CZ290808B6 - Lineární motor nebo lineární generátor - Google Patents

Abstract

Line rn motor nebo line rn gener tor s relativn vzhledem ke statoru (12) pohybliv²m rotorem (18), p°i em stator (12) je opat°en nejm n jedn m poh n c m vinut m, kter m nejm n jednu c vku (16) a p°i em stator (12) m vzhledem k pod ln mu sm ru line rn ho motoru nebo line rn ho gener toru (10) rovnob n upraven pod ln j dro (22), na kter jsou nasunuty c vky (16). Line rn motor nebo line rn gener tor je opat°en statorovou sk° n (54), ve kter je ulo eno j dro (22) v etn c vek (16) a p lov²ch zubov²ch desek (24), a kter je vytvo°ena v podstat z nemagnetick ho materi lu, zalit ho syntetickou prysky°ic nebo podobn .\

Description

Lineární motor nebo lineární generátor

Oblast techniky

Vynález se týká lineárního motoru nebo lineárního generátoru s relativně vzhledem ke statoru pohyblivým rotorem, přičemž stator je opatřen nejméně jedním poháněcím vinutím, které má nejméně jednu cívku a přičemž stator má vzhledem k podélnému směru lineárního motoru nebo lineárního generátoru rovnoběžně upravené podélné jádro, na které jsou nasunuty cívky jakož i mezi za sebou následujícími cívkami uspořádané pólové zubové desky.

Dosavadní stav techniky

Lineární motor tohoto typu je známý například z DE-A-2 142 452. Cívky poháněcího vinutí statoru jakož i mezi těmito cívkami uspořádané, v podstatě čtvercově vytvořené pólové zubové desky jsou nasunuty na podélné jádro. Toto uspořádání, které je tvořeno poháněcím vinutím, pólovými zubovými deskami a jádrem, je uloženo ve skříni z vytvrditelné pryskyřice. Pro vytvoření lineárního motoru je upraven rotor ve tvaru písmene U, který objímá stator. Dále je před otvorem rotoru ve tvaru písmene U uspořádána opěrná deska z hliníku, která slouží pro snížení magnetických ztrát, to znamená, že redukuje indukčnost statoru, čímž se vytváří zdokonalení účinnosti a výkonu lineárního motoru.

Z obdobného FR-A-2 189 919 je známý lineární motor, který má na jádru nasunuté poháněči vinutí a pólové zubové desky. Pro snížení magnetických ztrát je dále na statoru uspořádána stínící deska z elektricky vysoce vodivého materiálu, například z mědi nebo z hliníku. Stínící deska a pro vytvoření lineárního motoru upravený rotor jsou uspořádány v takovém vzájemném souladu, že prakticky objímají stator po celém jeho obvodu, aniž by se navzájem překrývaly.

Ve srovnání s uvedeným stavem techniky je úkolem vynálezu vytvořit lineární motor nebo lineární generátor se zdokonalenou redukcí indukčnosti.

Další stav techniky vyplývá z patentových spisů DE-23 39 060 C3 nebo DE-24 55 911 C2, obr. 4. Vzhledem k uspořádání obou skupin magnetů rotoru na navzájem protilehlých stranách statoru se alespoň částečně odstraní přitažlivé síly působící mezi oběma skupinami magnetů a mezi rotorem. Bez tohoto opatření by musely být přitažlivé síly, které jsou zpravidla desetkrát větší než poháněči síly, zachycovány odpovídajícím mechanickým stabilním pohybovým vedením pohybující se části. U těchto známých uspořádání sestává v daném případě polohově pevný stator z ozubené lišty, na jejíž zuby je navinuto poháněči vinutí, přičemž tyto zuby směřují například k jedné z obou skupin magnetů, viz například DE-23 39 060 C3. Tím se jednak vytváří nucené ve většině případů nežádoucí asymetrické uspořádání s nestejně velkými přitažlivými silami na obou stranách rotoru. Dále dochází ke značně vysokým výrobním a montážním nákladům u rotoru. Zpravidla je stator opatřen vícefázovým poháněcím vinutím, přičemž ke každé fázi je přiřazena sada cívek z více cívek s navzájem propojeným uspořádáním cívek například tří fází. Aby bylo možné drát vinutí vložit do přiřazených drážek mezi zuby, to znamená, že osa navíjení je upravena kolmo k podélnému směru statoru, musí být vytvořena zpravidla smyčka, která zahrnuje více zubů a která bočně dost daleko přesahuje přes stator. Jen tak je možné opatřit plochý stator vícefázovým vinutím, aniž by se přitom navíjené dráty na okraji statoru navzájem nepříznivě ovlivňovaly. Takto vytvořené smyčky vinutí se nazývají čela vinutí. Tato čela vinutí jednak způsobují vyšší výrobní náklady a jednak vyžadují přídavné množství mědi, což působí nepříznivě na údaje o výkonu statoru. Jsou i taková provedení statoru, u kterých je délka drátu, potřebná pro čela vinutí, větší než délka drátu uložená v drážkách. Čela vinutí tak zvyšují ohmický odpor, jakož i indukčnost celého vinutí. Z toho vyplývá zvýšená spotřeba energie a větší ztráty, způsobené vznikem tepla.

-1 CZ 290808 B6

Podstata vynálezu

Vynález si klade za úkol snížit výrobní náklady bez nepříznivého ovlivnění elektrických a mechanických vlastností lineárního motoru nebo lineárního generátoru.

Podstatu vynálezu tvoří lineární motor nebo lineární generátor s relativně vzhledem ke statoru pohyblivým rotorem, přičemž stator je opatřen nejméně jedním poháněcím vinutím, které má nejméně jednu cívku a přičemž stator má vzhledem k podélnému směru lineárního motoru nebo lineárního generátoru rovnoběžně upravené podélné jádro, na které jsou nasunuty cívky, stator je opatřen statorovou skříní, ve které je uloženo jádro včetně cívek a pólových zubových desek, a která je vytvořena v podstatě z nemagnetického materiálu, zalitého syntetickou pryskyřicí nebo podobně.

Osazení statoru poháněcím vinutím se tak stává velmi jednoduchým, protože se k tomu jen v řadě za sebou nasunou cívky, které lze již předem vhodným způsobem opatřit vinutím. Osy cívek jsou přitom shodné s podélným směrem statoru. Účinnost lineárního motoru je tak na podkladě úplného obklopení jádrem vedeného magnetického toku cívkami, jakož i na podkladě dvoustranné protilehlé polohy magnetu, případně reakční lišty a drátu cívek, značně vysoká. Přitom není třeba provádět žádná zvláštní opatření pro mechanické upevnění vysoce zatížitelných cívek na jádru, protože jádro centrálně cívkami prochází.

Tato výhodná konstrukce statoru, zejména ve spojení s nejméně dvoustranným využitím vinutí prostřednictvím odpovídajících skupinových magnetů, je využitelná jak u nejvíce obvyklých dlouhých statorových uspořádání s polohově pevným, a proto bez problémů elektrickou energií napájitelným statorem, tak i u krátkých statorových uspořádání s pohyblivým statorem a polohově pevným rotorem. Mimoto je tento stator využitelný také v asynchronním lineárním motoru, u kterého jsou místo skupin magnetů upraveny elektricky dobře vodivé reakční lišty, například z mědi.

Aby se udržely ztráty vířivými proudy v jádru co nejmenší, navrhuje se, aby jádro bylo vytvořeno balíkem kovových plechů z plechových pásů, upravených v podélném směru lineárního motoru.

Na podkladě této konstrukce se vytváří možnost, aby pro přípravu lineárního motoru pro nejméně v úseku obloukovou dráhu byl stator v souladu s ní ohnut kolem osy ohybu rovnoběžné s rovinou kovových plechů balíku kovových plechů. Tak je bez dalšího možné dosáhnout libovolně zakřivené, v jedné rovině upravené jízdní dráhy při klidném chodu dík hladkým přechodům.

Dalšího zdokonalení využití poháněcího vinutí statoru lze dosáhnout tím, že na rotoru je upravena třetí reakční lišta nebo skupina magnetů, které jsou protilehlé k další straně statoru. Na rozdíl od střídavě zanikajících magnetických přitažlivých sil obou proti sobě navzájem upravených reakčních lišt, případně skupin magnetů, zůstává přitažlivá síla působící mezi třetí reakční lištou, případně skupinou magnetů, a mezi rotorem zachována. Přitom ji lze využít v tom případě, kdy je třetí reakční lišta, případně skupina magnetů, uspořádána pod statorem, čímž se dosáhne odlehčení hmotnostní síly, nebo, při opačném uspořádání, zvýšení bezpečnosti v tom směru, že ve stopě vedená vozidla neopustí svoji stopu.

Zvláště kompaktní konstrukce při zvláště vysokém využití poháněcího vinutí statoru se vytváří podle dalšího výhodného provedení vynálezu tím, že rotor zčásti nebo zcela objímá stator, a to zejména zhruba ve tvaru kruhu. Při tomto uspořádání, které zcela objímá stator, je stator držen na svých obou koncích, takže nejsou nutné žádné příliš velké délky statoru.

Pro zvýšení magnetického toku vedeného magnety rotoru a vybavovaného poháněcím vinutím se navrhuje, magnety všech skupin byly vždy navzájem spojeny prostřednictvím magnetického lištového jha.

-2CZ 290808 B6

V souladu s tím se pro případ asynchronního motoru navrhuje, aby na té straně reakční lišty, která je odvrácená od rotoru, bylo upraveno se statorem pevné nebo s rotorem pevné magnetické plechovéjho.

Výhodné může být také spojení synchronního a asynchronního provozu, zejména při startu lineárního motoru z libovolné výchozí polohy. Pokud se spustí motor v asynchronním provozu, není třeba znát okamžitou polohu rotoru vzhledem k magnetům statoru. V průběhu spouštěného motoru lze potom získat prostřednictvím odpovídajících čidel potřebnou informaci o poloze, takže lze potom bez problémů přejít na synchronní provoz. Asynchronní provoz lze také velmi výhodně využít pro brzdění, zejména zapojením poháněcího vinutí do zkratu. Je třeba ještě uvést, že u asynchronního provozuje možné pohánět více pohybovaných jednotek lineárního motoru na sobě navzájem nezávisle a případně také bez vzájemného odstupu.

Aby se umožnily oba druhy provozu v jednom jediném lineárním motoru nebo lineárním generátoru, navrhuje se, aby jak nejméně jedna reakční lišta, tak i nejméně jedna skupina magnetů byla upravena na rotoru.

V předcházejícím popsaný lineární motor nebo lineární generátor se vyznačuje tím, že lze ekonomicky výhodně a materiálově úsporně vyrábět stator, a to zejména také při sériové výrobě, přičemž dochází k dobrému využití poháněcího vinutí tím, že rotor objímá stator. Další výhoda tohoto řešení spočívá vtom, že magnetický tok vytvářený magnety rotoru v jádru se příznivě superponuje s tokem vytvářeným poháněcím vinutím na podkladě fázového posunutí, daného konstrukčními podmínkami, takže železné jádro statoru musí být vytvořeno jen na větší z maximálních hodnot jednoho a druhého toku a nikoli, jako je tomu u jiných uspořádání, na součet obou maximálních hodnot. U předem daných maximálních hodnot může být tedy použito pro nižší maximální tok vytvořené a tím i ekonomicky výhodnější jádro s redukovaným průřezem.

Pokud se v této souvislosti uvádí pojem lineární generátor, má se pod tímto pojmem všeobecně chápat zařízení pro vytváření proudu, případně napětí, tedy také například využití jako lineární tachometr. V následujícím bude zejména uvažováno o případu motorického využití. Pro provoz generátoru mohou být provedení účelně převzata.

Stator je s výhodou opatřen podélným jádrem, na jádro nasunutými cívkami a na jádru nasunutými pólovými zubovými deskami, uspořádanými mezi za sebou upravenými cívkami. Tento stator lze velmi ekonomicky příznivě vyrobit, protože je nutné na jádro nasunout jen cívku a pólové zubové desky. Cívky lze vyrobit předem, zejména při využití unášeče vinutí, unášejícího návin. Na podkladě pólových zubových desek se výhodně vytváří vysoký magnetický tok. Na podkladě fázového posunutí místních křivek magnetického toku, vytvářeného rotorovými magnety v jádru, jakož i magnetického toku vytvářeného cívkami v jádru podle úhlu posuvu, nemusí být jádro vytvořeno pro součet maximálních hodnot obou magnetických toků, ale jen pro větší z obou maximálních hodnot. V souladu s tím lze využít ekonomicky výhodnější jádro se zmenšeným průřezem.

Pro zachování nepatrných ztrát vířivým prouděním v jádru se navrhuje, aby jádro bylo vytvořeno jádrovým balíkem kovových plechů z plechových pásů, upravených v podélném směru jádra. Aby se udržely nízké ztráty vířivým prouděním také v pólových zubových deskách, navrhuje se, aby pólové zubové desky byly vytvořeny pólovým zubovým balíkem kovových plechů z plechových desek, upravených kolmo k podélnému směru jádra. Tyto plechové desky lze snadno vyrobit ve velkém počtu kusů, například vyrážením.

Aby se spolehlivě vyloučily elektrické proudy v obvodu obcházejícím jádro se dále navrhuje, aby pólové zubové plechové balíky byly opatřeny zářezem, který je průchozí v podélném směru a který vyúsťuje do úložného otvoru jádra plechového balíku. Přitom je pro optimální využití

-3CZ 290808 B6 magnetického toku výhodné, pokud je zářez uspořádán na té straně statoru, která je odvrácená od rotoru.

Zářez může také přecházet bez přechodu do úložného otvoru jádra, čímž se vytvářejí plechové desky v obrysu ve tvaru písmene U.

Aby se plechové desky udržovaly spolehlivě mechanicky dohromady, navrhuje se, aby na vzhledem k zářezu protilehlé straně pólového zubového plechového balíku byl upraven svarový šev pro spojení plechových desek. Tak lze předem připravit předběžně smontované pólové zubové plechové balíky, které se potom společně s cívkami jen nasunou na jádro.

Další zvláštní výhoda vytvoření statoru se zářezem v plechových balících spočívá v tom, že přívody cívek lze vložit do těchto zářezů. Bočně vystupující čela vinutí v úvodu popsaných známých statorů jsou tedy nahrazena přívody upravenými na nejkratší dráze. Toto uspořádání jednak šetří materiál vedení a jednak snižuje rušivou samoindukčnost, jakož i tepelné ztráty.

Pokud se pro cívky použijí unášeče vinutí, které překrývají náviny cívek ve směru k jádru a na obě strany, tak se u obvyklých konstrukcí vede k uvnitř upraveném začátku vinutí vedoucí přívod podél vnitřní strany jedné z obou bočních stěn unášeče vinutí radiálně dovnitř. Tento přívod zabraňuje tomu, aby mohl být unášeč vinutí úplně vyplněn náviny mezi oběma bočními stěnami. Aby bylo možné podle vynálezu prakticky zcela využít unášeč vinutí, čímž se dosáhne zvýšení činitele naplnění mědí, navrhuje se, aby přívod, vedoucí k vnitřnímu začátku vinutí cívky byl veden v odstupu uvnitř upraveným průchozím otvorem v boční stěně unášeče vinutí.

Podle dalšího výhodného řešení podle vynálezu se navrhuje, aby obrys pólových zubových desek měl zhruba tvar lichoběžníku, přičemž základna tohoto lichoběžníku je přivrácena k rotoru a zářez je s výhodou upraven na protilehlé straně.

Toto vytvoření pólových zubů zmenšuje rozptylový tok a indukčnost statoru. Mimoto se vytváří podstatné snížení hmotnosti. Výhoda popsané konstrukce statoru s laminováním jádra a případně s laminováním pólových zubů spočívá v tom, zeje možné bez problémů ohnout stator kolem osy zakřivení, rovnoběžné s rovinou plechů statoru, čímž je možné získat odpovídající zakřivenou dráhu motoru. Protože jádro prochází centrálně jak tělesy cívek, tak i pólovými zubovými deskami, není třeba provádět žádná zvláštní opatření pro upevnění těchto součástí na jádru.

Popsaná konstrukce statoru, u které nejsou bočně vystupující čela vinutí, umožňuje také zapojení statoru do případně zcela uzavřené skříně statoru z nemagnetického materiálu skříně. Taková skříň statoru může být provedena velmi kompaktní, protože mezi pólovými zuby a mezi skříní statoru nemusí být u skříně z elektricky nevodivého materiálu vůbec žádná mezera a u skříně z elektricky vodivého materiálu izolační mezera jen s velmi malými rozměry. Přívody pro vinutí mohou být upraveny, jak již bylo uvedeno, v zářezech.

Také se ukázalo, že při použití elektricky vodivého materiálu skříně, zejména oceli, se indukčnost statoru, to znamená samoindukčnost, velmi sníží, aniž by to přitom nepříznivě ovlivnilo vnikání magnetického toku magnetů rotoru do skříně. Tím se opět snižuje potřebný spínací výkon elektronicky řízeného energetického napájení poháněcího vinutí, který je dán součinem napájecího napětí a proudové zátěže. Nízká samoindukčnost poháněcího vinutí je výhodná také pro nouzový brzdový systém v případě poruchy. U tohoto systému se poháněči vinutí spojí na krátko, čímž se dosáhne zabrzdění na podkladě vytvoření indukčních proudů v poháněcím vinutí prostřednictvím magnetů rotoru. Nepatrná indukčnost vede k velmi vysokému indukčnímu proudu a tím i k vysokému brzdicímu účinku.

Zvláště výhodným materiálem pro skříň statoru je ocel V2A, protože ta má kromě výhodných magnetických a elektrických vlastností také ještě velkou vzdomost proti korozi. Ocel V2A je také možné dobře zpracovávat.

-4CZ 290808 B6

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu se navrhuje, aby ve statorové skříni byly uspořádány elektronické spínací elementy pro řízené napěťové napájení cívek. Tak jsou totiž také tyto elektronické spínací elementy spolehlivě chráněny proti nepříznivým vlivům okolního ovzduší. Jako spínací elementy přicházejí s výhodou v úvahu přímé měniče, zejména triaky nebo tyristory, které jsou již samy o sobě pro řízení lineárních motorů známé, viz například EP-0 315 727-A1.

Aby bylo možné konstrukční součásti, které jsou upraveny ve skříni, udržet spolehlivě proti sobě navzájem a dohřeje elektricky izolovat, navrhuje se, aby statorová skříň byla zalita syntetickou pryskyřicí nebo podobně.

Tak lze upravit elektroniku pohonu bez problémů ve skříni statoru, případně včetně čidla pro stanovení polohy pólu prostřednictvím měření indukčního napětí, vytvářeného magnety rotoru v cívce.

Vynález se také týká způsobu měření polohy u pólu u lineárního motoru nebo lineárního generátoru, zejména v přecházejícím popsaném typu, který se vyznačuje tím, že v průběhu přerušení proudu v poháněcím vinutí statoru se měří indukční napětí vytvářené v tomto poháněcím vinutí rotorovými magnety a bere se za základ zjištění polohy pólu. V uvedeném přerušení proudu lze bez problémů měřit napětí, indukované magnety rotoru v poháněcím vinutí, a tím i polohu pólů motoru.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je schematicky znázorněn dílčí pohled na lineární motor.

Na obr. 2 je znázorněn axonometrický pohled na výhodný příklad provedení statoru včetně schématu propojení.

Na obr. 3 je znázorněn podélný řez statoru podle obr. 2, který je vložen do statorové skříně.

Na obr. 4 je znázorněn příčný řez statoru podle obr. 3 v rovině podle čáry IV-IV včetně schematicky znázorněného rotoru.

Na obr. 5 je znázorněno zapojení přímého měniče napájení energií fází poháněcího vinutí statoru.

Na obr. 5A je znázorněn odpovídající časový diagram napětí.

Na obr. 6 až 11 jsou znázorněna různá uspořádán statoru a rotoru pro lineární motor se synchronním provozem, přičemž na obr. 6 je znázorněn stator s jednostranným rotorem, na obr. 7 stator s jednostranným rotorem s pólovými zubovými deskami, které mají obrys ve tvaru lichoběžníku, na obr. 8 stator s dvoustranným rotorem, na obr. 9 stator s třístranným rotorem, na obr. 10 rotor s dvoustranným statorem a na obr. 11 stator kruhově obklopený rotorem.

Na obr. 12 až 15 je znázorněn lineární motor s asynchronním provozem, přičemž na obr. 12 je znázorněn rotor s dvoustranným statorem, na obr. 13 rotor s jednostranným statorem a s na rotoru upraveným plechovým jhem, na obr. 14 stator s jednostranným rotorem a na statoru pevným plechovým jhem a na obr. 15 stator s trojstranným rotorem.

Na obr. 16 je znázorněn schematický diagram místního průběhu toku v jádru.

-5CZ 290808 B6

Příklady provedení vynálezu

V dalším jsou popsány lineární motoiy s konstrukcí dlouhého statoru. Znaky podle vynálezu lze však stejně realizovat u lineárního motoru s konstrukcí krátkého statoru nebo u lineárního generátoru s konstrukcí krátkého statoru nebo s konstrukcí dlouhého statoru. U znázorněných příkladů provedení jsou budicí magnety rotoru permanentní magnety. Tyje však možné v případě potřeby nahradit elektromagnety.

Vinutí statoru může být nejjednodušším případě jednofázové. Zvláště výhodné je však také v příkladech provedení znázorněné trojfázové vinutí. V takovém případě je vinutí tvořeno nejméně jednou sadou cívek, která sestává ze tří za sebou uspořádaných cívek, které jsou přiřazeny vždy jedné ze tří fází.

To je znázorněno na podkladě obr. 2. Zde znázorněný stator 12, který tvoří část na obr. 1 schematicky vyobrazeného lineárního motoru 10, má dvě sady 14 cívek vždy ze tří cívek 16. Ty jsou přiřazeny vždy k jedné fázi A, B nebo C a proto jsou označeny jako cívky 16A, 16B, případně 16C.

Rotor 18 této konstrukce je znázorněn na obr. 1. Ten je opatřen permanentními magnety 20, které jsou navzájem spojeny magnetickým lištovým jhem 21. Podle obr. 4 a obr. 6 až lije patrno, že je možné vytvořit řadu rotorů 18, jak bude v dalším ještě vysvětleno.

Dále je popsána speciální konstrukce statoru 12. Stator 12 sestává z jádra 22, které definuje podélný směr lineárního motoru 10, vyznačený na obr. 1 dvojitou šipkou A, na které jsou střídavě nasunuty cívky 16 a pólové zubové desky 24. Jádro 22 je pro snížení ztrát vířivým prouděním vytvořeno jako kovový plechový balík z jednotlivých, v podélném směru vyznačeném dvojitou šipkou A upravených transformátorových plechových pásů se shodným pravoúhlým obrysem. Na obr. 3 a 4 v řezu znázorněné plechové pásy 26 jsou uloženy tak, že nad sebou lícují, čímž se vytváří pravoúhlý průřez jádra 22, znázorněný na obr. 4. Na podkladě této laminace lze jádro 22 a tím i celý stator 12 bez problémů ohnout kolem osy zakřivení, která je rovnoběžná s rovinou plechových pásů 26 a která je kolmá k podélnému směru A.

Pólové zubové desky 2A jsou také vytvořeny jako kovové plechové balíky, přičemž rovina plechů je upravena napříč k podélnému směru A. Protože axiální délka odpovídající pólové zubové desky 24, rovnoběžná s podélným směrem A, je menší než oba zbývající rozměry pólové zubové desky 24, vytváří se na podkladě tohoto nasměrování minimum jednotlivých plechových desek 28. Každá jednotlivá plechová deska 28 má pravoúhlý, zejména čtvercový obrys s centrálním otvorem 30, který je přizpůsoben pravoúhlému průřezu jádra 22.

Aby se předem vyloučily vířivé proudy kolem jádra 22 v jednotlivých plechových deskách 28, jsou všechny jednotlivé plechové desky 28 v témže místě naříznuty pro vytvoření v podélném směru A průchozího zářezu 32 odpovídající pólové zubové desky 24. Tento zářez 32 vyúsťuje do úložného otvoru 34 jádra 22 pólové zubové desky 24, definovaného centrálními otvory 30 jednotlivých plechových desek 28.

Tento zářez 32 je upraven v místě, které není přivráceno pracovní vzduchové mezeře mezi statorem 12 a mezi magneticky aktivními částmi rotoru 18. Tyto magneticky aktivní části jsou v případě synchronního motoru permanentní magnety 20 a v případě asynchronního motoru odpovídající elektricky vodivé reakční lišty.

Pólové zubové desky 24 lze velmi jednoduše zhotovit předem. K tomu účelu je třeba jen vytvarovat, například vyražením, jednotlivé plechové desky 28 a v odpovídajícím počtu je na sebe uložit. Pro vzájemné upevnění lze potom proti zářezu 32 upravit v podélném směru A uspořádaný svarový šev 36, jak je to patrno z obr. 4.

-6CZ 290808 B6

Další podstatná výhoda zářezů 32 spočívá v tom, že jsou vhodné pro uložení přívodů 46 cívek 16. To je znázorněno na obr. 3 a 4. Navíc lze prostor mezi za sebou následujícími pólovými zubovými deskami 24 plně využít pro odpovídající dílčí vinutí, protože lze přivést přívod 46 k uvnitř uloženém počátku vinutí prostřednictvím zářezu 32 bezprostředně k vinutí. Pokud je použit, jak je to znázorněno na obr. 3 a 4, pro usnadnění předběžné montáže jednotlivých cívek 16 unášeč 40 vinutí, který ji podstatně usnadňuje, který má průchozí otvor 42 přizpůsobený průřezu jádra a který vytváří navenek otevřenou navíjecí drážku 44, lze uvedený přívod 46 zavést prostřednictvím odpovídajícího, značně radiálně uvnitř upraveného průchozího otvoru 50 příslušné boční stěny 48 unášeče 40 vinutí k uvnitř upravenému začátku vinutí. Proto lze navíjecí drážku 44 zcela navinout. Další přívody 52, které jsou znázorněny na obr. 3 a 4, jsou také vloženy do zářezu 32.

Popsané uspořádání vinutí, které je upraveno jako za sebou na jádro 22 nasunuté navinuté cívky 16 se spojením fázově shodných cívek 16 jen prostřednictvím obou přívodů 46, odstraňuje obvyklá čela vinutí, která jsou zpravidla u známých statorů. Tím se sníží výrobní a materiálové náklady, přičemž zde vzniká další výhoda, která spočívá v tom, že bez velkých nákladů lze dosáhnout malé pólové rozteče, to je počtu cívek 16 na délkovou jednotku statoru 12. Stator 12 je také velmi kompaktní a tak je možné jej bez problémů zapouzdřit do plechu a tak jej hermeticky utěsnit a chránit proti vlivu okolí. K tomu účelu je podle obr. 3 a 4 upravena statorová skříň 54 ze čtyřhranné trubky 56 s víkem 58 na obou koncích. Do této čtyřhranné trubky 56 je zasunuta kompletní jednotka, tvořená jádrem 22, cívkami 16 a pólovými zubovými deskami 24, načež je zalita. K tomu účelu použitý synteticky pryskyřičný materiál 60 je na obr. 3 a 4 vyznačen tečkami. Statorová skříň 54 je naletováním nebo navařením vík 58 hermeticky uzavřena.

Jako materiál pro statorovou skříň 54 přichází v úvahu nemagnetický materiál, aby nebyl omezován magnetický tok. Mimoto se při měřeních zjistilo, že elektricky vodivý materiál, jako například ocel, nejlépe ocel V2A, značně redukuje samoindukčnost poháněcího vinutí statoru 12. V případě použití statorové skříně 54 z oceli V2A o tloušťce stěny o hodnotě 1 mm byla naměřena redukce samoindukčnosti z hodnoty 5,1 mH na 1,7 mH, to je milihenry. Měření se uskutečňovalo tak, jak je dále uvedeno.

Jednotlivá cívka 16 kompletního statoru 12 byla připojena na měřicí přístroj indukčnosti, v daném případě na Volt-craft 4090. Ostatní jednotlivé cívky 16 byly otevřené. Indukčnost statoru vně statorové skříně 54 z oceli V2A byla porovnávána se statorem 12 zasunutým do statorové skříně 54.

Tato redukce samoindukčnosti snižuje potřebný spínací výkon poháněči elektroniky a zvyšuje indukční proud při na krátko spojeném poháněcím vinutí statoru a tak i brzdicí účinek při odpovídajícím asynchronním brzdovém provozu.

Do statorové skříně 54 lze přídavně vestavět výkonovou elektroniku, potřebnou pro zásobování fází energií. Odpovídající schéma zapojení je znázorněno na obr. 5. Je zde patrné k jednotlivým fázím přiřazené fázové vinutí 64A, případně 64B nebo 64C, přičemž tato vinutí jsou podle obr. 2 opět rozdělena na vinutí jednotlivých cívek 16A, případně 16B, případně 16C. Všechna fázová vinutí 64A, 64B, 64C jsou v paralelním zapojení připojena na dvě napěťová napájecí vedení 66, 68, na kterých je poháněči střídavé napětí U~. Do každého spojovacího vedení 70 mezi fázovým vinutím 64 a mezi napěťovým napájecím vedením 68 je vložen vždy jeden řízený elektronický spínač v podobě triaku 72, který je vždy prostřednictvím ovládacího vedení 74 spojen s elektronickou ovládací jednotkou 67. Ovládací jednotka 76 zajistí, že podle fázové polohy lineárního motoru 10 je v požadovaném okamžiku příslušné fázové vinutí 64 napájeno napětím. Jak již bylo uvedeno, je možné triakem 72 tvořenou spínací elektroniku také zapouzdřit, přičemž statorová skříň 54 je vyznačena čerchovanou obrysovou čarou. V takovém případě jsou vedení 66, 68 a 74 ze statorové skříně 54 vyvedena utěsněné.

-7CZ 290808 B6

Aby bylo možné velmi jednoduše a přitom spolehlivě zjistit fázovou polohu lineárního motoru, měří se při přerušení proudu jednoho fázového vinutí napětí, které je v tomto fázovém vinutí indukováno rotorovými magnety. Tento postup je zvláště výhodný při polovlnném provozu, protože v tomto případě je k dispozici vždy potřebný čas na měření. Znalost přesné fázové polohy je důležitá pro řízení přesného přívodu napětí U~ k fázovým vinutím 64A, 64B a 64C.

To je nyní krátce vysvětleno na podkladě obr. 5A. Je zde patrný čerchovanými čarami vyznačený průběh napětí na vedení 66, 68, na které je přiváděno střídavé napětí. Prostřednictvím odpovídajícího ovládání, například triaku 72C, se do fázového vinutí 64C mezi okamžiky TI a T2, jakož i mezi okamžiky T3 a T4 přivádí okamžité napětí U~, jinak však nikoli. Připojení se uskuteční vždy v průběhu pozitivní půlvlny. Okamžiky TI, T2, T3 a T4 jsou určeny v souladu s okamžitou fázovou polohou prostřednictvím ovládají jednotky 76. V průběhu negativní půlvlny mezi okamžiky odpovídajícího nulového průchodu v okamžiku T5 a T6 se v žádném případě neuskutečňuje napěťové působení na fázové vinutí 64C. Tento časový prostor je tedy plně k dispozici pro měření napětí, které je indukováno rotorovými magnety ve fázovém vinutí 64C. Na obr. 5 jsou znázorněna napěťová snímací vedení 78, 80, která jsou vedena do ovládací jednotky 76 pro v ní uskutečňované měření napětí.

Proudová přestávka mezi okamžiky T5 a T6 je výkonovou elektronikou spolehlivě dodržována také z toho důvodu, že použité triaky nebo také tyristory při nulovém průchodu proudu samostatně vypnou.

Stator 12 může být s výhodou nasazen s mnoha různými uspořádáními rotoru 18. Tak například na obr. 8 a obr. 4 je schematicky znázorněno uspořádání, u kterého je stator 12 ze dvou stran obklopen rotorem 18. Na obr. 8 je vlevo znázorněna první část 18A rotoru 18 s první skupinou permanentních magnetů 20 a vpravo podle statoru 12 druhá část 18B rotoru 18 s magnety 20 s opačnou pólovou orientací. Na zadní straně jsou permanentní magnety 20 každé skupiny navzájem spojeny vždy prostřednictvím jednoho magnetického plechového jha 83. Obě části 18A, 18B rotoru 18 jsou na obr. 8 neznázoměným způsobem navzájem mechanicky pevně spojeny, například prostřednictvím na obr. 4 vyznačeného můstku 84. Můstek 84 rotoru 18, který má na obr. 4 průřez ve tvaru písmene U, se opírá o podloží 86, například prostřednictvím ve stopě vedených pojezdových kol 88. Zářez 32 je na obr. 8 a na obr. 4 upraven směrem vzhůru, takže ty strany statoru 12, které jsou přivrácené k částem 18A, 18B rotoru 18, nejsou zeslabeny. V průběhu provozu se vytvářejí mezi každou částí 18A, 18B rotoru 18 a mezi statorem 12 přitažlivé síly, které jsou mnohonásobkem síly dopředného pohybu. Na podkladě oboustranného obklopení statoru 12 se nejméně v přesné neutrální poloze rotoru 18, to je symetricky ke statoru 12, tyto přitažlivé síly navzájem ruší. Vedení rotoru 18, které je zde vyznačeno symbolicky jako stopové vedení, musí proto zachycovat jen diferenční síly při odchýlení z neutrální polohy, které vzniká například výrobními tolerancemi. Dále se na podkladě dvoustranného překrytí rotoru 18 a statoru 12 vytváří vysoké využití magnetických toků s odpovídající vysokou účinností dopředného pohonu.

Na obr. 6 je znázorněno zjednodušené uspořádání rotoru 18 a statoru 12 s rotorem 18 upraveným jen na jedné straně. Směr jízdy je kolmý k rovině výkresu. Při pohledu ve směru jízdy se střídá pólový směr permanentních magnetů 20 v pravidelných odstupech v souladu s pólovou roztečí. Na straně odvrácené od statoru 12 je opět upraveno magnetické plechové jho 83.

Tvar pólových zubů uspořádání podle obr. 6 lze podle obr. 7 zdokonalit tím, že místo pravoúhlého obrysu pólové zubové desky 24 se zvolí obrys ve tvaru lichoběžníku, přičemž větší z obou rovnoběžných čar, to je lichoběžníková základna 92, je přivrácena k rotoru 18 a zářez 32 ie uspořádán na protilehlé krátké straně. Tento tvar zmenšuje rozptyl a indukčnost statoru 12. Mimoto se zajišťuje podstatné snížení hmotnosti.

Příklad provedení podle obr. 9 se liší od již popsaného příkladu provedení podle obr. 8 tím, že rotor 18 objímá stator 12 tak, že tři strany statoru 12 spolupůsobí s odpovídajícími skupinami

-8CZ 290808 B6 magnetů 20A, 20B a 20C. Tyto skupiny magnetů 20A, 20B, 20C jsou opět navzájem pevně spojeny na obr, 9 neznázoměným můstkem. Toto uspořádání se vyznačuje dokonalejším využitím magnetických toků, i když je třeba přitažlivé síly působící mezi střední skupinou magnetů 20C a mezi statorem 12 jinak kompenzovat. Tak mohou tyto sloužit pro zvětšení bezpečnosti proti vykolejení u vozidel vedených okolkem nebo pro odlehčení hmotnostní síly.

U konstrukce zvláště lehkých vozidel může magnetické plechové jho odpadnout. Magnetické jho se potom vytváří druhým statorem, který je upraven protilehle k prvnímu statoru, přičemž mezi nimi je upraven rotor. Takové uspořádání je znázorněno na obr. 10, kde je upraven levý stator 12A, pravý stator 12B a mezi nimi uložený rotor 1.8. Pokud jsou oba statory 12A. 12B vytvořeny jako aktivní statory s odpovídající dodávkou energie, tak se zdvojnásobuje posuvná síla. S výhodou zde potom mohou mít statory 12A, 12B obrys pólových zubových desek ve tvaru lichoběžníku, jak to bylo popsáno na podkladě obr. 7. Přitažlivé síly jsou na podkladě symetrického uspořádání velmi dobře navzájem kompenzovány, takže se zatížení vodicích elementů redukuje na minimum.

Zvláště kompaktní konstrukci vytváří na obr. 11 znázorněné soustředné uspořádání s centrálním, v obrysu zhruba kruhovým statorem 12 s na obr. 11 směrem vzhůru směřujícím zářezem 32 pro potlačení zkratových proudů. Na toto jádro jsou v souladu s předcházejícími příklady provedení střídavě nasunuty pólové zubové balíky a poháněči cívky. Jádro může být vytvořeno buď z transformátorových plechů, nebo, jak je to znázorněno z většího počtu v podélném směru motoru, to je kolmo k rovině výkresu na obr. 1, upravených železných tyčí 94. Zhruba ve tvaru kruhu vytvořený rotor 18 obklopuje stator 12 s určitým pracovním odstupem. Na vnějším, magnetické plechové jho vytvářejícím železném hřbetu 96 jsou upraveny směrem dovnitř vyčnívající permanentní magnety 20. Ty střídají, při pohledu ve směru jízdy, střídavě svoje polování radiálně dovnitř nebo radiálně navenek. U znázorněného příkladu provedení vytvářejí magnety 20 vždy magnetický prstenec z plochých segmentů. Tato konstrukce je ekonomicky nejvýhodnější. Rotor 18 je u znázorněného příkladu provedení nahoře opatřen drážkou, která umožňuje průchod pro neznázoměné, radiálně navenek vedené držáky statoru 12. Při relativně krátkém statoru 12 může být tento držen jen na svých obou koncích, takže rotor 18 může být vytvořen tak, že zcela obklopuje stator 12.

Statory uvedených typů je možné výhodně využít také u asynchronních motorů nebo asynchronních generátorů. Několik takových příkladů využití je uvedeno na obr. 12 až 15.

U příkladu provedení podle obr. 12 jsou obdobně jako u příkladu provedení podle obr. 10 upraveny opět dva aktivní statory 12A a 12B, mezi kterými je však místo rotoru L8, opatřeného permanentními magnety 20, upraven rotor 18' v podobě reakční lišty, to je elektricky dobře vodivého plechu, zejména měděného plechu. Toto uspořádání odpovídá dvojitému hřebenovému asynchronnímu uspořádání.

Příklad provedení podle obr. 13 odpovídá jednohřebenovému uspořádání, které má jednodušší konstrukci. Je zde upraven jen jediný stator 12, který má u daného provedení výhodný obrys ve tvaru lichoběžníku. Proti lichoběžníkové základně 92 je opět upraven rotor 18' v podobě reakční lišty. Pro zdokonalení magnetického vedení toku je na hřbetu reakční lišty tak zvané plechové jho 98 z feromagnetického materiálu.

Pokud je požadován zvláště lehký rotor 18'. může být s výhodou využito uspořádání podle obr. 14. To se liší od provedení podle obr. 13 tím, že jak plechové jho 98, tak i stator 12 jsou uspořádány polohově pevně. Jen mezi nimi uspořádaný rotor 18' je pohyblivý.

Příklad provedení podle obr. 15 odpovídá provedení podle obr. 9. Také zde jsou pro magnetický pohon využity tři strany statoru 12. Rotor 18' má v souladu s tím tvar písmene U a proti statoru 12 je protilehle upravena reakční lišta ve tvaru písmene U a plechové jho 98 ve tvaru písmene U na vnější straně.

-9CZ 290808 B6

Dále je možné také obklopení statoru provést tak, jak je to znázorněno na obr. 11. V této souvislosti se odkazuje na provedení podle obr. 11.

Důležitá výhoda vytvoření statoru 12 podle vynálezu spočívá v tom, že jádro 22 statoru 12 je třeba upravit jen pro relativně nízký maximální magnetický tok. Úsečka vyobrazení podle obr. 16 popisuje místo ve směru jízdy a pořadnice magnetický tok v oblasti jádra 22. Křivka K1 popisuje průběh magnetického toku, který vytvářejí magnety rotoru 18 v místě jádra 22. Křivka K2 v souladu s tím popisuje průběh magnetického toku vytvářeného vinutími statoru 12 v místě jádra

22. Je patrno, že jak tok vybuzovaný rotorem 18, tak i tok vybuzovaný vinutími vytváří kmitající křivku. Nulové polohy, ve kterých magnetický tok mění znaménko, jsou od sebe vzdáleny v souladu s pólovou roztečí. Poloha obou tokových křivek k sobě navzájem se mění podle relativní polohy mezi polohou rotoru 18 a mezi napájením cívek. Jako úhel posunu označený fázový úhel mezi oběma křivkami má hodnotu +90°, pokud má být dosaženo nejvyšší poháněči síly, a hodnotu -90°, pokud se má vytvořit největší brzdicí síla. V tomto místě spadá maximum jedné křivky do souladu s nulovým průchodem druhé křivky, jak je to znázorněno na obr. 16. Jádro 22 statoru 12 musí mít v souladu s tím takové rozměry, aby bylo možné vést absolutní maximum obou magnetických toků, které je na obr. 6 označeno <t>_max, skrz jádro 22 bez přetížení jádrového materiálu. Provedení pro součet Φ1+Φ2 obou maxim Φ1 a Φ2 není potřebné. V souladu s tím může být průřez jádra 22 vytvořen s malými rozměiy.

Claims (5)

1. Lineární motor nebo lineární generátor s relativně vzhledem ke statoru (12) pohyblivým rotorem (18), přičemž stator (12) je opatřen nejméně jedním poháněcím vinutím, které má nejméně jednu cívku (16) a přičemž stator (12) má vzhledem k podélnému směru lineárního motoru nebo lineárního generátoru (10) rovnoběžně upravené podélné jádro (22), na které jsou nasunuty cívky (16), vyznačující se tím, že je opatřen statorovou skříní (54), ve které je uloženo jádro (22) včetně cívek (16) a pólových zubových desek (24), a která je vytvořena v podstatě z nemagnetického materiálu, zalitého syntetickou pryskyřicí.

2. Lineární motor nebo lineární generátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že materiál statorové skříně (54) je pro redukování indukčnosti statoru (12) elektricky vodivý.

3. Lineární motor nebo lineární generátor podle nároku 2, vyznačující se tím, že materiál statorové skříně (54) je ocel V2A, s výhodou o tloušťce stěny mezi 0,2 až 2 mm, lépe 0,5 až 1,5 mm, nejlépe zhruba 1 mm.

4. Lineární motor nebo lineární generátor podle jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím, že ve statorové skříni (54) jsou uspořádány elektronické spínací elementy (72) pro řízené napěťové napájení cívek (16).

5. Lineární motor nebo lineární generátor podle jednoho z nároků laž4, vyznačující se t í m, že cívky (16) jsou připojeny na přímý měnič pro elektrické napájení vedení.

6. Lineární motor nebo lineární generátor podle nároku 5, vyznačující se tím, že přímý měnič má triaky (72) nebo tyristory.

7. Lineární motor nebo lineární generátor podle jednoho z nároků laž6, vyznačující se tím, že je opatřen nejméně jedním čidlem pro zjišťování polohy pólu měřením indukčního napětí, vytvářeného rotorovými magnety v cívce (16).

-10CZ 290808 B6

8. Lineární motor nebo lineární generátor podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že jádro (22) je vytvořeno jádrovým balíkem kovových plechů z plechových pásů (26), upravených v podélném směru (A) jádra (22).

9. Lineární motor nebo lineární generátor podle nároku 8, vyznačující se tím, že pro přípravu lineárního motoru (10) pro alespoň částečně obloukovou dráhu je stator (12) v souladu s ní ohnut kolem osy ohybu rovnoběžné s rovinou kovových plechů balíku kovových plechů.

10. Lineární motor nebo lineární generátor podle některého z nároků laž9, vyznačující se tím, že na rotoru (18) je upravena třetí reakční lišta nebo skupina magnetů, které jsou protilehlé k další straně statoru (12).

11. Lineární motor nebo lineární generátor podle jednoho z nároků lažlO, vyznačující se t í m, že rotor (18) objímá stator (12) zčásti nebo zcela nejméně zhruba kruhově.

12. Lineární motor nebo lineární generátor podle jednoho z nároků lažll, vyznačující se tím, že magnety všech skupin jsou vždy navzájem spojeny prostřednictvím magnetického lištového jha (90).

13. Lineární motor nebo lineární generátor podle jednoho z nároků lažll, vyznačující se tím, že na té straně reakční lišty (22'), která je odvrácená od rotoru (18), je upraveno se statorem (12) pevné nebo s rotorem (18) pevné magnetické plechové jho (98).

14. Lineární motor nebo lineární generátor podle jednoho z nároků lažl3, vyznačující se tím, že jak nejméně jedna reakční lišta, tak i nejméně jedna skupina magnetů je upravena na rotoru (18).

15. Lineární motor nebo lineární generátor podle některého z nároků lažl4, vyznačující se t í m , že na jádru (22) jsou mezi za sebou následujícími cívkami (16) uspořádány pólové zubové desky (24).

16. Lineární motor nebo lineární generátor podle nároku 15, vyznačující se tím, že pólové zubové desky (24) jsou vytvořeny pólovým zubovým balíkem kovových plechů z plechových desek (28), upravených kolmo k podélnému směru (A) jádra (22).

17. Lineární motor nebo lineární generátor podle nároku 16, vyznačující se tím, že pólové zubové plechové balíky jsou opatřeny zářezem (32), který je průchozí v podélném směru (A) a který vyúsťuje do úložného otvoru (34) jádra (22) plechového balíku.

18. Lineární motor nebo lineární generátor podle nároku 17, vyznačující se tím, že plechové desky (28) jsou v obrysu vytvořeny v podstatě ve tvaru písmene U.

19. Lineární motor nebo lineární generátor podle nároku 17 nebo 18, vyznačující se tím, že zářez (32) je uspořádán na straně statoru (12) odvrácené od rotoru (18).

20. Lineární motor nebo lineární generátor podle jednoho z nároků 17ažl9, vyznačující se tím, že na vzhledem k zářezu (32) protilehlé straně pólového zubového plechového balíku je upraven svarový šev (36) pro spojení plechových desek (28).

21. Lineární motor nebo lineární generátor podle jednoho z nároků 17až20, vyznačující se tím, že přívody (46, 50) cívek (16) jsou vloženy do zářezů (32).

-11CZ 290808 B6

22. Lineární motor nebo lineární generátor podle jednoho z nároků 17až2I, vyznačující se tím, že k vnitřnímu začátku vinutí cívky (16) vedoucí přívod (46) je veden v souladu s tím v odstupu uvnitř upraveným průchozím otvorem (50) v boční stěně (48) unášeče (40) vinutí.

5 23. Lineární motor nebo lineární generátor podle některého z nároků 15 až 22, vyznaču- jící se tím, že obrys pólových zubových desek (24) má zhruba tvar lichoběžníku, přičemž základna lichoběžníku je přivrácena k rotoru (18).