DE112017001061T5 - System und Verfahren zum Steuern eines Linearmotors mit mehreren Sektionen mit einem einzelnen frequenzgestellten Antrieb - Google Patents

System und Verfahren zum Steuern eines Linearmotors mit mehreren Sektionen mit einem einzelnen frequenzgestellten Antrieb Download PDF

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06Linear motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/006Controlling linear motors

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Abstract

System (500) zum Steuern einer elektrodynamischen Linear-Wechselstrom(AC)-Maschine (400) enthält: eine elektrodynamische Linear-AC-Maschine (400), umfassend einen stationären Teil (410) mit mehreren diskreten stationären Sektionen (412, 414, 416), wobei jede stationäre Sektion (412, 414, 416) eine Polyphasenschaltung umfasst; einen frequenzgestellten Antrieb (VFD) (510), der ausgelegt ist zum Gekoppeltwerden an eine Netzstromquelle und zum Liefern von Ausgangsströmen, wobei der VFD (510) operativ an den stationären Teil (410) der elektrodynamischen Linear-AC-Maschine (400) gekoppelt ist zum Bestromen und Steuern der stationären Sektionen (412, 414, 416) des stationären Teils (410); und mehrere Schalter (512, 514, 516), die zwischen den VFD (510) und den stationären Teil (410) gekoppelt sind, wobei die mehreren Schalter (512, 514, 516) das Verbinden des VFD (510) mit den oder dessen Trennen von den stationären Sektionen (412, 414, 416) gestatten.

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Gebiet
  • Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein elektrodynamische Maschinen, die beispielsweise Elektromotoren wie etwa Wechselstrom(AC)-Motoren beinhalten, und insbesondere ein System und Verfahren zum Steuern eines Linearmotors mit mehreren Sektionen mit einem frequenzgestellten Antrieb (VFD - Variable Frequency Drive).
  • Beschreibung des verwandten Stands der Technik
  • Elektrodynamische Linearmaschinen umfassen einen stationären Teil und einen beweglichen Teil, wobei eine Linearkraft entlang einer Länge des Motors derart erzeugt wird, dass sich der bewegliche Teil in einer linearen Richtung entlang des stationären Teils bewegt. In einem Polyphasen-Linearmotor besteht der stationäre Teil aus mehreren longitudinal in einer Polyphasenschaltung angeordneten Spulen. Der bewegliche Teil kann Magnete wie etwa Permanentmagnete enthalten, die Seite an Seite angeordnet sind, wobei sich abwechselnde N- und S-Pole entlang seiner Bewegungsrichtung befinden.
  • Linearmotoren können unter Verwendung eines frequenzgestellten Antriebs (VFD) gestartet und/oder gesteuert werden, der operativ an den Linearmotor gekoppelt ist, insbesondere an den Teil, der die Spuleneinheiten umfasst. Ein VFD kann die Größe und Frequenz der an den Motor während des Hochfahrens angelegten Spannung steuerbar erhöhen. Die Spannungsgröße und -frequenz können bei sehr niedrigen Werten beginnen und können dann auf die Nennspannung des Motors und/oder die Frequenz der Netzstromquelle steigen. Weiterhin kann der VFD ein Steuersystem mit einer Steuerschaltung umfassen, um eine Präzisionsgeschwindigkeitssteuerung des Linearmotors bereitzustellen.
  • In einem Linearmotor ist der bewegliche Teil typischerweise kürzer als der stationäre Teil, da sich der bewegliche Teil entlang des stationären Teils bewegt. Wenn der stationäre Teil die Spulen umfasst und der Linearmotor durch einen VFD bestromt und gesteuert wird, sollte die Länge des stationären Teils nicht zu lange ausgeführt sein, da die meisten der Spulen nicht an den beweglichen Teil gekoppelt sind und die ungekoppelten Spulen einen Leckfluss erzeugen, mit dem der VFD durch Anlegen von mehr Spannung fertigwerden muss, als notwendig wäre, um nur die an den beweglichen Teil des Motors gekoppelten Spulen anzusteuern. Dieses Phänomen resultiert in einer schlechten Nutzung des VFD, da er für mehr Spannung ausgelegt sein muss, was keinen Beitrag zu der zu dem beweglichen Teil gelieferten Leistung liefert.
  • KURZE DARSTELUNG
  • Kurz beschrieben betreffen Aspekte der vorliegenden Erfindung allgemein elektrodynamische Maschinen, die beispielsweise Elektromotoren wie etwa Wechselstrom(AC)-Motoren beinhalten, und insbesondere ein System und Verfahren zum Steuern eines Linearmotors mit mehreren Sektionen mit einem frequenzgestellten Antrieb (VFD).
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein System zum Steuern einer elektrodynamischen Linear-Wechselstrom(AC)-Maschine bereit, umfassend: eine elektrodynamische Linear-AC-Maschine, umfassend einen stationären Teil mit mehreren diskreten stationären Sektionen, wobei jede stationäre Sektion eine Polyphasenschaltung umfasst; einen frequenzgestellten Antrieb (VFD), der ausgelegt ist zum Gekoppeltwerden an einem Eingang an eine Netzstromquelle und zum Liefern von Ausgangsströmen, wobei ein Ausgang des VFD operativ an den stationären Teil der elektrodynamischen Linear-AC-Maschine gekoppelt ist zum Bestromen und Steuern der stationären Sektionen des stationären Teils; und mehrere Schalter, die zwischen den VFD und den stationären Teil gekoppelt sind, wobei die mehreren Schalter das Verbinden des VFD mit den oder dessen Trennen von den stationären Sektionen gestatten.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Steuern einer elektrodynamischen Linear-Wechselstrom(AC)-Maschine bereit, umfassend: sequentielles Bestromen von mehreren diskreten stationären Sektionen einer elektrodynamischen Linear-AC-Maschine über mehrere Schalter unter Verwendung eines frequenzgestellten Antriebs (VFD).
  • Figurenliste
    • 1 veranschaulicht ein dreidimensionales Schemadiagramm eines bekannten Linear-Wechselstrom(AC)-Motors gemäß hierin offenbarten Ausführungsformen.
    • 2 veranschaulicht ein dreidimensionales Schemadiagramm eines Abschnitts einer stationären Sektion eines stationären Teils eines Linear-AC-Motors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 3 veranschaulicht eine Draufsicht auf den Abschnitt der stationären Sektion 200, wie in 2 veranschaulicht, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 4 veranschaulicht ein Schemadiagramm eines Systems, umfassend einen Linear-Wechselstrom(AC)-Motor und einen frequenzgestellten Antrieb (VFD) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Es wird nun ausführlich auf Ausführungsbeispiele dieser Offenbarung Bezug genommen, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Wo immer dies möglich ist, werden die gleichen Bezugszahlen in den Zeichnungen verwendet, um auf die gleichen oder ähnliche Teile Bezug zu nehmen.
  • Die Komponenten und Materialien, die hierin so beschrieben werden, dass sie die verschiedenen Ausführungsformen bilden, sollen veranschaulichend und nicht restriktiv sein. Viele geeignete Komponenten und Materialien, die die gleiche oder eine ähnliche Funktion wie die hierin beschriebenen Materialien erfüllen würden, sollen innerhalb des Schutzbereichs von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sein.
  • 1 veranschaulicht ein 3-dimensionales Schemadiagramm eines bekannten Linear-Wechselstrom-(AC)-Motors 100 gemäß hierin offenbarten Ausführungsformen. Der Linear-AC-Motor, hier einfach auch als Linearmotor 100 bezeichnet, umfasst einen stationären Teil 110 und einen beweglichen Teil 120, durch einen Luftspalt 130 getrennt, wobei eine Linearkraft entlang einer Länge des Linearmotors 100 erzeugt wird, die die Bewegungsrichtung A des beweglichen Teils 120 ist.
  • Der Linearmotor 100 kann als ein Polyphasen-Linearmotor ausgebildet sein, wobei der stationäre Teil 110 aus mehreren, longitudinal in einer Polyphasenschaltung angeordneten Spulen besteht (siehe auch 2). Der bewegliche Teil 120 kann Magnete enthalten, wie etwa Permanentmagnete, die Seite an Seite angeordnet sind, mit abwechselnden N- und S-Polen entlang seiner Bewegungsrichtung A. Alternativ kann der bewegliche Teil 120 als eine Reaktionsschiene ausgebildet sein, beispielsweise als eine einfache Stange aus Kupfer oder Aluminium ohne Magnete oder einen Satz von Spulen, die durch Gleichstrom (DC) erregt werden und eine abwechselnde magnetomotorische N-S-Kraft (MMF) erzeugen.
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst der stationäre Teil 110 mehrere stationäre Sektionen 112, 114, 116, die in einer Longitudinalrichtung angeordnet sind, d. h. der Bewegungsrichtung A, die den stationären Teil 110 bilden. Der stationäre Teil 110 kann so viele Sektionen 112, 114, 116 umfassen, wie für eine bestimmte Anwendung des Linearmotors 100 benötigt werden. Jede Sektion 112, 114, 116 kann in ihren Dimensionen wie benötigt ausgebildet sein. Typischerweise können die Sektionen 112, 114, 116 identische oder ähnliche Dimensionen umfassen, beispielsweise Breite und Länge. In einem Beispiel für eine Anwendung kann der Linearmotor 100 zum Antreiben von Fahrzeugen oder dergleichen verwendet werden, wobei der stationäre Teil 110 sich über die Länge eines Wegs oder einer Bahn, entlang derer sich das Fahrzeug bewegt, erstreckt. In solchen Anwendungen ist der bewegliche Teil 120 typischerweise am Fahrzeug montiert. Der stationäre Teil 110 interagiert mit dem am Fahrzeug montierten beweglichen Teil 120, um das Fahrzeug entlang der Bahn anzutreiben. 1 veranschaulicht weiterhin Spalte oder Räume 140 zwischen den individuellen stationären Sektionen 112, 114, 116, die beispielsweise zum Installieren des stationären Teils 100 in einer spezifischen Umgebung notwendig sein können. Je nach der Anwendung und Umgebung können somit die stationären Sektionen 112, 114, 116 ohne Räume oder Spalte beieinander angeordnet sein.
  • 2 veranschaulicht ein dreidimensionales Schemadiagramm eines Abschnitts einer stationären Sektion 200 eines stationären Teils eines Linear-AC-Motors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, kann der stationäre Teil 110 des Linearmotors 100 mehrere stationäre Sektionen 112, 114, 116 umfassen, wobei 2 einen Abschnitt eines Beispiels für eine stationäre Sektion 200 veranschaulicht.
  • Der dargestellte Abschnitt der stationären Sektion 200 umfasst mehrere Statorblöcke 210, die die stationäre Sektion 200 bilden. Typischerweise umfasst die stationäre Sektion 200 mehrere Statorblöcke 210, beispielsweise zwischen 10 und 100 Statorblöcke 210.
  • Jeder Statorblock 210 umfasst mehrere in einer Polyphasenschaltung, insbesondere einer 3-Phasen-Schaltung, angeordnete Spulen 220, 230, 240. Die Spulen 220 stellen die Phase A dar, die Spulen 230 stellen die Phase B dar und die Spulen 240 stellen die Phase C des Polyphasensystems dar.
  • Alle Spulen 220, 230, 240 einer Phase A, B oder C jedes Statorblocks 210 sind in Reihe verdrahtet. Weiterhin sind alle Spulen 220, 230, 240 einer Phase A, B oder C von allen Statorblöcken 210 und somit einer stationären Sektion 200 in Reihe verdrahtet. Das bedeutet, dass alle Spulen 220 von Phase A in Reihe verdrahtet sind, alle Spulen 230 von Phase B in Reihe verdrahtet sind und alle Spulen 240 von Phase C in Reihe verdrahtet sind. Da die stationären Sektionen 200 den stationären Teil 110 des Linearmotors 100 bilden (siehe 1), sind alle Spulen 220, 230, 240 einer Phase A, B oder C des stationären Teils 110 in Reihe verdrahtet.
  • 2 veranschaulicht weiterhin, dass die die Spulen 220, 230, 240 umfassenden Statorblöcke 210 räumlich überlappend angeordnet sind, so dass eine magnetisch kontinuierliche stationäre Sektion 200 bereitgestellt wird. Analog können die stationären Sektionen 200 (siehe 112, 114, 116 von 1) des stationären Teils 110 räumlich überlappend angeordnet sein, so dass ein magnetisch kontinuierlicher stationärer Teil 110 bereitgestellt wird. Das heißt, falls ein Polyphasenstrom mit gleicher Größe, Frequenz und Phase an zwei zusammenhängende Sektionen 200 (112, 114, 116) angelegt wird, ist die generierte bewegliche magnetomotorische Kraft (MMF) an Sektionsgrenzflächen 250 kontinuierlich.
  • Unter Bezugnahme auf 1 und 2 können ein oder mehrere Räume oder Spalte 140 zwischen den stationären Sektionen 112, 114, 116 in einer Longitudinalrichtung vorgesehen sein, d. h. der Bewegungsrichtung A. Solche Räume 140 gestatten beispielsweise Platz zum Verdrahten der stationären Sektionen 200 (112, 114, 116). In anderen Ausbildungen können die stationären Sektionen 200 (112, 114, 116) beieinander ohne Räume zwischen ihnen angeordnet sein.
  • 3 veranschaulicht eine Draufsicht auf den Abschnitt der stationären Sektion 200, wie in 2 veranschaulicht, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie zuvor angemerkt, umfasst die stationäre Sektion 200 die mehreren Blöcke 210 mit mehreren Spulen 220, 230, 240 der Phasen A, B und C. Weiterhin ist ein beweglicher Teil 300 gezeigt. Der bewegliche Teil 300 umfasst mehrere Magnete 310, 320, wie etwa beispielsweise Permanentmagnete, die Seite an Seite angeordnet sind, mit abwechselnden N- und S-Polen entlang der Bewegungsrichtung A. Der bewegliche Teil 300 mit den Magneten 310, 320 ist durch den Luftspalt 350 getrennt gegenüber der stationären Sektion 200 angeordnet. Der bewegliche Teil 300 mit den Magneten 310, 320, kann auf beiden Seiten der stationären Sektion 200 oder auf beiden Seiten des stationären Teils 110 gemäß spezifischen Anwendungen des Linearmotors angeordnet sein.
  • 4 veranschaulicht ein Schemadiagramm eines Systems 500, umfassend einen Linear-Wechselstrom(AC)-Motor 400 und einen frequenzgestellten Antrieb (VFD) 510 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann der Linear-AC-Motor 400, hier einfach auch als Linearmotor 400 bezeichnet, als ein Polyphasen-Linearmotor ausgebildet sein, wie zuvor unter Bezugnahme auf 1, 2 und 3 beschrieben. Der Linearmotor 400 umfasst einen stationären Teil 410 und einen beweglichen Teil 420, durch einen Luftspalt 430 getrennt, wobei eine Linearkraft entlang einer Länge des Linearmotors 400 erzeugt wird, die die Bewegungsrichtung A des beweglichen Teils 420 ist. Wie zuvor beschrieben, kann der stationäre Teil 410 mehrere Sektionen 412, 414, 416 umfassen, wobei jede Sektion 412, 414, 416 mehrere stationäre Blöcke umfasst, wie beispielsweise unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, einschließlich Spulen für ein 3-Phasen-System.
  • Ein Weg zum Bestromen und Steuern der Spulen des stationären Teils 410 erfolgt durch frequenzgestellte Antriebe (VFD). Im Linearmotor 400 ist der bewegliche Teil 420 typischerweise kürzer als der stationäre Teil 410, da sich der bewegliche Teil 420 entlang dem stationären Teil 410 bewegt. Wenn der stationäre Teil 410 die Spulen umfasst und der Linearmotor 400 durch VFD(s) bestromt und gesteuert wird, sollte die Länge des stationären Teils 410 nicht zu lange ausgeführt sein, da die meisten der Spulen nicht an den beweglichen Teil 420 gekoppelt sind und die ungekoppelten Spulen einen Leckfluss erzeugen, mit dem der VFD durch Anlegen von mehr Spannung fertigwerden muss, als notwendig wäre, um nur die an dem beweglichen Teil 420 des Motors 400 gekoppelten Spulen anzusteuern. Dieses Phänomen resultiert in einer schlechten Nutzung des VFD, da er für mehr Spannung ausgelegt sein muss, was keinen Beitrag zu der zu dem beweglichen Teil 420 gelieferten Leistung liefert. Somit ist der stationäre Teil 410 in diskrete stationäre Sektionen 412, 414, 416 unterteilt, die beispielsweise durch einen oder mehrere VFDs individuell bestromt und gesteuert werden. Wenn aber der stationäre Teil 410 kürzer wird, sind möglicherweise umso mehr Schalter erforderlich, um den einen oder die mehreren VFDs mit den nachfolgenden stationären Sektionen 412, 414, 416 zu verbinden, was unwirtschaftlich werden kann. In jedem Fall entsteht eine Notwendigkeit zum Schalten zwischen stationären Sektionen 412, 414, 416.
  • Ein Ansatz zum Aufrechterhalten der Erregung zu dem stationären Teil 410 über mehrere Sektionen 412, 414, 416 besteht darin, mehrere, mindestens zwei, VFDs zu verwenden und sie abwechselnd auf die stationären Sektionen 412, 414, 416 zu schalten. Beispielsweise beginnt ein erster VFD mit dem Zuführen von Wechselstrom (AC) zu der Sektion 412, und wenn sich dann der bewegliche Teil 420 auf die Sektion 414 bewegt, übernimmt ein zweiter VFD durch Liefern von AC an die Sektion 414. Nachdem die Sektion 414 überquert ist, wird der erste VFD auf die Sektion 416 geschaltet und liefert Antriebsleistung. Dieser Ansatz erfordert jedoch eine ausgezeichnete Koordination zwischen dem ersten und zweiten VFD, so dass der zweite VFD bereits einen Strom mit einer richtigen Frequenz und Phase liefert, während sich der bewegliche Teil 420 einer Sektionsgrenze (Sektionsgrenzfläche) nähert. Der erste VFD würde das Liefern von Strom erst dann anhalten, wenn sich der bewegliche Teil 420 ganz in der Sektion 414 befindet, und es wird möglicherweise kein Verlust an Antriebskraft über die Sektionsgrenze hinweg erzielt.
  • In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf 4 umfasst das System 500 einen einzelnen Antrieb, insbesondere einen frequenzgestellten Antrieb (VFD) 510, um alle stationären Sektionen 412, 414, 416 zu speisen. Insbesondere liefert der VFD 510 Strom (AC) an eine Sektion 412, 414 oder 416 zu einer Zeit durch Schalten des VFD 510 auf jede Sektion 412, 414, 416, während der bewegliche Teil 420 zwischen den Sektionen 412, 414, 416 fährt (sich dazwischen bewegt). Somit wird nur ein VFD 510 benötigt, und die Notwendigkeit zum präzisen Synchronisieren von mehr als einem Antrieb für ein Weiterreichen zwischen Sektionen wird eliminiert.
  • Das System 500 umfasst weiterhin mehrere Schalter 512, 514, 516, die zwischen den VFD 510 und den stationären Teil 410 gekoppelt sind, spezifisch die stationären Sektionen 412, 414, 416, wobei die mehreren Schalter 512, 514, 516 das Verbinden oder Trennen des VFD 510 mit oder von den stationären Sektionen 412, 414, 416 gestattet, wie benötigt. Jede stationäre Sektion 412, 414, 416 wird durch den VFD 510 individuell bestromt und gesteuert, wobei ein Schalter 512, 514, 516 zwischen jede stationäre Sektion 412, 414, 416 und den VFD 510 gekoppelt ist. Das heißt, der Schalter 512 ist zwischen die Sektion 412 und den VFD 510 gekoppelt, der Schalter 514 ist zwischen die Sektion 414 und den VFD 510 gekoppelt, und der Schalter 516 ist zwischen die Sektion 416 und den VFD 510 gekoppelt.
  • Der VFD 510 speist einen Wechselstrom an jene Sektion(en) 412, 414, 416, die über die Schalter 512, 514, 516 operativ an den VFD 510 gekoppelt und mit ihm verbunden sind. Der VFD 510 ist ausgebildet zum Aktivieren, d. h. Auslösen, und/oder Deaktivieren der mehreren Schalter 512, 514, 516 und umfasst beispielsweise einen Controller 520, der ein Steuersystem umfasst, ausgebildet als beispielsweise Software und/oder Hardware, der das Schalten zwischen den Sektionen 412, 414, 416 gemäß vordefinierten oder vorbestimmten Sequenzen oder Anwendungen gestattet. Der Controller 520 kann weitere Steuerfunktionen zum Steuern des Betriebs des VFD 510 umfassen. Wie oben erwähnt, bestromt in einem Beispiel der VFD 510 sequenziell und liefert AC an eine Sektion 412, 414 oder 416 zu einer Zeit durch Umschalten des VFD 510 auf jede Sektion 412, 414, 416, während der bewegliche Teil 420 zwischen den Sektionen 412, 414, 416 fährt (sich dazwischen bewegt). In einem Beispiel werden die Schalter 512, 514, 516 betätigt, während sich der bewegliche Teil 420 etwa in der Mitte zwischen den Sektionen 412, 414, 416 befindet. Das Schalten und/oder Steuern des Linearmotors 400 mit dem VFD 510 erfolgt ohne Rückkopplung. Der VFD 510 kann in einer Steuerkreisoperation mit einer vorprogrammierten variablen Frequenz (d. h. df/dt) arbeiten, die beispielsweise so gewählt ist, dass die Linearmotor-Nenngeschwindigkeit zu einem gewünschten Zeitpunkt oder einer Distanz des beweglichen Teils 420 erreicht wird, oder er kann in einem Regelkreis auf Basis von Positionsimpulsen von einem bahnseitigen Codierer oder im Regelkreis von einer internen berechneten Position des Statorflusses auf Basis der Statorspannung gesteuert werden.
  • Der VFD 510 kann wie beispielsweise im US-Patent Nr. 5,625,545 an Hammond beschrieben ausgebildet sein, das hier in seiner Gänze aufgenommen ist. Beispielsweise kann der Controller 520 den Betrieb einer Leistungsschaltung des VFD 510 steuern und kann an Motorspannungs-/Stromrückkopplungsleitungen gekoppelt sein, die an den Linearmotor 400 gekoppelt sind. Bei einigen Ausführungsformen kann der Controller 520 einen Mikroprozessor oder eine andere geeignete CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) und einen Speicher zum Speichern von Softwareroutinen beispielsweise zum Bestimmen von Motorgeschwindigkeit und der Kriterien zum Variieren der Ausgangsspannungsgröße und -frequenz des VFD 510 enthalten. Alternativ kann der Controller 520 Rückkopplungsinformationen zu einer nicht gezeigten anderen Komponente übertragen und von dieser Komponente Befehle bezüglich Verstellungen an der Ausgangsspannungsgröße und -frequenz empfangen.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 4 umfassen die mehreren Schalter 512, 514, 516 Thyristorschalter. Ein Thyristorschalter ist ein Halbleiterbauelement, das beim Schalten viel schneller ist als elektromechanische Kontaktoren. Weiterhin ist der VFD 510 mit einem Stromregler ausgestattet, der den Ausgangsstrom des VFD 510 während des Schaltens steuert. Der Stromregler kann beispielsweise in den Controller 520 des VFD 510 integriert sein. Die mehreren Schalter 512, 514, 516 können in den VFD 510 integriert sein und können sich beispielsweise innerhalb einer Hülle des VFD 510 befinden. Alternativ können, wie in 4 angedeutet, die Schalter 512, 514, 516 sich physisch zwischen dem VFD 510 und den Sektionen 412, 414, 416 befinden. In diesem Fall können die Schalter 512, 514, 516 in einem oder mehreren Gehäusen oder Schränken mit individuellen elektrischen Verbindungen, d. h. Kabeln, zu dem VFD 510 und den Sektionen 412, 414, 416 positioniert sein. Mehrere Schalter 512, 514, 516 können in einem Schrank angeordnet sein, oder jeder Schalter 512, 514, 516 kann seinen eigenen Schrank umfassen.
  • Anstatt zwei oder mehr VFDs zu verwenden und die Steuerung von einem zu dem anderen weiterzugeben, verwendet die vorgeschlagene Lösung lediglich einen einzelnen VFD 510 in Kombination mit schnellen Schaltern 512, 514, 516, um den VFD 510 nacheinander mit den stationären Sektionen 412, 414, 416 zu verbinden, während der bewegliche Teil 420 die Bahn überquert. Der VFD 510 umfasst schnelle und genaue Stromregler. Da die Statorsektionen 412, 414, 416 hochinduktiv sind, kann eine Steuerung des Stroms aufrechterhalten werden. Insbesondere werden die Schalter 512, 514, 516 betätigt, während sich der bewegliche Teil 420 ungefähr in der Mitte zwischen den Sektionen 412, 414, 416 befindet. Die vorgeschlagene Lösung erfordert nur einen einzelnen VFD 510, wodurch die Kosten reduziert werden, und vereinfacht stark die Steuerung durch Vermeiden des Weiterreichens zwischen mehreren VFDs. Der einzelne VFD 510 besitzt eine kurze Abnahme der Antriebskraft, beispielsweise während des Schaltens von einer Sektion zu einer anderen, was den Geschwindigkeitsverlauf des Systems 500 nicht signifikant beeinflusst. Obwohl die Antriebskraft während des Übergangs zwischen den Sektionen 412, 414, 416 möglicherweise abnimmt, weil sich der bewegliche Teil 420, insbesondere die Magnete des beweglichen Teils 420, aus einer Sektion 412, 414, 416 hinausbewegen, während der bewegliche Teil 420 verbunden ist und Strom führt und sich die Magnete nicht vollständig in einer nächsten Sektion 412, 414, 416 befinden, wenn der Strom von der VFD 510 in dieser nächsten Sektion 412, 414, 416 auftritt, doch ist das Intervall der reduzierten Antriebskraft sehr kurz.
  • Wenngleich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in beispielhaften Formen offenbart worden sind, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass viele Modifikationen, Hinzufügungen und Löschungen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung und ihren Äquivalenten, wie in den folgenden Ansprüchen dargelegt, abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5625545 [0027]

Claims (14)

  1. System (500) zum Steuern einer elektrodynamischen Linear-Wechselstrom(AC)-Maschine (400), umfassend: eine elektrodynamische Linear-AC-Maschine (400), umfassend einen stationären Teil (410) mit mehreren diskreten stationären Sektionen (412, 414, 416), wobei jede stationäre Sektion (412, 414, 416) eine Polyphasenschaltung umfasst; einen frequenzgestellten Antrieb (VFD) (510), der ausgelegt ist zum Gekoppeltwerden an einem Eingang an eine Netzstromquelle und zum Liefern von Ausgangsströmen, wobei ein Ausgang des VFD (510) operativ an den stationären Teil (410) der elektrodynamischen Linear-AC-Maschine (400) gekoppelt ist zum Bestromen und Steuern der stationären Sektionen (412, 414, 416) des stationären Teils (410); und mehrere Schalter (512, 514, 516), die zwischen den VFD (510) und den stationären Teil (410) gekoppelt sind, wobei die mehreren Schalter (512, 514, 516) das Verbinden des VFD (510) mit den oder dessen Trennen von den stationären Sektionen (412, 414, 416) gestatten.
  2. System (500) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schalter (512, 514, 516) angeordnet sind zum Verbinden des VFD (510) mit jeder und Trennen von jeder diskreten stationären Sektion (412, 414, 416).
  3. System (500) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens ein Schalter der mehreren Schalter (512, 514, 516) zwischen dem VFD (510) und jeder diskreten stationären Sektion (412, 414, 416) angeordnet ist.
  4. System (500) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der VFD (510) ausgegebene Wechselströme an die stationäre Sektion (412, 414, 416) liefert, die mit dem VFD (510) verbunden ist.
  5. System (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-4, wobei die elektrodynamische Linear-AC-Maschine (400) weiterhin ein bewegliches Teil (420) umfasst, wobei die mehreren diskreten stationären Sektionen (412, 414, 416) sequentiell durch den VFD (510) über die mehreren Schalter (512, 514, 516) bestromt werden, um den beweglichen Teil (420) entlang des stationären Teils (410) zu bewegen.
  6. System (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-5, wobei der VFD (510) ausgelegt ist zum Auslösen der mehreren Schalter (512, 514, 516) unter Verwendung eines Controllers (520) .
  7. System (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 1-6, wobei die mehreren Schalter (512, 514, 516) Thyristoren umfassen.
  8. Verfahren zum Steuern einer elektrodynamischen Linear-Wechselstrom(AC)-Maschine (400), umfassend: sequentielles Bestromen von mehreren diskreten stationären Sektionen (412, 414, 416) einer elektrodynamischen Linear-AC-Maschine (400) über mehrere Schalter (512, 514, 516) unter Verwendung eines frequenzgestellten Antriebs (VFD) (510).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend: Verbinden des einzelnen VFD (510) mit einer ersten stationären Sektion (412) über einen ersten Schalter (512) beim Trennen des einzelnen VFD (510) von einer zweiten stationären Sektion (414) über einen zweiten Schalter (514).
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei jede diskrete stationäre Sektion (412, 414, 416) mehrere in einer Polyphasenschaltung angeordnete Spulen umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei die mehreren Schalter (512, 514, 516) Thyristoren umfassen.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8-11, wobei die elektrodynamische Linear-AC-Maschine (400) weiterhin ein bewegliches Teil (420) umfasst, wobei die mehreren diskreten stationären Sektionen (412, 414, 416) sequentiell durch den VFD (510) über die mehreren Schalter (512, 514, 516) bestromt werden, um den beweglichen Teil (420) entlang des stationären Teils (410) zu bewegen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die mehreren Schalter (512, 514, 516) betätigt werden, wenn sich der bewegliche Teil (420) etwa in der Mitte zwischen benachbarten diskreten stationären Sektionen (412, 414, 416) befindet.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der VFD (510) ausgelegt ist zum Betreiben und Auslösen der mehreren Schalter (512, 514, 516) unter Verwendung eines Controllers (520).
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