DE3000182A1

DE3000182A1 - Linearmotor

Info

Publication number: DE3000182A1
Application number: DE19803000182
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Jaffe; Wesley R Peterson
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1979-01-08
Filing date: 1980-01-04
Publication date: 1980-07-17
Also published as: GB2039150B; US4217507A; JPS6242467B2; JPS5594576A; GB2039150A

Description

WlEGAlMD NfEMANN
KÖHLER GERNHARDT GLAESCR

PATENTANWÄLTE

Zugelassen beim Europäischen Palenlaml

MÖNCHEN DR. E. WIEGAND DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT HAMBURG
DIPL-ING. J. GLAESER

DIPL-ING. W. NIEMANN OF COUNSEL

KONIGSTRASSE 28

D-2000 HAMBURG

TELEFON (040) 381233 TELEGRAMME: KARPATENT TELEX 212 979 KARP D

W.28065/79 20/Ne

^Januar

The Singer Company,
Elizabeth, New Jersey (V.St.A.)

Linearmotor.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor und insbesondere auf die Ausbildung eines Linearmotors, in welchem kleine billige Permanentmagneten in Verbindung mit elektrisch erregten Spulen verwendet werden, um den Motor vorzuspannen, um die lineare Bewegung eines Ankers zu erzeugen. Der offenbarte Linearmotor ist dafür gedacht, daß er mit Hilfe von kleinen Permanentmagneten aufgebaut werden kann, welche bei niedrigen Kosten leicht hergestellt werden können und in ein geformtes oder gespritztes Gehäuse leicht eingebaut werden können, wobei um das Gehäuse eine Spule mit elektrisch leitendem Draht gewickelt werden kann.

Bekannte kleine Linearmotoren weisen für gewöhnlich

030029/0801

Ringmagnete auf, wobei der eine Magnetpol an dem inneren Durchmesser und der gegenüberliegende Magnetpol an dem äußeren Ringdurchmesser ausgebildet sind. Es hat sich jedoch herausgestellt j daß derartige Magnete nur kostspielig hergestellt werden können, wobei dies zu dem Endergebnis führt, daß die Linearmotoren, in welchen diese Magnete verwendet werden, nachteiligerweise teuer sind. Es ist daher ein Ziel, einen kleinen Linearmotor zu schaffen, welcher leicht aus einer geringen Anzahl von leicht herstellbaren billigen Teilen aufgebaut werden kann.

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, einen Linearmotor zu schaffen, welcher beispielsweise in Nähmaschinen oder auch für andere Anwendungszwecke eingesetzt werden kann, wobei der Motor billige rechteckige Magnete aufweist.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Linearmotor zu schaffen, welcher leicht zusammengebaut werden kann.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen

Linearmotor zu schaffen., welcher in seiner Größe klein

er
ist, so daß/'innerhalb der Umgrenzungen einer Nähmaschine oder ähnlicher Einrichtungen eingebaut werden kann.

Die oben genannten Ziele und Zwecke werden durch einen Linearmotor nach den Patentansprüchen erreicht. Bei dem Linearmotor gemäß der Erfindung wird eine Mehrzahl rechteckiger Magnete verwendet, welche innerhalb eines zylindrischen spulenförmigen Kernes untergebracht werden können, welcher eine axiale Bohrung aufweist, die ihrerseits den Anker aufnimmt. Die Permanentmagnete werden in schwalbenschwanzförmige Hohlräume eingesetzt, welche gleichmäßig innerhalb der Spule so ausgebildet sind, daß sie die axiale Bohrung umgeben. Die Permanentmagnete werden in die Hohlräume so eingebracht, daß gleiche magnetische Pole in Richtung auf die axiale Bohrung zeigen. Eine Drahtwicklung wird um die Spule

030029/0801

η λ t-\ λ p-i ι /-ν'Y fv r Ä B

300018

herumgewickelt und kann elektrisch erregt werden, um ein magnetisches Feld zu erzeugen. Ein äußerer Stahlzylinder umgibt die Spule, um den magnetischen Stromkreis des Motors zu verbessern. Das durch die Magnete erzeugte Feld wirkt mit dem Magnetfeld magnetisch zusammen, welches erzeugt wird, wenn die Spule erregt wird, so daß eine Linearbewegung des Ankers eintritt. Der Anker kann mechanisch mit irgendeiner Mechanik verbunden sein, an welcher wahlweise eine lineare Kraft angelegt werden soll.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansxcht durch einen Linearmotor gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Stirnquerschnittsansicht des Motors nach Fig. 1.

Fig. 3 ist eine schaubildliche Ansicht der Einzelteile des Linearmotors gemäß der Erfindung, wobei die Einzelteile räumlich voneinander getrennt dargestellt sind.

In Fig. 1 ist ein Linearmotor gezeigt, welcher insbesondere geeignet ist, um eine Zickzack-Bewegung einer Nadel zu erzeugen oder um einem Arbeitsstückvorschub in einer Nähmaschine gesteuerte Bewegungen zu erteilen, wobei die Nähmaschine eine Zickzack-Nadel und einen Arbeitsstückvorschubmechanismus aufweist, welche zusammenwirken können, um Zierstichmuster zu erzeugen.

Der Motor weist eine zylindrische Spule 10 auf, welche aus einem leicht formbaren nicht magnetischen Material, beispielsweise Kunststoff oder Polyamid, hergestellt worden ist. Die Spule 10 ist in ihrer Gestalt kreisförmig ausgebildet und hat eine Mittelachse, die sich über ihre Länge erstreckt. Ein Paar von Wandungsteilen 12 erstrecken sich radial von dem Spulenkörper zu beiden Seiten nach außen. Die Wände 12 bilden einen

03002S/0801

Raum, um eine Spule aus elektrisch leitendem Draht 1Ί aufzunehmen, welche vorzugsweise auf die Spule aufgewickelt wird. Fig. 2 zeigt, daß die Spule 10 eine axiale Bohrung 16 enthält, welche längs der Mittelachse durch den Spulenkörper IC hindurchgeht. Der Spulenkörper 10 weist außerdem eine Mehrzahl von Hohlräumen 18 auf, welche in gleichförmigem Abstand un^rl in gleichem Radialabstand um die Bohrung 16 angeordnet sind, wobei diese Hohlräume Achsen haben, welche sich parallel zur Mittelachse des Spulenkörpers 10 erstrecken. Die Hohlräume 18 haben vorzugsweise schwalbenschwanzförmige Trennteile 19, welche zwischen den Hohlräumen ausgebildet sind, um einander benachbarte Hohlräume voneinander abzutrennen. Die Hohlräume 18 sind an einem Ende vorzugsweise offen ausgebildet, um das Einführen eines parallel-rohrförmig gestalteten Permanentmagnets 20 zu erleichtern. Die Magnete 20, welche im Abstand angeordnete Stirnflächen gegenüberliegender magnetischer Polarität haben, bestehen aus einem permanent magnetisierten Material, beispielsweise aus Keramik oder Semarium-Kobalt, und werden in die Hohlräume 18 so eingesetzt, daß gleichna-mige Polflächen in Richtung auf die axiale Bohrung 16 zeigen und die entgegengesetzten magnetischen Polflächen von der axialen Bohrung 16 weg zeigen. Ein kreisförmiger Halterungsring 22 mit einer zentralen Bohrung 2h schließt die offenen Enden der Hohlräume 18 ab. Ein erster Schnappring 23 mit einer kreisförmigen Öffnung in seiner Mitte ist aus einem ferromagnetischen Material gebildet und hält den Halterungsring 22 gegen den Spulenkörper 10. in enger Passung um die Spule l'l ist ein zylindrischer Abdeckring 26 vorgesehen, welcher vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material besteht. Der Ring 26 enthält vorzugsweise eine öffnung 28, durch welche ein Paar Leitungen 30 hindurchgeführt werden kann, um die Spule l^l\ mit einer nicht gezeigten Spannungsquelle zu verbinden. Eine ferromagnetische zylin-

030029/0801

300018

drische Endkappe 32 wird in enger Passung in die Öffnung des ersten Schnappringes 23 eingepaßt und erstreckt sich zum Teil in die axiale Bohrung 16 hinein. Ein kreisförmiger Trennteil 3¹I₅ welcher aus einem nicht-metallischen Material, beispielsweise Gummi oder Polyamid, besteht_s ist an dem äußersten Ende der Endkappe 32 befestigt, welcher innerhalb der Bohrung 16 ruht.

Ein zylindrischer Anker 36 mit einem solchen Durchmesser, der vorzugsweise so ausgewählt worden ist, daß er locker innerhalb der Bohrung 16 bewegbar ist, ist in die Bohrung 16 eingesetzt worden und verbindet arbeitsmäßig den Linearmotor mit einer Mechanik, die durch den Linearmotor betätigt werden soll. Der Anker 36 ist vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material hergestellt worden, beispielsweise aus einem Stahl mit einem geringen Prozentsatz an Kohlenstoff, so daß dieser einen nur geringen..Restmagnetismus besitzt. Das eine Ende des Ankers 36 erstreckt sich durch das Ende der Spule 10 hindurch und weist eine Bohrung 38 auf, welche senkrecht zur Achse des Ankers verläuft. Weiterhin ist ein Schlitz kO vorgesehen, um die Zwischenverbindung des Linearmotors mit der Mechanik,. welche durch ihn betätigt werden soll, zu erleichtern. Das Ende der Spule 10, durch welche der Anker 36 hindurch vorsteht,

auf weist einen zweiten Schnappring 42,,welcher vorzugsweise aus einem ferro-magnetischen Material besteht. Der Schnappring ^2 ist innerhalb des einen Endes des Abdeckringes 26 fest eingepaßt.

Der Linearmotor wird dadurch in Betrieb gesetzt, daß ein elektrisches Signal an die Drähte 30 angelegt wird, wodurch die Spule 1^1 ein magnetisches Feld erzeugt. Das Feld tritt in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld, welches durch die Permanentmagnete 20 erzeugt wird, und dies führt dazu, daß der Anker 36 nach außen,und zwar in Richtung von der Endkappe 32 weg bewegt wird. Wenn der elektrische Strom, welcher die Spule lh erregt, weggenommen wird,

030029/0801

bricht das magnetische Feld, welches durch die Spule 1*1 erzeugt wird, zusammen und der Anker wird durch das Feld, welches durch die Permanentmagnete 20 erzeugt wird, in seine Ruhelage zurückgezogen. Irgendeine mit dem Linearmotor verbundene Mechanik wird öffentlich an der Linearbewegung des Ankers 36 teilnehmen, welcher wahlweise durch v/ahlweises Steuern des Anlegens eines Signals an die Spule l'J hin- und herbewegt werden kann.

030029/0801

BAD

Claims

Patentanspruch o

■ !./Linearmotor mit einer kreisförmigen Spule, welche aus einem nicht-metallischen leicht formbaren .Material hergestellt ist und eine Mittelachse mit einer Mittelbohrung aufweist, wobei eine Mehrzahl von Hohlräumen in der Spule parallel zur Mittelachse ausgebildet ist, wobei die Hohlräume im gleichen Abstand um die Achse angeordnet sind und weiterhin eine Mehrzahl von Trennrippen die einzelnen Hohlräume voneinander trennen, mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten mit im Abstand zueinander angeordneten Stirnflächen mit entgegengesetzter magnetischer Polarität vorgesehen ist, wobei diese in den Hohlräumen in der Spule so aufgenommen v/erden, daß Polflächen gleicher Polarität in Fichtung auf die Achse der Bohrung und die entgegengerichteten Polflächen von der Achse der Bohrun-g weggerichtet sind, wobei eine Spule aus elektrisch leitendem Draht um die Spule gewickelt ist, mit einer Hinrichtung zur Verbindung der Spule mit einer Spannun.^squelle und schließlich mit einem zylindrischen Anker aus ferro-magnetisehern Mat-erial, der verschiebbar in der axialen Bohrung angeordnet ist, wobei ein durch die Permanentmagnete erzeugtes Magnetfeld mit einem Magnetfeld in Wechselwirkungtritt, welches durch die Spule in erregtem Zustand erzeugt v/ird, um auf diese Art und Weise den Anker innerhalb der Bohrung linear zu bewegen.
2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ferro-magnetischer Stahlzylinder die kreisförmige bzw. zylinderförmige Spule umgibt.

3· Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 oaer 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule an beiden linden radial nach außen vorstehende Wandteile zur Aufnahme der elektrisch leitenden Spule aufweist.

'!. Linearmotor mit Zylinderspulenkörper aus Kunststoff

©30Θ29/080

mit einer Mittelbohrung für den Anker und mit den Anker bzw. die Mittelbohrung umgebendem Permanentmagnetsystem, dadurch gekennzeichnet j daß das Permanentmagnetsystem aus einer Mehrzahl einzelner Permanentmagnete (20) gebildet istj die Permanentmagnete Quaderform haben, die quaderförmigen Permanentmagnete (20) in Hohlräumen (18) im Spulenkörper (10) angeordnet sind, die zur "ittelbohrung (16) gleichachsig ausgeric-.'-ltet sind und die Permanentmagnete (20) mit Polen gleicher Polarität zur Mittelbohrung (16) hinweisend und mit Polen entgegengesetzter Polarität radial nach außen weisend angeordnet sind.

&30029/080

BAD