CN104272568A - 直线同步电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直线同步电动机，该直线同步电动机包括一个长形定子(1)和一个转子(2)，该长形定子具有多个线圈绕组(S)，该转子在该直线同步电动机的纵向方向(x)上具有相继的多个磁铁(3)，其中该长形定子(1)是由多个长形定子区段(4)形成的，这些长形定子区段各自具有在该纵向方向(x)上相继安排的多个线圈绕组(S)并且彼此是由间隙(5，5’)分开的。根据本发明，对于相继的多个长形定子区段(4)而言，一个长形定子区段(4)和一个毗邻间隙(5)在各自情况下的总长度(LG)是恒定的，其中在该转子(2)的所有磁铁(3)上在该纵向方向(x)上测量出的长度(LL)是该总长度(LG)的一个整数倍。

Description

直线同步电动机

本发明涉及一种直线同步电动机，该直线同步电动机具有一个长形定子并且具有一个动子，该长形定子具有多个线圈绕组，该动子在该直线同步电动机的纵向方向上具有相继的多个磁铁，其中该长形定子是由多个长形定子区段形成的，这些长形定子区段各自具有在该纵向方向上相继安排的并且彼此是由间隙分开的多个线圈绕组。本发明还涉及该直线同步电动机的多种优选用途。

在实践中直线同步电动机被用作各种各样应用的并且具有广泛的不同尺寸的驱动装置。除了机床或定位系统中线性驱动推进装置之外，直线同步电动机还可以被用于如磁悬浮铁路的运输系统。

具体地讲，在短行程的情况下，使用的是短定子直线电动机，其中作为位置固定部件的行程路径装配有多个具有交变极性的磁铁。该电动机的第一部分则由移动部件的驱动绕组形成，例如是沿着一条行程路径移动的交通工具。短定子直线电动机通常被使用在机床中的直线驱动装置中，其中为推进提供的交变场可以例如通过一个可移动的缆线来供应给该移动部件。例如从文件EP 1056 187 A1中已知一种短定子直线电动机。在仅具有短行程的短定子直线电动机的情况下，装配有多个磁铁的位置固定部件通常被制造为单一的连贯部分。

然而，如果试图以高的速度覆盖较对长的距离，则在实际中使用的是长形定子同步电动机。例如，从期刊ZEVrail，2003年10月的特刊，第10页至16页已知一种直线同步电动机，该直线同步电动机具有带线圈绕组的长形的定子并且具有一个动子。在所述类型的长形定子同步电动机的情况下，作为位置固定部件的长形定子是分成多个部分制造的并且然后被安装。即使所述长形定子区段是以非常高的精度来安排的，在整个电动机距离上局部的不连续性仍是不可避免的。相应地，在纵向方向上相继安排的这些长形定子区段之间提供间隙，这些间隙对于这些长形定子区段的安装、维护和更换并且对于使得可以补偿例如可能归因于在长度上的热变化或支撑结构的移动的膨胀和变形是必要的。相对于长形定子的这些线圈绕组的在没有间隙的其他情况下的等距安排，这些间隙引起偏差，该偏差在直线同步电动机的运行过程中导致力的变动，这也被称作力的波动。这种力的变动可能以冲击或振动的形式导致相当大地损失舒适性，其中还会出现增大的机械和电气负载。

为了使这种扰动最小化，尝试通过优化构造来使这些相继的长形定子区段之间的间隙保持得尽可能小。然而，即使在设计方面作出相对大的努力，所描述的力的变动仍不能被完全消除。

文件WO 2009/146821 A1涉及减小直线同步电动机中的力的变动，其中出于补偿目的而提出了电子控制。通过这样的电子补偿，可以抑制基于直线同步电动机几何形状的力的变动，其结果是该几何形状可以维持不变。

文件US 3 712 240A描述了一种不同属类的异步电动机，其中简单的导电板、例如铝板被提供作为第二元件。为了允许一致的驱动动作，旨在于使第一元件和第二元件之间的重叠度始终是恒定的。在文件US 3 712 240中，没有提供磁铁，使得由多个单独的磁铁导致的力的下降的问题不会出现。

针对这种背景，本发明的目的是限定一种直线同步电动机，该直线同步电动机具有一个长形定子并且具有一个动子，该长形定子具有多个线圈绕组，其中相继的多个长形定子区段之间保持有间隙，并且其中，同时避免了由这些间隙导致的力的变动。

采用具有前言中所描述的特征的直线同步电动机作为起点，根据本发明实现这一目的在于，对于相继的多个长形定子区段、特别是对于整个长形定子，一个长形定子区段和一个毗邻间隙在各自情况下的总长度L_G是恒定的，其中在该动子的所有磁铁上在该纵向方向上测量出的长度L_L是该总长度L_G的一个整数倍。因此适用下列关系式：

L_L＝n*L_G＝n*(L_A+d)

其中n是一个自然数、也就是一个大于0的整数，其中L_A是一个长形定子区段的长度，并且d是一个毗邻间隙的宽度。

在一次移动过程中，当该动子的后端、也就是在该移动方向上的最后的磁铁离开一个间隙的区域时，该动子的前端、也就是该动子在该移动方向上的第一个磁铁进入到另一个间隙的区域中。数n因此还对应于直接位于该动子下方的间隙的数目。这些间隙可以是空气间隙，尽管不强制要求。在本发明的背景下，一个间隙总体上是指一个没有线圈绕组的区段，其中一个长形定子区段内的相继的线圈绕组相对于它们的中心或一些其他参考点通常是等距安排的。如果这些单独的长形定子区段被形成为多个互相分开的、单独可安装的模块，则这些间隙在它们没有填充材料、例如柔性密封件的情况下是空气间隙。然而，还可想到在该整个长形定子、也就是整个行程路径的某些区段使用相对长的模块。相应地，该长形定子还可以具有多个相互分开的、单独可安装的模块，这些模块具有至少两个长形定子区段和一个被安排在中间的间隙。这样的一个间隙则仅仅是一个没有线圈绕组的区域，其中该模块本身在此没有被中断。在本发明的背景下遵循上述长度比是决定性的。

优选的是沿着整个长形定子实行所描述的长度比。然而，特别是在非常大的长度的情况下，例如一个作为磁悬浮铁路的实施例，可能的事实是在某些情形下所述条件并不能总是被遵循，例如在弯道、接头或其他过渡段的区域。如果是因此在这些区域有必要使得在各自的情况下的一个长形定子区段和一个毗邻间隙偏离一致的总长度L_G的话，则若有必要的话用一些其他方式使该直线同步电动机上的负载可以保持是低的。例如，在所述区域中可以降低行驶速度。

在本发明的背景下，在这些长形定子区段之间提供间隙是可能的，不采取这项措施在该直线同步电动机的运行过程中会引起过多的力的变动。所述间隙允许容易的无卡阻地安装并且允许这些长形定子区段在热的作用下膨胀。根据本发明，这些长形定子区段之间保持的空隙的长度根据这些长形定子区段的长度L_A的改变而变化，使得总长度L_G保持恒定。然而，在本发明的背景下这些间隙的长度d应被限制到允许无卡阻安装和拆卸以及补偿长度改变所特定要求的一个尺寸上。尽管根据本发明的这种长度协同，仍确切地留有微小的剩余扰动，该剩余扰动也随间隙宽度的增加而增加。优选的是这些相继的长形定子区段之间的这些间隙的在该纵向方向上测量出的长度小于相继的磁铁之间的间距的一半，所述间距是相对于这些磁铁的对应中心来确定的。由此可以确保的是正发生的变动正常情况下被大致地限制到一个磁铁的长度或相继的两个磁铁的悬伸距。

在本发明的一个优选实施例中，如在该纵向方向上观察到的该动子的这些磁铁具有交替的极性。根据一种直线同步电动机的正常构型，这些磁铁的极取向垂直于长形定子与动子之间的承载间隙。

如果根据本发明的一个进一步优选的实施例，该动子具有偶数个磁铁，则在该移动方向上的第一个磁铁和最后的磁铁在该动子的移动过程中具有相反的极性。所述相反的极性还帮助实现了基本上互相抵消由于行进经过在该动子的如在该移动方向上观察到的前端以及在该动子的后端的间隙所产生的变动。

根据应用，该动子的这些磁铁可以是由一种磁性材料构成的永磁铁，或者可以是电磁铁。甚至在一个电磁铁的实施例的情况下，这些磁铁总体上具有施加到它们上的大致恒定的直流电流以便确保一致的励磁场。

出于一个平均场强度，这些电磁铁的线圈电流的改变正常地被实施成在该长形定子与动子之间提供一个恒定承载间隙。在实践中，使用多个间隙传感器来监控该承载间隙，其中在磁悬浮铁路的情况下该承载间隙正常是大约10mm。

特别是如果对调节励磁场没有需求的话，则还可以在该动子上提供永磁铁。最后，还可想到的是多个永磁铁和多个电磁铁的一种组合，其中关于该承载功能，这些永磁铁负担一个基本负载，并且其中可能借助于这些电磁铁来根据需要来进行适配。

本发明还涉及将所述的直线同步电动机使用于一种磁悬浮铁路。该长形定子于是形成该行程路径，其中该动子是该磁悬浮交通工具的一部分。

在该直线同步电动机的一种替代性用途中，提供的是该直线同步电动机被用作建筑物内的一个升降机的驱动装置。该升降机特别是一个货物升降机或乘客升降机。确切地讲，如果试图覆盖在塔式大楼或其它建筑结构中大的高度，适宜的是使该长形定子不是由单一件而是由多个长形定子区段形成的。此外，随着高度的增加，该升降机的相对高的速度也是所希望的，其中特别在这种情况下力的变动、也被称作力的波动是不利的。最后，在该直线同步电动机被用作升降机的情况下，该动子是相对短的，使得在多个单独的磁铁处的力的变动可能导致相当大的扰动。因此根据本发明，如果该直线同步电动机被用作建筑物内的一个升降机，则对该长形定子的长度适配或分段是特别适宜的。

以下基于仅展示一个示例性实施例的附图对本发明进行更详细的解释，在附图中：

图1示出了一个直线同步电动机的示意图，

图2示出了图1中展示的直线同步电动机的一个变体。

图1以示意性图示示出了具有一个长形定子1的一个直线同步电动机，只展示了该电动机的一个截面并且该电动机具有多个等距的线圈绕组S。长形定子1可以例如是一个磁悬浮铁路的行程路径、或者是由该直线同步电动机驱动的一个升降机的一个静态驱动元件。

该直线同步电动机此外包括一个动子2，该动子在该直线同步电动机的纵向方向上具有相继的多个磁铁3。长形定子1因此形成位置固定的第一部分，而可移动的动子2形成该直线同步电动机的第二部分。在磁悬浮铁路的情况下，动子2因此是沿作为行程路径的长形定子1移动的交通工具的一部分。

根据本发明的直线同步电动机是针对大的长度来设计的，为此原因，长形定子1是由多个长形定子区段4形成的，这些长形定子区段各自作为分开的模块a、b、c来生产和安装。这些长形定子区段4各自具有在纵向方向上相继安排的多个线圈绕组S，其中所述线圈绕组S可以沿着这些单独的磁铁3形成为在一个横向方向上延伸的导体，这些导体在经受一个交流电压时产生沿该长形定子1前进的一个场，并且因此使动子2移动。

借助于长形定子1是由多个长形定子区段4组装成的事实，所述长形定子还可以具有非常大的长度。为了允许容易地安装、维护和拆卸这些单独的长形定子区段4，并且为了允许对长度的变化进行补偿，在这些长形定子区段4之间提供了间隙5。根据本发明，沿着多个长形定子区段4、优选是沿着整个长形定子1，在各自情况下一个长度L_A的长形定子区段4和一个长度d的毗邻间隙的总长度L_G是恒定的。例如，如果这些长形定子区段4的长度L_A由于热膨胀而增大，则这些间隙5的长度d相应地减小。在此必须制定公差，不仅是出于大气温度，而且还出于在该直线同步电动机的运行过程中这些线圈绕组S的废热的缘故。

从图1还显现出，根据本发明，当在动子2的所有磁铁3上测量时，该动子的长度L_L是该总长度L_G的一个整数倍。在所展示的示例性实施例中，动子2的长度L_L是总长度L_G的两倍。

在所描述的实施例的背景下，沿着作为第二部分的动子2通常安排有两个间隙5。当在移动方向x上观察到的、被安排在动子2的后端的磁铁3离开一个间隙5的区域时，该动子2的前端、也就是在该移动方向上观察到的第一个磁铁3进入到另一个间隙5的区域中。以此方式实现了，在根据本发明的直线同步电动机的运行过程中，基本上互相抵消了由于行进经过这些间隙5产生的力的变动(还被称作力的波动)。通过该事实，还有助于在该移动方向上观察到的第一个磁铁3和在该移动方向上观察到的最后的磁铁3具有相反的极性。这是通过使动子2的这些磁铁3如在纵向方向x上观察到的具有交替的极性来实现的，其中该动子2还具有偶数个磁铁3。

在本发明的背景下，该动子的这些磁铁3可以是电磁铁或永磁铁。最后，还可能的是两种磁铁类型的组合，其中电磁铁还允许控制场强，例如以便使得有可能调节长形定子1与动子2之间的一个承载间隙。

在根据图1的示例性实施例中，像模块a、b、c一样的这些单独的长形定子区段4彼此是通过一个空气间隙分开的。然而，可以根据用途适宜地提供较长的模块或者具有不同长度的模块。所述增大长度的模块于是具有多个长形定子区段4，这些长形定子区段彼此是由一个间隙5分开的。相应地，图2示出了具有两个不同的模块a’和b’的一个实施例，其中第二模块b’具有与图1中展示的这些模块a、b、c相同的设计。然而，图2中展示的另一个模块a’是由两个长形定子区段4和保持在中间的一个间隙5’一起形成的。在本发明的背景下，间隙5、5’因此总体上是指没有线圈绕组S的一个区域。相应地，图2示出了一个长形的连续模块a’，其中间隙5’是该连续模块a’的一个无线圈区段。此外，这两个模块a’、b’之间提供了一个间隙5，该间隙是图1的实施例中的一个简单的空气间隙。根据本发明的直线同步电动机可以尤其被用于磁悬浮铁路或建筑物内的升降机中。

Claims (9)

1.一种直线同步电动机，具有一个长形定子(1)并且具有一个动子(2)，该长形定子具有多个线圈绕组(S)，该动子在该直线同步电动机的纵向方向(x)上具有相继的多个磁铁(3)，其中该长形定子(1)是由多个长形定子区段(4)形成的，这些长形定子区段各自具有在该纵向方向(x)上相继安排的多个线圈绕组(S)并且彼此是由间隙(5，5’)分开的，其特征在于，对于相继的多个长形定子区段(4)而言，一个长形定子区段(4)和一个毗邻间隙(5，5’)在各自情况下的总长度L_G是恒定的，其中在该动子(2)的所有磁铁(3)上在该纵向方向(x)上测量出的长度L_L是该总长度L_G的一个整数倍。

2.根据权利要求1所述的直线同步电动机，其特征在于，这些相继的磁铁(3)关于它们的对应中心具有一个间距L_M，其中这些相继的长形定子区段(4)之间的这些间隙(5，5’)小于这些相继的磁铁(3)之间的间距的一半。

3.根据权利要求1或2所述的直线同步电动机，其特征在于，该动子的这些磁铁(3)具有如在该纵向方向(x)上观察到的交替的极性。

4.根据权利要求1至3之一所述的直线同步电动机，其特征在于，该动子(2)具有偶数个磁铁(3)。

5.根据权利要求1至4之一所述的直线同步电动机，其特征在于，该动子(2)的这些磁铁(3)是永磁铁。

6.根据权利要求1至5之一所述的直线同步电动机，其特征在于，这些长形定子区段(4)之中的至少一些被形成为相互分开的、单独可安装的模块(a，b，c)。

7.根据权利要求1至5之一所述的直线同步电动机，其特征在于，该长形定子(1)具有多个相互分开的、单独可安装的模块(a’，b’)，其中这些模块之中的至少一些(a’)具有至少两个长形定子区段(4)和一个安排在中间的间隙(5’)。

8.根据权利要求1至7之一所述的一种直线同步电动机的一种用于磁悬浮铁路的用途。

9.根据权利要求1至7之一所述的一种直线同步电动机的一种用于建筑物内的升降机的用途。