten Wicklungen die Funktion der Kompensationswicklungen übernehmen. Insgesamt ergibt sich also eine oszillierende Bewegung des anderen Teils.

Es ist jedoch auch möglich, daß die ersten Wicklungen als Antriebswicklungen und die zweiten Wicklungen als Kompen­ sationswicklungen beschaltet sind, wenn sich das andere Teil im Bereich des ersten Längenabschnitts des einen Teils befindet, und daß die zweiten Wicklungen als An­ triebswicklungen und die ersten Wicklungen als Kompensa­ tionswicklungen beschaltet sind, wenn sich das andere Teil im Bereich des zweiten Längenabschnitts des einen Teils befindet und das andere Teil in Bewegungsrichtung über den zweiten Längenabschnitt des einen Teils hinaus bewegt werden soll. Hierdurch wird die von den Wicklungen er­ zeugte und auf das andere Teil ausgeübte Kraft beim Übergang des anderen Teils aus dem ersten in den zweiten Längenabschnitt in ihrer Richtung beibehalten, so daß das andere Teil auf dem gesamten, innerhalb des Linearmotors verlaufenden Transportweg beschleunigt wird und den Bereich des Linearmotors verlassen kann.

Zur Vereinfachung der Steuerung der Bewegung des Läufers wird vorgeschlagen, daß zwischen benachbarten ersten und zweiten Wicklungen jeweils wenigstens ein Sensor-Element angeordnet ist zur Erfassung der Relativstellung der beiden Teile, Stator und Läufer, und daß die Beschaltung der ersten und zweiten Wicklungen als Antriebswicklungen bzw. Kompensationswicklungen in Abhängigkeit der von den Sensor-Elementen erfaßten Signale erfolgt. Das Vorsehen von Sensor-Elementen ist von Vorteil, da die Beschleuni­ gung des Läufers, welche von der von den Wicklungen auf den Läufer ausgeübten Kraft hervorgerufen wird, von der Masse des Läufers abhängt, die auf den Läufer ausgeübte Kraft jedoch nicht von der Masse des Läufers abhängt. Läufer unterschiedlicher Masse bzw. Läufer, welche unter­ schiedliche Massen mit sich führen, durchlaufen den Transportweg somit mit unterschiedlichen Geschwindig­ keiten. Es ist daher von Vorteil, die Beschaltung der Wicklungen in Abhängigkeit von der Position des Läufers vorzunehmen.

Dadurch, daß in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die ersten und/oder zweiten Wicklungen eine in Richtung der Längsachse des die jeweilige Wicklung tra­ genden Seitenschenkels variable Wicklungsdichte aufweisen, kann bei konstantem Speisestrom eine ortsabhängige Be­ schleunigungs- bzw. Bremskraft auf den Läufer ausgeübt werden, so daß man ein vorgegebenes Fahrprofil erreichen kann.

Damit auch sich zwischen den Seitenschenkeln bewegende andere Teile den Bereich des Linearmotors relativ zum einen Teil verlassen können, wird vorgeschlagen, daß die Querschenkel des Jochs jeweils einen relativ zu den Seitenschenkeln aus einer von den Längsachsen der Seiten­ schenkel festgelegten Ebene versetzten Hauptabschnitt aufweisen, welcher mit den zugeordneten Seitenschenkeln über jeweils einen Verbindungsabschnitt verbunden ist.

In einer Ausführungsform des Linearmotors ist vorgesehen, daß der Linearmotor zylinder-symmetrisch ausgebildet ist mit einem einen Seitenschenkel des Jochs bildenden, die Motorachse festlegenden, zylindrischen Jochkern und einem einen zweiten Seitenschenkel des Jochs bildenden, den Jochkern unter Bildung eines Ringraums mit Abstand umgreifenden, hohlzylindrischen Jochmantel, wobei das andere Teil hülsenförmig ausgebildet und im Ringraum angeordnet ist.

Eine besonders effektive Einspeisung des vom Läuferma­ gneten erzeugten Magnetfelds in das Joch kann dadurch erreicht werden, daß Wicklungsabschnitte der ersten und zweiten Wicklungen zwischen am Joch vorgesehenen Polzähnen angeordnet sind.

Ein beliebig langer Transportweg kann durch eine Linear­ motoranordnung gewährleistet werden, welche in Bewegungs­ richtung des Läufers aufeinanderfolgend angeordnete Linearmotoren umfaßt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es stellt dar:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Linearmotors mit an den Querschenkeln angeordneten zweiten Wicklungen;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Linearmotors mit an den Seitenschenkeln angeordneten zweiten Wicklungen;

Fig. 3 eine Teilansicht einer aus Linearmotoren einer dritten Ausführungsform zusammengesetzten Linearmotoranordnung;

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform des Linearmotors mit zwischen Polzähne aufgenommenen Wicklungs­ abschnitten der ersten und zweiten Wicklungen an den Seitenschenkeln;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Seitenschenkels einer fünften Ausführungsform des Linearmotors mit örtlich variierender Wicklungsdichte;

Fig. 6 eine zylinder-symmetrisch ausgebildete Ausführungsform des Linearmotors.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linearmotors dargestellt. Der Linearmo­ tor 10 umfaßt einen Läufer 12 und einen Stator 14. In dem dargestellten Beispiel umfaßt der Stator 14 zwei sich im wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung A des Läufers 12 erstreckende Seitenschenkel 16 und 18 sowie zwei sich im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung A er­ streckende Querschenkel 20 und 22. Die Seitenschenkel 16 und 18 und die Querschenkel 20 und 22 bilden zusammen ein Joch 23 des Stators 14. An den Seitenschenkeln 16 und 18 sind erste Wicklungen 24 und 26 angeordnet, welche als Antriebswicklungen für den Läufer 12 dienen. An den Querschenkeln 20 und 22 sind als Kompensationswicklungen dienende zweite Wicklungen 28 und 30 angeordnet, deren im Joch 23 erzeugtes Magnetfeld dem von den ersten Wicklungen 24 und 26 erzeugten Magnetfeld entgegengesetzt gerichtet ist. Der Läufer 12 umfaßt einen Dauermagneten 32, dessen Magnetfluß über das magnetisch hoch leitfähige Joch geschlossen wird. Werden die Antriebsspulen 24 und 26 mit Gleichstrom beschickt, so resultiert aus der Bewegung der den Strom tragenden Ladungen in dem Magnetfeld des Ma­ gneten 32 eine den Läufer 12 antreibende Lorentz-Kraft, welche um so größer ist, je größer die Stromstärke des Gleichstroms ist, je höher der vom Magneten 32 erzeugte magnetische Fluß ist und je mehr stromdurchflossene Windungen der Wicklungen im Bereich des Magneten 32 von dessen Magnetfeld durchsetzt werden, d. h. je höher die Wicklungsdichte im Bereich des Magneten 32 ist. Hierbei ist es unerheblich, ob der Magnet 32 von einem Permanent­ magneten oder einem Elektromagneten gebildet ist.

Bevorzugt ist jedoch die Bestückung des Läufers 12 mit einem Permanentmagneten, da hierdurch das Problem der Stromzufuhr zu den Magneten vermieden ist. Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, daß zwei Querschenkel vorgesehen sind. Es wäre unter Umständen auch ausreichend, wenn der Magnet 32 seinen Magnetfluß über die beiden Seitenschenkel 16 und 18 und einen Querschenkel, bei­ spielsweise den Querschenkel 22, schließen könnte.

Der durch die Antriebswicklungen fließende Gleichstrom erzeugt im Joch 23 einen magnetischen Fluß, welcher bei der Auslegung des Linearmotors berücksichtigt werden muß, da er dem Magnetfluß des Magneten 32 überlagert ist. Insbesondere besteht in den Bereichen, in welchen die beiden Magnetflüsse gleich gerichtet sind, das Problem, daß durch die Überlagerung die Magnetsättigung des Joch­ materials erreicht werden kann. In diesem Fall könnte dann weniger Magnetfluß des Magneten 32 in das Joch 23 eintre­ ten, was zu einer Verminderung der Vortriebseffektivität des Linearmotors 10 führen würde. Dadurch, daß die zweiten Wicklungen 28 und 30 so mit Gleichstrom beschickt werden, daß das von ihnen im Joch 23 erzeugte Magnetfeld dem von den Wicklungen 24 und 26 erzeugten Magnetfeld entgegenge­ setzt gerichtet ist, wird der Magnetfluß der Wicklungen 24 und 26 von dem Magnetfluß der Wicklungen 28 und 30 zumin­ dest teilweise kompensiert. Im Idealfall heben sich die magnetischen Flüsse der Antriebswicklungen 24 und 26 und der Kompensationswicklungen 28 und 30 gegenseitig genau auf, so daß der Magnetfluß im Joch 23 lediglich vom Magneten 32 hervorgerufen wird. Gleichzeitig reduzieren die Kompensationswicklungen 28 und 30 auch die Induktivi­ tät des Linearmotors 10, was sich äußerst günstig auf dessen Regelungseigenschaften auswirkt, insbesondere sind die Ansprechzeiten auf Steuersignale reduziert.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearmotors dargestellt. Im Vergleich mit Fig. 1 erhalten analoge Teile gleiche Bezugszeichen, jedoch vermehrt um die Zahl 100. Bei dem Linearmotor 110 sind die zweiten Wicklungen 128 und 130 nicht mehr an den Querschenkeln 120 bzw. 122 angeordnet, sondern nunmehr, genau wie die ersten Wicklungen 124 und 126, an den Seitenschenkeln 116 und 118. Somit können auch die zweiten Wicklungen 128 und 130 eine Kraft auf den Läufer 112 ausüben, wenn dieser in den Bereich des die Wicklungen 128 und 130 tragenden Längenabschnitts der Seitenschenkel 116 und 118 kommt.

Bei einer Integration der als Kompensationswicklungen für die ersten Wicklungen 124 und 126 geschalteten zweiten Wicklungen 128 und 130 in den Transportweg des Läufers 112 sind verschiedene Betriebsweisen denkbar. Soll der Läufer 112 beispielsweise aus einem dem Querschenkel 122 nahege­ legenen Längenabschnitt 116a/118a der Seitenschenkel 116 und 118 in einen dem Querschenkel 120 nahegelegenen Längenabschnitt 118b/118b der Seitenschenkel 116 und 118 übergeführt werden und danach wieder in den Längenab­ schnitt 116a/118a zurückgeführt werden, so kann dies dadurch erreicht werden, daß die Wicklungen 124 und 126 als Antriebswicklungen und die Wicklungen 128 und 130 als Kompensationswicklungen geschaltet sind, wobei die Wick­ lungen 124, 126, 128 und 130 jeweils gleiche Wicklungsdichte und gleiche Wicklungslänge aufweisen. Der Läufer 112 wird dann im Bereich der Wicklungen 124 und 128 in Richtung des Pfeils A auf eine Sollgeschwindigkeit beschleunigt, wenn die Wicklungen 124 und 126 dementsprechend mit Gleichstrom beschickt werden. Nach der Beschleunigung durchläuft der Läufer 112 einen nicht bewickelten Längenabschnitt 116c/118c der Seitenschenkel 116 bzw. 118, bevor er zwischen die Wicklungen 128 und 130 eintritt. Die Wick­ lungen 128 und 130 üben dann, wenn sie nach wie vor als Kompensationswicklungen für die Antriebswicklungen 124 und 126 geschaltet sind, eine in Richtung des Pfeils B ge­ richtete Bremskraft auf den Läufer 112 aus und bremsen ihn bis zum Stillstand ab. Wird der Strom nach Erreichen des Stillstands des Läufers 112 nicht abgeschaltet, so üben die Wicklungen 128 und 130 auf den Läufer 112 nach wie vor eine in Richtung des Pfeils B gerichtete Kraft aus, so daß dieser wieder in Richtung auf den Längenabschnitt 116a/118a hin beschleunigt wird. Die Wicklungen 128 und 130 wirken nunmehr als Antriebswicklungen, die Wicklungen 124 und 126 als Kompensationswicklungen. Der Läufer 112 wird also von den Wicklungen 128 und 130 auf seine Soll­ geschwindigkeit beschleunigt, durchläuft dann den nicht bewickelten Längenabschnitt 116c/118c, um schließlich von den Wicklungen 124 und 126 wieder zum Stillstand abge­ bremst zu werden. Wird der Gleichstrom weiterhin nicht abgeschaltet, so beginnt die Bewegung des Läufers 112, ausgehend vom Längenabschnitt 116a/118a, erneut. Es ergibt sich somit eine oszillierende Bewegung des Läufers 112 zwischen den Längenabschnitten 116a/118a und 116b/118b.

Daneben ist es jedoch auch möglich, den Läufer 112 auch im Bereich der Wicklungen 128 und 130 weiter in Richtung des Pfeils A zu beschleunigen. Hierzu muß allerdings die Richtung des die Wicklungen 124, 126, 128 und 130 durchset­ zenden Stroms umgeschaltet werden, wenn sich der Läufer 112 im Bereich der unbewickelten Längenabschnitte 116c und 118c befindet. Dieses Umschalten kann beispielsweise von Hand oder automatisch nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Einschalten des Stroms erfolgen. Besonders einfach und zuverlässig ist es jedoch, im Längenabschnitt 116c/118c Sensoren bzw. Schaltelemente 134 vorzusehen, welche den Strom dann umschalten, wenn der Läufer 112 sich an ihnen vorbei bewegt. Um dem Läufer 112 nach erneuter Beschleunigung in Richtung des Pfeils A durch die Wick­ lungen 128 und 130 ein Austreten aus dem Linearmotor 110 zu ermöglichen, kann beispielsweise der Querschenkel 120, wie in Fig. 2 mit gestrichelten Linien 136 angedeutet ist, weggelassen werden. Der Rückschluß des Magnetstroms des Dauermagneten 132 erfolgt dann lediglich über den Quer­ schenkel 122 und die Seitenschenkel 116 und 118.

In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform des Linearmotors dargestellt, welche sich besonders gut für die vorstehend beschriebene Betriebsweise eignet. Analoge Teile sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch vermehrt um die Zahl 200. Im Unterschied zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist der Linearmotor 210 Querschenkel 220 und 222 auf, welche die Bewegung des Läufers 212 aus dem Bereich des Linearmotors 210 heraus nicht behindern. Hierzu weisen die Querschenkel 220 bzw. 222 jeweils einen relativ zu den Seitenschenkeln 216 und 218 aus einer von den Längsachsen der Seitenschenkel festgelegten Ebene versetzten Hauptabschnitt 220a bzw. 222a auf, welcher mit den Seitenschenkeln 216 und 218 über jeweils einen Verbindungsabschnitt 220b bzw. 222b verbun­ den ist.

Der Linearmotor 210 ermöglicht eine Hintereinanderschal­ tung beliebig vieler solcher Linearmotoren. Nachdem der Läufer 212 beispielsweise aus dem Linearmotor 210a ausge­ treten ist, tritt er in den Längenabschnitt 216a/218a des Linearmotors 210 ein, wird von den Antriebswicklungen 224 und 226 in Richtung des Pfeils A beschleunigt, durchläuft dann einen unbewickelten Längsabschnitt 216c/218c des Linearmotors 210 und betätigt hierbei das Schaltelement 234, welches ein Umschalten des Gleichstroms in den Spulen 224, 228, 228 und 230 bewirkt. Somit wird der Läufer 212 anschließend von den Wicklungen 228 und 230 ebenfalls in Richtung des Pfeils A weiter beschleunigt und verläßt nach Durchlaufen des Längenabschnitts 216b/218b den Linearmotor 210 in Richtung zum Linearmotor 210b. In dem Längenab­ schnitt 216b/218b kann ein weiterer Sensor bzw. Schalter 238 vorgesehen sein, welcher den die Wicklungen 224, 226, 228 und 230 des Linearmotors 210 durchfließenden Strom abschaltet und eine Beschickung der Wicklungen des nächstfolgenden Linearmotors 210b bewirkt, so daß der Läufer 212 vom Linearmotor 210b weiter in Richtung des Pfeils A beschleunigt wird. Mit einer derartigen Linear­ motoranordnung lassen sich prinzipiell beliebig lange Transportwege realisieren.

Prinzipiell ermöglichen aus die Ausführungsformen des Linearmotors gemäß den Fig. 1 und 2 eine Hintereinan­ derschaltung beliebig vieler derartiger Linearmotoren. Der Läufer ist in diesem Fall dann nicht zwischen den Seiten­ schenkeln geführt, sondern kann beispielsweise oberhalb der Seitenschenkel geführt sein mit entsprechender Magnetisierung der oberhalb der Seitenschenkel angeord­ neten Teile des Läufers. Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 hat jedoch neben der einfacheren seitlichen Führung auch den Vorteil geringerer Bauhöhe des Linearmotors.

In Fig. 4 ist eine vierte Ausführungsform des Linearmotors dargestellt, wobei analoge Teile mit gleichen Bezugszei­ chen versehen sind, jedoch vermehrt um die Zahl 300. Beim Linearmotor 310 sind die Antriebs- und Kompensationswick­ lungen in Wicklungsabschnitte 324a-d, 326a-d, 328a-d und 330a-d unterteilt, welche zwischen an den Seiten­ schenkeln 316 und 318 ausgebildete Polzähne 340 eingelegt sind. Durch diese Polzähne 340 werden unerwünschte Luft­ spalte zwischen dem Läufer 312 und dem Joch 323 vermieden. Derartige Luftspalte sind unerwünscht, da sie den Über­ tritt des Magnetflusses des Magneten 332 in das Joch erschweren und somit die Effektivität des Linearmotors 310 negativ beeinflussen.

In Fig. 5 ist grob schematisch ein Seitenschenkel einer weiteren Ausführungsform mit örtlich variierender Wick­ lungsdichte dargestellt. Der Seitenschenkel 416 weist eine Antriebswicklung 424 und eine Kompensationswicklung 428 auf, welche beide eine in Richtung der Längsachse des Seitenschenkels 416 örtlich variierende Wicklungsdichte aufweisen. Insbesondere in den Beschleunigungs- bzw. Bremsabschnitten 424e und 428e der Wicklungen 424 und 428, d. h. angrenzend an die Längenabschnitte 416a bzw. 416b des Seitenschenkels 416, ist eine hohe Wicklungsdichte er­ wünscht, um ein schnelles Anfahren bzw. ein effektives Abbremsen des Läufers zu ermöglichen. Die an den Längen­ abschnitt 416c angrenZenden Wicklungsabschnitte 424f und 428f der Wicklungen 424 und 428 können eine geringere Wicklungsdichte aufweisen, da es hier vorwiegend darauf ankommt, daß sich der Läufer mit seiner vorbestimmten Sollgeschwindigkeit weiter bewegt, d. h. daß insbesondere Reibungsverluste ausgeglichen werden.

In Fig. 6 ist eine zylinder-symmetrisch ausgebildete Ausführungsform des Linearmotors gezeigt. Analoge Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, jedoch vermehrt um die Zahl 500. Der Linearmotor 510 weist einen einen Seitenschenkel des Jochs 523 bildenden zylindrischen Jochkern 516 auf, welcher Wicklungen 524 und 526 trägt, wobei in Fig. 6 die Wicklung 526 teilweise durchbrochen dargestellt ist, um den Blick auf den sie tragenden Jochkern 516 freizugeben. An den Enden 516a und 516b des Jochkerns 516 sind scheibenförmige Querschenkel 520 und 522 angebracht, welche an ihrem äußeren Umfangsrand mit einem hohlzylindrischen Jochmantel 518 verbunden sind, welcher einen zweiten Seitenschenkel des Jochs 523 bildet. Zwischen dem Jochkern 516 und dem Jochmantel 518 ist ein Ringraum 542 ausgebildet, in welchem ein hülsenförmiger Läufer 512, den Jochkern 516 umgreifend, aufgenommen ist. Um eine Kraftübertragung des Läufers 512 auf einen außer­ halb des Linearmotors 510 angeordneten zu bewegenden Gegenstand (nicht gezeigt) ausüben zu können, kann einer der Querschenkel, beispielsweise der Querschenkel 520, weggelassen werden und der Läufer 512 über ein in Fig. 8 nicht dargestelltes, nicht magnetisierbares, axial ver­ laufendes Kraftübertragungsglied mit dem äußeren Gegen­ stand verbunden sein. Alternativ kann in dem Jochmantel 518 ein Langloch (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welches von einem nicht magnetisierbaren, radial verlau­ fenden und den Läufer 512 mit dem äußeren Gegenstand verbindenden Kraftübertragungsglied durchsetzt ist.

Erfindungsgemäß wird ein Linearmotor bereitgestellt, bei welchem der nutzbare Transportweg eines einzelnen Linear­ motors etwa zehn- bis hundertmal solang ist wie der Läufer und welcher mit Gleichstrom betrieben werden kann. Längere Linearmotoren können durch alternierend aufeinanderfol­ gende Antriebs- und Kompensationswicklungen realisiert werden, wobei dann statt des Gleichstroms ein Wechselstrom mit sehr niedriger Frequenz zum Betrieb des Linearmotors erforderlich ist. Die Antriebskraft kann örtlichen Gege­ benheiten durch eine Variation der Wicklungsdichte ange­ paßt werden, ohne daß der Wert der Antriebsstromstärke verändert werden muß. Auf Streckenabschnitten, welche ein Abbremsen des Läufers erfordern, kann eine entgegen der Bewegungsrichtung des Läufers gerichtete Bremskraft dadurch erzielt werden, daß in diesen Abschnitten Kompen­ sationswicklungen vorgesehen sind, d. h. Wicklungen mit im Vergleich zu den Antriebswicklungen umgekehrtem Wicklungssinn. Somit ist auch zum Erhalt solcher Brems­ strecken keine Umkehrung der Antriebsstromrichtung erfor­ derlich. Wird als Läufer ein Permanentmagnet verwendet, so hat dies zum einen den Vorteil, daß dem Läufer keine elektrische Energie zugeführt werden muß, welche dann auch nicht in Form von Wärme vom Läufer wieder abgeführt werden muß. Bei dem erfindungsgemäßen Linearmotor kann die Bremsenergie als Gleichstrom zurückgewonnen werden, wodurch er auch als "Lineargenerator" und "Lineartachome­ ter" verwendet werden kann.

Claims (12)

1. Linearmotor (10; 110; 210; 310; 510) mit einem Stator (14; 114; 214; 314; 514) und einem relativ zum Stator beweg­ baren Läufer (12; 112; 212; 312; 512),
wobei eines der Teile (14; 114; 214; 314; 514), Stator oder Läufer, ein Joch (23; 123; 223; 323; 523) hoher magne­ tischer Leitfähigkeit umfaßt, welches Joch (23; 123; 223; 323; 523) wenigstens zwei länglich ausgebildete Seitenschenkel (16; 18; 116; 118; 216, 218; 316, 318; 416; 516, 518) mit jeweils im wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des Läufers (12; 112; 212; 312; 512) verlaufender Längsachse und wenigstens einen länglich ausgebildeten Querschenkel (20, 22; 120, 122; 220, 222; 320, 322; 520, 522) zur Verbindung der wenigstens zwei Seitenschenkel (16, 18; 116; 118; 216, 218; 316, 318; 418; 516, 518) mit jeweils im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Läufers (12; 112; 212; 312; 512) verlaufender Längsachse aufweist,
wobei das eine Teil (14; 114; 214; 314; 514) weiter wenigstens eine in einem ersten Längenabschnitt des einen Teils an wenigstens einem der Seitenschenkel (16, 18; 116, 118; 218, 218; 316, 318; 416; 516, 518) des Jochs (23; 123; 223; 323; 523) angeordnete, als Antriebswicklung betreibbare, erste Wicklung (24, 26; 124, 126; 224; 226; 324a-d, 328a-d; 424, 426; 524) umfaßt und
wobei das jeweils andere Teil, Läufer bzw. Stator, (12; 112; 212; 312; 512) wenigstens einen Magneten (32; 132; 232; 332) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß an wenigstens einem der Schenkel (16, 18, 20, 22; 116, 118, 120, 122; 216, 218, 220, 222; 316, 318, 320, 322; 516, 518, 520, 522) des Jochs wenigstens eine zweite Wicklung (28, 30; 128, 130; 228, 230; 328a-d, 330a-d; 428; 528) vorgesehen ist, deren im Joch (23; 123; 223; 323; 523) erzeugtes Magnet­ feld dem von der ersten Wicklung (24, 26; 124, 126; 224, 226; 324a-d, 326a-d; 424, 426; 524) im Joch (23; 123; 223; 323; 523) erzeugten Magnetfeld entgegengesetZt gerichtet ist.

2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Querschenkel (20, 22) mit wenigstens einer zweiten Wicklung (28, 30) versehen ist.

3. Linearmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Seitenschenkel (116, 118; 216, 218; 316, 318; 416; 516, 518) des Jochs (123; 223; 323; 523) in einem zweiten Längenabschnitt des einen Teils (114; 214; 314; 514) mit wenigstens einer zweiten Wicklung (128, 130; 228, 230; 328a-d, 330a-d; 428; 528) versehen ist.

4. Linearmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wicklungen (124, 126; 224, 226; 324a-d, 326a-d; 424, 426; 524) oder die zweiten Wicklungen als Antriebswicklungen und die jeweils anderen Wicklungen als Kompensationswicklungen geschaltet sind,
wobei die Antriebswicklungen auf den Läufer (112; 212; 312; 512) eine in Bewegungrichtung des Läufers gerichtete Beschleunigungskraft ausüben, und
wobei die Kompensationswicklungen auf den Läufer (112; 212; 312; 512) eine der Bewegungrichtung des Läufers entgegengesetzt gerichtete Beschleunigungskraft ausüben.

5. Linearmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wicklungen (124, 126; 224, 226; 324a-d, 326a-d; 424, 426; 524) als Antriebswicklungen und die zweiten Wicklungen (128, 130; 228, 230; 328a-d, 330a-d; 428; 528) als Kompensationswicklungen geschaltet sind, wenn das andere Teil (112; 212; 312; 512) relativ zum einen Teil aus dem ersten Längenabschnitt des einen Teils (114; 214; 314; 514) in den zweiten Längenabschnitt des einen Teils übergeführt werden soll und im zweiten Längenabschnitt abgebremst werden soll.

6. Linearmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten Wicklungen (124, 126; 224, 226; 324a-d, 326a-d; 424, 426; 524) als Antriebswicklungen und die zweiten Wicklungen (128, 130; 228, 230; 328a-d, 330a-d; 428; 528) als Kompensationswicklungen beschaltet sind, wenn sich das andere Teil (112; 212; 312; 512) im Bereich des ersten Längenabschnitts des einen Teils (114; 214; 314; 514) befin­ det, und
daß die zweiten Wicklungen (128, 130; 228, 230; 328a-d, 330a-d; 428; 528) als Antriebswicklungen und die ersten Wicklungen (124, 126; 224, 226; 324a-d, 326a-d; 424, 426; 524) als Kompensationswicklungen beschaltet sind, wenn sich das andere Teil (112; 212; 312; 512) im Bereich des zweiten Längenabschnitts des einen Teils (114; 214; 314; 514) befin­ det und das andere Teil relativ zum einen Teil über den zweiten Längenabschnitt des einen Teils hinaus bewegt werden soll.

7. Linearmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen benachbarten ersten Wicklungen (24, 26; 124, 126; 224, 226; 324a, 326a; 424, 426; 524) und zweiten Wicklungen (28, 30; 128, 130; 228, 230; 328d, 330d; 428; 528) jeweils wenig­ stens ein Sensor-Element (134; 234, 238) angeordnet ist zur Erfassung der Relativstellung der beiden Teile, Stator (114; 214; 314; 514) und Läufer (112; 212; 312; 512), und
daß die Beschaltung der ersten Wicklungen (24, 26; 124, 126; 224, 226; 324a-d, 326a-d; 424, 426; 524) und zweiten Wick­ lungen (28, 30; 128, 130; 228, 230; 328a-d, 330a-d; 428; 528) als Antriebswicklungen bzw. Kompensationswicklungen in Abhän­ gigkeit der von den Sensor-Elementen (134; 234, 238) er­ faßten Signale erfolgt.

8. Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wicklungen (424) und/oder zweiten Wicklungen (428) eine in Richtung der Längsachse des die jeweilige Wicklung tragenden Seitenschenkels (416) va­ riable Wicklungsdichte aufweisen.

9. Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschenkel (220, 222) des Jochs (223) jeweils einen relativ zu den Seitenschenkeln (216, 218) aus einer von den Längsachsen der Seitenschenkel (216, 218) festge­ legten Ebene versetzten Hauptabschnitt (220a, 222a) auf­ weisen, welcher mit den zugeordneten Seitenschenkeln (216, 218) über jeweils einen Verbindungsabschnitt (220b, 222b) verbunden ist.

10. Linearmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearmotor (510) zylinder-symmetrisch ausge­ bildet ist mit einem einen Seitenschenkel (516) des Jochs (523) bildenden, die Motorachse festlegenden, zylin­ drischen Jochkern (516) und einem einen zweiten Seitenschenkel (518) des Jochs (523) bildenden, den Jochkern (516) unter Bildung eines Ringraums (542) mit Abstand umgreifenden, hohlzylin­ drischen Jochmantel (518), wobei das andere Teil (512) hülsenförmig ausgebil­ det und im Ringraum (542) angeordnet ist.

11. Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wicklungsabschnitte (324a-d, 326a-d, 328a-d, 330a-d) der ersten und zweiten Wicklungen zwischen am Joch (323) vorgesehenen Polzähnen (340) angeordnet sind.

12. Linearmotoranordnung umfassend in Bewegungsrichtung des Läufers aufeinanderfolgend angeordnete Linearmotoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.