DE69827707T2

DE69827707T2 - Linearmotor

Info

Publication number: DE69827707T2
Application number: DE69827707T
Authority: DE
Inventors: Jean-François Maestre
Original assignee: Parvex S A S; Parvex Sas
Current assignee: Parvex S A S; Parvex Sas
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2018-07-02
Also published as: US6087742A; FR2765745A1; DE69827707D1; DK0889576T3; ATE283570T1; ES2230660T3; EP0889576B1; FR2765745B1; EP0889576A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor.
Das Interesse an Linearmotoren, die keine Mittel zur Umwandlung der Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung benötigen, ist bekannt.
Jedoch enthält bei den Linearmotoren der Primärteil eine Wicklung und der Sekundärteil, der ebenso lang wie das Primärteil plus der Länge des Verfahrweges ist, der sehr lang sein kann, enthält entweder im Fall des Asynchron-Linearmotors eine Käfigwicklung oder Permanentmagneten beim Synchron-Linearmotor. In beiden Fällen ist ein derartiger Motor teuer, besonders wenn der Verfahrweg lang ist, weil beim Asynchron-Linearmotor die Sekundärwicklung gekühlt werden muss und beim mit Magneten versehenen Synchronmotor im allgemeinen Magnete aus seltenen Erden eingesetzt werden, wodurch die Kosten für nur einen kleinen Verfahrweg unverhältnismäßig hoch sind; außerdem üben diese Magnete eine starke Anziehungskraft auf alle magnetische Stoffe aus und der Motor muss demzufolge in eine dichte Umhausung gesetzt werden, die schwierig herzustellen und kostspielig ist.
Ebenso ist ein Hybrid-Schritt-Linearmotor bekannt. Bei einem solchen Motor besitzt der Primärteil einen magnetischen Kreis mit über die ganze Länge des Luftspalts angeordneten Zähnen und Nuten, der durch einen Magneten in zwei Teile geteilt wird, wobei jede magnetische Kreishälfte mit einer elektrischen Spule ausgestattet ist, die beide durch einen von einer Spule zur anderen um 90° phasenverschobenen Strom gespeist werden. Der Sekundärteil ist ein Magnetkreis mit Zähnen und Nuten. Ein solcher Motor ist nicht so teuer, aber sehr voluminös. Tatsächlich werden die Statorbleche durch einen kontinuierlichen Magnetfluss durchflossen, dessen Amplitude durch den Durchlauf der Zähne moduliert werden kann, wobei sich dieser Magnetfluss jedoch niemals umkehrt. Die Oberflächenkraftdichte bei dieser Art Motor beträgt etwa ein Drittel von der eines Motors, bei dem sich der Magnetfluss im Blechpaket umkehrt.
Aus der Patentschrift US-4,563,602 ist noch ein synchroner Linearmotor mit Permanentmagneten bekannt. Bei diesem bekannten Motor werden die Statorbleche von einem Magnetfluss durchflossen, dessen Vorzeichen konstant bleibt, und es müssen Magnete aus seltenen Erden verwendet werden, um Zufrieden stellende Leistungen zu erhalten, was deren Fertigungskosten noch erhöht.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Motor vorzuschlagen, der die oben dargelegten Nachteile beseitigt und demzufolge wirtschaftlich ist, aber bei weitem nicht so voluminös, wie der Hybridmotor mit derselben Nennkraft.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht also in einem Linearmotor gemäß des Anspruchs.
Es wird klargestellt, dass unter dieser Begriffsbestimmung der Erfindung und in allen nachfolgenden Darlegungen ein kompletter Zahn oder eine komplette Nute als eine Einheit gerechnet wird, und dass demzufolge, wenn der Primärmagnetkreis an jedem seiner Enden einen halben Zahn aufweist, diese beiden halben Zähne als ein ganzer Zahn gerechnet werden. Ebenso verhält es sich bei den Nuten und den Magneten.
Nachfolgend wird die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung gegeben, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügte Zeichnung, in der:
Die 1 ist eine schematische Darstellung eines Linearmotors gemäß der Erfindung, mit zwei Polen: P = 1.
Die 2 zeigt den Wert des Magnetflusses entlang des Luftspalts des in der 1 dargestellten Motors zu einem Zeitpunkt t, der gebildet wird durch das Zusammenwirken der Magnete des Primärmagnetkreises mit den Zähnen und Nuten des Sekundärmagnetkreises.
Die 3 und 4 sind jeweils äquivalent zu den 1 und 2, jedoch nach einer Relativbewegung um einen einer Nute des Sekundärmagnetkreises entsprechenden Weg.
In der 1 sieht man also einen Linearmotor gemäß der Erfindung, welcher einen ersten Teil 1 und einen zweiten Teil 2 enthält, die durch einen ebenen Luftspalt 3 voneinander getrennt sind.
Der erste Teil 1 enthält einen Primärmagnetkreis 4 der Länge I, welcher die gleiche Anzahl von Nuten 5 und Zähnen 6 umfasst.
Im dargestellten Beispiel mit der Anzahl der Nuten N_e = 6 hat man also ebenfalls sechs Zähne: N_d = 6, darunter fünf ganze Zähne und ein halber Zahn an jedem Ende des Kreises. Einen derartigen Linearmotor muss man tatsächlich als einen durchgeschnittenen und in die Ebene ausgestreckten Rotationsmotor betrachten.
Diese Anordnung mit einem halben Zahn an jedem Ende ist am praktischsten, insbesondere für die Wicklung der Nuten 5, wobei außer dieser Anordnung noch zwei weitere Anordnungen möglich sind: ein Nute an einem Ende und ein Zahn am anderen Ende, oder auch eine halbe Nut an beiden Enden. Die Nuten 5 sind mit einer mehrphasigen Wicklung 7 mit 2 Polen 2P versehen, die ein Wanderfeld erzeugt.
Im angegebenen Beispiel handelt es sich um eine Drehstromwicklung mit zwei Polen 2P = 2.
Dieser erste Teil 1 enthält außerdem entlang des Luftspalts 3 auf der ganzen Länge I des Primärmagnetkreis 4 und mit diesem am Ende der Zähne und Nuten verbunden, eine Abfolge von 2 N_e = 2 N_d Magneten 8 mit wechselnder Polarität, wie durch die Pfeile verdeutlicht wird.
Im beschriebenen Beispiel gibt es also zwölf Magnete: 2 N_e = 12. Wie weiter oben schon gesagt, handelt es sich um 2 N_e ganze Magnete. Im vorliegenden Fall sind es elf ganze Magnete und ein in zwei Teile geteilter Magnet, dessen eine Hälfte an einem Ende und die andere Hälfte am anderen Ende angeordnet ist. Der zweite Teil 2 ist gegenüber diesem ersten Teil 1 und getrennt durch den ebenen Luftspalt 3 angeordnet. Dieser zweite Teil 2 ist ein Sekundärmagnetkreis, der auf seiner gesamten Länge L, die identisch ist mit der Länge I des ersten Teils plus dem Verfahrweg x des einen Teils in Bezug auf das andere, eine Abfolge von Zähnen 9 und Nuten 10 aufweist.
Auf einer Länge I des Sekundärkreises gibt es n_e Nuten 10 und n_d Zähne 9, wobei n_e = n_d = N_e + P oder n_e = n_d = N_e – P ist.
Im Fall des beschriebenen Beispiels hat man gesehen, dass N_e = N_d = 6, und dass P = 1, hier hat man n_e = N_e + P = 7.
Es gibt also sieben Zähne und sieben Nuten auf einer Länge I des Sekundärmagnetkreises 2.
So ergibt sich aufgrund der Magnete 8 mit wechselnder Polarität und des Sekundärmagnetkreises 2 mit den Zähnen und Nuten entlang des Luftspalts 3 ein variabler magnetischer Widerstand, so dass (außerhalb jeglichen von der Wicklung 7 induzierten Magnetflusses) ein Magnetfluss erzeugt wird, der entlang des Luftspaltes variiert und der 2P Pole besitzt.
Die Pfeile auf dem Primärmagnetkreis 4 stellen den Wert und die Richtung des Magnetflusses in den Zähnen 6 dar. Dieser Magnetfluss wird außerdem in der Kurve in 2 dargestellt. Auf der Länge I des Primärmagnetkreises hat man eine Anzahl von ganzen räumlichen Perioden, hier eine Periode, weil die dargestellte Anordnung für zwei Pole gemacht worden ist (in der dargestellten Lage ein ganzer Pol in der Mitte und ein halber Pol an jedem Ende). Es handelt sich um Pole, die durch den Aufbau der Maschine mit den Magneten und dem Sekundärmagnetkreis mit Zähnen und Nuten gebildet werden.
Die mehrphasige Wicklung 7 muss realisiert werden, damit man auf die gleiche Anzahl von Polen kommt, also hier 2 P = 2.
Das Zusammenwirken der durch die mit einem Wechselstrom gespeiste, mehrphasige Wicklung 7 erzeugten "gleitenden" Pole mit den Polen aus der oben beschriebenen konstruktiven Anordnung erzeugt eine Fortbewegungskraft.
In dieser Anordnung sieht man, dass der Sekundärmagnetkreis weder Magnete, noch Wicklungen enthält, und dass sich außerdem der Magnetfluss (der durch die Magnete 8 erzeugt wird) in den Zähnen 6 des Primärmagnetkreises jedesmal umkehrt, wenn man sich um einen Weg fortbewegt hat, der gleich einer Nut (oder einem Zahn) des Sekundärmagnetkreises 2 ist, wie es in den 3 und 4 gezeigt wird, welche identisch mit den 1 und 2 sind, in denen jedoch der erste Teil 1 sich um eine Länge fortbewegt hat, die gleich einem Zahn 9 ist.
Man erhält somit einen Linearmotor, ohne dass der lange (im allgemeinen feststehende) Teil Magnete oder Wicklungen aufweisen würde, und wo dennoch eine gute Leistung erzielt wird, da man hier, im Gegensatz zu dem in der Einleitung beschriebenen Hybrid-Linearmotor, eine wechselnde Umkehr des Magnetflusses in den Zähnen des Primärmagnetkreises erhält.

Claims

Linearmotor mit einem ersten Teil (1), bestehend aus einem Primärmagnetkreis (4), mit abwechselnd N_e Nuten (5) und N_d Zähnen (6), wobei N_e = N_d, einer mehrphasigen elektrischen Wicklung (7) mit 2P Polen, die in den besagten Nuten angeordnet ist (5), und der zu einer Zeit t, wenn er von einem Wechselstrom über die die N_e Nuten (5) und N_d Zähne (6) überdeckende Länge I des Magnetkreises gespeist wird, ein wellenförmiges Magnetfeld der Länge I mit P Perioden erzeugt, und mit einem zweiten Teil (2), gegenüber dem ersten (1) Teil angeordnet und von diesem durch einen ebenen Luftspalt (3) getrennt, wobei besagter zweiter Teil eine Länge L = I + x hat, wobei x die Länge der Relativbewegung der beiden Teile zueinander ist, und besagter zweiter Teil einen Sekundärmagnetkreis bildet, wobei besagter Sekundärmagnetkreis (2) gegenüber des besagten Luftspalts (3) und über die gesamte Länge L eine Abfolge von Zähnen (9) und Nuten (10) aufweist, und besagter erster Teil (1) entlang des besagten Luftspalts (3) und befestigt am Primärmagnetkreis (4) eine Folge von Magneten (8) mit wechselnder Polung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Folge von Magneten 2 N_e = 2 N_d Magneten enthält, die am Ende der Zähne (6) und Nuten (5) des Primärmagnetkreises (4) befestigt sind, und dass besagte Folge von Magneten die gesamte Länge I des besagten Primärmagnetkreises (4) überdeckt, und dass die Anzahl n_e von Nuten (10) über die Länge I des Sekundärmagnektkreises (2) gleich n_e = N_e + P oder n_e = N_e – P beträgt, und dass auf derselben Länge I die Anzahl n_d von Zähnen (9) des Sekundärkreises gleich n_e ist.