DE1963868A1 - Linearmotor - Google Patents

Description

Df. E WetZel 8500 Nürnberg 1, 19· 12.1-969 Hafnartplitz 3 - Postfach 9347

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Postscheckkonto Nürnberg 11161 j—Unter Zeichen bitte immer angeben—j

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Firma Merlin Gerin, Rue Henri Tarze, 38- Grenoble/Frankreich

Linearmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen linearen Induktionsmotor mit einem Induktor, dessen magnetischer Stromkreis in Abschnitte von etwa der Länge eines Polschrittes teilbar ist und&r eine Vielzahl von parallelen Quernuten aufweist, die aktive Leiter aufnehmen, die in mindestens zwei übereinanderliegenden Schicht ten angeordnet und paarweise elektrisch in Heihe mittels inaktiver Leiterköpfe verbunden sind, um Spulen zu bilden, die ein gleitendes Magnetfeld oder Wanderfeld erzeugen, wobei alle Quernuten eines jeden Abschnittes die gleiche Anzahl aktiver Leiter aufnehmen.

In dieser Beschreibung wird der Ausdruck " Polsohr ibt¹'¹ für dsn Abstand verwendet, der elektrisch 36Q⁰ entspricht. Mauahmal wird der Ausdruck "Polschritt" benutzt, um den Abstand zwischen zwei Punkten zu bezeichnen, die die gleiche Lage auf zwei aufeinanderfolgenden Polen entgegengesetzte? Polarität ein«« nehmen und deren Abstand elektrisch 180° entspricht« Wann man letztere Definition verwendet, muß man in dieser Beschreibung den Ausdruck "Polschritt" durch "doppelter Polscüi-itfc" ersetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung eines Induktors

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mit Quernutsii zu ermöglichen, die größer sind als die Zähne, die von siial aufeinanderfolgenden Quernuten begrenzt werden, wobei die Quernuten eine große Tiefe aufweisen.

Eine if-sitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Füllung der Endnut-öti des Induktors zu sichern und dabei die räumliche Homogenität des gleitenden Induktormagnetfeldes zu bewahren und die Länge der inaktiven Leiter oder Spulenköpfe maximal zu verringern,, um eine Wechssl wirkung oder Phasen Vermischung zu begünsti.g©n. Daraus argiofc sieh eine Verringerung der Verluste xm& eins '/ei'beagering des Lelst-rjigsfektors (cos^f) der Wicklung.

Pst· erfindiaigs^eEißi?· Rotor Λ?ί- ,iadu^öli gekennzeichnet, daß die inaktiven Leitc^lcöpfs r*jr die ä!:t:,vx-r- '" ^Ite^teile verbinden^ die sieh is le- g^v lichen SoMv-a** ""■""'■.? ^ie gieichc-n Abschnitt befinden,

Die errind"_t'.ngßgen:ä£s kloklur-g de«? Iniuktors eignet sich besonders Eil? Hsi'stellimg wn Inctektarcn geringer Länge, insbesonde re vo?i IMufe^omoaulen eirxr Länge, lie dem Pols ehr itt der WickluP-g «siifcaprieh-tij wobei c./.-s C*6Esmtii©it der ^uernuten und insbesondere öj? EnCTiiiiO vollkommen ausgefüllt ist und somit maximal ausgem'iSß wird.

AusführuBgibüispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen:

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Fig.l eine schematische Ansicht eines Abschnittes eines dreiphasigen Induktors gemäß der Erfindung, der eine Induktorvfioklung mit einer Nut pro Phase und Pol trägt;

Fig.2 eine Vorderansicht der Wicklung nach Fig.l; Fig.3 eine perspektivische Ansicht der Spulenköpfe der Wicklung nach Fig.l und 2;

Fig.4 eine Fig.l entsprechende Ansicht eines Ausführungsbeispieles der Erfindung mit zwei Nuten pro Pol und Phase;

Fig.5 eine Fig,3 entsprechende schematische Ansicht der Wicklung nach Fig.4;

Fig.6 eine schematische Ansicht eines Induktors nach Fig.4 mit einer Verbindung der Wicklungen und einem Polschritt, der verschieden von dem der Wicklungen ist;

Fig.7 eine perspektivische Ansicht eines ^oSiil-^ren Induktors gemäB der Erfindung eines flachen Liüear-^ctopSj

Fig.8 einen Längsschnitt durch den Motor nach Fig. 7 mit eiii©& Anker in Form einer Platte;

Fig. 9 eine Profilansicht eines erfindungsgemäßen Motors mit vertikalem Luftspalt;

Flg.10 eine perspektivische Ansicht eines Induktorteiles des Motors nach Fig.9 und

Fig.11 einen Grundriß eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit gegliederten Induktormodulen.

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Gemäß den Flg. 1 bis 3 ist eine Induktorwicklung pit drei Phasen I,II,III in sechs Nuten eines Induktors mit einer Nut

I bis 6 pro Pol und Phase angeordnet, wobei die aktiven Leiter der Phase I in die Nuten 1 und 4 eingelegt sind, die der Phase

II in die Nuten 3 und 6 und die der Phase III in die Nuten 2 und 5· Aus Gründen der Klarheit sind die Bezugszeiohen der Leiter der Phase I im folgenden mit einem Strich versehen, die der Phase II mit zwei und die der Phase III mit drei Strichen. Jede

^ Nut umfaßt zwei Stufen oder Schichten 20,22, von denen jede ein Leiterbündel 24, oder 26, 28 oder 30 der gleichen Phase und der gleichen Richtung aufnimmt. Die frontale Verbindung zwischen den Leiter bündeln 24 und 28,26 und 30 einer gleichen Schicht 20 oder 22 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt, und es wird darauf hingewiesen, daß die Kreuzung oder die Verflechtung in einer jeden zugehörigen Schicht durchgeführt wird.Die in der Schicht 20 der Nut 1 angeordneten aktiven Leiter 24' der Phase I sind mit den in der Schicht 20 der Nut 4 angeordneten aktiven Leitern 28' verbunden, und die Verbindung zwischen den verbünde»

ψ nen Leitern 24' und 28* wird durch die Spulenköpfe 32 · erhalten, die sich mit den Spulenköpfen 32" und 32"' der Leiter 24" und 28«, 24"> und 28"' der Phasen II und III kreuzen, die in den Schichten 20 der Nuten 3,6 bzw.2,5 angeordnet sind. Die Ausmaße der Spulenköpfe 32 sind verringert, und ihre Verflechtung, die eine Überschneidung oder eine innige PhasenVermischung gewährleistet, ist kompakt.

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DIe Leiter 26,30 der Schicht 22 sind genauso wie die Leiter 2^,28 der Schicht 20 darunter in einer neben der ersten Schicht liegenden Sohioht angeordnet, die räumlioh von dieser unabhängig ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß jeder Pol von zwei Spulen pro Phase umgeben ist, die in den gleichen Nuten in zwei Schichten 20,22 angeordnet sind, wobei die Gesamtheit der Spulen den gleichen Schritt darstellt. Diese Spulen können infolge der Erfindung auf einer Schablone vorgefertigt werden· Dieses Wicklungsverfahren ist deshalb besonders einfach, weil es darin besteht, in den Nuten die Gesamtheit der Spulen einer gleiohen Sohioht 20,22 einzulegen, indem die Spulenköpfe 32 in bezug auf ihre Verflechtung leicht deformiert werden. Diese Deformation ist gering, weil die Dicke des Leiterbündels selbst gering ist.Nach dem Wickeln der Gesamtheit der Phasen der unteren Schicht 22 folgt das Wickeln der oberen Schicht 20 auf die gleiche Weise.

Es ist leicht ersichtlich, daß eine beliebige Anzahl von Schichten so übereinander gelagert werden kann, daß ein geeigneter leitender Abschnitt hergestellt wird, der das gewünschte magnetische Induktionsfeld liefert.Im gezeigten Beispiel haben Nuten und Zähne die gleiche Breite, aber es

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wird darauf hingewiesen, daß der Baumbedarf der Spulenköpfe eine Verringerung der Zahnbreite ermöglicht.

Die Erfindung ist auf Wicklungen mit mehreren Nuten pro Pol und Phase anwendbar. Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Schlitzen pro Pol und Phase. Die Bezugszahlen der halbierten Bauteile sind hier mit dem Index ^Ha" versehen. Jedes Bündel 24, 26, 28,30 ist in zwei gleiche Bündel 24,24a; 26,26a; 28,28a; 30,3Oa unterteilt, deren Leiter in zwei ™ nebeneinanderliegenden Nuten 1,1a; 4,4a für die Phase I angeordnet sind. Das gleiche trifft für die beiden anderen Phasen zu. Selbstverständlich wird die Wirkungsweise des Motors keinesfalls durch diese Halbierung beeinträchtigt, da die Verflechtung der Spulenköpfe noch inniger ist als vorher.

Es wird darauf hingewiesen, dad jeder Induktorabschnitt mit einer dem Polschritt entsprechenden Länge eine Gesamtheit darstellt, die mechanisch von den angrenzenden Abschnitten unabhängig ist, . deren Nuten vollständig gefüllt sind.Die erfindungsgemäße Wicklung eignet sich also besonders zur Herstellung von Induktormodulen, von denen eine Vielzahl englagig oder nicht englagig : miteinander verbunden werden kann, um Motoren von gewünschtem j Bau und gewünschter Leistung herzustellen.

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Bei normaler Punktion werden die in derselben Nut angeordneten Leiterbündel 24,26 in einem bestimmten Augenblick von einem j Strom gleicher Phase und gleicher Richtung durchflossen.

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Die Enden der Spulen können im Hinblick auf Änderungen der Zwischenverbindungen des effektiven Folechrittes des Induktors zugänglich ausgebildet werden. Flg.6 zeigt beispielsweise eine Art eines Induktoranschlusses nach Fig.4, wobei die Richtung des Stromes durch "x"und "." angegeben ist für einen Strom, der in die Ebene der Figur ein- oder aus dieser Ebene ausströmt, und die verschiedenen Phasen durch Symbole wie Kreise oder Dreiecke unterschieden werden. Man stellt fest, daß die Wicklung in der Schicht 22 elektrisch um zwei Nuten in bezug auf die Wicklung In der Schicht 20 verschoben ist, woraus sich ergibt, daß in derselben Nut, z.@. Nut 1, in einem bestimmten Augenblick ein Strom der Phase I in der Wicklung der Schicht und ein Strom gleicher Richtung der Phase II in der Wicklung der Schicht 22 fließt. Daraus ergibt sich eine sichtbare Veränderung des Polschrittes des Induktors oder genau-? eine Verbesserung des sinusförmigen Charakters der Aufteilung des Flusses.

Selbstverständlich können auch andere Spulenkombinationen hergestellt werden, und zwar umso mehr, je größer die Anzahl der Bündelsohlchten ist und man kann von den Wicklungen mit verschiedenem Polschritt Gebrauch machen, um die Translationsgeschwindigkeit des gleitenden Feldes zu verändern. Die Anordnung ist besonders vorteilhaft für den Antrieb von Förderwagen, deren Geschwindigkeit entlang der Bahn veränderlich sein muß.

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Gemäß den Pig. 7 und 8 ist ein verlängerter Induktor 110 der Länge nach in Abschnitte oder Module 112,114,116 aufgeteilt, die z.B. durch. Winkeleisen 118,120 fest miteinander verbunden sind. Diese erstrecken sich über die gesamte Länge des Induktors 110, und die Module 112,114,116 sind auf beliebige Weise, insbesondere mit einem Schenkel 119 des Winkeleisens, an ihnen befestigt. Die Module 112,114,116 sind entlang der Winkeleisen 118,120 gestaffelt angeordnet, wobei zwischen jedem Modulpaar ein Zwischenraum 122,124 vorgesehen ist, in dem -ein Paar Füh-P rungsrollen 126,128 angeordnet ist. Die zwischen den aufeinander folgenden Modulen 112,114,116 angeordneten Führungsrollen 126, 128 sind frei drehbar auf den Querachsen 129 des Induktors 110 angebracht und stehen leicht über der Fläche des Luftspalts des Induktorβ 110 hervor·

Jeder Model 112,114,116 weist Nuten 130 auf , in denen Wicklungen 132 in zwei Schichten auf die oben beschriebene Weise angeordnet sind. Die Wicklungen erzeugen in herkömmlicher Weise ein gleitendes magnetisches Induktionsfeld in 4er Längsrichtung W des Induktors 110. Im in Fig·7 gezeigten Ausführungsbelspiel erstrecken sich die Nuten 130 quer durch die Schenkel 119 der Hinkelelsen 118,120, und die Spulenköpfe sind außerhalb des durch das Paar Winkeleisen 118,120 gebildeten Trägers gelagert. Die Anzahl der Moduln 112,114,116 kann selbstverständlich verschieden sein, und an den Querenden des Induktors 110 sind ■ gleichfalls Führungsrollen 134,136 entsprechend den Bollen 126,128 vorgesehen.

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SIn Anker 13Θ In Form einer Platte aus leitendem Material 1st gegenüber dem Induktor 110 mittels der Führungsrollen 126_t128_t134, 136 gelagert, die einen Zwischenraum oder Luftspalt 140 zwischen Anker I38 und Induktor 110 sichern. Der Anker 138 bewegt sich auf den Führungsrollen 126, 128, 134, 13ε entlang dem Induktor 110 und seine Länge reicht aus, um immer in Anlage an mindestens einem Hollenpaar zu sein. Die seitliche Führung des Ankers I38 wird mechanisch, pneumatisch oder elektromagnetisch, in an sich bekannter Weise hergestellt und ist aus diesem Grunde weder beschrieben noch in den Zeichnungen dargestellt.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende: Die Wicklungen 132 der Moduln 112,ll4jll6, die von Mehrphasenströmen gespeist werden, erzeugen ein gleitendes magnetisches Induktionsfeld. Der Anker I38 ist Laplaoekräften unterworfen und bewegt sich in Längsrichtung des Induktors 110 auf der Rollbahn, die durch die aufeinanderfolgenden Führungsrollen 134, 126, 128, 136 gebildet wird. Es ist leicht ersichtlich, daß, da die Hollen 126, 128 zwischen den Winkeleisen 118,120 angeordnet sind, die Breite des Ankers I38 auf ein Minimum reduziert werden kann, das mit der guten Wirkungsweise des Motors vereinbar ist , d.h. auf eine Breite, die etwa der des Induktors 110 gleicht. Im Falle eines plattenförmigen Ankers 138 aus ferromagnetisehern Material und damit großer Anziehungskräfte zwischen Induktor 110 und Anker I38 erlaubt es die erfindungsgemäße Anordnung der Hollen 126,128, im Inneren des

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Induktors neben der Stelle, wo diese Kräfte erzeugt werden, die sich auf den Anker auswirkenden Biegegräfte auf ein Minimum zu begrenzen.

Es wird noch darauf hingewiesen, daß die Kombination Induktor und Pührungsrollen ein kompaktes Ganzes und eine Baueinheit von großer Starrheit darstellt, die sehr geringe Werte des Luftspalts zuläßt.

Die Erfindung kann mit den gleichen Vorteilen bei einem flachen oder vertikalen Motor mit festem oder beweglichem Induktor angewandt werden.

Die Fig.9 und 10 zeigen ein Ausführungsbeispiel mit festem oder beweglichem Induktor, der einen schienenförmigen Anker überdeckt, mit dem die Führungsrollen des Induktors zusammenarbeiten. Gemäß den Fig.9 und 10 sind swei Induktoren 110,110', von denen jeder aus einer Gesamtheit von Moduln 112,11^,115 zusammengesetzt ist und mit Führungsrollen 126,128,13^,136 ähnlich den oben beschriebenen ausgestattet ist, beiderseits eines plattenförmigen Ankers I38 angeordnet. Die beiden Induktoren 110,110' sind starr, z.B. durch das Chassis des angetriebenen Wagens, miteinander verbunden, was in Fig.9 schematisch durch einen Bügel 1^2 dargestellt ist.

Es ist klar, daß die Führungsrollen 126,128,13^,136 die seitliche Führung des Induktors 110,110' in bezug auf den als Schiene dienenden Anker I38 sicherstellen, wodurch die relative Lage genau bestimmt ist, welche Kräfte auch immer auftreten

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mögen. Die vertikale Führung kann in beliebiger Weise verwirklicht werden. Sie stellt keinen Teil der Erfindung dar und braucht deshalb nicht beschrieben zu werden. Der Motor gemäß den Fig. 9 und 10 arbeitet genauso wie der oben beschriebene und weist die gleichen Vorteile der Widerstandsfähigkeit, Kompaktheit, erhöhter Leistung usw. auf. Selbstverständlich können sowohl Anker als auch Induktor fest sein,

Der modulare Induktor gemäß der Erfindung ist besonders für die Herstellung eines gegliederten Fahrzeuges geeignet, das einer gekrümmten Bahn folgt. Die Fig.11 stellt eine solche Ausführung dar, bei der die aufeinanderfolgenden Module 112,114, 116 und 112·, UA¹,116' eines jeden Induktors 110,110·, die den Anker 138 überdecken, zu je zweien an die Achsen 129 der Führungsrollen 126,128 mittels Befestigungskieramen 1*»4 angelenkt sind. Die Lage eines jeden Moduls, z.B. des Moduls Hk₉ ist in bezug auf den Anker 138 vollständig durch die Führungsrollen 126,128 bestimmt, die in der oben beschriebenen Weise nebeneinander liegen, wobei jeder Modul sich in bezug auf die anliegenden Module dreht, um einen Induktor mit im allgemeinen gekrümmter Form zu bilden, der sich der gekrümmten Bahn des echienenförmigen Ankers I38 anpaßt· Diese Anpassungsfähigkeit des Induktors ist besonders für sehr lange Induktoren in« teressant+z.B. für Wagenzüge , die eine gewundene Strecke durchlaufen. Bei einem Paar Induktoren 110,11O¹, die gemäß

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Fig«11 beiderseits eines Ankers liegen, kann es notwendig sein, einen Ausgleich., z.B. durch Langlöcher, die in den " Befestigungsklemmen 144 vorgesehen sind, der verschiedenen Krümmungsradien des Ankers 138 vorzusehen«

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Claims (6)

1. -13-Patentansprüche:

   [ 1J Linearer Induktionsmotor mit einem Induktor,dessen magnetischer Kreis in Abschnitte von etwa der Länge eines Polschrittes teilbar ist und der eine Vielzahl von parallelen Quernuten aufweist, die aktive Leiter aufnehmen, die in mindestens zwei übereinanderliegenden Schichten angeordnet und paarweise elektrisch in Reihe mittels inaktiver Leiterköpfe verbunden sind, um Spulen zu bilden, die ein gleitendes Hagnetfeld oder Wanderfeld erzeugen, wobei alle Quernuten eines jeden Abschnittes die gleiche Anzahl aktiver Leiter aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterköpfe nur die aktiven Leiterteile miteinander verbinden, die sich in der gleichen Schicht und im gleichen Abschnitt befinden,
2. 2. Linearmotor nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß in jedem Abschnitt alle Spulen die mittlere Transversalebene des Abschnitts überdecken·
3. 3.Linearmotor nach Anspruch 1 mit η-Nuten pro Abschnitt, die nacheinander von 1 bis η numeriert sind, wobei η eine gerade Zahl ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Leiterteile der x-ten Spule jeder Schicht des Abschnittes, wobei χ eine ganze Zahl ist, in den Nuten χ und χ + §- liegen. 4-. Linearmotor nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Spulen einer jeden Schicht eines jeden Abschnitts jedesmal um eine Nut An gleichen Sinne verschoben sind.
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5. 5«Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß er eine Vielzahl von Induktoren, die in Abständen aneinandergereiht sind und mit einem Anker zusammenarbeiten, wobei jeder Induktor magnetisch selbständig is£, und Führungsrollen aufweist, die zwischen den Induktoren angeordnet sind und sich am Anker abstützest wobei diese Führungsrollen die Größe des Luftspalts zwischen den Induktoren und dem Anker bestimmen.
6. 6. Linearmotor nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Induktoren im Bereich der Führungsrollen aneinander angelenkt sind·

   7· Linearmotor nach Anspruch 6, dadurch, gekennzeichnet, daß die Induktoren beweglich sind und mit einem festen, gekrümmten Anker zusammenarbeiten·

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