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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Linearmotor.
Die Erfindung wird dabei unter Bezugnahme auf einen sogenannten
eisenlosen Linearmotor beschreiben. Es wird jedoch darauf hingewiesen,
dass die Erfindung auch auf andere Gatten von Motoren und insbesondere
Linearmotoren anwendbar ist. Derartige eisenlose Linearmotoren finden
insbesondere beim Betrieb von Linearachsen, bei Handlingsystemen,
in der Halbleitertechnik, in der Medizintechnik und der Papierverarbeitung
Anwendung.
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Ein
Problem bei dem Betrieb derartiger Linearmotoren ist oftmals die
Kühlung
der jeweiligen aktiven Elemente. Bei einer verbesserten Kühlung lässt sich
dabei die Kraftdichte dieser Linearmotoren erhöhen.
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Im
Stand der Technik ist es bekannt, im Rücken eines Primärteils Bohrungen
zur Kühlung
desselben vorzusehen. Diese Vorgehensweise erlaubt eine effiziente
Kühlung
ist jedoch relativ teuer in der Herstellung und auch aufwändig zu
fertigen, da die Bohrungen sehr genau verlaufen müssen. Weiterhin besteht
bei derartigen Bohrungen die Gefahr einer Verstopfung, da die Bohrungen
teilweise mit sehr engem Querschnitt verlaufen müssen. Weiterhin entsteht auch
teilweise eine ungleichweise Verteilung der Kühlluft und damit eine nur geringe
Erhöhung
der Kraftdichte.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Abfuhr thermischer Verluste und damit eine höhere Kraftdichte zu erreichen.
Insbesondere soll eine gleichmäßigere und
bevorzugt auch laminare Luftströmung
mit einem geringen Gegendruck erreicht werden. Dies wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruches 1 erreicht.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein
erfindungsgemäßer elektrischer
Linearmotor weist ein Primärteil
und ein gegenüber
diesen Primärteil
bewegliches Sekundärteil
auf, wobei wenigstens das Primärteil
einen Träger
aufweist, in dem ein aktives Element angeordnet ist und wobei das
aktive Element an dem Träger
und bevorzugt teilweise in einer Ausnehmung des Trägers angeordnet
ist und sich in einer vorgegebenen Hauptrichtung erstreckt.
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Erfindungsgemäß ist in
der Ausnehmung eine Aussparung angeordnet, die sich in der vorgegebenen
Hauptrichtung erstreckt und diese Aussparung bildet einen parallel
zu dem aktiven Element verlaufenden Hauptkanal aus, in dem ein fließfähiges Medium
führbar
ist. Weiterhin ist in dem Träger
wenigstens ein Nebenkanal vorgesehen, der in Strömungsverbindung mit dem Hauptkanal
steht und der sich wenigstens abschnittsweise in einer Richtung erstreckt,
welche mit der Hauptrichtung einen von 0° verschiedenen Winkel einschließt.
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Bei
dem aktiven Element handelt es sich um dasjenige Element des Linearmotors,
welches für
die Bewegungserzeugung verantwortlich ist und an dem demzufolge
hohe Erwärmungen
auftreten. Dabei weist dieses aktive Element, bei dem es sich insbesondere
um das Primärteil
des Elektromotors handelt, bevorzugt wenigstens eine Spule auf.
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Mit
Hilfe des Hauptkanals kann dem Träger ein Kühlmedium wie beispielsweise
Kühlluft
zugeführt
werden. Diese Kühlluft
kann mit Hilfe des Nebenkanals auch an Seitenflächen des aktiven Elements vorbeigeführt werden,
um diese zu kühlen.
Damit dient vorzugsweise der Nebenkanal insbesondere dazu, um eine
laminare Strömung
an dem aktiven Element zu erreichen.
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Mit
Hilfe des Hauptkanals wird ein im Vergleich zum Stand der Technik
großer
Querschnitt innerhalb des Trägers
erzeugt, und die Nebenkanäle stellen
in diesem Zusammenhang strömungstechnisch
optimierte Kanäle
dar.
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Vorzugsweise
ist der Nebenkanal im Wesentlichen senkrecht zu dem Hauptkanal und
damit im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptrichtung. Unter im Wesentlichen
senkrecht wird dabei verstanden, dass der Nebenkanal gegenüber dem
Hauptkanal in einer Richtung verläuft, die mit der Richtung des
Hauptkanals einen Winkel zwischen 80° und 100° und bevorzugt zwischen 85° und 95° einschließt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in dem Träger eine
Vielzahl von Nebenkanälen
angeordnet. Diese Nebenkanäle
können damit
in der Hauptrichtung hintereinander und vorzugsweise im Wesentlichen
parallel zueinander angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Hauptkanal
symmetrisch bezüglich
der Nebenkanäle
angeordnet. Dies bedeutet, dass das Kühlmedium ausgehend von dem
Hauptkanal in die einzelnen Nebenkanäle austreten kann und wiederum
von den Nebenkanälen
austretend oder in diesen fließend
zur seitlichen Kühlung
des aktiven Elements dienen kann.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das aktive
Element einen in der Ausnehmung des Trägers angeordneten Grundkörper auf
und dieser Grundkörper
weist in einer senkrecht zu der Hauptrichtung stehenden Richtung
eine größere Ausdehnung
auf als der Hauptkanal. Bevorzugt ragt wenigstens ein Abschnitt
des Nebenkanals und bevorzugt alle Nebenkanäle in der senkrecht zu der Hauptrichtung
stehenden Richtung über
den Grundkörper
des aktiven Elements hinaus, sodass auch die Seitenflächen des
Grundkörpers
gekühlt
werden können.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Hauptkanal
symmetrisch in der Aufnehmung abgebildet. Auf diese Weise ist eine
besonders gleichmäßige Kühlung des
aktiven Elements möglich.
Es wird damit vorgeschlagen, dass in dem Träger bzw. der Halteplatte des
eisenlosen Linearmotors an der Innenseite, an der das Aktivteil
bzw. dessen Grundkörper
später
angebracht werden wird, eine Aussparung angebracht ist, wobei vorzugsweise diese
Aussparung gefräst
ist. Es wäre
jedoch auch möglich,
den Träger
durch ein Extrusionsverfahren herzustellen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Ausnehmung
durch zwei Seitenwände
und den Boden gebildet und der Kanal ist in dem Boden angeordnet.
Damit liegt der Hauptkanal vorzugsweise unter dem später einzusetzenden
Aktivteil.
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Vorzugsweise
erstreckt sich wenigstens ein Nebenkanal bis an die Innenseiten
beider Seitenwände
sodass diese gleichmäßig gekühlt werden können.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Hauptkanal
in der Hauptrichtung endseitig wenigstens eine Begrenzungswand auf. Vorzugsweise
weist der Hauptkanal in der Hauptrichtung endseitig zwei Begrenzungswände auf,
die damit auch den Kanal abschließen. Damit erstreckt sich vorzugsweise
der Kanal bzw. die Aussparung nahezu über die komplette Länge des
Trägers
ist aber beidseitig durch Material des Trägers begrenzt. Die oben besagten
Nebenkanäle
bzw. Arme erstrecken sich, wie gesagt, bis an die Innenseite der
Seitenelemente des Trägers
und bevorzugt auch in diese hinein und innerhalb derselben nach
oben.
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Vorzugsweise
ist in wenigstens einer Begrenzungswand eine Zuführöffnung für das Kühlmedium angeordnet. Genauer
gesagt ist es möglich, den
Kanal bzw. die Aussparung an zumindest einer Stirnseite bevorzugt
mit zumindest einer Bohrung zu verbinden, in die anschließend ein
Anschluss wie ein Gewinde eingebracht werden kann. Vorzugsweise sind
an beiden Endseiten Bohrungen vorgesehen, um die Anschlussseite
für die
Kühlmittelzufuhr
frei zu gestalten.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen dem
Hauptkanal und dem aktiven Element eine Abdeckplatte vorgesehen,
welche den Hauptkanal abdeckt. Vorzugsweise deckt dabei diese Abdeckplatte
die Aussparung bzw. den Hauptkanal nach oben hin vollständig ab.
Dabei ist besonders bevorzugt diese Abdeckplatte mit dem Träger verklebt.
Damit wird auf diese Weise die Aussparung bzw. der Kanal mit Hilfe
der Abdeckplatte z. B. Klebung, verschlossen, sodass sich in der
Halteplatte bzw. dem Träger
ein Hohlraum mit einem verhältnismäßig großen Querschnitt
ergibt. Das durch die oben erwähnte Öffnung eintretende
Kühlmedium
kann über
den zumindest einen Nebenkanal und bevorzugt über eine Vielzahl von Nebenkanälen verteilt werden
bzw. an diesen ausströmen.
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Vorzugsweise
erstrecken sich die Nebenkanäle
nicht nur in dem Bereich des Bodens, sonder auch in dem Bereich
der einzelnen Wandungen. Durch die Wahl einer geeigneten Anzahl
von Armen und einem geeigneten Querschnitt wird eine annähernd laminare
Strömung
des Kühlmediums
erreicht, die an dem aktiven Element entlanggeführt wird. Dabei können die
jeweiligen Querschnitte der Nebenkanäle nach strömungstechnischen und thermodynamischen
Gesetzmäßigkeiten
ermittelt werden. Durch die laminare Art der Strömung wird ein Maximum an thermischer
Energie von dem Aktivteil abgeführt,
sodass das Aktivteil mit einer höheren
Stromdichte betrieben werden kann, was wiederum zu einer höheren Kraftdichte
führt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist an wenigstens
einer Seitenwand eine Luftlenkeinrichtung vorgesehen, welche ein
Kühlmedium
in Richtung des aktiven Mediums drängt. Bevorzugt ist dieses Luftlenkelement
an der Oberseite der jeweiligen Begrenzungswand angeordnet. Genauer gesagt
sind hier optional an den Oberkanten der Seitenwände bzw. Wangen des Trägers Luftleitbleche über zumindest
einen Teil der Länge
der Halteplatte angeordnet.
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Bevorzugt
erstrecken sich die Luftleitbleche (besonders bevorzugt durchgängig, d.
h. ohne Unterbrechungen) über
die komplette Länge
des Trägers und
bewirken damit eine weitere Lenkung der Strömung des Kühlmediums, sodass der oben
beschriebene Kühleffekt
weiter verstärkt
wird. Genauer wird durch die Luftleitbleche die Luftströmung parallel
zu der aktiven Fläche
des eisenlosen Linearmotors geleitet, um ein Maximum an Kühlung zu
erzielen.
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Der
dem Kühlmedium
in dieser Anordnung entgegenstehende Druck bzw. Gegendruck ist aufgrund
des hohen Querschnitts des Hauptkanals gering, sodass zur Kühlung kein
hoher Druck oder ein entsprechender Druckerzeuger notwendig ist.
Auch die Herstellung dieses Kanals ist sehr kostengünstig, da
der Träger
in der Innenseite auch ohne Vorhandensein einer Kühlung bearbeitet
werden muss, sodass der zusätzliche
Prozess, z. B. beim Fräsen
nahezu ohne zusätzlichen
Aufwand in der gleichen Aufspannung erzeugt werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Primärteil für einen Linearmotor gerichtet,
wobei das Primärteil
einen Träger
aufweist, in dem ein aktives Element angeordnet ist und wobei das
Aktivelement in einer Ausnehmung des Trägers angeordnet ist und sich
in einer vorgegebenen Hauptrichtung erstreckt. Erfindungsgemäß ist in
der Ausnehmung ein Hautkanal angeordnet, der sich in der vorgegebenen Hauptrichtung
erstreckt und die Aussparung über
einen parallel zu dem Aktivelement verlaufenden Hauptkanal, in dem
ein fließfähiges Medium
führbar ist
und weiterhin ist dem Träger
wenigstens ein Nebenkanal angeordnet, der in Strömungsverbindung mit dem Hauptkanal
steht und der sich wenigstens abschnittsweise in einer Richtung
erstreckt, welche mit der Hauptrichtung einen von 0° verschiebbaren Winkel
einschließt.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
ergeben sich aus den beigefügten
Zeichnungen:
Darin zeigen:
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1 eine
vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Primärteils;
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2 einen
Schnitt eines erfindungsgemäßen Primärteils im
Bereich eines Nebenkanals; und
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3 zwei
weitere Ansichten des in 2 gezeigten Primärteils.
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1 zeigt
eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Primärteils.
Das Bezugszeichen 2 bezieht sich dabei in seiner Gesamtheit
auf das Primärteil
bzw. aktive Element eines (nicht dargestellten) Linearmotors. In
einem aktiven Bereich 28 dieses Primärteils 2 sind dabei
Spulen angeordnet, wobei dieser Bereich bevorzugt eisenlos ausgeführt ist.
Ein (nicht gezeigtes) Sekundärteil
des Motors kann eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweisen, welche
mit den Spulen zur Erzeugung einer Bewegung zusammenwirken.
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Weiterhin
weist das Primärteil
einen Grundkörper 14 auf,
der in einer Aussparung 6 eines Trägers 4 angeordnet
ist. Diese Aussparung wird dabei durch zwei Seitenwände 6a, 6b und
einen Boden 6c gebildet. Daneben weist der Träger Kühlrippen 26 auf,
die sich in einer Längsrichtung
des Trägers 4,
d. h. hier senkrecht zur Figurenebene erstrecken. Endseitig weist
der Träger
eine Bohrung bzw. Öffnung 22 auf, über welche
dem Träger
ein Kühlmedium,
wie insbesondere aber nicht ausschließlich Kühlluft, zugeführt werden
kann. Der Grundkörper
weist eine Breite a auf. Daneben ist in dem Träger ein (nur gestrichelt angedeuteter)
Hauptkanal 8 für
das Kühlmedium
vorgesehen, der eine Breite k aufweist, die geringer ist als die
Breite a. Bevorzugt stehen die Breiten a und k in einem Verhältnis zwischen
5:1 und 1,5:1, bevorzugt zwischen 4:1 und 2:1 und besonderes in
einem Verhältnis
von ca. 3:1. Der Grundkörper 14 ist
dabei bevorzugt fest in dem Kanal 6 angeordnet. Das Bezugszeichen 30 bezieht
sich auf Luftlenkeinrichtungen, die an den Oberseiten der Wände 6a, 6b angeordnet
sind.
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2 zeigt
eine detailliertere Darstellung des in 1 gezeigten
Primärteils
im Bereich eines Nebenkanals. Auch in dieser Darstellung ist der Hauptkanal 8 erkennbar,
der sich in der Längsrichtung
L (d. h. senkrecht zur Figurenebene) erstreckt. Das Bezugszeichen 12 bezieht
sich auf einen Nebenkanal, der in Strömungsverbindung mit dem Hauptkanal 8 steht,
sich jedoch senkrecht zu diesem erstreckt. Dabei weist der Nebenkanal 12 einen
unterhalb des Grundkörpers 14 verlaufenden
Abschnitt 12a und einen sich in den jeweiligen Seitenwänden 6a und 6b erstreckenden
Abschnitt 12b auf. Diese beiden Abschnitte 12a und 12b,
die sich geradlinig erstrecken, werden durch einen gekrümmten Abschnitt 12c miteinander
verbunden.
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Durch
diesen Nebenkanal 12 wird die Luftströmung M zunächst seitlich und anschließend nach oben
gelenkt. Die Luftlenkeinrichtungen 30 bewirken, dass die
Luftströmung
schließlich
entlang des aktiven Bereichs 28 des Primärteils 2 gelenkt
werden. Bevorzugt weisen daher die Seitenwände 6a und 6b der
Aussparung im Bereich der Nebenkanäle 12 ebenfalls Ausnehmungen
zur Weiterleitung des Kühlmittels
auf. Es wäre
jedoch daneben oder zusätzlich auch
möglich,
dass entsprechende Kanäle
in dem Grundkörper 14 angeordnet
sind.
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Das
Bezugszeichen 24 bezieht sich auf eine Abdeckplatte, die
sich ebenfalls in der Längsrichtung L
erstreckt und den Hauptkanal 8 abdeckt. Man erkennt, dass
auch ein erheblicher Teil des Nebenkanals 12 von dieser
Abdeckplatte 24 abgedeckt wird. Bevorzugt ragt diese Abdeckplatte
beidseitig bis an die beiden Seitenwände 6a und 6b.
Das Bezugszeichen 22 bezieht sich auf eine Öffnung, über die
dem Hauptkanal 8 das Kühlmedium
zugeführt
werden kann.
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3 zeigt
zwei weitere Ansichten des in 2 gezeigten
Primärteils,
genauer, des Trägers 4 dieses
Primärteils.
In der oberen Darstellung erkennt man dabei eine Vielzahl von Nebenkanälen, die
in der Längsrichtung
L hintereinander und mit jeweils konstantem Abstand zueinander angeordnet
sind. Daneben sind in dem Träger 4 endseitig
jeweils Abschlusswände
bzw. Abschlussstücke 18 angeordnet, welche
damit auch den Hauptkanal 8 seitlich abschließen. Die
Nebenkanäle 12 ragen
dabei teilweise in den Hauptkanal 8 hinein, wobei der Hauptkanal
jedoch tiefer ist als die jeweiligen Nebenkanäle 12.
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Das
untere Teilbild von 3 zeigt eine Draufsicht auf
den in dem oberen Teilbild gezeigten Träger. Man erkennt hier insbesondere
auch die Abdeckplatte 24, welche den Hauptkanal 8 abdeckt. Auch
ist erkennbar, dass die einzelnen Nebenkanäle 12 auch in die
Seitenwände 6a, 6b hineinragen.
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Insgesamt
wird damit bei kostengünstiger Herstellung
eine laminare Kühlmittelströmung erzeugt,
die parallel zur aktiven Fläche
des Primärteils 2 geführt wird,
wobei ein nur geringer Gegendruck für das Kühlmittel entsteht.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
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- 2
- Primärteil bzw.
aktives Element
- 4
- Träger
- 6
- Ausnehmung
in Träger 4
- 6a,
6b
- Seitenwände der
Ausnehmung
- 6c
- Boden
der Ausnehmung
- 8
- Aussparung,
Hauptkanal
- 12
- Nebenkanal
- 12a,
12b
- geradlinig
verlaufender Abschnitt des Nebenkanals
- 12c
- gekrümmter Abschnitt
des Nebenkanals 12
- 14
- Grundkörper des
Primärteils
- 18
- Abschlusswände bzw.
Abschlussstücke
- 22
- Öffnung
- 24
- Abdeckplatte
- 26
- Kühlrippen
- 28
- aktiver
Bereich dieses Primärteils
- 30
- Luftlenkeinrichtung
- L
- Längsrichtung
- M
- Luftströmung
- a
- Breite
des Grundkörpers
- k
- Breite
des Hauptkanals 8
- R
- Richtung