Rotationslinearantrieb mit axialkraftfreiem Rotationsantrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotationslinearan¬ trieb mit einer Rotationsantriebseinrichtung, die Magnete zur axialkraftfreien Erzeugung eines Drehmoments aufweist.

Bei einem Kombinationsmotor für Drehbewegung und Axialbewe- gung, d.h. einem Rotationslinearantrieb, ist es aus rege ^¬ lungstechnischem Gründen vorteilhaft, wenn das Motorteil, das die Rotationsbewegung erzeugt, keine Axialkräfte verursacht. Darüber hinaus soll auch die Anregung von Pendeldrehmomenten reduziert werden, die bei einer Permanentmagnet-Synchron- maschine (PM-Synchronmaschine) aus der Wechselwirkung von

Feldwellen des Rotorfeldes und Leitwertschwankungen des ge¬ nutzten Stators stammen. Hohe Pendeldrehmomente beeinträchti ^¬ gen den Rundlauf des Rotationsantriebs.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, gleichzeitig beide Bedingungen zu erfüllen, nämlich die Axi¬ alkräfte des Rotationsantriebs möglichst gering zu halten und zugleich Pendeldrehmomente soweit wie möglich zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Rotati ^¬ onslinearantrieb mit einer Rotationsantriebseinrichtung, die Magnete zur Erzeugung eines Drehmoments aufweist, wobei zu ^¬ mindest ein Magnet mindestens zwei zur axialen Richtung der Rotationsantriebseinrichtung schräg verlaufende Magnetab- schnitte aufweist oder mehrere Magnete zu mindestens zwei schräg verlaufenden Magnetanordnungen ausgebildet sind, wel¬ che zu einer in Umfangsrichtung der Rotationsantriebseinrich¬ tung verlaufenden Linie symmetrisch angeordnet sind. In vor¬ teilhafter Weise werden durch die schräg verlaufenden Magnet- abschnitte die Pendelmomente reduziert und durch deren sym ^¬ metrische Gestaltung die Axialkräfte aufgehoben.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die genannte Aufgabe gelöst durch einen Rota ^¬ tionslinearantrieb mit einer Rotationsantriebseinrichtung, die Magnete zur Erzeugung eines Drehmoments aufweist, wobei die Magnete am Umfang des Rotors und/oder Stators der Rotati ^¬ onsantriebseinrichtung ungleichmäßig verteilt sind.

Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen ein Rotationslinear¬ antrieb mit einer Rotationsantriebseinrichtung, die Magnete zur Erzeugung eines Drehmoments aufweist, wobei das kleinste gemeinsame Vielfache von Nutzahl und Polzahl der Rotationsan¬ triebseinrichtung größer als das Dreifache der Nutzahl ist. Die Pendeldrehmomente werden in vorteilhafter Weise dadurch minimiert, dass ein möglichst hohes kleinstes gemeinsames Vielfaches von Nutzahl und Polzahl gewählt wird.

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Magnete durch Permanentmagnete des Rotors realisiert. Die Magnete können aber auch Elektromagnete des Stators sein. In jedem Fall lässt sich durch die entsprechen¬ de Gestaltung bzw. Anordnung der Magnete das erfindungsgemäße Ziel der Abwesenheit von Axialkräften und der Reduktion von Pendeldrehmomenten erreichen.

Bei der Ausführungsform mit den schräg verlaufenden Magnetab¬ schnitten werden vorzugsweise Permanentmagnete eingesetzt, die V-förmig ausgestaltet und so auf dem Rotor der Rotations ^¬ antriebseinrichtung angeordnet sind, dass ihre Spitze in Um- fangsrichtung des Rotors zeigt. Mit dieser V-Form lassen sich Nordpole und Südpole günstig in Reihe anordnen.

Es können aber auch mehrere Permanentmagnete zu einer von ei ^¬ ner Vielzahl an V-förmigen Magneteinheiten vom Nordpol- oder Südpoltyp zusammengesetzt werden, wobei die Spitze jeder Mag- neteinheit in Umfangsrichtung des Rotors zeigt. Für diese

Ausführungsform können Permanentmagnete mit Standardformen, z.B. quadratisch oder rechteckförmig, verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

FIG 1 einen Querschnitt durch einen Rotationslinearantrieb; FIG 2 eine Magnetanordnung auf einem Rotor gemäß einer ers¬ ten Ausführungsform;

FIG 3 eine Prinzipskizze zu der Magnetform von FIG 2;

FIG 4 eine Prinzipskizze zu einer weiteren Magnetform mit schrägen Abschnitten; FIG 5 eine Prinzipskizze zu einer noch weiteren Magnetform mit schrägen Abschnitten; und

FIG 6 eine ungleichmäßige Verteilung rechteckförmiger Per¬ manentmagnete entsprechend einer weiteren Ausfüh ^¬ rungsform der vorliegenden Erfindung.

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsformen stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar.

Der in FIG 1 dargestellte Kombinationsantrieb bzw. Rotations ^¬ linearantrieb besteht aus einem Antriebsteil R für Rotation und einem Antriebsteil L für die Linearbewegung. Im vorlie¬ genden Fall ist der Linearantrieb L mit einem glockenförmigen Außenläufer A realisiert. An die Innenseite des Außenläufers A sind Permanentmagnete PL geklebt. Der innen liegende Stator weist Elektromagnete E zur Erzeugung einer Linearkraft auf.

Der Rotationsantrieb R ist als PM-Synchronmaschine reali ^¬ siert. Seine Permanentmagnete PR sind auf dem Innenläufer I fixiert .

Damit bei reiner Rotationsbewegung durch den Rotationsantrieb R keine Axialkräfte auftreten, darf weder der Stator ST noch der Rotor I des Rotationsantriebs R geschrägt sein, oder sie müssen so geschrägt sein, dass sich die Axialkräfte kompen ^¬ sieren. Dabei bedeutet der Begriff „geschrägt", dass Ab ^¬ schnitte der Magnete, sei es der Elektromagnete oder der Per-

manentmagnete, schräg zur Achse des Rotationsantriebs R ver ^¬ laufen.

Entsprechend einer ersten Ausführungsform sind die Permanent- magnete PR des Rotationsantriebs R in Pfeilschrägung gemäß FIG 2 ausgeführt. Dabei besitzt jeder Teilmagnet, ob Südpol oder Nordpol, eine Pfeilform bzw. eine V-Form. Die Magnete sind dabei am Umfang des Innenläufers I so aneinander ge ^¬ reiht, dass ihre Spitzen auf einer Umfangslinie liegen, so dass sich ein fischgrätenartiges Muster ergibt. Nordpole und Südpole wechseln einander ab.

Durch die schräg verlaufenden Schenkel jedes Magneten werden die Pendeldrehmomente reduziert. Darüber hinaus wird die Auf- hebung der Axialkräfte dadurch erreicht, dass die Magnete symmetrisch zu der in Umfangsrichtung verlaufenden Mittelli¬ nie der Magnetanordnung sind. In FIG 3 ist einer der Magneten M symbolisch mit zwei aufeinander zulaufenden Linien, die die Schenkel des Magneten darstellen, wiedergegeben. Außerdem ist die Symmetrielinie SL eingezeichnet, die in Umfangsrichtung verläuft .

Eine alternative Ausführungsform ist in FIG 4 wiedergegeben. Dort sind praktisch zwei Magnetanordnungen der FIG 2 bzw. 3 axial aneinander gereiht. Die Kontur des Magneten M2 besitzt somit eine Zick-Zack-Form. Sie ist symmetrisch zur Symmetrie¬ linie SL. Eine weitere Alternative bestünde darin, drei und mehr Zacken entlang der axialen Richtung vorzusehen. Dabei kann der Magnet M2 einteilig ausgebildet sein oder aus zwei oder mehreren Teilen bestehen, die die Form eines Magneten Ml haben.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetan¬ ordnung ist in FIG 5 dargestellt. Auch hier ist der Magent M3 symmetrisch zur Symmetrielinie SL. Die Konturen oberhalb der Symmetrielinie SL verlaufen in zwei Stufen von links unten nach rechts oben und unterhalb der Symmetrielinie SL eben-

falls in zwei Stufen von rechts unten nach links oben. Dieses Ausführungsbeispiel soll lediglich andeuten, dass beliebige schräg verlaufende Konturen der Magnete möglich sind, um Pen ^¬ deldrehmomente zu reduzieren und Axialkräfte zu kompensieren. Die Kompensation der Axialkräfte wird in den oben vorgestell ^¬ ten Ausführungsformen durch eine Symmetrie der Kontur der Magnete bezüglich einer in Umfangsrichtung verlaufenden Sym¬ metrielinie erreicht.

Anstatt die einzelnen Magnete mit einer Pfeilschrägung zu versehen, kann die Schrägung auch dadurch erzielt werden, dass eine Vielzahl an Einzelmagneten, die beispielsweise quadratische oder rechteckförmige Kontur aufweisen, zu einer schräg verlaufenden Kontur angeordnet werden. Auch hier wird durch den schrägen Versatz der Einzelmagnete bezüglich der

Axialrichtung eine Reduzierung der Pendeldrehmomente erzielt. Durch eine symmetrische Anordnung wiederum zu einer Umfangs- linie werden die Axialkräfte so überlagert, dass sie sich auslöschen.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetan¬ ordnung ist in FIG 6 wiedergegeben. Bei dem dort vorgestell¬ ten Beispiel werden Axialkräfte von vorne herein dadurch ver¬ mieden, dass die einzelnen Magnete N, S Rechteckform besit- zen, wobei ihre Seiten entweder senkrecht oder parallel zur

Axialrichtung des Rotationsantriebs ausgerichtet sind und je ^¬ der Magnet eine gleichmäßige Form über die gesamte axiale Erstreckung der Magnetanordnung des Stators oder Rotors be¬ sitzt. Die Pendeldrehmomente werden dadurch reduziert, dass die einzelnen Magnete ungleichmäßig am Umfang des Rotors des Rotationsantriebs verteilt sind. Analog können auch die Nuten am Umfang des Stators ungleichmäßig verteilt sein.

Eine Reduzierung der Pendeldrehmomente lässt sich aber auch dadurch erzielen, dass das kleinste gemeinsame Vielfache der Polzahl 2p des Rotors und der Nutzahl Nl des Stators mög ^¬ lichst hoch gewählt wird. Günstige Ergebnisse lassen sich be-

reits dann erzielen, wenn dieses kleinste gemeinsame Vielfa ^¬ che größer als 3 x Nl ist. Ein Beispiel für eine Magnetanord ^¬ nung, bei der die Pendeldrehmomente hinreichend gering sind wäre: Nl = 27 und 2p = 8. Das kleinste gemeinsame Vielfache läge dann bei 8 x 27 = 216.