DE102005031370A1

DE102005031370A1 - Synchron-Linearmotor

Info

Publication number: DE102005031370A1
Application number: DE102005031370A
Authority: DE
Inventors: Zeljko Dr. Jajtic; Gerhard Matscheko
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2007-02-01
Also published as: US7834489B2; JP2008545361A; US20090140583A1; WO2007003601A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Synchron-Linearmotor mit einem beweglichen Primärteil (3) und einem festen Sekundärteil (1, 2), wobei das Primärteil (3) bestrombare Spulen (4) und Permanentmagnete aufweist und das Sekundärteil (1, 2) aus einer Struktur aus Eisen mit zum Primärteil (3) zeigenden Zähnen (6, 7) aufgebaut ist, wobei das Sekundärteil (1, 2) einen oder mehrere aktive Bereiche (2) aufweist, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass alle Zähne (7) eines aktiven Bereichs (2) zusätzlich bestrombare Spulen (5) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Synchron-Linearmotor mit einem beweglichen Primärteil und einem festen Sekundärteil, wobei das Primärteil bestrombare Spulen und Permanentmagnete aufweist und das Sekundärteil aus einer Struktur aus Eisen mit zum Primärteil zeigenden Zähnen aufgebaut ist.
Elektrische Maschinen werden in sehr vielen technischen Bereichen verwendet. Bei elektrischen Maschinen ist zu unterscheiden zwischen Gleichstrommaschinen, Wechselstrommaschinen und Drehstrommaschinen. Drehstrommaschinen können unterteilt werden in Drehstrom-Synchronmaschinen und Drehstrom-Asynchronmaschinen.
Eine Ausführungsart von elektrischen Maschinen sind Linearmotoren. Diese bestehen aus einem Primärteil und einem Sekundärteil. Bei permanentmagneterregten Synchron-Linearmotoren mit permanentmagnetfreiem Sekundärteil ist das Primärteil dabei beweglich und weist bestrombare Spulen und Permanentmagnete auf. Das Sekundärteil besteht aus einer Struktur aus Eisen mit zum Primärteil zeigenden Zähnen und wirkt demnach nur passiv.
Es ist bekannt, dass Linearmotoren für Transport- oder Transfersysteme wie z.B. dem Transrapid verwendet werden können. Bei diesen Systemen wird oftmals nur örtlich begrenzt eine hohe Leistung des Antriebs benötigt, wie z.B. an Steigungen oder beim Anfahren oder Bremsen an Haltestellen.
Nachteilig ist, dass der Linearmotor bei diesen Antrieben immer für die maximal erforderliche Leistung ausgelegt werden muss. Dies führt dazu, dass der Linearmotor und insbesondere das bewegliche Primärteil ein vergleichsweise erhöhtes Volumen und eine sehr große Masse aufweist. Dementsprechend hoch sind die Kosten für solche Linearmotoren.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen permanentmagneterregten Synchron-Linearmotor mit permanentmagnetfreiem Sekundärteil anzugeben, bei dem Masse und Volumen des beweglichen Primärteils bei gleichen Fahreigenschaften deutlich verringert sind, so dass der Linearmotor kostengünstiger hergestellt und betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Sekundärteil einen oder mehrere aktive Bereiche aufweist, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass alle Zähne eines aktiven Bereichs zusätzlich bestrombare Spulen aufweisen.

Damit wird vorteilhaft erreicht, dass die magnetische Ausnutzung des Primärteils an Stellen mit erhöhtem Leistungsbedarf wie an Steigungen oder Haltestellen erhöht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Linearmotor werden also nicht nur die Spulen des Primärteils, sondern auch Spulen im Sekundärteil mit Strom gespeist. Diese Doppelspeisung wird also erreicht durch den Einsatz von aktiven Bereichen des Sekundärteils. Diese bestehen ebenfalls aus einer gezahnten Eisenstruktur, tragen jedoch zusätzlich bestrombare Spulen. Diese Spulen können als Drahtspulen ausgebildet sein. Durch die Bestromung dieser Spulen wird der magnetische Fluss und somit die Leistung des Linearmotors in den entsprechenden Bereichen erhöht. D.h., das Primärteil kann geringer dimensioniert werden, da in den Bereichen mit erhöhten Leistungsanforderungen zusätzlich Leistung über bestrombare Spulen im Sekundärteil mobilisiert wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn zumindest die Zähne eines aktiven Bereichs je den gleichen Abstand voneinander haben. Dies führt zu einem optimalen Betriebsverhalten des Synchron-Linearmotors und zu einer vereinfachten Herstellung des Sekundärteils.

Vorteilhafter Weise werden die Spulen des Sekundärteils auf die Zähne des Sekundärteils aufgesteckt. Dies optimiert den magnetischen Fluss.

Um Verluste durch Wirbelströme zu reduzieren, wird das Sekundärteil vorteilhafter Weise über seiner gesamten Länge oder nur abschnittsweise aus Blechpaketen aufgebaut. Das Sekundärteil kann alternativ auch abschnittsweise massiv aus Metall gefertigt sein. Möglich ist auch, Teile des Sekundärteils massiv aus Metallteilen aufzubauen und den Rest aus Blechpaketen.

Um den Synchron-Linearmotor optimal zu betreiben wird dem Primärteil und/oder dem Sekundärteil eine Steuerungseinrichtung zugeordnet. Damit ist gewährleistet, dass die Spulen der entsprechenden Bereiche des Sekundärteils nur in den gewünschten Zeitbereichen mit Strom versorgt werden. Weiterhin kann so die Bestromung des Primärteils und des Sekundärteils aufeinander abgestimmt werden.

Vorteilhafter Weise weisen die Zähne des Sekundärteils, welche Spulen tragen, eine größere Höhe auf, als die Zähne, welche keine Spulen tragen, wobei alle Zähne des Sekundärteils so angeordnet sind, dass deren zum Primärteil zeigende Enden in der gleichen Ebene liegen. Damit wird erreicht dass auch hohe Spulen auf die Zähne aufgesteckt werden können und dass der Luftspalt zwischen Primärteil und Sekundärteil immer gleich ist.

Eine weitere Ausführungsform ergibt sich, wenn den Spulen im Primärteil und den Spulen im Sekundärteil zumindest eine Stromquelle zugeordnet ist, welche durch eine Steuerungseinrichtung angesteuert wird. Jede Stromquelle kann dabei Stromrichter enthalten.

Darüber hinaus wird dem Synchron-Linearmotor zumindest ein Sensor zur Positionsbestimmung des Primärteils zugeordnet. Damit kann die Bestromung der aktiven Bereiche des Sekundär teils vorteilhafter Weise auf die Position des Primärteils abgestimmt werden. Der Sensor kann z.B. durch eine Lichtschranke realisiert werden.

Zumindest diejenigen Spulen des Sekundärteils werden bestromt, in deren elektromagnetischen Einflusskreis sich das Primärteil befindet. D.h., befindet sich das Primärteil an einer Haltestelle, welche aktive Bereiche des Sekundärteils aufweist, so werden die Spulen im aktiven Bereich des Sekundärteils zur Beschleunigung des Primärteils bestromt. Die aktiven Bereiche des Sekundärteils können dabei auch zum Abbremsen des Primärteils herangezogen werden. Dabei ist es nicht notwendig, dass das Primärteil bestromt wird. Demnach ist so auch ein Notlauf des Systems realisierbar, wenn die Bestromung des Primärteils ausfällt.

Vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich auch die Spulen des Primärteils bestromt werden, da dann die volle Leistung des Synchron-Linearmotors zum Beschleunigen oder Bremsen zur Verfügung steht.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel erfolgt; es zeigt:
1 einen erfindungsgemäßen Synchron-Linearmotor.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Synchron-Linearmotor gezeigt. Er besteht aus einem beweglichen Primärteil 3 und einem Sekundärteil. Das Sekundärteil weist dabei passive Bereiche 1 und aktive Bereiche 2 auf. Das Primärteil 3 weist dabei bestrombare Spulen 4 und Permanentmagnete auf. Das Sekundärteil ist sowohl in den passiven Bereichen 1 als auch in den aktiven Bereichen 2 aus einer Struktur aus Eisen mit zum Primärteil 3 zeigenden Zähnen 6 bzw. 7 aufgebaut. In den aktiven Bereichen 2 des Sekundärteils sind bestrombare Spulen 5 auf die Zähne 7 aufgesteckt.
Die Zähne 6 bzw. 7 des Sekundärteils haben dabei je den gleichen Abstand voneinander. Das Sekundärteil ist sowohl in den passiven Bereichen 1 als auch in den aktiven Bereichen 2 aus Blechpaketen aufgebaut. Dabei sind die Zähne des aktiven Bereichs 2 höher ausgeführt als in den passiven Bereichen 1, um die Spulen 7 aufzunehmen. Alle Zähne 6 bzw. 7 des Sekundärteils sind so angeordnet, dass deren zum Primärteil 3 zeigende Enden in der gleichen Ebene liegen.
Wird der erfindungsgemäße permanenterregte Synchron-Linearmotor mit permanentmagnetfreiem Sekundärteil als Antrieb für Züge verwendet, so werden aktive Bereiche des Sekundärteils 2 dort vorgesehen, wo ein erhöhter Leistungsbedarf besteht, wie z.B. bei Haltestellen oder an Steigungen. Die aktiven Bereiche 2 des Sekundärteils können dabei zur Beschleunigung oder auch zum Abbremsen des Primärteils 3 eingesetzt werden, indem die Spulen 5 geeignet bestromt werden. Demnach ist kann also das bewegliche Primärteil 3 für eine geringere Leistung ausgelegt werden, da Leistungsspitzen über aktive Bereiche 2 des Sekundärteils abgedeckt werden. Demnach ist es auch möglich bei einer Störung des Primärteils 3 dieses alleine durch die aktiven Bereiche 2 des Sekundärteils zu beschleunigen oder abzubremsen, was als Notlauf eingesetzt werden kann.
Zur Ansteuerung des Synchron-Linearmotors wird dabei dem Primärteil 3 und/oder den aktiven Bereichen 2 des Sekundärteils je eine Steuerungseinrichtung zugeordnet. Diese Steuerungseinrichtungen steuern dann die Stromquellen zur Versorgung des Primärteils 3 und der aktiven Bereiche 2 des Sekundärteils. Die Stromquellen können dabei Stromrichter enthalten. Zur optimalen Ansteuerung der Spulen 4 und 5 wird ein Sensor zur Bestimmung der Position des Primärteils 3 verwendet. Dieser Sensor kann z.B. durch eine oder mehrere Lichtschranken realisiert werden.

Claims

Synchron-Linearmotor mit einem beweglichen Primärteil (3) und einem festen Sekundärteil (1, 2), wobei das Primärteil (3) bestrombare Spulen (4) und Permanentmagnete aufweist und das Sekundärteil (1, 2) aus einer Struktur aus Eisen mit zum Primärteil (3) zeigenden Zähnen (6, 7) aufgebaut ist, wobei das Sekundärteil (1, 2) einen oder mehrere aktive Bereiche (2) aufweist, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass alle Zähne (7) eines aktiven Bereichs (2) zusätzlich bestrombare Spulen (5) aufweisen.
Synchron-Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Zähne (7) eines aktiven Bereichs jeweils den gleichen Abstand voneinander haben.
Synchron-Linearmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (5) des Sekundärteils Zahnspulen sind und auf Zähne (7) des Sekundärteils aufgesteckt sind.
Synchron-Linearmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärteil aus Blechpaketen aufgebaut ist.
Synchron-Linearmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Primärteil (3) und/oder dem Sekundärteil eine Steuerungseinrichtung zugeordnet ist.
Synchron-Linearmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (7) des Sekundärteils, welche Spulen tragen, eine größere Höhe aufweisen als die Zähne (6), welche keine Spulen tragen, wobei alle Zähne (6, 7) des Sekundärteils so angeordnet sind, dass deren zum Primärteil (3) zeigende Enden in der gleichen Ebene liegen.
Synchron-Linearmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Spulen (4) im Primärteil (3) und den Spulen (5) im Sekundärteil zumindest eine Stromquelle zugeordnet ist, welche durch eine Steuerungseinrichtung angesteuert wird.
Synchron-Linearmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquellen Stromrichter enthalten.
Synchron-Linearmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Synchron-Linearmotor zumindest ein Sensor zur Positionsbestimmung des Primärteils (3) zugeordnet ist.
Verfahren zum Beschleunigen oder Abbremsen des Primärteils (3) eines Synchron-Linearmotors nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Spulen (5) des Sekundärteils bestromt werden, in deren elektromagnetischen Einflusskreis sich das Primärteil (3) befindet.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beschleunigen oder Bremsen auch die Spulen (4) des Primärteils (3) bestromt werden.