Linearschrittmotor selbstgebaut

[Mechatroniker1990]

Hallo Leute,

ich habe mich hier angemeldet, da ich auf meiner Suche hier einige interesannter Beiträge gefunden habe.
Ich will einen permanenterregten linearen Schrittmotor selber bauen. Die Funktion ist relativ simpel.
Er soll einfach auf knopfdruck vor und zurückfahren. Die schrittweite ist dabei relativ egal. Ich habe mich jetzt intensiv mit dem Thema auseinandergesetzt.
Aber ich weiß immer noch nicht, wie die Wicklungen geometrisch aufbebaut sein mpssen. Kann ich die einfach um einen U-förmigen Eisenkern wickeln?
Und wie sollte später das Verhältnis von der geometrischen Wicklungsgöße zu Abstand und Größe der Permanetnmagneten sein?
Relativ komplexe Fragen. ich weiß. Aber ich hoffe ihr könnt mir helfen.

mit freundlichem Gruß
Mechatroniker

[ranke]

Kann ich die einfach um einen U-förmigen Eisenkern wickeln?

Im Eisen um die Wicklungen wechselt das Magnetfeld in Richtung und Stärke. Sinnvoll ist deshalb ein Aufbau aus gegenseitig isolierten Blechen aus Eisen mit geringer magnetischer Remanenz, während das Jocheisen auf der Permamemtmagnetischen Seite massiv sein darf.

Und wie sollte später das Verhältnis von der geometrischen Wicklungsgröße zu Abstand und Größe der Permanentmagneten sein?

Abstand (Luftspalt) zwischen dem Ständer und dem Läufer sollte möglichst gering sein, wenn ein gewisser Wirkungsgrad erzielt werden soll.

[Skynet]

Hallo!
Ich plane auch ein Linearschrittmotor zu bauen. Dazu habe ich ein paar Fragen und möchte diese hier stellen ohne ein neuen Thread zu öffnen.

Ich möchte ein PVC-Rohr verwenden mit 12mm Außendurchmessen und 1mm Wandstärke.
In dem Rohr soll sich ein Neodymmagnet (10mm Durchmesser) mit gestänge bewegen.
Für die Elektromagnete möchte ich Eisenkerne verwenden in Form von Ferrit-Ringkerne oder Eisenpulver-Ringkerne.
Die Spulen um den Ringkern dachte ich mit 0,28mm Kupferlackdraht zu wickeln.
Wicklungszahl 1225 ergibt ca. 17ohm. Lt. 0,28mm Durchmesser ein In=0,22A folgt Un=3,7V.

Ist es machbar/sinnvoll Ferrit-Ringkerne oder Eisenpulver-Ringkerne zu verwenden? Und wenn ja, was davon ist besser geeignet? Wenn nicht, was gibt es noch für Alternativen?

Ich hab eine Grafik erstellt wie ich mir das ganze grob vorstelle.

[ranke]

Zur Skizze:
Um eine Kraft zwischen dem bewegten Magnet und der Wicklung zu bekommen sollte das Magnetfeld des Permanentmagnets die Wicklung möglichst vollständig durchdringen. Bei der hier gezeigten Konstruktion wirken die Ringkerne eher abschirmend, die Feldlinien des Permanentmagneten werden durch die Ringkerne gehen, aber kaum durch die Wicklung.
Zielführender wäre es sicher die Wicklung auf das Rohr zu machen und eventuell die Rinkerne außen. 1mm Wandstärke des Rohrs ist schon ziemlich viel, je weniger Luftspalt desto besser. Als Wickelkörper eignet sich das PVC Rohr nicht, es wird durch den Wickelzug zusammengedrückt. Besser man wickelt auf einen festen Dorn, fixiert die Wicklung mit Klebstoff und zieht sie dann vom Dorn ab. Dann muss man sich aber noch etwas zur Führung des Permanentmagneten einfallen lassen, damit der nicht die Wicklungen kaputtmacht. In dieser Hinsicht hat das rotatorische Prinzip Vorteile gegenüber dem Linearmotor.

[Skynet]

Hallo!

Um das PVC-Rohr (Außenduchmesser 12mm) kommen zu erst die Ringkerne (Innendurchmesser 12,6mm)
die gegeneinander isoliert sind, auf dem Bild sind die Ringkerne braun.
Erst um die Ringkerne kommen dann die Wicklung. So wird das Rohr nicht belastet.

Aber ich hab mir schon gedacht das der Luftspalt ein Problem darstellt.
Ein weiter Nachteil der Konstruktion ist, das für den ganzen weg Spulen notwendig sind, die einzeln
angesprochen werden müssen. Das macht die Ansteuerung aufwendig.

Ich bin nun auf eine andere Art Linearmotor gestoßen und es scheint effektiver.
Im Gestänge sind auf der gesamten Länge Permanentmagnet (gegeneinander gepolt) untergebracht und
somit benötigt man werniger Spulen.

[ranke]

Erst um die Ringkerne kommen dann die Wicklung. So wird das Rohr nicht belastet.

Das Rohr wir so nicht belastet, die Wicklung wird aber auch nicht viel vom Magnetfeld der Permamentmagnete sehen. Es wird also nicht funktionieren.
Bei der Patentskizze ist das besser gemacht, das Jocheisen (20c) ist außerhalb der Wicklungen angebracht, das kann so funktionieren. Man würde sich vielleicht noch wünschen dass das Jocheisen zwischen den Wicklungen direkt an den Luftspalt herangebracht wird um den Luftspalt zu verkleinern. Vielleicht geht es aber auch so schon ganz gut.

[Skynet]

Auf der Patentskizze ist 20a die Spule, 20b das Jocheisen, 20c das Gehäuse.
Ich dachte wie in meiner ersten Zeichnung das das Joch (Ringkern) nah am Pemanentmagnet sein muss.

Also werde ich die Spule in den Ringkern legen müssen. Als Stabrohr nehme ich ein Alurohr 8mm außen 6mm innen.

Nur bleibt noch die Frage offen ob Ferrit-Ringkerne oder Eisenpulver-Ringkerne besser sind.
Laut Wikipedia:

Während Ferritkerne ein ausgesprochen steiles Sättigungsverhalten zeigen, sind Pulverkerne aus Eisen- oder anderen magnetischen Pulvern (Kobalt, Nickel usw.) dadurch gekennzeichnet, dass in ihnen die einzelnen Pulverkörner weiterhin voneinander durch eine nichtmagnetische Schicht getrennt vorliegen. Dadurch besteht ein sogenannter verteilter Luftspalt, der hohe Sättigungsinduktionen sowie einen weichen Einsatz der Sättigung bewirkt.

Ich weis jetzt nicht was besser ist. Steiles Sättigungverhalten oder hohe Sättigungsinduktionen.
Hier meine neue Skizze. So hab ich die Patenskizze verstanden.

[ranke]

Also werde ich die Spule in den Ringkern legen müssen. Als Stabrohr nehme ich ein Alurohr 8mm außen 6mm innen.

Ein elektrisch gut leitfähiges Material wie Aluminium ist ungünstig, weil wechselnde Magnetfelder Ringströme induzieren, die der Änderung des Magnetfeldes entgegenwirken. Damit wäre der Betrieb auf eher quasistationäre Fälle beschränkt.

Welches Material als Jocheisen in Frage kommt kann ich nicht eindeutig beantworten, da fehlt mir das Fachwissen. Geringe Sättigungsmagnetisierung läßt sich prinzipiell durch höhere Materialquerschnitte (zumindest in erster Näherung) ausgleichen. Wichtig ist vermutlich auch eine geringe Remanenz, damit die Ummagnetisierungsverluste gering bleiben. Üblicherweise wird bei elektrischen Maschinen Elektroblech verwendet. Man könnte etwas Stahlblech mit einer isolierenden Zwischenlage (Lack, Papier) zu einem Rohr wickeln.

Die neue Skizze ist soweit verständlich, aber die Bestromung stimmt noch nicht. Die Lorenzkraft wirkt auf senkrecht zu Magnetfeld und Stromfluss. Sie ist deshalb dort maximal, wo die Feldlinien radial aus dem Läufer austreten, also dort wo zwei Nordpole oder zwei Südpole gegenüberstehen. Die Wicklungen die sich über diesen Stoßstellen befinden sollten bestromt werden (also gerade die, die jetzt unbestromt gezeichnet sind). Außerdem ist es sicher sinnvoll, wenn das Jocheisen über die ganze Länge der Wicklungen durchgeht. Man sollte auch darauf achten dass der der Spalt zwischen Magneten und Jocheisen, in den die Wicklungen passen müssen, nicht zu groß wird. Dadurch wird das nutzbare Volumen für die Wicklungen eingeschränkt. Um das Problem (das bei rotierenden Maschinen genauso auftritt) zu vermindern behilft man sich, indem man die Wicklungen in Nuten unterbringt. Das könnte man eventuell nachstellen indem man Ringkerne mit geringerem Innendurchmesser zwischen die Wicklungen setzt. Nachteil der Methode wäre ein spürbares Rastverhalten der Magnete an den Nutringen. Vieles muss man auch probieren.

[Skynet]

Dann verstehe ich das jetzt in etwa so

Was für Material an statt Aluminium käme dann noch in frage?
Ich habe ein Video bei youtube gesehen da schaut es aber nach ein Metall aus.
http://www.youtube.com/watch?v=qQVoWSmT1qY

Die unten angehängte Grafik kann ich nicht löschen, egal...

[ranke]

Was für Material an statt Aluminium käme dann noch in frage?

Wenn Aluminium, dann würde ich einen Längsschlitz hineinmachen um die Wirbelströme zu behindern. Ansonsten ein elektrisch nichtleitendes, möglichst dünnwandiges Rohr.