WO2006087274A2 - Holzbearbeitungsmaschine mit linearem direktantrieb - Google Patents

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WO2006087274A2
WO2006087274A2 PCT/EP2006/050711 EP2006050711W WO2006087274A2 WO 2006087274 A2 WO2006087274 A2 WO 2006087274A2 EP 2006050711 W EP2006050711 W EP 2006050711W WO 2006087274 A2 WO2006087274 A2 WO 2006087274A2
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primary
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Ralph Burgstahler
Zeljko Jajtic
Markus Knorr
Andreas Rust
Stefan Schiele
Hartmut Schirdewahn
Roland Schultheiss
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
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    • H02K41/031Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
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Definitions

  • the invention relates to a woodworking machine with at least one linear direct drive, which has a primary part and a secondary part.
  • Woodworking machines have numerous linear motions. For example, It is necessary to carry out workpiece transport and workpiece machining, as well as a tool feed and an auxiliary material feed, which has hitherto been carried out by conventional drive technology and mechanical transmission elements such as gearboxes, rack pinions and ball screw spindles. These mechanical transmission members are susceptible to mechanical wear, so that increased maintenance, repair if necessary or even replacement must be performed.
  • Linear motors known per se are, on account of the susceptibility to interference of the external measuring systems required for this purpose and the economically unfavorable properties of the linear drives, e.g. Due to expensive magnets, they have taken a back seat compared to conventional conventional drive technologies. A major obstacle was u.a. the long travels of the woodworking machines and the associated costs of the required linear drive systems.
  • the object of the invention is to provide a woodworking machine in which the achievable Baren accuracy and process speeds over conventional drive systems met and their susceptibility and maintenance intensity are simultaneously reduced.
  • a woodworking machine with at least one linear direct drive having a primary part having an electrical and a magnetic excitation and a secondary part, which has means for magnetic inference and is free of magnetic sources, said primary part and / or Abutment for guiding or delivery of a workpiece and / or for guiding or delivery of a tool for machining the workpiece is suitable.
  • the primary part is designed such that it has two means for generating a magnetic field.
  • the secondary part is free of means for generating a magnetic field.
  • the primary part thus has a first means for generating a magnetic field and a further means for generating a magnetic field, wherein the first means for generating a magnetic field with an AC voltage or with an AC current can be acted upon.
  • the first means for generating a magnetic field which generates a first magnetic field is, for example, a winding.
  • the further means for generating a magnetic field, which is an excitation field is a means with which a further, ie at least a second, magnetic field can be generated.
  • the field excitation which generates the additional magnetic field is advantageously unchanged during operation, ie, constant.
  • a further means for generating the further magnetic field for example, a permanent magnet or a winding which is acted upon by a constant current or bauftschbar.
  • the other means of production Supply of another magnetic field advantageously has a plurality of further means for generating a magnetic Kirpol-field excitation.
  • the first means for generating a first magnetic field is, for example, a coil winding, wherein the first magnetic field exiting or entering the coil in such a way to further means (ie second, third, etc.) for generating further magnetic field gelei- tet is that at least two further means for generating additional magnetic fields in the field region of the first magnetic field, so that an interaction of the two magnetic fields is achieved.
  • the further means for generating additional magnetic fields advantageously have a plurality of mutually opposite directions of magnetization, whereby an arrangement with a Kirnetmaschine comes about.
  • the linear direct drive which has a primary part and a secondary part, wherein the primary part has a first means for generating a first magnetic field and the secondary part has a means for guiding the magnetic field, is thus designed such that the primary part at least two more Having means for generating at least two further magnetic fields, wherein the first
  • Means for generating the first magnetic field in such a way to the further means for generating the further magnetic fields is arranged, that a superposition of the first magnetic field with the other magnetic fields is made possible light.
  • Such a structure of the linear direct drive has the advantage that the secondary part of the electric machine has no active means for generating a magnetic field.
  • the secondary part of such an electric machine has only a means for guiding magnetic fields and is therefore simple and inexpensive to manufacture. gen.
  • the secondary part is designed to avoid eddy currents, for example, laminated.
  • the primary part and secondary part advantageously soft iron parts are used.
  • the sheet metal of these parts reduces eddy currents.
  • the soft iron parts can also be made solid and / or as so-called powder pressed parts.
  • the linear direct drive is a synchronous machine, wherein the primary part has a first means for generating a first magnetic field and further comprises a further means for generating a further magnetic field, wherein the first means is a winding and the further means at least one permanent magnet.
  • the further means is in particular a plurality of means, i. a variety of permanent magnets. With such a configuration of the electric machine according to the invention, all means for generating a magnetic field in the primary part are found.
  • the secondary part has only a means for guiding magnetic fields and is designed, for example, such that it has teeth on the surface aligned with the primary part.
  • this agent is an iron-containing agent, e.g. a laminated core.
  • the secondary part and / or the primary part are designed, for example, such that they have teeth.
  • a tooth pitch of the secondary part and a tooth or magnet pitch of the primary part can be the same or different.
  • coils of a motor string of the direct drive are grouped and arranged with an offset of 360 ° / m to other coil groups of the other motor strands.
  • the number of phases or strands is designated by "m.”
  • the pitch of the secondary part for example, an integer multiple of the magnetic division of the primary part. But it is also ausgestaltetbar that the tooth pitch of the secondary part is not an integral multiple of the magnet division of the primary part.
  • linear direct drive which is designed as a linear motor
  • permanent magnets are integrated in a spulentra- ing primary part of the linear motor.
  • This structure entails cost advantages, especially with long travel distances.
  • the secondary part of the linear motor then consists for example only of an iron reaction rail, which may also be part of the woodworking machine.
  • linear motor which is a synchronous linear motor
  • the linear motor has an electrically excitable primary part, which faces a secondary part equipped with permanent magnets.
  • a Langstatorbauweise as well as a Kurzstatorbauweise is possible.
  • a lot of copper is needed, in the other case a lot of magnetic material. Both bring high costs.
  • the permanent magnets housed in the secondary part in already known linear motors form an open path.
  • Magnets are to be protected against environmental influences such as chips, oil or other impurities along the entire length, which is expensive. Furthermore, due to the strong attraction forces of the permanent magnets on the length of the secondary part to pay attention to personal protection.
  • the permanent magnets can be integrated into the primary part, so that coils (windings) and magnets (perma Magnets) are housed in the same part (primary part) of the linear direct drive.
  • the primary part is already protected against environmental influences anyway, and there is already taken into account the protection of persons, can be dispensed with additional protection devices in the secondary part in the integration of the magnets in the primary part.
  • the secondary part advantageously consists only of an iron reaction rail from which there is no danger.
  • the linear direct drive of the Holbearbeitungsmaschine is advantageously a synchronous machine.
  • Synchronous machines can be precisely controlled and can meet high requirements for accuracy of movement and positioning accuracy.
  • the simple or compact construction of the synchronous machine according to the invention results in the widest variety of advantages already described to some extent.
  • Occurring cogging moments can be reduced by already known methods. Such methods are, for example: beveling the permanent magnets, skewing a toothing, the shaping of the teeth on the front sides of the primary parts.
  • the further means for generating a magnetic field (for example, a permanent magnet), which is embedded in soft magnetic magnetic circuit sections, arranged flux concentrating.
  • the arrangement in flux concentration allows a high magnetic utilization of the electrical machine.
  • the embedding is to be understood as meaning such a positioning of the permanent magnets in soft magnetic material, in which part or all of a soft magnetic material adjoins the sides of the permanent magnets, to which the magnetic field exits.
  • the secondary part has at least one means for magnetic inference. This agent is for example a laminated core. It is also advantageous to form the secondary part such that it is free of magnetic sources. Magnetic sources are, for example, permanent magnets or also energized (electrically energized) windings.
  • the primary part is modular. Due to the number of teeth or the corresponding windings, the length of the direct drive can be varied and thus adapted to the concerns of the Holbearbeitungsmaschine. This results u.a. the ability to adjust the nominal force of the engine.
  • areas of different magnetizability alternate in the secondary part.
  • a different magnetizability exists between a soft magnetic material which is e.g. is made of iron and air or plastic. By means of the alternating regions, the magnetic field within the secondary part can thus be guided.
  • the secondary part is designed such that it has teeth directed toward the primary part.
  • the main flow is thus guided within the secondary part via the teeth and via the possibly existing inference.
  • the flow can only be conducted via one tooth or via at least two teeth.
  • the spaces between the teeth which are for example also be marked as a bar filled.
  • the filling consists for example of plastic. Through the filling, for example, no dirt can accumulate between the teeth. It thus creates a visually uniform level. Magnetically, differences still exist.
  • the first means for generating a first magnetic field is advantageously an energizable winding.
  • the energizable winding of a machine or linear direct drive consists of one or more strings (e.g., U, V, W).
  • Each strand consists of one or more coils.
  • the coils are concentrated coils that are wound around a tooth (tooth coils), wherein the tooth can carry one or more poles or permanent magnets.
  • the tooth coil is at least part of a winding.
  • the coil can be designed as a single coil as well as a split coil.
  • the advantage of the winding is that it can be used to produce a changing magnetic field, for example by means of an alternating current, in the simplest manner.
  • the electric machine can also be embodied such that it has a plurality of windings or coils, wherein these windings can be supplied with current with different phases of a three-phase current source.
  • An electric machine can also be designed in such a way that a secondary part has teeth which are arranged at a pitch Tau_Sek to one another.
  • the primary part of the electric machine includes the second means for generating a magnetic excitation field realized by a plurality of means (for example, many permanent magnets) arranged at a pitch Tau_Prim with each other.
  • Tau_Sek can thus be expressed by an integer multiple of Tau Prim.
  • the relationship between Tau_Sek and Tau_Prim can be expressed by the equation:
  • the electric machine according to the invention is connected to a power converter.
  • the power converter is in particular an inverter, which can be provided for energizing the first means for generating a first magnetic field.
  • the linear direct drive and the converter form a drive.
  • the electrical machine is therefore also executable such that the primary part has a plurality of windings, wherein different
  • Windings with an alternating voltage or an alternating current with different phase can be energized.
  • the use of different phase positions can cause a uniform force curve during the movement of the primary part and / or the secondary part of the electrical machine.
  • Such a uniform force curve can also be formed in such a way that different windings of a primary part of an electric machine are so out of phase in their position relative to the secondary part that a more even force development is made possible thereby.
  • a phase offset of 120 ° is advantageously selected electrically.
  • a further embodiment of the electric machine as a further means for generating at least one second magnetic field on permanent magnets.
  • the permanent magnets are arranged on the primary part such that they generate a magnetic excitation field in each case in different directions.
  • the magnetization directions of the permanent magnets are indeed parallel but alternately opposite.
  • magnetization directions of the permanent magnets are aligned in such a way that a magnetic alternating flux is generated by the movement of the toothed secondary part in the coil-carrying magnetic circuit sections of the primary part and thereby a Kirschkettung of the coil comes about (alternating flow arrangement).
  • magnetization directions of the permanent magnets can be aligned so that by the movement of the toothed secondary part, in the coil-carrying magnetic circuit portions of the primary part, a pulsating magnetic DC flux is generated and thereby a Gleichmannverkettung the coil comes about (DC arrangement).
  • Magnetic fields are guided, for example, in a plane oriented transversely to the direction of movement (transverse flux magnetic circuit). This has the advantages that the laminated core of the primary part is variable by the number of stacked engine plates in the longitudinal extent.
  • magnetic fields are guided in a plane which is oriented parallel to the direction of movement (longitudinal flux magnetic circuit). This has the advantage that the laminated core width can be varied by the number of stacked sheets.
  • a cross-flow orientation that is to say a cross-flux magnetic circuit
  • a longitudinal-flow orientation that is to say a longitudinal-flux magnetic circuit
  • not only a secondary part can be moved by means of the primary part of the linear direct drive, but at least two or more secondary parts.
  • This serves u.a. the workpiece delivery in the woodworking machine, in which by means of a primary part a variety of secondary parts are movable.
  • the primary part serves, for example, for one or more of the following tasks: positioning of the secondary part, acceleration of the secondary part, deceleration of the secondary part.
  • the electric machine can be designed so flexibly that either the primary part and / or the secondary part can be moved.
  • this has a primary part and two secondary parts.
  • Primary part is arranged between the two secondary parts. This arrangement is designed such that a magnetic circuit, which is formed by a magnetic useful flow, closes over the primary part and both secondary parts.
  • this has two primary parts and a secondary part.
  • the secondary part is arranged between the two primary parts.
  • the primary parts and the secondary part can be formed such that a magnetic circuit, which is formed by a magnetic useful flow, closes over the two primary parts and the secondary part.
  • the primary parts and the secondary part can also be formed such that a magnetic circuit, which is formed by a magnetic useful flow, closes via a respective primary part and the common secondary part.
  • a magnetic circuit which is formed by a magnetic useful flow
  • the secondary part is designed as a passive rail made of magnetically conductive laminated or solid material.
  • a tooth-shaped expression of the secondary part so at least two different air gap thicknesses in the direction of movement can be finished with higher precision compared to the previously conventional magnetic secondary parts.
  • the secondary part geometry can optionally be a shaped, in particular milled, component of the machine body of the woodworking machine.
  • the woodworking machine has a plurality of primary parts, they may for example independently of one another as a plurality of separate linear motors or together as a motor can be controlled.
  • a two-dimensional movement can be realized in which the total number of primary parts is divided into two groups.
  • a first group is for movement in the X-axis and a second group is for movement in the Y-axis.
  • the alignment also follows accordingly. For example, these two groups are distributed in a checkerboard pattern in the X, Y plane.
  • An active area of the secondary part is divided into corresponding two areas for the X and Y movement directions.
  • FIG. 8 shows a perspective view of a linear motor with a longitudinal flow orientation
  • 11 shows a linear motor with different strands for different phases
  • 12 shows geometry and field image of a linear motor with tooth magnets in flux concentration
  • FIG. 13 is a comparison of a primary part with a transverse flux magnetic circuit and a primary part with a longitudinal flux magnetic circuit
  • FIG. 15 shows a comparison of electrical machines with an alternating flow arrangement and a DC flow arrangement
  • FIG. 17 shows an electric machine with double-sided primary parts
  • FIG. 18 shows a magnetic field profile of a cross-flow
  • FIGS. 21-24 show basic arrangements of the linear direct drives in a woodworking machine
  • FIG. 26 is a schematic illustration of an edge processing machine
  • F FIIGG 2 277 is a basic illustration of a dowel hole drilling machine
  • FIG. 26 is a schematic illustration of an edge processing machine
  • F FIIGG 2 277 is a basic illustration of a dowel hole drilling machine
  • the linear direct drive also referred to as an electric machine or as a linear motor, presented in its mode of action and its possible embodiments that are relevant to a woodworking machine.
  • the illustration according to FIG. 1 shows an electrical machine 1.
  • the electric machine 1 has a primary part 3 and a secondary part 5.
  • the primary part 3 has a winding 9 and permanent magnets 17.
  • the direction of movement of the primary part 3 is characterized by a double arrow extending in the longitudinal direction 11.
  • Another double arrow indicates the transverse direction 13.
  • the normal 15 is determined by means of a third double arrow, the normal referring to an air-gap plane 19, the air-gap plane 19 not being shown in FIG. However, the air gap plane 19 is shown in FIG.
  • a side view 7 is displayed, which relates to the illustration of FIG 3 and 4.
  • the electric machine 1 is a linear motor which can be controlled by means of a power converter 14 connected via a connection cable 16.
  • the illustration according to FIG. 2 shows an electrical machine 1.
  • the primary part 3 is designed as a laminated core, the primary part 3 having a winding 9.
  • the winding 9 is a strand winding, which can be powered by an alternating current.
  • the direction of the current is shown in FIG 2 to a moment. The direction is indicated by means of a point 23 or by means of a cross 25.
  • the laminated executed primary part 3 has on the side facing the secondary part 5, permanent magnets 17.
  • the permanent magnets 17 are mounted on the primary part such that their magnetization alternates in the direction of the normal 15.
  • the magnets (permanent magnets) thus generate a magnetic flux which alternately points upwards (towards the primary part 3) and downwards (towards the secondary part 5).
  • North-south permanent magnets (NS) 27 (the magnetization direction points to the secondary part) thus alternate with the south-north permanent magnet (SN) 29 (the magnetization direction points to the primary part).
  • an air gap 21 is formed between the primary part 3 and the secondary part 5.
  • This air gap 21 tensions the air gap plane 19.
  • the movement of the linear direct drive takes place in the direction of the longitudinal direction 11. In this case, it is possible that either the primary part 3 is stationary and the secondary part 5 moves or that the secondary part 5 is stationary and the primary part 3 passes over the secondary part 5 emotional .
  • the winding 9 is a first means for generating a first magnetic field and the permanent magnets 17 are further means for generating further magnetic fields.
  • 2 shows a cross-flow embodiment of the electric machine 1.
  • the secondary part 5 is designed, for example, such that it has a carrier 31 and a bolt 33.
  • At least the latch 33 are executed laminated.
  • the sheet metal is made such that connects in the longitudinal direction 11 plate to sheet metal.
  • the latches 33 are glued or soldered or welded or, for example, connected to one another on the support 31 or connected to one another in a combination of fastening possibilities.
  • the sheet is advantageous for avoiding eddy currents. If the negative eddy current effects are not pronounced (eg in applications with a sufficiently low electrical fundamental frequency), sheet metal can be dispensed with and cost-effective solid parts can be used.
  • the detail according to FIG. 3 shows in detail in the primary part 3 and a secondary part 5. This detail according to FIG.
  • FIG. 3 schematically shows again how magnetic fields can be divided into a primary part 3, whereby the shape of a side view is selected, which is a side view 7 corresponds to FIG 1.
  • FIG. 3 shows a winding of a winding 10. Furthermore, it is shown that the primary part 3 and the secondary part 5 can be divided into sections.
  • the primary part has primary sections 47, 49, 51 and 53, these primary sections 47, 49, 51 and 53 relating to the permanent magnets 27, 29.
  • the sections are regions in which, corresponding to the direction of magnetization of the permanent magnets 27 and 29, the magnetic flux either runs away from the secondary part 5 or extends toward the secondary part 5.
  • the course is shown by arrows 41, 43.
  • the sum of all the magnetic fluxes linked to the winding 10 forms a linking flux ⁇ .
  • the linking flux is mainly generated by the magnets which can form a magnetic inference via the secondary part 5.
  • the flow arrows of different lengths show for each magnet the flux linked to the winding (coil).
  • the secondary part 5 has according to the existing bars 33 and sections. These secondary sections 55, 57, 59 and 61 thus correspond to the sections in which a latch 33 is present or absent.
  • a magnetic flux is feasible.
  • the guidance of the magnetic flux takes place in the present example perpendicular to an illustrated X-axis 63.
  • the flow thus runs perpendicular to the sheet plane on which the figure is shown, which corresponds to a Y-axis 65.
  • the Z axis is perpendicular to the X and Y axes so that all axes are perpendicular to each other.
  • a magnetic excitation flux which is caused, for example, by a north-south permanent magnet 27, closes over the bolt 33 and the primary part 3 in a section 47 in connection with the section 55.
  • the primary part 3 for example, behind a first north-south - Permanent magnet 27 (NS permanent magnet) on a further permanent magnet which is magnetized in the opposite direction, so that it is an SN permanent magnet 29.
  • NS permanent magnet north-south - Permanent magnet
  • FIG. 3 shows the magnetic excitation flux 41, 43 at the time and for the position of primary part 3 and secondary part 5, in which a current in winding 10 has a zero crossing.
  • the position-dependent course of the magnetic excitation flux or the induced voltage in the winding and the thereby converted power of an energized motor are shown in Fig. 5.
  • a negative concatenation flow ⁇ results, for which a
  • the flux linkage 39 of the coil (winding 10) gradually changes from a negative to a positive value.
  • How the change can take place can be determined by geometry parameters such as magnet width, air gap, tooth width (width of the bolt 33) and so on. In an advantageous embodiment, a possible sinusoidal change is desired.
  • the illustration according to FIG. 5 shows, in three graphs, the magnetic linking flux ⁇ , the resulting induced voltage U 1 and the electrical power P e i, str of a strand / a winding, over time.
  • the time course is represented by the indication of the phase position of the voltage.
  • the course of the flux ⁇ also reflects the course of the magnetic field 90, which can be generated for example by means of permanent magnets. For optimum force generation of a strand, the current must be impressed in phase with the induced voltage.
  • FIG. 6 serves to illustrate the technical principle and illustrates the generation of a force F.
  • an auxiliary model is presented.
  • a permanent magnet 27 is replaced by currents on one of these associated lateral surface.
  • the permanent magnet 27 can be thoughtfully represented, for example, by a cuboid, with current flowing on the side surfaces of the cuboid 69, as shown.
  • the permanent magnet 27 can be represented by a winding, whereby, according to the model, the direction of the current within the winding is represented by a point 23 or a cross 25 is shown.
  • the magnet is reduced to the conductor cross-section of the equivalent currents.
  • the result is the following arrangement.
  • the magnetic field generated by the winding 9 concentrates in the air gap 21 at the locations of the bars 33, which serve as flux guides, since here the magnetic resistance is the lowest. So the fictitious ladder lie in the field of the strand coil, reinforcing it on one side and weakening it on the other side.
  • the conductors “deviate” into the region of lower field strength, which is represented by the direction of the force F acting on the primary part in FIG. 6. This relationship is also described by the "right-hand rule", in which the current, the magnetic field and the force F are at a right angle.
  • X ⁇ M / 2 of the primary part 3 and secondary part 5 to each other, the phase current, ie the current through the winding 9 reaches its maximum.
  • FIG. 7 schematically shows the geometry of a transverse flux linear motor 1 and a magnetic exciter field 88 which is generated by the permanent magnets 17.
  • a magnetic useful flow is guided in a plane 106 oriented transversely to a movement direction 11.
  • the magnetic useful flow is the magnetic flux, which is coupled or linked with the coil 9. This oriented magnetic useful flow forms a transverse flux magnetic circuit.
  • the excitation field 88 in FIG. 7 is the additional magnetic field or the additional magnetic fields.
  • the linear motor 1 has a laminated primary part 3 and a laminated secondary part 5.
  • the stacking direction of the laminated cores is indicated in principle.
  • the magnetization direction 94 of the permanent magnets 17 is illustrated by means of arrows.
  • the possible direction of movement of the primary part is the longitudinal direction 11.
  • the illustration according to FIG. 8 shows a primary part 4 and a secondary part 6.
  • the primary part 4 and the secondary part 6 form the electrical machine 2, the electric machine 2 having a longitudinal flow arrangement.
  • the longitudinal flow arrangement is characterized in particular by the fact that the magnetic fields are not transverse to the direction of movement of the primary part or of the secondary part but along the direction of movement of the primary part or along the direction of movement of the secondary part.
  • the magnetic flux which is guided in a plane 108, wherein the plane 108 is oriented parallel to the direction of movement 11, is a magnetic useful flow.
  • the useful magnetic flux is the magnetic flux which is coupled to the coil 9. This oriented magnetic useful flow forms a longitudinal flux magnetic circuit.
  • the secondary part 6 is executed according to FIG 8 both in the region of the carrier 32 as well as in the region of the bolt 34 laminated.
  • the arrangement of the magnets in the air-gap plane, in contrast to the cross-flow arrangement is not executed checkerboard-like but strip-shaped.
  • the magnets are designed in the longitudinal flow variant substantially parallel to the bars (Flussleit Swissen). To reduce force ripples, however, the magnets can be positioned in a targeted manner in a sloping position.
  • the secondary part 6 is made of sheets, which are stacked over the width of the motor one behind the other.
  • the carrier 32 and the teeth 75 consist of one part.
  • the type of lamination is indicated in FIG.
  • the secondary part may for example be constructed in several parts in the longitudinal direction, so that a secondary part 6 adjoins a next secondary part. However, such further adjacent in the direction of movement secondary parts are not shown in the illustration of FIG 8.
  • the Representation according to FIG 8 also shows the permanent magnets.
  • the permanent magnets are NS permanent magnets 28 or SN permanent magnets 30. These permanent magnets extend, for example, over an entire laminated core width 77 of the primary part 4.
  • the primary part 4 is designed in such a way that it has pole shoes 79.
  • the pole shoes 79 widen the support surface for permanent magnets 28, 30. This makes it possible to increase the power output of the electric machine 2.
  • the primary part 4 is advantageously designed such that it has a winding body 81.
  • the winding body 81 has both a pole shoe 79 and a winding neck 84. To the winding neck 84, the winding 9 can be wound and then inserted into the primary part 4.
  • the bobbin 81 advantageously holds by means of lugs 83 in the primary part.
  • the winding 9 is referred to as a strand U of an engine.
  • Other motor strings for example V and W
  • the permanent magnets 28 and 30 generate the magnetic excitation fluxes 86, the sum of which forms the flux linkage ⁇ of the coil 9.
  • the magnetic exciter fluxes 86 which represent a useful flux, form a longitudinal flux magnetic circuit.
  • the illustration according to FIG. 10 shows a linear motor 2 with a longitudinal flux magnetic circuit. This corresponds to the representation according to FIG. 9.
  • the distribution of the further magnetic fields 92 is additionally shown in a depiction downwardly offset in the image.
  • These further magnetic fields 92 are the magnetic excitation field, which is caused by the permanent magnet 17.
  • the illustration according to FIG. 11 shows a further exemplary embodiment of an electrical machine 2, wherein it can now be built up with three strands U, V and W. Each string is intended for one phase of a three-phase network. The required phase shift is achieved by the geometric offset between the strands.
  • the geometric offset ⁇ x corresponds to 120 ° electrically for the illustrated three-stranded machine.
  • FIG. 11 also differs with respect to FIG. 10 in that each strand U, V and W is assigned not only a tooth coil 9, but its two tooth coils 12 and 14 for one strand U, V and W.
  • FIG. 12 shows a linear direct drive, wherein toothed magnets 18 are used here as permanent magnets.
  • the toothed magnets 18, which are also permanent magnets, are located between, for example, braided soft iron material 96.
  • the further magnetic field 86 generated by the toothed magnets 18 is marked by lines with arrows.
  • the magnetization direction 94 of the permanent magnets 18 is also illustrated by arrows.
  • the toothed magnets 18 are positioned substantially centrally in a tooth 98 and extend substantially parallel to a coil axis 100 of the toothed coil 9.
  • the tooth 98 is surrounded by a toothed coil 9.
  • FIG. 12 shows the geometric structure in an upper half of the image and the course of the magnetic excitation field 88 in a lower half of the image.
  • the magnetic excitation field 88 is the additional magnetic field generated by the toothed magnets 18.
  • the representation of the excitation field 88 clearly shows the effect of the flux concentration 102.
  • the flux concentration is determined by the magnetic circuit geometry. Factors influencing this are, for example, the magnet dimensions and the sheet-metal section dimensions.
  • the magnetization direction 94 of the toothed magnets 18 (the toothed magnet is a permanent magnet) is mainly parallel to an air-gap plane of the air gap 105.
  • the pitch of the secondary part 6 of the electric machine 2 according to FIG 12 is not an integer multiple of the magnetic division of the primary part 4. This is especially true for the mean, if the tooth or magnet pitch are not constant.
  • the coils 9 can be supplied with one and / or with several phases.
  • the assignment of the coils to individual motor phases depends on the selected tooth pitch ratio between the primary part 4 and the secondary part 6.
  • the representation according to FIG. 12 shows a different tooth pitch in the teeth 98 of the primary part 4 than in the teeth 99 of the secondary part 6.
  • a multi-phase electric machine can be realized both for the same and for unequal tooth pitch on the primary and secondary part. A same pitch is shown for example in FIG 7 and FIG 11.
  • the representation according to FIG. 13 differs from the illustration according to FIG. 12 essentially in that, instead of tooth magnets, yoke magnets 20 are now used as a further means for generating further magnetic fields.
  • the yoke magnets 20 are also permanent magnets and are positioned in the region of a yoke 104.
  • the yoke 104 serves to connect teeth 98.
  • the positioning of the magnets in comparison to FIG. 12 also results in another exciter field 88 in FIG.
  • FIG. 14 schematically shows a comparison of a primary part 3 with a transverse flux magnetic circuit 115 and a primary part 4 with a longitudinal flow element.
  • the primary parts 3,4 are in particular primary part 3,4 of a permanent magnet synchronous motor, not shown in this figure, which has permanent magnets in the primary part, wherein the permanent magnets are also not shown in this figure.
  • the magnetic flux ⁇ is shown only symbolically. Also, other means for generating the magnetic flux ⁇ , such as bestromba- re windings are not shown for reasons of clarity.
  • a possible direction of movement 11 is indicated by an arrow.
  • a secondary part, which is assigned to the respective primary parts 3 and 4 is not shown in FIG. In the illustration, it is also shown that in a lamination of the primary parts 3 and 4, the execution of this depends on the orientation of the respective magnetic circuit 115 and 117.
  • the magnetic exciter flux ⁇ mainly closes in a plane oriented transversely to the direction of movement 11.
  • the engine plates used for laminating the primary part 3,4 follow the flow plane and are stacked, for example, in a longitudinal extent of the primary part 3, wherein the longitudinal extent is the extent of the primary part 3 in the direction of movement 11.
  • the illustration according to FIG. 15 shows a comparison of electrical machines 2 a and 2 b, which are linear motors.
  • the electric machine 2 a has a primary part 4 a, which has teeth 98, wherein permanent magnets 17, which have a different magnetization direction 94, are attached to a respective tooth 98.
  • the permanent magnets 17 are attached to the air gap 105 facing side of the primary part.
  • the magnetization direction 94 of the permanent magnets 17 is mainly perpendicular to an air gap plane.
  • a toothed coil 9 is wound around the teeth 98 in each case. Since now each of the teeth 98 permanent magnets 17 having opposite magnetization directions 94, resulting in a movement of the primary part 4a relative to the secondary part 6, a magnetic alternating flux.
  • the electrical machine 2a thus has an alternating flow arrangement.
  • the permanent magnets 17, which serve to form a (magnetic) exciter field a magnetic alternating flux is generated in the magnetic circuit during a relative movement of the secondary part 6 to the primary part 4a.
  • the magnetization Directions 94 of the individual permanent magnets 17 are thus aligned such that a magnetic alternating flux is generated by a movement of the toothed secondary part 6 in the coil-carrying magnetic circuit portions of the primary part 4a.
  • the electrical machine 2b in FIG. 15 also has a primary part 4b, which has teeth 98.
  • the teeth 98 in the electric machine 2b have only one permanent magnet 17 for each tooth 98. Since the permanent magnet 17 has a magnetization direction 94, only one magnetization direction 94 is assigned to each tooth 98.
  • An electric machine 2b can also be designed in such a way that a tooth 98 has a plurality of permanent magnets, but with respect to a tooth 98, the same
  • the magnetization directions 94 alternate with the teeth 98 on the primary part 4b.
  • Each tooth thus alternately has a different magnetization direction 94. Since the teeth 98 now have permanent magnets 17 with opposite directions of magnetization 94, a magnetic direct flux results when the primary part 4b moves relative to the secondary part 6.
  • the electrical machine 2b thus has a DC flow arrangement.
  • the permanent magnets 17, which serve to form a (magnetic) exciter field a magnetic direct flux is generated in the magnetic circuit during a relative movement of the secondary part 6 to the primary part 4b.
  • the magnetization directions 94 of the individual permanent magnets 17 are aligned in the electric machine 2b in FIG 15 such that a magnetic DC flux is generated by a movement of the toothed secondary part 6 in the coil-carrying magnetic circuit portions of the primary part 4b, the magnetic flux does not change direction and periodically oscillates between a maximum and a minimum value.
  • FIG. 15 an arrangement is selected in which a force effect between a primary part and a secondary part can be achieved.
  • the illustration according to FIG. 16 shows an arrangement of an electrical machine which has a primary part 4 and two secondary parts 6a and 6b. A force effect thus results between only one primary part 4 and two secondary parts 6a and 6b.
  • the teeth 98 of the primary part 3 of the linear motor according to FIG 16 each have two pole pieces 79, wherein each pole piece 79, a secondary part 6a or 6b faces.
  • This embodiment of the electric machine 2 according to FIG. 16 is a type of development of the electric machine 2 according to FIG. 12.
  • the double-sided arrangement of the secondary parts is not limited to the embodiment of the primary part 4 shown in FIG 16, in which the permanent magnets 17 are embedded in a soft magnetic material 119.
  • FIG. 17 shows an arrangement of an electrical machine 2 which has two primary parts 4a and 4b and only one associated secondary part 6. A force effect thus results between only one secondary part 6 and two primary parts 4a and 4b. This results in an approximate doubling of the producible force.
  • the teeth 3 of the secondary part of the linear motor 2 according to FIG 16 have a two-sided alignment to each of a primary part 4a and 4b. Each primary part 4a and 4b so teeth 33 of a secondary part 5 are assigned.
  • This embodiment of the electric machine 2 according to FIG. 17 is a type of development of the electric machine 2 according to FIG. 12.
  • the primary parts 4 a and 4 b are not limited to the embodiment of the primary part 4 a shown in FIG. 16, in which the permanent magnets 17 are embedded in a soft-magnetic material 119. It is also possible to carry out primary parts which, for example, have permanent magnets on the pole shoes, as in FIG.
  • the representation according to FIG. 18 shows, by way of example, the magnetic field profile in an electrical machine 1 which has two primary parts 3 a and 3 b and a secondary part 5.
  • the primary parts 3a and 3b have permanent magnets 17 and a winding 9.
  • the magnetic flux 86 is shown, which results from a current through the winding 9 of the primary parts shown in dashed lines.
  • the magnetic flux caused by the permanent magnets is not considered.
  • the illustration according to FIG. 19 shows, by way of example, the magnetic field course in an electrical machine 1 which has two primary parts 3 a and 3 b and a secondary part 5, wherein the magnetic field profile shown in FIG. 19 originates only from the permanent magnets 17.
  • the magnetic flux 86 shown in FIG. 19 the magnetic flux caused by the current-carrying windings 9 of the primary parts is not taken into consideration.
  • FIG. 20 shows, by way of example, the magnetic field profile in an electrical machine 1, the magnetic fields of the permanent magnets 17 and the current-fed winding 9 now being superimposed.
  • FIG. 20 shows that the secondary part 5 is arranged between two primary parts 3 a and 3 b, this arrangement being used to form a common magnetic circuit, which comprises the relates to both primary parts 3a, 3b and the secondary part 5, serves.
  • FIGS. 21 to 24 now show basic principles of arrangements of linear direct drives on woodworking machines.
  • FIG. 21 shows a support structure 200 on which secondary parts 6 are fastened as a toothed iron structure. Due to the U-shaped design of the support structure 200 is located on the upper and lower leg each have a secondary part 6, so that in the middle of the primary part 3, the windings and magnets, not shown, a linear movement, represented by the arrow 211, can perform ,
  • the support structure 200 may have two primary parts 3 according to FIG. 22, which are arranged around a centrally arranged secondary chamber 6 of double-chamber design.
  • the support structure 200 together with the arranged on the legs primary parts 3 performs a linear movement 211.
  • a two or more track motor arrangement e.g. realize for panel sizing in which a primary subcarrier is arranged to be movable, wherein the primary parts are each located above the secondary parts and thus can perform a linear movement.
  • the primary tool carrier can contain the tools.
  • the tools used in woodworking machines include milling cutters, grinding machines, edge formers, drills, saws and profiling machines.
  • Workpieces include wood or chipboard, untreated logs, beams, moldings. The transport of these workpieces is done, inter alia, by pliers, suction cups or other devices known per se. Both the tools and the workpieces can be positioned, transported and processed by the linear direct drive.
  • FIG. 23 shows an arrangement in which primary parts 3 are arranged on a T-shaped supporting structure 200.
  • At least one linear direct drive advances a support structure on which a plurality of tools are arranged.
  • a direct drive must be provided for each track.
  • FIG. 24 shows, in a basic representation, a two-track arrangement, wherein the primary part and the secondary part respectively form a linear motor, and the primary parts are not mechanically connected. Each of the primary parts carries out an independent movement. However, it is possible to realize an electrical coupling of the two primary parts.
  • the primary part according to FIG. 29 has a sensor 300.
  • speed and position actual values can be detected exactly regardless of the ambient conditions.
  • the secondary parts can be manufactured with high precision, so that direct detection is possible. This increases, among other things, the availability of the woodworking machine by reducing the failure caused by failures. This results in easier integration of the measuring system. A complex encapsulation of the encoder is eliminated due to the robust design of the particular toothed secondary part. It also results in a simple commissioning, as an adjustment between the material measure and the secondary part is eliminated.
  • Linear direct drives are used in machining centers, e.g. a router as shown in principle in FIG 25, particularly suitable because the tool carrier is designed as a cross slide, wherein the guide is realized by a secondary part and the tool carrier by a primary part. If necessary, such a machining center can also be produced in which the guide is the primary part and the tool carrier is designed as a secondary part. This is particularly advantageous since a saving of trailing cables 16 is achieved, so that the entire woodworking machine can be produced more economically.
  • a width adjustment of the woodworking machine to accommodate the workpiece size e.g. a chipboard by one or more linear direct drives possible.
  • the guide is done by a secondary part, wherein the machine support is attached to the primary part.
  • the machine carrier can also form the secondary part and the guide is taken over by the primary part.
  • gantry synchronization of several axes can be achieved for large machine lengths.
  • the positioning of the drilling supports in the longitudinal direction as well as the transverse positioning of the drilling heads for vertical bores and horizontal bores is applied to one or more primary parts. assigns.
  • the guide is created by the secondary part. In this case, a common or single secondary part may be present.
  • the guide advantageously takes over the secondary part while the function of a collet carrier as well as the workpiece carrier is taken over by the primary part. Cutting and return transport of the saw carriage is also guided by the secondary part, while the saw carriage is positioned on the primary part.

Abstract

Holzbearbeitungsmaschine mit zumindest einem Linearantrieb, der ein Primärteil (3, 3a, 3b, 4, 4a, 4b) mit Spulen (9, 10, 12, 14) und Permanentmagneten (17, 18, 20, 27, 28, 29, 30) aufweist. Das Primärteil (3, 3a, 3b, 4, 4a, 4b) kann entweder als Querfluss- Antrieb bzw. Pulsmotor (1) oder als Längsfluss- Antrieb (2) ausgestaltet sein. Das Reluktanz -Sekundärteil (5, 6, 6a, 6b) besteht lediglich aus Eisenzähnen (33, 75) und einem magnetischen Rückschluss (31, 32).

Description

Beschreibung
Holzbearbeitungsmaschine mit linearem Direktantrieb
Die Erfindung betrifft eine Holzbearbeitungsmaschine mit zumindest einem linearen Direktantrieb, der ein Primärteil und ein Sekundärteil aufweist.
Holzbearbeitungsmaschinen weisen zahlreiche lineare Bewegun- gen auf. Z.B. ist der Werkstücktransport und die Werkstückbearbeitung, als auch eine Werkzeugzustellung und eine Hilfsma- terialzuführung durchzuführen, die bisher durch konventionelle Antriebstechnik und mechanischen Übertragungsgliedern wie Getriebe, Zahnstangenritzeln und Kugelrollspindeln durchge- führt wurde. Diese mechanischen Übertragungsglieder sind anfällig gegenüber mechanischem Verschleiß, so dass eine verstärkte Wartung, gegebenenfalls eine Reparatur oder sogar ein Austausch durchgeführt werden muss.
Ebenso werden durch die Verschmutzung aufgrund Bearbeitungsrückständen, wie z.B. Späne oder Staub und aggressive Prozessumgebungen, wie z.B. Schmiermittelrückstände, Leim oder Dichtmittel die erreichbaren Genauigkeiten und die angestrebten Prozessgeschwindigkeiten erheblich reduziert.
An sich bekannte Linearmotoren sind aufgrund der Störempfindlichkeit der dafür erforderlichen externen Messsysteme und der wirtschaftlich ungünstigen Eigenschaften der Linearantriebe, z.B. aufgrund teurer Magnete, gegenüber herkömmlichen konventionellen Antriebstechniken in den Hintergrund getreten. Ein wesentlicher Hinderungsgrund war u.a. die langen Verfahrwege der Holzbearbeitungsmaschinen und die damit verbundenen Kosten der dafür erforderlichen Linearantriebssysteme .
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Holzbearbeitungsmaschine zu schaffen, bei der die erreich- baren Genauigkeiten und Prozessgeschwindigkeiten gegenüber herkömmlichen Antriebssystemen erfüllt und deren Störanfälligkeit und Wartungsintensität gleichzeitig reduziert werden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine Holzbearbeitungsmaschine mit zumindest einem linearen Direktantrieb, der ein Primärteil aufweist, das eine elektrische und eine magnetische Erregung aufweist und einem Sekundärteil, das Mittel zum magnetischen Rückschluss aufweist und frei von magnetischen Quellen ist, wobei Primärteil und/oder Sekundärteil zur Führung oder Zustellung eines Werkstücks und/oder zur Führung oder Zustellung eines Werkzeugs zur Bearbeitung des Werkstücks geeignet ist.
Bei einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, welche ein Primärteil und ein Sekundärteil aufweist, ist das Primärteil derart ausgeführt, dass dieses zwei Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes aufweist. Das Sekundärteil ist frei von Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Feldes. Das Pri- märteil weist also ein erstes Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und ein weiteres Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes auf, wobei das erste Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes mit einer Wechselspannung bzw. mit einem Wechselstrom beaufschlagbar ist. Das erste Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, welches ein erstes magnetisches Feld erzeugt, ist beispielsweise eine Wicklung. Das weitere Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, welches ein Erregerfeld ist, ist ein Mittel mit dem ein weiteres, also zumindest ein zweites, magnetisches Feld erzeugbar ist.
Die Felderregung die das weitere magnetische Feld erzeugt ist vorteilhafter Weise im Betrieb unverändert, also konstant. Ein derartiges weiteres Mittel zur Erzeugung des Weiteren magnetischen Feldes ist beispielsweise ein Permanentmagnet bzw. eine Wicklung, welche mit einem konstanten Strom beaufschlagt bzw. baufschlagbar ist. Das weitere Mittel zur Erzeu- gung eines weiteren magnetischen Feldes weist vorteilhafter weise eine Vielzahl von weiteren Mitteln zur Erzeugung einer magnetischen Wechselpol-Felderregung auf.
Das erste Mittel zur Erzeugung eines ersten magnetischen Feldes ist beispielsweise eine Spulenwicklung, wobei das erste magnetische Feld, welches aus der Spule austritt bzw. in diese eintritt derart zu weiteren Mitteln (also zweiten, dritten, usw.) zur Erzeugung weiterer magnetischen Feldes gelei- tet ist, dass zumindest zwei weitere Mittel zur Erzeugung weiterer magnetischer Felder im Feldbereich des ersten magnetischen Feldes liegen, damit eine Wechselwirkung der beiden magnetischen Felder zustande kommt. Die weiteren Mittel zur Erzeugung weiterer magnetischer Felder weisen vorteilhafter Weise eine Vielzahl zueinander jeweils umgekehrter Magnetisierungsrichtungen auf, womit eine Anordnung mit einer Wechselpolmagnetisierung zustande kommt.
Der lineare Direktantrieb, welcher ein Primärteil und ein Se- kundärteil aufweist, wobei das Primärteil ein erstes Mittel zur Erzeugung eines ersten magnetischen Feldes aufweist und das Sekundärteil ein Mittel zur Führung des magnetischen Feldes aufweist, ist also derart ausgebildet, dass das Primärteil zumindest zwei weitere Mittel zur Erzeugung zumindest zweier weiter magnetischer Felder aufweist, wobei das erste
Mittel zur Erzeugung des ersten magnetischen Feldes derart zu den weiteren Mitteln zur Erzeugung der weiteren magnetischen Felder angeordnet ist, dass eine Überlagerung des ersten magnetischen Feldes mit den weiteren magnetischen Feldern ermög- licht wird.
Ein derartiger Aufbau des linearen Direktantriebs hat den Vorteil, dass das Sekundärteil der elektrischen Maschine keine aktiven Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes aufweist. Das Sekundärteil einer derartigen elektrischen Maschine weist lediglich ein Mittel zur Führung magnetischer Felder auf und ist deshalb einfach und preisgünstig zu ferti- gen. Das Sekundärteil ist zur Vermeidung von Wirbelströmen beispielsweise geblecht ausgeführt.
Für den strukturellen Aufbau von Primärteil und Sekundärteil sind vorteilhafter Weise Weicheisenteile verwendbar. Die Blechung dieser Teile reduziert Wirbelströme. In weitern Ausführungsformen können die Weicheisenteile auch massiv und/oder als sogenannte Pulverpressteile ausgeführt sein.
Vorteilhafterweise ist der lineare Direktantrieb eine Synchronmaschine, wobei das Primärteil ein erstes Mittel zur Erzeugung eines ersten magnetischen Feldes aufweist und weiterhin ein weiteres Mittel zur Erzeugung eines weiteren magnetischen Feldes aufweist, wobei das erste Mittel eine Wicklung ist und das weitere Mittel zumindest ein Permanentmagnet. Das weitere Mittel ist insbesondere eine Vielzahl von Mitteln, d.h. eine Vielzahl von Permanentmagneten. Bei einer derartigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine finden sich alle Mittel zur Erzeugung eines magnetischen FeI- des im Primärteil. Das Sekundärteil weist lediglich ein Mittel zur Führung magnetischer Felder auf und ist beispielsweise derart ausgeführt, dass es auf der zum Primärteil ausgerichteten Oberfläche Zähne aufweist. Dieses Mittel ist insbesondere ein eisenhaltiges Mittel, wie z.B. ein Blechpaket.
Das Sekundärteil und/oder das Primärteil sind beispielsweise derart ausgeführt, dass diese Zähne aufweisen. Eine Zahnteilung des Sekundärteils und eine Zahn- bzw. Magnetteilung des Primärteils kann sowohl gleich als auch unterschiedlich sein. Zum Beispiel werden bei gleicher Teilung Spulen eines Motorstranges des Direktantriebes gruppiert und mit einem Versatz von 360 °/m zu weiteren Spulengruppen der anderen Motorstränge angeordnet. Mit „m" ist die Anzahl der Phasen bzw. der Stränge bezeichnet. Die Zahnteilung des Sekundärteils (Tau_Sek) gibt die Polteilung der Maschine (Tau_p) vor und es gilt Tau_zahn,sek = 2*Tau_p. In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Holzbearbeitungsmaschine ist die Zahnteilung des Sekundärteils beispielsweise ein ganzzahliges Vielfaches der Magnetteilung des Primärteils. Sie ist aber auch derart ausgestaltbar, dass die Zahnteilung des Sekundärteils kein ganzzahliges Vielfaches der Magnetteilung des Primärteils ist.
Bei dem linearen Direktantrieb der als Linearmotor ausgeführt ist, sind beispielsweise Permanentmagnete in ein spulentra- gendes Primärteil des Linearmotors integriert. Dieser Aufbau birgt, insbesondere bei langen Verfahrwegen, Kostenvorteile. Das Sekundärteil des Linearmotors besteht dann beispielsweise nur aus einer Eisen-Reaktionsschiene, die auch ein Teil der Holzbearbeitungsmaschine sein kann.
Die Kostenvorteile bei einem derartigen Linearmotor ergeben sich z.B. daraus dass bislang der Linearmotor, welcher ein Synchronlinearmotor ist, ein elektrisch erregbares Primärteil aufweist, welches einem mit Permanentmagneten bestücktem Se- kundärteil gegenübersteht. Hierbei ist eine Langstatorbauweise wie auch eine Kurzstatorbauweise möglich. In dem einen Fall wird sehr viel Kupfer benötigt, in dem anderen Fall sehr viel Magnetmaterial. Beides bringt hohe Kosten mit sich. Die im Sekundärteil bei bereits bekannten Linearmotoren unterge- brachten Permanentmagnete bilden eine offene Strecke. Die
Magnete (Permanentmagnete) sind auf der ganzen Länge vor Umwelteinflüssen wie Späne, Öl oder anderen Verunreinigungen zu schützen, was aufwendig ist. Des Weiteren ist wegen der starken Anziehungskräfte der Permanentmagnete auf der Länge des Sekundärteils auf Personenschutz zu achten. Auch diese
Schutzmaßnahmen verursachen Kosten und technischen Aufwand. Mit Hilfe eines Sekundärteils des linearen Direktantriebs der erfindungsgemäßen Holzbearbeitungsmaschine lässt sich der Aufwand erheblich reduzieren.
Erfindungsgemäß sind die Permanentmagnete in das Primärteil integrierbar, so dass Spulen (Wicklungen) und Magnete (Perma- nentmagnete) im selben Teil (Primärteil) des linearen Direktantriebs untergebracht sind. Für eine Kurzstatorbauweise wird, im Vergleich zum bekannten Motorprinzip wesentlich weniger Magnetmaterial benötigt. Da das Primärteil ohnehin schon bislang gegen Umwelteinflüsse geschützt wird, und dort auch bereits der Personenschutz Berücksichtigung findet, kann bei der Integration der Magnete in das Primärteil auf zusätzliche Schutzvorrichtungen beim Sekundärteil verzichtet werden. Das Sekundärteil besteht vorteilhafter Weise nur aus ei- ner Eisen-Reaktionsschiene von der keine Gefährdung ausgeht.
Der lineare Direktantrieb der Holbearbeitungsmaschine ist vorteilhafterweise eine Synchronmaschine. Synchronmaschinen sind präzise regelbar und können hohe Anforderungen an Bewe- gungsgenauigkeit und Positioniergenauigkeit erfüllen. Durch den erfindungsgemäßen einfachen bzw. kompakten Aufbau der Synchronmaschine ergeben sich die vielfältigsten obig bereits ansatzweise beschriebenen Vorteile.
Auftretende Rastmomente sind nach bereits bekannten Methoden verminderbar. Derartige Methoden sind z.B.: Schrägung der Permanentmagnete, Schrägung einer Zahnung, der Formgebung der Zähne an den Stirnseiten der Primärteile.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das weitere Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (z.B. ein Permanentmagnet) , welches in weichmagnetischen Magnetkreisabschnitten eingebettet ist, flusskonzentrierend angeordnet. Die Anordnung in Flusskonzentration ermöglicht eine hohe mag- netische Auslastung der elektrischen Maschine. Unter der Einbettung ist eine derartige Positionierung der Permanentmagnete in weichmagnetischem Material zu verstehen, bei der an die Seiten der Permanentmagnete, an welchen das magnetische Feld austritt, ganz oder teilweise ein weichmagnetischen Material anschließt. In einer weiteren Ausgestaltung des linearen Direktantriebs weist der Sekundärteil zumindest ein Mittel zum magnetischen Rückschluss auf. Dieses Mittel ist beispielsweise ein Blechpaket. Es ist weiterhin vorteilhaft das Sekundärteil derart auszubilden, dass dieses frei von magnetischen Quellen ist. Magnetische Quellen sind beispielsweise Permanentmagnete oder auch bestromte (elektrisch bestromte) Wicklungen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Primärteil mo- dular aufgebaut. Durch die Anzahl der Zähne bzw. die entsprechenden Wicklungen kann die Länge des Direktantriebs variiert werden und somit den Belangen der Holbearbeitungsmaschine an- gepasst werden. Hieraus resultiert u.a. die Möglichkeit, die Nennkraft des Motors anzupassen.
In einer weiteren Ausgestaltung wechseln sich im Sekundärteil Bereiche unterschiedlicher Magnetisierbarkeit ab. Eine unterschiedliche Magnetisierbarkeit besteht beispielsweise zwischen einem weichmagnetischen Material welches z.B. aus Eisen herstellbar ist und Luft bzw. Kunststoff. Mittels der sich abwechselnden Bereiche lässt sich so das magnetische Feld innerhalb des Sekundärteils führen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Sekundärteil derart ausgeführt, dass dieses zum Primärteil hin gerichtete Zähne aufweist. Der Hauptfluss wird somit innerhalb des Sekundärteils über die Zähne und über den gegebenenfalls vorhandenen Rückschluss geführt. Bei der Führung des Flusses über die Zähne ist der Fluss beispielsweise jeweils nur über einen Zahn oder über zumindest zwei Zähne führbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zwischenräume zwischen den Zähnen, welche beispielsweise auch als Riegel bezeichenbar sind gefüllt. Die Füllung besteht beispielsweise aus Kunststoff. Durch die Füllung kann sich beispielsweise zwischen den Zähnen kein Schmutz ansammeln. Es entsteht damit eine optisch gleichmäßige Ebene. Magnetisch sind weiterhin Unterschiede vorhanden.
Das erste Mittel zur Erzeugung eines ersten magnetischen FeI- des ist vorteilhafterweise eine bestrombare Wicklung. Die bestrombare Wicklung einer Maschine bzw. des linearen Direktantriebs besteht aus einem oder mehreren Strängen (z.B. U, V, W) . Jeder Strang besteht aus einer oder mehreren Spulen. Bei einer vorteilhaften Ausführung der Spulen handelst es sich um konzentrierte Spulen, die um je einen Zahn gewickelt sind (Zahnspulen) , wobei der Zahn einen oder mehrere Pole bzw. Permanentmagnete tragen kann. Die Zahnspule ist dabei zumindest ein Teil einer Wicklung. Die Spule kann als Einzelspule wie auch als geteilte Spule ausgeführt sein. Der Vor- teil der Wicklung ist es, dass mit Hilfe dieser in einfachster Weise ein sich änderndes magnetisches Feld beispielsweise mittels eines Wechselstromes herstellbar ist. Die elektrische Maschine ist beispielsweise auch derart ausführbar, dass diese mehrere Wicklungen bzw. Spulen aufweist, wobei diese Wick- lungen mit verschiedenen Phasen einer Drehstromquelle bestrombar sind.
Eine elektrische Maschine ist auch derart ausführbar, dass ein Sekundärteil Zähne aufweist, welche mit einem Teilungsab- stand Tau_Sek zueinander angeordnet sind. Das Primärteil der elektrischen Maschine beinhaltet das zweite Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Erregerfeldes, welches aus einer Vielzahl der Mittel realisiert wird (z.B. viele Permanentmagnete) , die mit einem Teilungsabstand Tau_Prim zueinander an- geordnet sind.
Eine Ausführung der elektrischen Maschine zeichnet sich nun dadurch aus, dass die Beziehung zwischen Tau_Sek und Tau_Prim durch folgende Gleichung ausgedrückt werden kann: Tau_Sek = n*Tau_Prim wobei n= 1,2,3,...
Tau_Sek lässt sich also durch ein ganzzahliges Vielfaches von Tau Prim ausdrücken. Bei einer weiteren Ausführung der elektrischen Maschine lässt sich die Beziehung zwischen Tau_Sek und Tau_Prim durch die Gleichung:
Tau_Sek ≠ n*Tau_Prim wobei n= 1,2,3,... angeben. Der Teilungsabstand Tau_Sek ist also kein ganzzahliges Vielfaches des Teilungsabstandes Tau_Prim.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem Stromrichter ver- bunden. Der Stromrichter ist insbesondere ein Wechselrichter, welcher zur Bestromung des ersten Mittels zur Erzeugung eines ersten magnetischen Feldes vorsehbar ist. Der lineare Direktantrieb und der Stromrichter bilden einen Antrieb. Die elektrische Maschine ist daher auch derart ausführbar, dass das Primärteil mehrere Wicklungen aufweist, wobei verschiedene
Wicklungen mit einer Wechselspannung bzw. einem Wechselstrom mit unterschiedlicher Phasenlage bestrombar sind. Durch die Verwendung unterschiedlicher Phasenlagen lässt sich ein gleichmäßiger Kraftverlauf bei der Bewegung des Primärteils und/oder des Sekundärteils der elektrischen Maschine hervorrufen. Ein derartiger gleichmäßiger Kraftverlauf ist auch derart ausbildbar, dass verschiedene Wicklungen eines Primärteils einer elektrischen Maschine in ihrer Position zum Sekundärteil derart phasenversetzt sind, dass dadurch eine gleichmäßigere Kraftentwicklung ermöglicht ist. So wird zum Beispiel bei einer dreisträngigen Maschine (m=3) vorteilhafter Weise ein Phasenversatz von 120° elektrisch gewählt.
Wie bereits obig beschrieben, weist eine weitere Ausführung der elektrischen Maschine als weitere Mittel zur Erzeugung zumindest eines zweiten magnetischen Feldes Permanentmagnete auf. Vorteilhafterweise sind die Permanentmagnete derart am Primärteil angeordnet, dass diese ein magnetisches Erregerfeld jeweils in unterschiedlichen Richtungen erzeugen. In einer Ausgestaltung der Anordnung der Permanentmagnete sind die Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnete zwar parallel jedoch abwechselnd entgegengesetzt.
In einer weiteren Ausführung sind Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnete derart ausgerichtet, dass durch die Bewegung des gezahnten Sekundärteils, in den spulentragenden Magnetkreisabschnitten des Primärteils ein magnetischer Wech- selfluss erzeugt wird und dadurch eine Wechselflussverkettung der Spule zustande kommt (Wechselfluss-Anordnung) .
In einer anderen Ausführung können Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnete so ausgerichtet werden, dass durch die Bewegung des gezahnten Sekundärteils, in den spulentragenden Magnetkreisabschnitten des Primärteils ein pulsierender magnetischer Gleichfluss erzeugt wird und dadurch eine Gleichflussverkettung der Spule zustande kommt (Gleichfluss-Anordnung) .
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich auch bezüglich der Ebene, in der magnetische Felder geführt werden. Magnetische Felder werden beispielsweise in einer quer zur Bewegungsrichtung ausgerichteten Ebene geführt (Querfluss-Magnetkreis) . Dies hat die Vorteile, dass das Blechpaket des Primärteils durch die Anzahl der gestapelten Motorbleche in der Längsausdehnung variierbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform werden magnetische Felder in einer Ebene geführt, die parallel zur Bewegungsrichtung orientiert ist (Längsfluss-Magnetkreis) . Dies hat den Vorteil, dass die Blechpaketbreite durch die Anzahl der gestapelten Bleche variierbar ist.
Vorteilhaft ist es auch, dass eine Querfluss-Ausrichtung, al- so ein Querfluss-Magnetkreis, mit einer Längsfluss-Ausrichtung, also ein Längsfluss-Magnetkreis, kombiniert wird. Dies hat den Vorteil, dass der lineare Direktantrieb für verschie- denen Bewegungsrichtungen, welche sich bei einem Linearmotor für eine Holbearbeitungsmaschine in einem Winkel von ungleich 0 Grad bzw. 180 Grad befinden, vorgesehen ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist mittels des Primärteils des linearen Direktantriebs nicht nur ein Sekundärteil bewegbar, sondern zumindest zwei oder mehrere Sekundärteile. Dies dient u.a. der Werkstückzustellung bei der Holzbearbeitungsmaschine, bei welchem mittels eines Primär- teils verschiedenste Sekundärteile, bewegbar sind. Das Primärteil dient dabei beispielsweise für eine oder für mehrere der folgenden Aufgaben: Positionierung des Sekundärteils, Beschleunigung des Sekundärteils, Abbremsen des Sekundärteils.
Die elektrische Maschine ist derart flexibel ausbildbar, dass entweder das Primärteil und/ oder das Sekundärteil bewegbar ist .
In einer weiteren Ausgestaltung der Holzbearbeitungsmaschine weist diese ein Primärteil und zwei Sekundärteile auf. Das
Primärteil ist zwischen den beiden Sekundärteilen angeordnet. Diese Anordnung ist derart ausgebildet, dass sich ein Magnetkreis, welcher sich durch einen magnetischen Nutzfluss ausbildet, über das Primärteil und beide Sekundärteile schließt.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine, weist diese zwei Primärteile und ein Sekundärteil auf. Das Sekundärteil ist zwischen den beiden Primärteilen angeordnet. Die Primärteile und das Sekundärteil sind derart ausbildbar, dass sich ein Magnetkreis, welcher sich durch einen magnetischen Nutzfluss ausbildet, über die beiden Primärteile und das Sekundärteil schließt.
Die Primärteile und das Sekundärteil sind jedoch auch derart ausbildbar, dass sich ein Magnetkreis, welcher sich durch einen magnetischen Nutzfluss ausbildet, über jeweils ein Primärteil und das gemeinsame Sekundärteil schließt. Durch die Verlagerung sämtlicher elektrischen und magnetischen Komponenten in den Primärteil des linearen Direktantriebs kann dieser gekapselt ausgeführt werden und der Sekundärteil ist technisch wesentlich einfacher, robuster und da- mit kostengünstiger ausgeführt als bisher.
Vorteilhafterweise ist das Sekundärteil als passive Schiene aus magnetisch leitfähigen geblechten oder Vollmaterial ausgeführt. Eine zahnförmige Ausprägung des Sekundärteils, also zumindest zwei unterschiedliche Luftspaltdicken in Bewegungsrichtung lässt sich mit höherer Präzision fertigen gegenüber den bisher herkömmlichen magnetischen Sekundärteilen. Somit wird eine direkte Erfassung von Geschwindigkeits- und Positionsistwerten mittels z.B. an einem Primärteil angebrachten Sensors ermöglicht, ohne zusätzliche magnetischen und optischen Maßstabe entlang der Bearbeitungsstrecke vorzusehen. Das Sekundärteil bildet somit selbst die Maßverkörperung für die Erfassung der Geschwindigkeits- und Positionsistwerte. Es bildet somit ein robustes und schmutzunempfindliches integ- riertes Messsystem.
Durch die einfache Ausbildung der Sekundärteile sind Sekundärteile lagerfähig und es kann sich eine einfache und kostengünstige Erweiterbarkeit einer Holzbearbeitungsmaschine durchführen lassen. Es sind keine magnetischen oder elektrischen Schutzmaßnahmen in offen liegenden Bereichen des Sekundärteils erforderlich.
Bei langen Verfahrwegen des Werkstücks mit gleich bleibender Geschwindigkeit ohne dynamische Ansprüche an die Regelung kann die Sekundärteilgeometrie gegebenenfalls ein geformtes insbesondere ein gefräster Bestandteil des Maschinenkörpers der Holzbearbeitungsmaschine sein.
Falls die Holzbearbeitungsmaschine mehrere Primärteile aufweist, so können diese beispielsweise unabhängig voneinander als mehrere separate Linearmotoren oder auch gemeinsam als ein Motor angesteuert werden. Bei einer Anordnung mehrerer Primärteile in einer Ebene welche beispielsweise eine X- und Y-Achse aufspannen, ist eine zweidimensionale Bewegung realisierbar, in dem die Gesamtzahl der Primärteile in zwei Grup- pen aufgeteilt ist. Eine erste Gruppe ist für die Bewegung in der X-Achse vorgesehen und eine zweite Gruppe ist für die Bewegung in der Y-Achse vorgesehen. Entsprechend ergibt sich auch die Ausrichtung. Diese zwei Gruppen werden beispielsweise nach einem Schachbrettmuster in der X-, Y-Ebene verteilt. Eine Aktivfläche des Sekundärteils ist an entsprechenden zwei Bereichen für die X- bzw. Y-Bewegungsrichtungen aufgeteilt.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den schematisch dargestellten Ausführungsbei- spielen zu entnehmen. Dabei zeigen:
FIG 1 einen Prinzipdarstellung eines Linearmotors,
FIG 2 einen Linearmotor mit Permanentmagneten am Primärteil,
FIG 3 einen ersten Verlauf von magnetischen Feldern im Linearmotor,
FIG 4 einen zweiten Verlauf von magnetischen Feldern im Linearmotor,
FIG 5 einen zeitlichen Verlauf von Fluss, induzierte Spannung und Leistung,
FIG 6 eine Veranschaulichung der Kraftentwicklung,
FIG 7 Geometrie und Feldbild eines Linearmotors mit einer Querfluss-Ausrichtung,
FIG 8 perspektivisch einen Linearmotor mit einer Längs- fluss-Ausrichtung,
FIG 9 einen Linearmotor mit einem einen Polschuh aufweisenden Primärteil,
FIG 10 Geometrie und Feldbild eines Linearmotors mit Längsfluss-Ausrichtung,
FIG 11 einen Linearmotor mit unterschiedlichen Strängen für unterschiedliche Phasen, FIG 12 Geometrie und Feldbild eines Linearmotors mit Zahnmagneten in Flusskonzentration,
FIG 13 Geometrie und Feldbild eines Linearmotors mit Jochmagneten in Flusskonzentration, FIG 14 eine Gegenüberstellung eines Primärteils mit einem Querfluss-Magnetkreis und eins Primärteils mit einem Längsfluss-Magnetkreis,
FIG 15 eine Gegenüberstellung von elektrischen Maschinen mit einer Wechselfluss-Anordnung und einer Gleich- fluss-Anordnung,
FIG 16 eine elektrische Maschine mit doppelseitig angeordneten Sekundärteilen,
FIG 17 eine elektrische Maschine mit doppelseitig angeordneten Primärteilen, FIG 18 einen magnetischen Feldverlauf einer Querfluss-
Magnetkreisanordnung, welcher durch einen elektrischen Strom hervorgerufen ist,
FIG 19 einen magnetischen Feldverlauf einer Querfluss-
Magnetkreisanordnung, welcher durch Permanentmagne- te hervorgerufen ist,
FIG 20 einen magnetischen Feldverlauf einer Querfluss-
Magnetkreisanordnung, welcher durch einen elektrischen Strom und durch Permanentmagnete hervorgerufen ist, FIG 21-24 prinzipielle Anordnungen der linearen Direktantriebe bei einer Holzverarbeitungsmaschine,
FIG 25 prinzipielle Darstellung bei einer Oberfräse
FIG 26 prinzipielle Darstellung bei einer Kantenbearbeitungsmaschine, F FIIGG 2 277 prinzipielle Darstellung bei einer Dübelbohrlochmaschine,
FIG 28 prinzipielle Darstellung bei einer Plattenaufteilsäge,
FIG 29 prinzipielle Darstellung eines Lagesensors am Pri- märteil. Bevor Holzbearbeitungsmaschinen mit einem linearen Direktantrieb näher erläutert werden, wird der lineare Direktantrieb, im weiteren auch als elektrische Maschine oder als Linearmotor bezeichnet, in seiner Wirkungsweise und seinen möglichen Ausführungsformen, die für eine Holzbearbeitungsmaschine relevant sind vorgestellt.
Die Darstellung gemäß FIG 1 zeigt eine elektrische Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 weist ein Primärteil 3 und ein Sekundärteil 5 auf. Der Primärteil 3 weist eine Wicklung 9 und Permanentmagnete 17 auf. Die Bewegungsrichtung des Primärteils 3 ist mittels eines Doppelpfeils der in der Längsrichtung 11 verläuft, gekennzeichnet. Ein weiterer Doppelpfeil gibt die Querrichtung 13 an. Mittels eines dritten Dop- pelpfeils ist die Normale 15 bestimmt, wobei die Normale sich auf eine Luftspaltebene 19 bezieht, wobei die Luftspaltebene 19 in FIG 1 nicht dargestellt ist. Die Luftspaltebene 19 ist jedoch in FIG 2 dargestellt. Mittels eines Pfeils ist eine Seitenansicht 7 angezeigt, welche die Darstellung gemäß FIG 3 und 4 betrifft. Die elektrische Maschine 1 ist ein Linearmotor welcher mittels eins über ein Anschlusskabel 16 angeschlossenen Stromrichter 14 ansteuerbar ist.
Die Darstellung gemäß FIG 2 zeigt eine elektrische Maschine 1. Das Primärteil 3 ist als Blechpaket ausgeführt, wobei das Primärteil 3 eine Wicklung 9 aufweist. Die Wicklung 9 ist eine Strangwicklung, wobei diese mit einem Wechselstrom be- strombar ist. Die Richtung des Stroms ist in FIG 2 zu einem Augenblick dargestellt. Dabei ist die Richtung mittels eines Punktes 23 bzw. mittels eines Kreuzes 25 gekennzeichnet. Das geblecht ausgeführte Primärteil 3 weist an der Seite, welche den Sekundärteil 5 zugewandt ist, Permanentmagnete 17 auf. Die Permanentmagnete 17 sind auf den Primärteil derart angebracht, dass sich deren Magnetisierung in Richtung der Norma- len 15 abwechselt. Die Magnete (Permanentmagnete) erzeugen also einen magnetischen Fluss der abwechselnd nach oben (zum Primärteil 3 hin) und nach unten (zum Sekundärteil 5 hin) weist. Nord-Süd- Permanentmagnete (N-S) 27 (die Magnetisierungsrichtung weist zum Sekundärteil) wechseln sich also mit der Süd-Nord- Permanentmagneten (S-N) 29 (die Magnetisierungsrichtung weist zum Primärteil) ab.
Zwischen dem Primärteil 3 und dem Sekundärteil 5 bildet sich ein Luftspalt 21 heraus. Dieser Luftspalt 21 spannt die Luft- spaltebene 19 auf. Die Bewegung des linearen Direktantriebs, erfolgt in Richtung der Längsrichtung 11. Hierbei ist es möglich, dass entweder das Primärteil 3 stationär ist und sich das Sekundärteil 5 bewegt oder dass das Sekundärteil 5 stati- onär ist und sich das Primärteil 3 über das Sekundärteil 5 hinweg bewegt .
Die Wicklung 9 ist ein erstes Mittel, zur Erzeugung eines ersten magnetischen Feldes und die Permanentmagnete 17 sind weitere Mittel zur Erzeugung weiterer magnetischer Felder. Die Darstellung gemäß FIG 2 zeigt eine Querflussausführung der elektrischen Maschine 1. Bei der Querflussausführung ist das Sekundärteil 5 beispielsweise derart ausgeführt, dass dieses einen Träger 31 und Riegel 33 aufweist.
Zumindest die Riegel 33 sind geblecht ausgeführt. Die Blechung erfolgt derart, dass sich in Längsrichtung 11 Blech an Blech anschließt. Die Riegel 33 sind auf den Träger 31 beispielsweise aufgeklebt oder aufgelötet oder angeschweißt bzw. in einer Kombination von Befestigungsmöglichkeiten miteinander verbunden. Die Blechung ist zur Vermeidung von Wirbelströmen vorteilhaft. Falls die negativen Wirbelstromeffekte nicht stark ausgeprägt sind (z.B. bei Anwendungen mit ausreichend niedriger elektrischer Grundfrequenz) kann auf Blechung verzichtet werden und kostengünstige Massivteile verwendet werden. Die Darstellung gemäß FIG 3 zeigt im Ausschnitt in Primärteil 3 und ein Sekundärteil 5. Dieser Ausschnitt gemäß FIG 3 gibt schematisch wieder, wie sich magnetische Felder in einem Primärteil 3 aufteilen können, wobei dabei die Form einer Sei- tenansicht gewählt ist, welche einer Seitenansicht 7 gemäß FIG 1 entspricht. In der FIG 3 ist eine Windung einer Wicklung 10 gezeigt. Weiterhin ist gezeigt, dass das Primärteil 3 sowie das Sekundärteil 5 in Sektionen aufteilbar sind. Das Primärteil weist Primärsektionen 47, 49, 51 und 53 auf, wobei sich diese Primärsektionen 47, 49, 51 und 53 auf die Permanentmagnete 27, 29 beziehen.
Die Sektionen sind dabei Bereiche, in welchen entsprechend der Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete 27 und 29 der magnetische Fluss entweder vom Sekundärteil 5 weg verläuft bzw. zum Sekundärteil 5 hin verläuft. Der Verlauf ist mit Pfeilen 41, 43 dargestellt. Die Summe aller mit der Wicklung 10 verketteten magnetischen Flüsse bildet einen Verket- tungsfluss ψ. Der Verkettungsfluss wird hauptsächlich durch die Magnete erzeugt die einen magnetischen Rückschluss über das Sekundärteil 5 ausbilden können. Die unterschiedlich langen Flusspfeile zeigen für jeden Magneten den mit der Wicklung (Spule) verketteten Fluss.
Das Sekundärteil 5 weist entsprechend den vorhandenen Riegeln 33 auch Sektionen auf. Diese Sekundärsektionen 55, 57, 59 und 61 entsprechen also den Abschnitten in welchen ein Riegel 33 vorhanden bzw. nicht vorhanden ist. Mittels der Riegel 33 ist ein magnetischer Fluss führbar. Die Führung des magnetischen Flusses erfolgt im vorliegenden Beispiel senkrecht zu einer dargestellten X-Achse 63. Der Fluss verläuft also senkrecht zur Blattebene, auf welchen die Figur dargestellt ist, wobei dies einer Y-Achse 65 entspricht. Senkrecht zur X- und Y- Achse steht die Z-Achse, so dass alle Achsen senkrecht auf- einander stehen. Ein magnetischer Erregerfluss, welcher beispielsweise durch einen Nord-Süd-Permanentmagneten 27 hervorgerufen wird, schließt sich über den Riegel 33 und das Primärteil 3 in einer Sektion 47 in Verbindung mit der Sektion 55. Dabei weist das Primärteil 3 beispielsweise hinter einem ersten Nord-Süd- Permanentmagneten 27 (N-S-Permanentmagnet) einen weiteren Permanentmagneten auf, welcher in entgegengesetzter Richtung magnetisiert ist, so dass dieser eine S-N-Permanentmagnet 29 ist .
Ein derartiger Permanentmagnet 29 ist jedoch in der FIG 3 nicht dargestellt, da dieser dahinter zu liegen kommt. An den Positionen, wo ein Riegel 33 einem Permanentmagneten 27, 29 gegenüberliegt, ergibt sich ein schmaler Luftspalt 35. An be- nachbarten Positionen ohne einen Riegel 33 ergibt sich ein weiter Luftspalt 37. Dadurch, dass die Luftspalte 35 und 37 nicht gleich sind, werden in Sektionen 47,51 und 49,53 durch Permanentmagnete 27 und 29 unterschiedlich starke magnetische Flüsse 41 und 43 erzeugt. Der resultierende Fluss 39 ergibt sich als Summe aller Flüsse 41 und 43.
Die Darstellung gemäß FIG 3 zeigt den magnetischen Erreger- fluss 41, 43 zeitlich zu dem Zeitpunkt und für die Position von Primärteil 3 und Sekundärteil 5 an, bei welchem ein Strom in der Wicklung 10 einen Nulldurchgang hat. Der positionsabhängige Verlauf des magnetischen Erregerflusses bzw. der induzierten Spannung in der Wicklung und der dabei umgesetzten Leistung eines bestromten Motors sind in Fig. 5 dargestellt. Für die in FIG 3 dargestellte Position des Sekundärteils X=O ergibt sich ein negativer Verkettungsfluss ψ, für die eine
Position X=τM, welche in FIG 4 dargestellt ist, ein positiver Fluss ψ. Die Darstellung gemäß FIG 4 zeigt das Sekundärteil 5 also in einer Position X=τM. Bewegt sich das Sekundärteil 5 also um eine magnetische Polteilung, ändert sich dadurch die Flussverkettung 39 der Spule (Wicklung 10) allmählich von einem negativen zu einem positiven Wert. Wie die Änderung verläuft kann durch Geometrieparameter wie Magnetbreite, Luft- spalt, Zahnbreite (Breite der Riegel 33) usw. beeinflusst werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine möglichst sinusförmige Änderung angestrebt.
Die Darstellung gemäß FIG 5 zeigt in drei Graphen den magnetischen Verkettungsfluss ψ, die daraus resultierende induzierte Spannung U1 und die elektrische Leistung Pei,str eines Strangs/einer Wicklung, im zeitlichen Verlauf. Der zeitliche Verlauf wird durch die Angabe der Phasenposition der Spannung repräsentiert. Der Verlauf des Flusses ψ gibt auch den Verlauf des magnetischen Feldes 90 wieder, welches z.B. mittels Permanentmagneten erzeugbar ist. Für die optimale Kraftbildung eines Stranges muss der Strom in Phase mit der induzierten Spannung eingeprägt werden. Weiterhin sind die Positionen X=O und X=τM gezeigt, wobei sich diese Positionen zusammen mit den weiteren dargestellten Verläufen von Fluss ψ, Spannung U1 und elektrischer Leistung Pei,str auf die symbolische Darstellung gemäß FIG 3 und 4 beziehen. Aus dem dritten Graphen, auf welchem die elektrische Leistung aufgetragen ist, ist ersichtlich, dass für eine konstante Leistung (~ Kraft) die Anzahl der Motorstränge m größer und/oder gleich zwei sein muss. Vorteilhafter weise sind drei Stränge gewählt, da dreisträngige Umrichter weniger Halbleiterventile benötigen als zwei- oder mehrsträngige.
Die Darstellung gemäß FIG 6 dient zur Veranschaulichung des technischen Prinzips und veranschaulicht die Erzeugung einer Kraft F. Um die Kraftbildung in Längsrichtung eins Linearmotors etwas anschaulicher zu machen, wird ein Hilfsmodell vor- gestellt. Ein Permanentmagnet 27 wird durch Ströme auf einer dieser zugehörigen Mantelfläche ersetzt. Der Permanentmagnet 27 lässt sich also beispielsweise durch einen Quader gedanklich repräsentieren, wobei auf den Seitenflächen des Quaders 69, wie dargestellt, Strom fließt. In einem Model 71 lässt sich also der Permanentmagnet 27 durch eine Wicklung repräsentieren, wobei gemäß dem Model die Richtung des Stromes innerhalb der Wicklung durch einen Punkt 23 bzw. einem Kreuz 25 dargestellt ist. In der Darstellung 2D wird der Magnet auf den Leiterquerschnitt der äquivalenten Ströme reduziert. Substituiert man nun in der Seitenansicht des Primärteils die Magnete, ergibt sich die darauf folgende Anordnung. Das durch die Wicklung 9 erzeugte magnetische Feld konzentriert sich im Luftspalt 21 an den Stellen der Riegel 33, welche als Fluss- leitstücke dienen, da hier der magnetische Widerstand am geringsten ist. Die fiktiven Leiter liegen also im Feld der Strangspule, verstärken es auf der einen und schwächen es auf der anderen Seite. Die Leiter „weichen" in den Bereich geringerer Feldstärke aus, was mit der Richtung der auf das Primärteil wirkenden Kraft F in FIG 6 dargestellt ist. Dieser Zusammenhang wird auch durch die „Rechte-Hand-Regel" beschrieben, bei der der Strom, das magnetische Feld und die Kraft F in einem rechten Winkel stehen. In der in FIG 6 gezeigten Lage X=τM/2 von Primärteil 3 und Sekundärteil 5 zueinander erreicht der Strangstrom, also der Strom durch die Wicklung 9 sein Maximum.
Die Darstellung gemäß FIG 7 zeigt schematisch die Geometrie eines Querfluss-Linearmotors 1 und ein magnetisches Erregerfeld 88, welches von den Permanentmagneten 17 erzeugt wird. Ein magnetischer Nutzfluss ist in einer quer zu einer Bewegungsrichtung 11 ausgerichteten Ebene 106 geführt. Der magne- tische Nutzfluss ist der magnetische Fluss, welcher mit der Spule 9 gekoppelt bzw. verkettet ist. Dieser derart ausgerichtete magnetische Nutzfluss bildet einen Querfluss- Magnetkreis aus.
Das Erregerfeld 88 in FIG 7 ist das weitere magnetische Feld bzw. die weiteren magnetischen Felder. Der Linearmotor 1 weist ein geblechtes Primärteil 3 und ein geblechtes Sekundärteil 5 auf. Die Stapelrichtung der Blechpakete ist prinzipiell angedeutet. Die Magnetisierungsrichtung 94 der Perma- nentmagnete 17 ist mittels Pfeilen verdeutlicht. Die mögliche Bewegungsrichtung des Primärteils ist die Längsrichtung 11. Die Darstellung gemäß FIG 8 zeigt ein Primärteil 4 und ein Sekundärteil 6. Das Primärteil 4 und das Sekundärteil 6 bilden die elektrische Maschine 2, wobei die elektrische Maschine 2 eine Längsfluss-Anordnung aufweist. Die Längsfluss- Anordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die magnetischen Felder sich nicht quer zur Bewegungsrichtung des Primärteils bzw. des Sekundärteils schließen sondern längs der Bewegungsrichtung des Primärteils bzw. längs der Bewegungsrichtung des Sekundärteils. Der magnetische Fluss, wel- ches in einer Ebene 108 geführt ist, wobei die Ebene 108 parallel zur Bewegungsrichtung 11 orientiert ist, ist ein magnetischer Nutzfluss. Der magnetische Nutzfluss ist der magnetische Fluss, welcher mit der Spule 9 gekoppelt ist. Dieser derart ausgerichtete magnetische Nutzfluss bildet einen Längsfluss-Magnetkreis aus.
Das Sekundärteil 6 ist gemäß FIG 8 sowohl im Bereich des Trägers 32 wie auch im Bereich der Riegel 34 geblecht ausgeführt. Die Anordnung der Magnete in der Luftspaltebene ist im Gegensatz zu der Querfluss-Anordnung nicht schachbrettartig ausgeführt sondern streifenförmig. Die Magnete sind bei der Längsfluss-Variante im wesentlichen parallel zu den Riegeln (Flussleitstücken) ausgereichtet. Zur Verringerung von Kraft- welligkeiten können die Magnete jedoch gezielt in einer Art Schräglage positioniert sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Sekundärteil 6 aus Blechen hergestellt, die über die Motorbreite hintereinander gestapelt werden. Bei solchen Blechen bestehen der Träger 32 und die Zähne 75 aus einem Teil. Durch das hintereinander Stapeln der Bleche entsteht die gezahnte Struktur des Sekundärteils mit den Riegeln 34. Die Art der Blechung ist in FIG 8 angedeutet. Das Sekundärteil kann beispielsweise in Längsrichtung mehrteilig aufgebaut sein, so dass ein Se- kundärteil 6 an ein nächstes Sekundärteil angrenzt. Derartige weitere in Bewegungsrichtung angrenzende Sekundärteile sind in der Darstellung gemäß FIG 8 jedoch nicht dargestellt. Die Darstellung gemäß FIG 8 zeigt weiterhin die Permanentmagnete. Die Permanentmagnete sind N-S-Permanentmagnete 28 oder S-N- Permanentmagnete 30. Diese Permanentmagnete erstrecken sich beispielsweise über eine gesamte Blechpaketbreite 77 des Pri- märteils 4.
Die Darstellung gemäß FIG 9 zeigt eine Weiterentwicklung einer elektrischen Maschine 2 gemäß FIG 8. Das Primärteil 4 ist dabei derart ausgebildet, dass dieses Polschuhe 79 aufweist. Die Polschuhe 79 verbreitern die Auflagefläche für Permanentmagnete 28, 30. Hierdurch lässt sich die Kraftausbeute der elektrischen Maschine 2 erhöhen. Da sich durch die Vergrößerung der Fläche zur Positionierung der Permanentmagnete der Bereich verengt, in welchem eine Wicklung 9 im Primärteil einlegbar ist, ist das Primärteil 4 vorteilhafterweise derart ausgeführt, dass es einen Wickelkörper 81 aufweist. Der Wickelkörper 81 weist sowohl einen Polschuh 79 wie auch einen Wickelhals 84 auf. Um den Wickelhals 84 ist die Wicklung 9 wickelbar und anschließend in das Primärteil 4 einschiebbar. Der Wickelkörper 81 hält vorteilhafterweise mittels Nasen 83 im Primärteil. In FIG 9 ist die Wicklung 9 als Strang U eines Motors bezeichnet. Weitere Motorstränge (z.B. V und W) sind durch gleich aufgebaute Primärteile 4 realisierbar, jedoch nicht dargestellt. In der dargestellten Position erzeugen die Permanentmagnete 28 und 30 die magnetischen Erregerflüsse 86, deren Summe die Flussverkettung ψ der Spule 9 bildet. Wie aus der Darstellung in FIG 9 ersichtlich ist, bilden die magnetischen Erregerflüsse 86, welche einen Nutzfluss darstellen, einen Längsfluss-Magnetkreis .
Die Darstellung gemäß FIG 10 zeigt einen Linearmotor 2 mit einem Längsfluss-Magnetkreis . Dieser entspricht der Darstellung gemäß FIG 9. In FIG 10 ist zusätzlich die Verteilung der weiteren magnetischen Felder 92 in einer im Bild nach unten versetzten Darstellung dargestellt. Diese weiteren magnetischen Felder 92 sind das magnetische Erregerfeld, welches von den Permanentmagneten 17 hervorgerufen ist. Die Darstellung gemäß FIG 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine elektrische Maschine 2, wobei diese nunmehr mit drei Strängen U, V und W aufbaubar ist. Jeder Strang ist für eine Phase eines Drehstromnetzes vorgesehen. Die erfor- derliche Phasenverschiebung wird durch den geometrischen Versatz der Stränge untereinander erreicht. Der geometrische Versatz Δx entspricht dabei 120° elektrisch für die dargestellte dreisträngige Maschine. FIG 11 unterscheidet sich bezüglich FIG 10 z.B. auch dadurch, dass jedem Strang U, V und W nicht nur eine Zahnspule 9 zugeordnet ist, sondern deren zwei Zahnspulen 12 und 14 für jeweils einen Strang U, V und W.
Die Darstellung gemäß FIG 12 zeigt einen linearen Direktan- trieb, wobei hier als Permanentmagnete Zahnmagnete 18 verwendet sind. Die Zahnmagnete 18, welche eben auch Permanentmagnete sind, befinden sich zwischen z.B. geblechtem Weicheisenmaterial 96. Das durch die Zahnmagnete 18 erzeugte weitere magnetische Feld 86 ist durch Linien mit Pfeilen gekennzeich- net. Die Magnetisierungsrichtung 94 der Permanentmagnete 18 ist ebenfalls durch Pfeile veranschaulicht. Die Zahnmagnete 18 sind im wesentlichen mittig in einem Zahn 98 positioniert und verlaufen im Wesentlichen parallel zu einer Spulenachse 100 der Zahnspule 9. Der Zahn 98 ist von einer Zahnspule 9 umgeben. FIG 12 zeigt in einer oberen Bildhälfte den geometrischen Aufbau und in einer unteren Bildhälfte den Verlauf des magnetischen Erregerfeldes 88. Das magnetische Erregerfeld 88 ist das weitere magnetische Feld, welches mittels der Zahnmagnete 18 erzeugt ist. Die Darstellung des Erregerfeldes 88 zeigt dabei anschaulich die Wirkung der Flusskonzentration 102. Die Flusskonzentration wird durch die Magnetkreisgeometrie bestimmt. Einflussgrößen sind dabei beispielsweise die Magnetabmessungen und die Blechschnittsabmessungen. Die Magnetisierungsrichtung 94 der Zahnmagnete 18 (der Zahnmagnet ist ein Permanentmagnet) ist hauptsächlich parallel zu einer Luftspaltebene des Luftspaltes 105. Die Zahnteilung des Sekundärteils 6 der elektrischen Maschine 2 nach FIG 12 ist kein ganzzahliges Vielfaches der Magnetteilung des Primärteils 4. Dies gilt insbesondere für den Mittelwert, falls die Zahn- oder Magnetteilung nicht konstant sind.
Die Spulen 9 sind mit einer und/oder mit mehreren Phasen bestrombar. Die Zuordnung der Spulen zu einzelnen Motorphasen ist vom gewählten Zahnteilungsverhältnis zwischen dem Primär- teil 4 und dem Sekundärteil 6 abhängig. Die Darstellung gemäß FIG 12 zeigt bei den Zähnen 98 des Primärteils 4 eine andere Zahnteilung als bei den Zähnen 99 des Sekundärteils 6. Dabei kann eine mehrphasige elektrische Maschine sowohl für eine gleiche als auch für ungleiche Zahnteilung am Primär- und Se- kundärteil realisiert werden. Eine gleiche Zahnteilung ist beispielsweise in FIG 7 und FIG 11 dargestellt.
Die Darstellung gemäß FIG 13 unterscheidet sich von der Darstellung gemäß FIG 12 im wesentlichen dadurch, dass anstelle von Zahnmagneten nunmehr Jochmagnete 20 als weiteres Mittel zur Erzeugung weiterer magnetischer Felder verwandt sind. Die Jochmagnete 20 sind auch Permanentmagnete und sind im Bereich eines Joches 104 positioniert. Das Joch 104 dient zur Verbindung von Zähnen 98. Aus der Positionierung der Magnete im Vergleich zu FIG 12 ergibt sich in FIG 13 auch ein anderes Erregerfeld 88.
Die Darstellung gemäß FIG 14 zeigt schematisch eine Gegenüberstellung eines Primärteils 3 mit einem Querfluss-Magnet- kreis 115 und eines Primärteils 4 mit einem Längsfluss-
Magnetkreis 117. Die Primärteile 3,4 sind insbesondere Primärteil 3,4 eines in dieser Figur nicht dargestellten permanenterregten Synchronmotors, welcher Permanentmagnete im Primärteil aufweist, wobei die Permanentmagnete ebenfalls in dieser Figur nicht dargestellt sind. Der magnetische Fluss Φ ist jeweils nur symbolisch aufgezeigt. Auch weitere Mittel zur Erzeugung des magnetischen Flusses Φ, wie z.B. bestromba- re Wicklungen, sind aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Eine mögliche Bewegungsrichtung 11 ist durch einen Pfeil angegeben. Ein Sekundärteil, welches den jeweiligen Primärteilen 3 und 4 zugeordnet ist, ist in der FIG 14 nicht dargestellt. In der Darstellung ist auch gezeigt, dass bei einer Blechung der Primärteile 3 und 4 die Ausführung dieser von der Ausrichtung des jeweiligen Magnetkreises 115 und 117 abhängt. Bei dem Querfluss-Magnetkreis 115 schließt sich der magnetische Erregerfluss Φ hauptsäch- lieh in einer quer zur Bewegungsrichtung 11 ausgerichteten Ebene. Die zur Blechung des Primärteils 3,4 verwendeten Motorbleche folgen der Flussebene und werden beispielsweise in einer Längsausdehnung des Primärteils 3 gestapelt, wobei die Längsausdehnung die Ausdehnung des Primärteils 3 in der Bewe- gungsrichtung 11 ist.
Die Darstellung gemäß FIG 15 zeigt eine Gegenüberstellung von elektrischen Maschinen 2a und 2b, die Linearmotoren sind. Die elektrische Maschine 2a weist ein Primärteil 4a auf, welches Zähne 98 aufweist, wobei an jeweils einem Zahn 98 Permanentmagnete 17 angebracht sind, welche eine unterschiedliche Magnetisierungsrichtung 94 aufweisen. Die Permanentmagnete 17 sind an der zu einem Luftspalt 105 zugewandten Seite des Primärteils angebracht. Die Magnetisierungsrichtung 94 der Per- manentmagnete 17 ist hauptsächlich senkrecht zu einer Luftspaltebene.
Gemäß FIG 15 ist um die Zähne 98 jeweils eine Zahnspule 9 gewickelt. Da nun jeder der Zähne 98 Permanentmagnete 17 mit entgegengesetzten Magnetisierungsrichtungen 94 aufweist, ergibt sich bei einer Bewegung des Primärteils 4a relativ zum Sekundärteil 6 ein magnetischer Wechselfluss . Die elektrische Maschine 2a weist also eine Wechselfluss-Anordnung auf. Mittels der Permanentmagnete 17, welche zur Ausbildung eines (magnetischen) Erregerfeldes dienen wird bei einer Relativbewegung des Sekundärteils 6 zum Primärteil 4a, im Magnetkreis ein magnetischer Wechselfluss erzeugt. Die Magnetisierungs- richtungen 94 der einzelnen Permanentmagnete 17 sind also derartig ausgerichtet, dass durch eine Bewegung des gezahnten Sekundärteils 6 in den spulentragenden Magnetkreisabschnitten des Primärteils 4a ein magnetischer Wechselfluss erzeugt wird.
Auch die elektrische Maschine 2b in FIG 15 weist ein Primärteil 4b auf, welches Zähne 98 aufweist. Im Gegensatz zur e- lektrischen Maschine 2a weisen die Zähne 98 bei der elektri- sehen Maschine 2b für jeden Zahn 98 nur einen Permanentmagnet 17 auf. Da der Permanentmagnet 17 eine Magnetisierungsrichtung 94 aufweist, ist jedem Zahn 98 nur eine Magnetisierungsrichtung 94 zugeordnet. Eine elektrische Maschine 2b ist auch derart ausbildbar, dass ein Zahn 98 mehrere Permanentmagnete aufweist, die jedoch bezogen auf einen Zahn 98 die gleiche
Magnetisierungsrichtung aufweisen. Diese Ausführungsvariante ist in FIG 15 nicht explizit dargestellt.
Bei der elektrischen Maschine 2b wechseln sich mit den Zähnen 98 am Primärteil 4b auch die Magnetisierungsrichtungen 94.
Jeder Zahn weist also abwechselnd eine unterschiedliche Magnetisierungsrichtung 94 auf. Da nun die Zähne 98 Permanentmagnete 17 mit entgegengesetzten Magnetisierungsrichtungen 94 aufweisen, ergibt sich bei einer Bewegung des Primärteils 4b relativ zum Sekundärteil 6 ein magnetischer Gleichfluss. Die elektrische Maschine 2b weist also eine Gleichfluss-Anordnung auf. Mittels der Permanentmagnete 17, welche zur Ausbildung eines (magnetischen) Erregerfeldes dienen wird bei einer Relativbewegung des Sekundärteils 6 zum Primärteil 4b, im Mag- netkreis ein magnetischer Gleichfluss erzeugt. Die Magnetisierungsrichtungen 94 der einzelnen Permanentmagnete 17 sind bei der elektrischen Maschine 2b in FIG 15 derartig ausgerichtet, dass durch eine Bewegung des gezahnten Sekundärteils 6 in den spulentragenden Magnetkreisabschnitten des Primär- teils 4b ein magnetischer Gleichfluss erzeugt wird, wobei der magnetische Gleichfluss seine Richtung nicht wechselt und zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert periodisch schwingt .
In den Darstellungen gemäß FIG 15 oder auch FIG 12 ist eine Anordnung gewählt, bei welcher eine Kraftwirkung zwischen einem Primärteil und einem Sekundärteil erzielbar ist. Die Darstellung gemäß FIG 16 zeigt eine Anordnung einer elektrischen Maschine welche ein Primärteil 4 und zwei Sekundärteile 6a und 6b aufweist. Eine Kraftwirkung ergibt sich also zwischen nur einem Primärteil 4 und zwei Sekundärteilen 6a und 6b.
Hieraus ergibt sich eine annähernde Verdoppelung der erzeugbaren Kraft. Die Zähne 98 des Primärteils 3 des Linearmotors nach FIG 16 weisen jeweils zwei Polschuhe 79 auf, wobei jedem Polschuh 79 ein Sekundärteil 6a oder 6b zugewandt ist. Diese Ausführungsform der elektrischen Maschine 2 nach FIG 16 ist eine Art Weiterbildung der elektrischen Maschine 2 nach FIG 12.
Die doppelseitige Anordnung der Sekundärteile ist dabei nicht auf die in FIG 16 dargestellte Ausführungsform des Primärteils 4 beschränkt, bei der die Permanentmagnete 17 in einem weichmagnetischen Material 119 eingebettet sind. Es sind auch Primärteile ausführbar, welche auf den Polschuhen Permanentmagnete aufweisen.
Die Darstellung gemäß FIG 17 zeigt eine Anordnung einer e- lektrischen Maschine 2 welche zwei Primärteile 4a und 4b und nur ein zugeordnetes Sekundärteile 6 aufweist. Eine Kraftwirkung ergibt sich also zwischen nur einem Sekundärteil 6 und zwei Primärteilen 4a und 4b. Hieraus ergibt sich eine annähernde Verdoppelung der erzeugbaren Kraft. Die Zähne 3 des Sekundärteils des Linearmotors 2 nach FIG 16 weisen eine beidseitige Ausrichtung zu jeweils einem Primärteil 4a und 4b auf. Jedem Primärteil 4a und 4b sind also Zähne 33 des einen Sekundärteils 5 zugeordnet. Diese Ausführungsform der elektrischen Maschine 2 nach FIG 17 ist eine Art Weiterbildung der elektrischen Maschine 2 nach FIG 12. Die doppelseitige Anord- nung der Primärteile 4a und 4b ist dabei nicht auf die in FIG 16 dargestellte Ausführungsform des Primärteils 4a beschränkt, bei der die Permanentmagnete 17 in einem weichmagnetischen Material 119 eingebettet sind. Es sind auch Primär- teile ausführbar, welche beispielsweise wie in FIG 10 auf den Polschuhen Permanentmagnete aufweisen.
Die Darstellung gemäß FIG 18 zeigt beispielhaft den magnetischen Feldverlauf bei einer elektrischen Maschine 1 welche zwei Primärteile 3a und 3b und ein Sekundärteil 5 aufweist.
Die Primärteile 3a und 3b weisen Permanentmagnete 17 und eine Wicklung 9 auf. In der Darstellung nach FIG 18 ist der magnetische Fluss 86 dargestellt, welcher sich durch einen Strom durch die strichliniert dargestellte Wicklung 9 der Primär- teile ergibt. Bei dem in FIG 18 dargestellten magnetischen Fluss 86 ist der durch die Permanentmagnete hervorgerufenen magnetische Fluss nicht berücksichtig.
Die Darstellung gemäß FIG 19 zeigt wie FIG 18 beispielhaft den magnetischen Feldverlauf bei einer elektrischen Maschine 1, welche zwei Primärteile 3a und 3b und ein Sekundärteil 5 aufweist, wobei der in FIG 19 dargestellte magnetische Feldverlauf nur von den Permanentmagneten 17 herrührt. Bei dem in FIG 19 dargestellten magnetischen Fluss 86 ist der durch die bestrombaren Wicklungen 9 der Primärteile hervorgerufenen magnetische Fluss nicht berücksichtig.
Die Darstellung gemäß FIG 20 zeigt wie FIG 18 und 19 beispielhaft den magnetischen Feldverlauf bei einer elektrischen Maschine 1, wobei nunmehr die magnetischen Felder der Permanentmagnete 17 und der bestromten Wicklung 9 überlagert sind. In FIG 20 ist also die Überlagerung der in FIG 18 und in FIG 19 einzeln dargestellten magnetischen Felder gezeigt. Des weiteren zeigt FIG 20, dass das Sekundärteil 5 zwischen zwei Primärteilen 3a und 3b angeordnet ist, wobei diese Anordnung zur Ausbildung eines gemeinsamen Magnetkreis, welcher die beiden Primärteile 3a, 3b und das Sekundärteil 5 betrifft, dient .
FIG 21 bis FIG 24 zeigen nunmehr Grundprinzipien von Anord- nungen linearer Direktantriebe an Holzbearbeitungsmaschinen.
FIG 21 zeigt eine Tragstruktur 200 an der Sekundärteile 6 als gezahnte Eisenstruktur befestigt sind. Durch die U-förmige Gestaltung der Tragstruktur 200 befindet sich am oberen und unteren Schenkel jeweils ein Sekundärteil 6, so dass in der Mitte das Primärteil 3 das nicht näher dargestellte Wicklungen und Magnete aufweist, eine lineare Bewegung, durch den Pfeil 211 dargestellt, durchführen kann.
Ebenso kann die Tragstruktur 200 zwei Primärteile 3 nach FIG 22 aufweisen, die um einen mittig angeordneten doppelkammar- tig ausgeführten Sekundärteil 6 angeordnet sind. Die Tragstruktur 200 zusammen mit den an den Schenkeln angeordneten Primärteilen 3 führt eine Linearbewegung 211 aus.
Vorteil dieser beiden Anordnungen mit dem symmetrischen Aufbau ist eine Entlastung der Linearführungen aufgrund der Aufhebung der magnetischen Anziehungskräfte, insbesondere die Seitenkräfte. Mechanische Führungselemente werden entlastet.
Es lässt sich ebenso eine zwei oder mehrspurige Motoranordnung z.B. für Plattenaufteilsägen realisieren, bei der ein Primärteilträger beweglich angeordnet ist, wobei die Primärteile sich jeweils über den Sekundärteilen befinden und somit eine Linearbewegung ausführen können. Am Primärteilträger können sich die Werkzeuge befinden.
Als Werkzeuge dienen bei Holzbearbeitungsmaschinen u.a. Fräser, Schleifmaschinen, Kantenformer, Bohrer, Sägen und Profi- liermaschinen . Werkstücke sind u.a. Holz- oder Spanplatten, unbehandelte Holzstämme, Balken, Leisten. Der Transport dieser Werkstücke geschieht u.a. durch Zangen, Saugglocken oder andere an sich bekannte Geräte. Sowohl die Werkzeuge als auch die Werkstücke lassen sich durch den linearen Direktantrieb positionieren, transportieren und bearbeiten.
FIG 23 zeigt eine Anordnung bei der Primärteile 3 an einer T- förmigen Tragkonstruktion 200 angeordnet sind. Bei Abwandlung dieses Prinzips lassen sich auch mehrspurige Anordnungen realisieren. Zumindest ein linearer Direktantrieb bewegt eine Tragkonstruktion voran, an der mehrere Werkzeuge angeordnet sind. Um eine autarke Bearbeitung zu ermöglichen ist für jede Spur ein Direktantrieb vorzusehen.
FIG 24 zeigt in einer prinzipiellen Darstellung eine zweispurige Anordnung, wobei Primärteil und Sekundärteil jeweils ei- nem Linearmotor bilden, und die Primärteile mechanisch nicht verbunden sind. Jede der Primärteile führt eine selbstständige Bewegung aus. Es lässt sich allerdings eine elektrische Kupplung der beiden Primärteile realisieren.
Derartige Anordnungen oder auch geeignete für die jeweiligen Bedürfnisse angepasste Abwandlungen davon liegen den nun im folgenden dargestellten Holzbearbeitungsmaschinen zugrunde. Die durch die linearen Direktantriebe jeweils vorgenommenen Bewegungen sind durch Aktionspfeile 311 dargestellt. Selbst- verständlich kann der Werkstücktransport von und zur Holzbearbeitungsmaschine als auch der Werkstücktransport innerhalb der Holzbearbeitungsmaschine durch die linearen Direktantriebe aufgrund ihrer Einfachheit erfolgen. Die Primärteile tragen hauptsächlich die Werkzeuge der Holzbearbeitungsmaschi- nen.
Besonderes vorteilhaft ist es wenn der Primärteil gemäß FIG 29 einen Sensor 300 aufweist. Damit lassen sich in einfacher Art und Weise zusammen mit dem Sekundärteil Geschwindigkeits- und Positionsistwerte unabhängig von den Umgebungsbedingungen genau erfassen. Die Sekundärteile lassen sich mit hoher Präzision fertigen, so dass eine direkte Erfassung möglich ist. Damit erhöht sich u.a. die Verfügbarkeit der Holzbearbeitungsmaschine durch Reduzierung der störungsbedingten Ausfälle. Es ergibt sich eine leichtere Integration des Meßsystems. Eine aufwändige Kapselung des Gebers entfällt aufgrund der robusten Ausführung des insbesondere gezahnten Sekundärteils. Es ergibt sich außerdem eine einfache Inbetriebnahme, da eine Justage zwischen der Maßverkörperung und dem Sekundärteil entfällt.
Lineare Direktantriebe sind bei Bearbeitungszentren z.B. einer Oberfräse wie in FIG 25 prinzipiell dargestellt, besonders geeignet, da der Werkzeugträger als Kreuzschlitten ausgebildet ist, wobei die Führung durch ein Sekundärteil und der Werkzeugträger durch ein Primärteil realisiert ist. Ein derartiges Bearbeitungszentrum lässt sich gegebenenfalls auch herstellen, bei der die Führung das Primärteil ist und der Werkzeugträger als Sekundärteil ausgebildet ist. Dies ist besonders vorteilhaft, da dabei eine Einsparung von Schleppkabeln 16 erreicht wird, so dass die gesamte Holzbearbeitungs- maschine kostengünstiger herstellbar ist.
Ebenso ist bei Kantenbearbeitungsmaschinen nach FIG 26 eine Breitenverstellung der Holzbearbeitungsmaschine zur Anpassung an die Werkstückgröße, z.B. eine Spanplatte durch einen oder mehrere lineare Direktantriebe möglich. Die Führung geschieht durch einen Sekundärteil, wobei der Maschinenträger am Primärteil befestigt ist. Je nach konstruktiven Ausführungen der Maschine kann auch der Maschinenträger das Sekundärteil bilden und die Führung wird durch das Primärteil übernommen. Bei Maschinenträgern die das Primärteil aufweisen, lässt sich ein Gantry-Gleichlauf mehrerer Achsen bei großen Maschinenlängen erreichen .
Auch bei Dübellochbohrmaschinen gemäß FIG 27 ist sowohl die Positionierung der Bohrsupporte in Längsrichtung als auch die Querpositionierung der Bohrköpfe für Vertikalbohrungen und Horizontalbohrungen an einem oder mehreren Primärteilen ange- ordnet. Die Führung wird jeweils durch das Sekundärteil geschaffen. Dabei kann ein gemeinsames oder einzelnes Sekundärteil vorhanden sein.
Bei Plattenaufteilsägen gemäß FIG 28 übernimmt vorteilhafterweise die Führung das Sekundärteil während die Funktion eines Spannzangenträger als auch des Werkstückträger durch das Primärteil übernommen wird. Schnittführung und Rücktransport des Sägewagens wird ebenfalls durch das Sekundärteil geführt, während der Sägewagen am Primärteil positioniert ist.
Es gibt noch weitere Holzbearbeitungsmaschinen wie z.B. Auf- teil- und Brückensägen, Profiliermaschinen, Kantenanleimmaschinen, und Kantenbearbeitungsmaschinen bei denen lineare Direktantriebe einsetzbar sind. Einige oder mehrere spezielle Holzbearbeitungsmaschinen können auch in Bearbeitungszentren zusammengefasst sein. Dabei sind mehrere lineare Direktantriebe einsetzbar, die auf einer und/oder mehreren Ebenen die Bearbeitung der Werkstücke hintereinander und/oder zeitgleich durchführen auf einer und (oder mehreren Ebenen durchführen.

Claims

Patentansprüche
1. Holzbearbeitungsmaschine mit zumindest einem linearen Direktantrieb, der ein Primärteil (3, 3a, 3b, 4, 4a, 4b) aufweist, das ein erstes Mittel (9,10,12,14) zur Erzeugung eines ersten magnetischen Feldes und zumindest ein weiteres Mittel (17,18, 20,27,28,29,30) zur Erzeugung eines weiteren magnetischen Feldes aufweist, wobei insbesondere das erste Mittel (9) zur Erzeugung des ersten magnetischen Feldes derart zu dem weite- ren Mittel (17,18,20,27,28,29,30) zur Erzeugung des weiteren magnetischen Feldes angeordnet ist, dass eine Überlagerung des ersten magnetischen Feldes mit dem weiteren magnetischen Feld ermöglicht wird, und einem Sekundärteil (5, 6, 6a, 6b), das Mittel zum magnetischen Rückschluss aufweist und frei von magnetischen Quellen ist, wobei Primärteil (3, 3a, 3b, 4, 4a, 4b) und/oder Sekundärteil (5, 6, 6a, 6b) zur Führung oder Zustellung zumindest eines Werkstücks und/oder zur Führung oder Zustellung zumindest eines Werkzeugs zur Bearbeitung des Werkstücks geeignet ist.
2. Holzverarbeitungsmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Primärteil (3, 3a, 3b, 4, 4a, 4b) zumindest einen Lagesensor (300) aufweist, der mit dem Sekundärteil (5, 6, 6a, 6b) derart wechselwirkt, dass sich verschmutzungsunempfindliches Messsystem ergibt.
3. Holzbearbeitungsmaschine nach Anspruch loder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Primärteil (3, 3a, 3b, 4, 4a, 4b) gekapselt ist.
4. Holzbearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sekundärteil (5, 6, 6a, 6b) geblecht oder massiv ausgeführt ist.
5. Holzbearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem Primärteil (3, 3a, 3b, 4, 4a, 4b) und dem Sekundärteil (5, 6, 6a, 6b) ein Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Luftspalt (21) zumindest zwei unterschiedliche Weiten aufweist.
6. Holzbearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zahnteilung des Sekundärteils (5, 6, 6a, 6b) ein ganzzahliges Vielfaches der Magnetteilung des zugeordneten Pri- märteils (3, 3a, 3b, 4, 4a, 4b) ist.
7. Holzbearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zahnteilung des Sekundärteils (5, 6, 6a, 6b) von einem ganzzahligen Vielfachen der Magnetteilung des zugeordneten Primärteils (3, 3a, 3b, 4, 4a, 4b) unterschiedlich ist.
8. Holzbearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Primärteil (3, 3a, 3b, 4, 4a, 4b) zwischen zwei Sekundärteilen (5, 6, 6a, 6b) angeordnet ist wobei diese Anordnung zur Ausbildung eines gemeinsamen Magnetkreises welche die beiden Sekundärteile (5, 6, 6a, 6b) und das Primärteil (3, 3a, 3b, 4, 4a, 4b) betrifft dient.
9. Holzbearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch die linearen Direktantriebe die Werkstücke in einer oder mehreren Ebenen der Holzbearbeitungsmaschine bear- beitbar sind.
10. Holzbearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die linearen Direktantriebe autark arbeiten oder mecha- nisch oder elektrisch koppelbar sind.
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