NO174689B - Beroeringsfri lineaer drivanordning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en berøringsfri lineær drivanordning av den art som er angitt i innledningen til krav 1, slik som f.eks. anvendt for å drive magnethengebaner og heiser.

En slik lineær drivanordning er kjent fra DE-OS 31 20 328. Det er kjent flere systemer som anvender berøringsfrie lineære drivanordninger.

Således er det f.eks. kjent en såkalt lineær motor ved hvilken statoren er anordnet langs føringsbanen, mens rotoren er anordnet i kjøretøyet.

Andre kjente systemer har langs føringsbanen permanentmagneter, mens det på kjøretøyet er anordnet en elektrisk magnet, som stadig skifter polariteten, hvorved kjøretøyet trekker seg langs permanentmagneten.

Alle disse kjente drivsystemer har den ulempen at de bruker svært mye elektrisk strøm, da spesielt på grunn av at det er til stede en relativt stor luftspalte mellom stator og rotor. Strømforbruket øker imidlertid med kvadratet på avstanden. Dessuten går det relativt mye energi tapt som følge av varmegenerer ing.

Fra DE-OS 31 20 328 er kjent en lineær motor, hvis primærdel er en roterende sylindrisk valse, på hvilken omkrets er anbragt skrueformede magneter. Nord- og sydpol er derved utformet som kontinuerlige bånd, hvorved det dannes i området av sylinderoverflaten et aksialt vandrende felt. På grunn av de tett på hverandre følgende magnetpolbånd kortsluttes nevnte felt delvis mellom polene og kun en relativt liten del kortsluttes over sekundærdelen, ved hvilken dessuten frembringes en relativt høy virvelstrømandel. Disse kjente motorene er derfor ikke spesielt økonomiske.

Dessuten er det fra DE-PS 34 28 684 kjent en magnetisk drivanordning, hvilken primaerdel er utformet som magnethjul, som samvirker med et spor for sin sekundserdel, hvilke spor er tannformet. Også disse magnetiske oppbygningene har en relativt liten virkningsgrad da magnetkretsen alltid må bli sluttet fra to på hjulomkretsen på hverandre følgende poler over sekundærdelen.

Fra "Eussian Engineering Journal", volum 53, nr. 4, 1973, sidene 27-29, og især fig. 2 (Krasnikov) er kjent en lineær drivanordning, hvis roterende primærdel/transportdel utgjøres av en stillestående, roterende sylindrisk valse, på hvis omkrets er anordnet en dobbeltskrue i mykmagnetisk materiale med derimellom aksialt orienterte permanentmagneter. En på en forholdsvis kort strekning lineært pendelbar mykmagnetisk sekundærdel/transportdel er dannet som en del med U-profil, hvis ben nærmer seg de to skruene i et tangensialt parti på rotoren fram til en liten luftspalte. Ved hjelp av dobbelt-skruevalsens rotasjon tilveiebringes det via skruene og U-profilen sitt lukkede magnetfelt en lineær bevegelse av V-profildelen. Ettersom imidlertid kun en dobbelskruesektor, som er forsynt med en rekke permanentmagneter, hele tiden samvirker med U-profilen blir forskyvningskreftene og dermed virkningsgraden forholdsvis liten. Dessuten er transportskru-ens lengde på grunn av den stillestående anordningen av de roterende primær- hhv. styredeler av økonomisk årsak forholdsvis begrenset for å muliggjøre transport av større last langs en lang strekning.

Her skal også nevnes fransk publikasjon nr. 2 206 620, ettersom det i denne publikasjonen beskrives en ferromagnetisk stator som består av et aksialslisset rør med indre dobbeltskruer, i hvilke forflyttes en induktor (transportdel) koaksialt ridende fastsatt på et kjøretøy og hvor induktoren har minst en permanentmagnet. Derved plasseres hele tiden en statorskrue midt mot en rotormagnetpol. Statorens to ferromagnetiske skruer er anordnet faseforskjøvet med 180° slik at de praktisk talt ligger midt mot hverandre. I transportdelen/rotoren er anordnet magneter i diagonal polretning på en slik måte at rotorpoler og statorskruer blir liggende diagonalt midt mot hverandre med luftspalte stående midt mot hverandre på rotoromkretsen. Det fremgår ikke tydelig hvorledes magnetisk kobling tilveiebringes i det tilfelle hvor den utføres med betongrør og med ferromagnetiske skruer. Statorens to N-skruer hhv. S-skruer strekker seg praktisk talt ved siden av hverandre adskilt og uavhengig av hverandre uten å muliggjøre en direkte magnetisk kobling av magnetene via skruene. Denne kjente anordningens virkningsgrad er således forholdsvis liten ettersom kun forholdsvis små magnetkrefter blir virksomme ved anvendelse av en eller flere i diagonal retning anordnede permanentmagneter og hvorved den genererte motoriske kraften blir forholdsvis liten.

Oppgaven til oppfinnelsen er å tilveiebringe en berøringsfri lineær drivanordning, som er billig i oppbygningen og funksjon.

Denne oppgaven blir løst ved hjelp av en berøringsfri lineær anordning av den innledningsvis nevnte art hvis karakte-ristiske trekk fremgår av krav 1.

Den lineære drivanordningen ifølge oppfinnelsen har således dobbeltskruer selv på transportdelen/rotoren, hvorved de permanente magnetene er anordnet i transportdelen/rotoren på en slik måte at de to forholdsvis tett på hverandre følgende skruer har motsatt polaritet (N-S) og et konstant magnetfelt genereres i den magnetiske kretsen, som dannes av en dobbeltskrue og den magnetiske koblingen. Herved oppnås at en svært smal N-S-polarisert dobbeltskrue står midt mot en likeledes smal ferromagnetisk dobbeltskrue, som danner magnetkoblingen, hvorved det sluttes en svært smal magnetisk krets som muliggjør høy virkningsgrad. Dessuten er det mulig å føye inn svært høyeffektivt magnetmateriale ved å anordne permanentmagnetene aksialt mellom den ferromagnetiske skruen eller radialt i selve rotorskruen, hvorved det tilveiebringes en lineær drivanordning med svært store motoriske krefter.

I profilen kan det være anordnet vindulignende utsparinger, idet imidlertid utsparingen befinner seg over skruen og den magnetiske strømmen foregår over de derimellom seg strekkende steg.

Profildelen kan også være en i det vesentlige bølgeformet profilering med i transportretningen på hverandre følgende bølgetopper og daler. Det er derved fordelaktig når spissen på bølgetoppen nær skruen og i det vesentlige parallelt med mantelflaten og er i det vesentlige prosjektert ved samme aksiale utstrekning som skruene slik at den magnetiske strømmen er optimalisert.

Profildelen kan dessuten ha i det vesentlige loddrett i forhold til dobbeltskruen pekende ribber slik at foten på en ribbe vender mot skruen med kun en begrenset avstand (spalte).

Ribbene kan derved være anbragt på en glatt bæredel ved f.eks. sveising. Profildelen kan også være satt sammen av enkelte L-profilelementer, idet de respektive aksialt pekende benene er f.eks. sveiset på hverandre som legemer og de dertil loddrette benene forløper i det vesentlige radialt i forhold til snekken. Profildelen kan også være satt sammen av enkelte U-profilelementer, som ligger på hverandre med sine respektive ben i aksial rekkefølge eller de kan være satt av T-profiler, som er anordnet tilsvarende med sitt midtre ben radialt innoverpekende. Denne sveisede utformingen henholdsvis fremstillingsmåten av ribbede profildeler er spesielt fordelaktig og økonomisk ved rørformet utforming av profildelen .

Naturligvis kan også bølgeformede profildeler av enkelt-elementer bli sveiset sammen henholdsvis profilrørene kan være utformet som respektive sveisede endeløse rør av L-eller U-profilbånd.

Ved anordning av permanentmagnetene i dobbeltskruen er disse ved den første utførelsesformen utformet slik at begge skruene er anordnet om en myk magnetisk kjerne og hvor skruene har motsatt polaritet. For dette formål er magnetene i skruen forsynt med radial orientering slik at ved den ene skruen er henholdsvis sydpolen utoverrettet og ved den andre skruen er nordpolen rettet utover. Dermed kan man henvise til en sydpol skrue og en nordpol skrue. Den ved hjelp av denne anordning tilveiebragte magnetiske strøm har ved utførelsen av profildelen som myk-magnetisk profilskinne med utsparing følgende forløp: Den kommer ut fra nordpolen, overvinner luftspalten mellom snekken og jernskinnen og går så inn i en eike til profilskinnen og kommer ut igjen foran neste utsparing. Så overvinner den den neste luftspalten og går inn i sydpolen til den neste skrue. Den innvendige polen til skruen kortsluttes gjennom den myk-magnetiske kjernen. Således er hele kretsløpet sluttet. Skruen har en forutbestemt avstand i forhold til jernskinnen. Skruene kan ifølge foreliggende oppfinnelse bli satt i rotasjonsbevegelse ved hjelp av en elektrisk motor og være montert ved et foretrukket ut-førelseseksempel ved kjøretøyet. Ved rotasjon av skruen oppstår et konstant magnetfelt, som forskyver kjøretøyet. Da profilskinnen er anordnet fast ved denne utførelsesformen på kjørebanen henholdsvis ved taubane fast ved bæreprofilen, skrur skruene, som danner en snekke langs disse og frem-bringer således den nødvendige driften av kjøretøyet, til hvilke snekken er festet.

I en annen utførelsesform av snekken kan skruen være fremstilt av myk-magnetisk materiale, mens kjernen består av ikke-magnetisk materiale. Permanentmagneten er herved anordnet i mellomrommet mellom skruen i vesentlig aksial orientering. Derved er magneten til det ene mellomrommet forsynt med f.eks. nordpolen pekende i transportretningen, mens det andre mellomrommet er utført med en sydpolorientert magnet slik at en skrue står frontmessig foran samme pol, altså henholdsvis en sydskrue vendt mot en sydpol. Derved fremkommer i skruen en sterk konsentrering av magnetlinjene hvorved virkningsgraden økes betydelig.

Transportbevegelsen tilveiebragt av lineærdrivanordningen kan finne sted kontinuerlig i en retning når f.eks. dobbeltskruen roteres kontinuerlig i en retning. Det kan imidlertid også tilveiebringes en frem- og tilbakegående bevegelse, noe som finner anvendelse ved verktøymaskiner, idet skruen henholdsvis snekken gjennomfører en dreiebevegelse i urviserretningen henholdsvis mot urviserretningen.

Snekken dannet av skruen og kjernen kan f.eks. bli satt i dreiebevegelse på i og for seg kjent måte via en elektrisk motor. Det er imidlertid også mulig å overføre dreie-bevegelsen fra andre seg dreiende elementer f.eks. kjøretøyer eller verktøymaskiner via kjente overføringselementer til snekken.

Dessuten er det fordelaktig når det ved dobbeltskrue-transportdelen er anordnet en sikkerhetsskrue av ikke-magnetisk stål. Dette er en passiv skrue, som ikke må ha mer enn eller maksimalt to viklinger. Sikkerhetsskruen rager derved radialt forholdsvis dypt inn i profildelen og virker med denne likeledes radiale ribber som en friksjonsbremse. Herved kan ved overbelastning av rotor ikke denne slure da sikkerhetsskruen på ribben til profildelen settes på og bremser slurebevegelsen. Derved er avstanden mellom profilribben og sikkerhetsskruen slik at rotoren legges an mot sikkerhetsskruen til profilribben rett før magnetfeltet forsvinner. Dette er tilfellet ved en ca. 90 #-ig belastning. Ved utførelsesformen med dobbeltskrue med radikalt orienterte magneter er det fordelaktig og samtidig plassbesparende å anordne sikkerhetsskruen mellom magnetskruene ved kjernen. Ved aksielt orienterte magneter er dette ikke mulig. Her er det hensiktsmessig å anordne sikkerhetsskruen ved et kjerneavsnitt utenfor polskruen. Derved vil tilveiebringes en større fasthet når kjernediameteren i dette området settes til en større diameter for polskruen slik at sikkerhetsskruen har i det vesentlige kun høyden av profilribbene.

Drivanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse har store fordeler fremfor de tidligere kjente lineærmotorene. Snekken kan bli drevet av en normal elektrisk motor som i ideelt tilfelle arbeider, altså der hvor rotor og stator har minst mulig spalte. Strømforbruket er alltid konstant og ikke avhengig av størrelsen på en luftspalte.

Dessuten er det særdeles fordelaktig at den optimale og svært økonomiske anvendbarheten til lineærmotoren ifølge oppfinnelsen. Denne motoren kan således bli anvendt for transport-bevegelse innenfor praktisk talt enhver ønskelig retning. Således er en anvendelse ved horisontal transport optimal, som f.eks. ved taubaner, porter, verktøymaskiner eller andre maskiner, hvor relativbevegelsen skal utføres av hele maskinen eller innenfor maskinen.

Anvendelsen av motoren for vertikaltransport er også svært fordelaktig. Ved anvendelse f.eks. på vanlig måte med transportkabelarbeidende heiser for person- eller material-transport, er det ikke nødvendig med noen ytterligere oppbygninger eller bygninger under for drivanordningen hvorved det kan spares på plass og material. Det er således ikke nødvendig med tau henholdsvis kabler som har en stor egenvekt, hvorved man kan kjøre i gruveganger ved stor dybde. Til nå har det vært nødvendig å bygge gruvegangene forskjøvet i forholdet til hverandre slik at disse blir kjørt i avsnitt, noe som gir et svært komplisert og dyrt transportsystem.

I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser en lineær drivanordning ved en første ut-førelsesform med en dobbeltskrue og et bølget rør som profildel. Fig. 2 viser et snitt langs linjen VII-VII på fig. 1, idet

anordningen av magnetene i skruen er vist.

Fig. 3 viser en dobbeltskrue i en andre utførelsesform med myk magnetisk skrue og derimellom aksialt orientert anordnede magneter. Fig. 4 viser et delvis snitt gjennom en lineær drivanordning i en andre utførelsesform med en dobbeltskrue ifølge fig. 3 og en L-profildel. Fig. 5 viser et delvis snitt gjennom en lineær drivanordning av en ytterligere utførelsesform med en dobbeltskrue med radial utrettede magneter, en med ribber forsynt rørprofil satt sammen av U-profildeler og en sikkerhetsskrue. Fig. 6 viser et snitt som fig. 5, men med en rørdel med

aksialt utrettede magneter.

Som det fremgår av fig. 1 består en berøringsfri lineær drivanordning ved en første utførelsesform av oppfinnelsen av en dobbeltskrue i som danner en snekke med en myk-magnetisk kjerne 5 rundt hvilken er anordnet i samme avstand i forhold til hverandre to skruer 3, 4 som er fremstilt av permanentmagnetisk materiale eller permanentmagnetstykker. Polariteten er derved valgt slik at de fra ene skruen til den andre virker motsatt, hvorved det dannes en nordskrue 3 og en sydskrue 4. Herved oppstår det langs profilskinnen 9 sett i lengderetningen avvekslende henholdsvis nordpol og sydpol.

Skruene 3, 4 kan ved den første utførelsesformen være fremstilt fullstendig av permanentmagnetisk materiale, mens det på den andre siden er mulig å innleire små stavmagneter i radikal utretning i et ikke-magnetisk materiale slik at det totalt oppstår en dobbeltskrue med myk-magnetisk kjerne. Denne innleiringen kan foretas ved forskjellig kjente fremstillingsmåter som f.eks. støping eller sintring.

Rundt dobbeltskruen 1 er anordnet et i det vesentlige konsentrisk bølget rør, som har i aksial retning på hverandre følgende bølgetopper 11 og bølgedaler 12. Bølgene er anordnet med samme trinn og samme stigning som skruene 3, 4 og danner likeledes dobbeltskruer. Dobbeltskruen og det bølgede røret er anordnet i forhold til hverandre slik at en skrue står overfor en bølgetopp, som har en avflatet spiss.

På fig. 2 er vist en dobbeltskrue ved hvilken skruene 3, 4 er dannet av myk-magnetisk materiale og er viklet om en ikke-magnetisk kjerne 5. I mellomrommene mellom skruene 3, 4 er det anordnet permanentmagneter i aksial orientering, som nærmere vist på fig. 4. Permanentmagnetene 14 er da innføyd med vekslende polaritet slik at et mellomrom med nordorien-tering alltid følges av et mellomrom med sydorientering. Herved blir alltid en skrue flankert av samme magnetpoler hvorved det fremkommer samtidig polariteten til skruen. Dette betinger en såkalt høy konsentrasjon av magnetlinjer 7, som i det vesentlige har det på fig. 4 stiplede inntegnede forløp.

Som det fremgår av fig. 3 har røret 10 en slissformet aksial passasje 13, gjennom hvilken passerer den her ikke viste lagringen hhv. de her ikke viste festeelementer for transportdelen 1.

Ved det på fig. 4, kun i mindre detaljer viste utførelses-eksempel er profildeler 2 utformet som et ribbeforsynt rør 15. De radialt pekende ribbene 17 er da respektive deler av en L-profil 16, som er sammenføyd til et endeløst rør ved sveising.

Ved utførelseseksemplet ifølge fig. 5 er dobbeltskruen 1 på samme måte som på fig. 1 forsynt med radialt rettede magneter 14. Profildelen 2 er sammensatt på lignende måte som ved utførelseseksemplet på fig. 4, idet det ble anvendt en U-profil som er sammensveiset i aksial rekkefølge med sine liggende ben på hverandre. De sammensveisede ben danner respektive ribber 17 til den således fremstilte profildel 2.

Mellom polskruene 3, 4 til dobbeltskruen 1 er det anordnet en sikkerhetsskrue 20 av ikke-magnetisk stål, som kan ha en til to viklinger. Skruen 20 rager derved relativt langt radial inn mellom ribbene 17 til profildelene 2 henholdsvis 15 og har ved ribben 17, som samvirker med bremsef laten et. bremsebelegg 21. Skruen 20 er festet på den i det vesentlige stavformede kjernen 5 av myk-magnetisk materiale til dobbeltskruen 1, f.eks. ved sveising.

Fig. 6 viser et ytterligere utførelseseksempel ved hvilket dobbeltskruen 1 er vist stort sett på fig. 3 og da med aksialt rettede magneter 14. Profildelene 2, 15 er sammensveiset som vist på fig. 5, bestående av U-profiler. Her er likeledes anordnet en sikkerhetsskrue 20, som er anordnet ved et utenfor kjerneavsnittet med polskruene 3, 4 til dobbeltskruen 1. Denne kan f.eks. være rotoren. Her er kjernen 5 forsynt med et trinn 22, som har en større diameter, idet denne diameteren har diameteren lik polskruene 3, 4. Den aktive bremseflaten til sikkerhetsskruen 20 er likeledes forsynt med et bremsebelegg 21 som ved utførelseseksemplet praktisk talt dekker hele den aktive frontflaten til sikkerhetsskruen, mens derimot ved utførelseseksemplet på fig. 5 utgjør bremsebelegget kun en del av den aksialt pekende bremseflaten til sikkerhetsskruen. Sikkerhetsskruen 20 er anbragt i forhold til ribbene 17 slik at allerede ved 90$ av maksimalbelastningen går sikkerhetsskruen 20 på ribbene 17 og bremsingen begynner uten at magnetfeltet er fjernet.

Claims (14)

1. Berøringsfri lineær drivanordning med minst en lineær rettet, rørformet, stasjonær føringsdel^2)i ferromagnetisk materiale, på hvis mantel er anordnet ferromagnetiske dobbeltskruer som sammen danner en profildel med minst en roterende transportdel (1) som er bevegelig langs føringsdelen og som er koaksialt anordnet i denne og som inneholder minst en permanentmagnet (14), hvorved hver skrue i føringsdelen (2) samvirker med en pol av transportdelens minst ene magnet, karakterisert ved at den roterende transportdelen (1) har som poler dobbeltskruer (1 hhv. 3, 4) i ferromagnetisk materiale som tilsvarer føringsdelens dobbeltskruer, hvilke er anordnet rundt en kjerne (5), at et konstant magnetfelt genereres i den magnetiske kretsen som dannes av de to delers motsvarende skruer, og at permanentmagnetene (14) er anordnet i transportdelen (1) på en slik måte at de to skruene (3, 4) polariseres i motsatt retning.

2. Lineær drivanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at føringsdelen (2) har vindulignende utsparinger som er anordnet i dobbeltskruer, hvorved de aksialt mellom utsparingene befinnende skrueformede stegene ligger på samme avstand som skruene (3, 4) i transportdelen (1).

3. Lineær drivanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at føringsdelen (2) har en bølgeformet profil med i transportretningen på hverandre følgende bølgetopper (11) og bølgedaler (12), der hver ligger på samme avstand som skruene (3, 4).

4. Lineær drivanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at føringsdelen (2) har i stort sett loddrette mot transportdelens (1) dobbelskrue (3, 4) rettede ribber (17), hvorved ribbene (17) ligger på samme avstand som skruene (3, 4).

5. Lineær drivanordning ifølge krav 3, karakterisert ved at bølgetoppenes (11) spisser er kappet i stort sett parallelle med transportdelens skruer (3, 4) og i stort sett på samme lengdeutstrekning som skruene (3, 4).

6. Lineær drivanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at føringsdelens (2) dobbeltskruer (11, 17) er anordnet skrånende i stort sett samme retning som transportdelens (1) skruer (3, 4).

7. Lineær drivanordning ifølge krav 4, karakterisert ved at føringsdelens (2) ribber (17) utgjør hver et ben til L-profiler hvor hver av dem er anordnet påfølgende hverandre sammensveiset med det andre benet.

8. Lineær drivanordning ifølge krav 4, karakterisert ved at føringsdelens (2) ribber (17) dannes av de på utsiden på hverandre liggende ben av to i transportretningen på hverandre liggende anordnet og med hverandre uløsbart forbundne U-profiler (18).

9. Lineær drivanordning ifølge krav 7 og 8, karakterisert ved at L-profilen hhv. U-profilen (16 hhv. 18) ved føringsdelens (2) utforming som med ribber forsynt rør (15) er utformet sammensveiset til et endeløst rør med ved innsiden liggende skrueribber (17).

10. Lineær drivanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at magnetene (14) er anordnet i radiell orientering i transportdelens (1) skruer (3, 4) og at kjernen (5) er fremstilt av mykmagnetisk materiale.

11. Lineær drivanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at skruene (3, 4) er fremstilt av myk-magnetisk materiale mens kjernen består av ikke-magnetisk materiale og at magnetene (14) er anordnet i aksiell orientering i mellomrommet mellom skruene (3, 4).

12. Lineær drivanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at minst en sikkerhetsskrue (20) av ikke-magnetisk stål er anordnet i dobbelskrue-transportdelen (1), som har maksimalt to viklinger og strekker seg stort sett over den totale utstrekningen til ribbene (11, 17) i rørprofUdelen (10, 16, 18) og samvirker med profildelens (10, 16, 18) ribber (11, 17).

13. Lineær drivanordning ifølge krav 12, karakterisert ved at sikkerhetsskruen (20) er med radialt orienterte magneter (14) anordnet på kjernen (5) mellom polskruene (3, 4).

14. Lineær drivanordning ifølge krav 12, karakterisert ved at sikkerhetsskruen (20) ved aksialt orienterte magneter er anordnet på ett utenfor magnetskrue-sonen (3, 4) liggende avsnitt av kjernen (5).