DE19704504A1

DE19704504A1 - Electric motor with sub-divided windings e.g. for drive- or feed-motor in machine tools

Info

Publication number: DE19704504A1
Application number: DE1997104504
Authority: DE
Inventors: Dietmar Stoiber
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1998-08-13

Abstract

The windings of 3-phase linear electric motor are divided into two windings that are designed so that the motor can handle two different load requirements. In particular the windings allow either a low speed, high force mode P4 or a high speed, low force mode P1to be provided. The windings are controlled by different stages

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Antriebssystem mit einem derartigen Motor mit einer Regeleinrichtung sowie ein Motorsystem aus minde stens zwei Motoren.The invention relates to a motor according to the preamble of Claim 1, a drive system with such a motor with a control device and an engine system from minde at least two motors.

Bei der Konstruktion eines Motors kann ein Motorenkonstruk teur verschiedene Betriebsparameter einstellen bzw. beein flussen, die die Betriebscharakteristika des Motors beein flussen, um vorgegebene Anforderungen hinsichtlich eines bestimmten Verwendungszwecks erfüllen zu können. Häufig be stehen jedoch konkurrierende Anforderungen, und auch die Betriebsparameter können konkurrierende Einflüsse auf die Betriebscharakteristika ausüben, so daß ein bestimmter Mo tor für eine bestimmte Anwendung lediglich eine Kompromiß lösung darstellt, um die konkurrierenden Anforderungen bestmöglich zu erfüllen. Auch werden häufig Motoren auf Spitzenbelastungen ausgelegt, die nur relativ selten er reicht werden, so daß im Normalbetrieb der Motor eigentlich überdimensioniert ist.When designing an engine, an engine construction expensive to set or influence various operating parameters fluxes that affect the operating characteristics of the engine flow to meet specified requirements with regard to a to be able to fulfill certain purposes. Often be there are competing requirements, and so are the Operating parameters can have competing influences on the Exercise operational characteristics so that a certain Mo only a compromise for a specific application solution represents the competing requirements to fulfill as best as possible. Motors are also often on Designed peak loads, which he relatively rarely be enough so that in normal operation the motor actually is oversized.

Dies soll beispielsweise anhand eines Elektromotors im Fol genden dargelegt werden.This should, for example, using an electric motor in fol be presented.

Ein Elektromotor hat in Verbindung mit einem Antriebsver stärker (im allgemeinen Umrichter genannt) eine bestimmte Reaktionszeit, mit der er eine Kraftanforderung umsetzen kann, beispielsweise ein Antriebs- oder Vorschubmotor in einer Werkzeugmaschine wie einer Fräsmaschine, einer Dreh maschine etc. Dies liegt an der elektrischen Induktivität des Motors, die sich der Änderung des elektrischen Stroms widersetzt. Um die Reaktionszeit des Motors zu verkürzen, muß die Induktivität der Motorwicklung verkleinert werden. Die Induktivität kann durch das Reduzieren der effektiven Windungszahl verkleinert werden bzw. den Erfordernissen an gepaßt werden. Beim Anpassen der Motorwicklung wird das Produkt aus Windungszahl und der effektiven Drahtquer schnittsfläche konstant gehalten. Zur Anpassung der effek tiven Windungszahl stehen mehrere, in ihrer Auswertung gleichwertige Möglichkeiten zur Verfügung. Es kann bei spielsweise die Drahtquerschnittsfläche vergrößert und in gleichem Maße die Windungszahl herabgesetzt werden. Daneben ist es auch möglich, durch das Parallelschalten gleichwer tiger Wicklungsgruppen (anstatt einer Serienschaltung) die effektive Windungszahl zu senken.An electric motor has in connection with a drive ver stronger (generally called converter) a certain one Response time with which he can implement a force request can, for example, a drive or feed motor in a machine tool like a milling machine, a lathe machine etc. This is due to the electrical inductance of the motor, reflecting the change in electrical current opposes. To shorten the response time of the engine, the inductance of the motor winding must be reduced. The inductance can be reduced by reducing the effective Number of turns can be reduced or the requirements be fitted. When adjusting the motor winding, that will be Product of the number of turns and the effective wire cross cutting area kept constant. To adjust the effec There are several turns in their evaluation equivalent opportunities available. It can at for example, the wire cross-sectional area enlarged and in the number of turns can be reduced to the same extent. Besides it is also possible to be equal by connecting in parallel winding groups (instead of a series connection) to reduce the effective number of turns.

Durch die Vielzahl der Windungen, aus denen die Motorwick lung besteht, wird die kraftbildende Wirkung des Stroms, der in den Motor geschickt wird, entsprechend der effekti ven Windungszahl vervielfacht. Die Motorkraft richtet sich daher nach dem Produkt aus dem Strom, der dem Motor zuge führt wird, und der effektiven Windungszahl. Das Absenken der effektiven Windungszahl bewirkt somit neben der Absen kung der Induktivität auch ein Absenken der Antriebskraft, die je Stromeinheit erzielt wird. Um die gleiche Antriebs kraft zu erhalten, wird entsprechend mehr Antriebsstrom benötigt. Da die Induktivität eines beliebigen magnetischen Kreises bekanntlich quadratisch von dessen Windungszahl ab hängt, geht auch die Veränderung der effektiven Motorwin dungszahl streng quadratisch in den Induktivitätswert des Motors ein. Die Antriebskraft je Stromeinheit hängt hinge gen streng proportional von der effektiven Windungszahl ab. Daher steht bei einem Elektromotor, dessen Windungszahl an gepaßt wird, das Quadrat der Antriebskraft je Stromeinheit stets in einem festen Verhältnis zur Induktivität. Dies ist eine Erhaltungsgröße, die bei der Wicklungsanpassung in der Regel nicht geändert wird.Due to the large number of turns that make up the motor winding the power-generating effect of the current, which is sent to the engine, according to the effekti ven number of turns multiplied. The engine power is directed therefore according to the product of the current that is fed to the motor leads, and the effective number of turns. The lowering the effective number of turns thus causes in addition to the Absen induction also lowering the driving force, which is achieved per unit of electricity. To the same drive Maintaining power will increase the drive current accordingly needed. Because the inductance of any magnetic As is known, the circle is square from its number of turns depends on the change in the effective Motorwin number strictly quadratic in the inductance value of the Motors one. The driving force per unit of electricity depends strictly proportional to the effective number of turns. For an electric motor, therefore, the number of turns is present the square of the driving force per unit of current always in a fixed ratio to the inductance. This is a conservation size, which in the winding adjustment in the Rule is not changed.

Wenn die Windungszahl des Motors, und damit seine Indukti vität, reduziert wird, steigt der Strombedarf an. Damit wird ein entsprechend leistungsstärkerer Umrichter zum Be trieb des Motors benötigt. Die Leistungsreserven des Um richters dienen dann dazu, die Induktivitäten bei schnellen dynamischen Vorgängen mitzuspeisen und dadurch die ge wünschten kurzen Reaktionszeiten zu ermöglichen.If the number of turns of the motor, and thus its inductance vity, is reduced, the electricity demand increases. In order to a correspondingly more powerful converter becomes a Be drive of the motor needed. The power reserves of the Um richters then serve to control the inductances at fast dynamic processes and thereby the ge to enable the desired short response times.

Die oben beschriebene Dimensionierung der Windungszahl zur Anpassung des Elektromotors auf bestehende Dynamik- und Be wegungsgeschwindigkeits- bzw. Drehzahlanforderungen ist ein übliches Handwerkszeug des Elektromotorkonstrukteurs, der sich immer in einem Zielkonflikt zwischen Motordynamik und benötigter Umrichterleistung befindet.The dimensioning of the number of turns described above Adaptation of the electric motor to existing dynamics and loading motion speed or speed requirements is a usual tools of the electric motor designer who always in a conflict of objectives between engine dynamics and required converter power.

Derartige Zielkonflikte treten natürlich nicht nur bei der Konstruktion von Elektromotoren, sondern auch bei anderen Motoren wie Verbrennungsmotoren, Fluidmotoren etc. auf; beispielsweise soll hohe Leistung bei niedriger Drehzahl erzielt werden, ein hohes Anzugsmoment bei geringer Dreh zahl, geringer Verbrauch bei hoher Leistung, einfacher Auf bau bei hoher Drehzahlfestigkeit etc.Of course, such goal conflicts do not only occur with the Construction of electric motors, but also in others Motors such as internal combustion engines, fluid motors etc. on; for example, high performance at low speed can be achieved, a high torque with low rotation number, low consumption with high performance, easy opening construction with high speed stability etc.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Motor anzugeben, bei dessen Konstruktion zusätzliche Gestaltungsfreiheit gegeben ist und der an unterschiedliche Anforderungen bestmöglich anpaßbar ist.Accordingly, the invention is based on the object specify an engine, additional in the construction Freedom of design is given and different Requirements can be adapted as best as possible.

Diese Aufgabe wird durch einen Motor gemäß Anspruch 1, ein Antriebssystem nach Anspruch 12 bzw. eine Motorkombination nach Anspruch 19 gelöst; die Unteransprüche betreffen vor teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. This object is achieved by an engine according to claim 1 Drive system according to claim 12 or a motor combination solved according to claim 19; the subclaims relate to partial embodiments of the invention.

Im Gegensatz zu einem konventionellen Motor besitzt der er findungsgemäße Motor eine Antriebseinheit aus zwei Unter einheiten, die von gleicher Bauart sind, d. h. auf dem glei chen Wirkungsprinzip beruhen, und parallel zueinander ar beiten. Die Untereinheiten können gleiche Betriebscharakte ristika aufweisen, sollten dann aber unterschiedlich be treibbar sein, oder sie können unterschiedliche Be triebscharakteristika aufweisen. Auf diese Weise können die Charakteristika der Untereinheiten auch widerstrebenden Anforderungen angepaßt werden; beispielsweise kann die eine Einheit so ausgelegt werden, daß sie sehr schnell reagiert, dafür aber geringere Drehmomente oder Kräfte aufbringt, die andere Einheit wird dann so dimensioniert, daß sie zwar hohe Kräfte aufbringen kann, jedoch relativ langsam rea giert. Dies hat zur Folge, daß die erforderliche Gesamtlei stung zum Betrieb des Motors deutlich reduziert ist. Ent sprechendes kann durch unterschiedlichen Betrieb ansonsten gleicher Einheiten erzielt werden, beispielsweise durch un terschiedliche Frequenzgänge der Eingangssignale.In contrast to a conventional engine, it has inventive motor a drive unit from two sub units of the same type, d. H. on the same Chen based principle of action, and ar parallel to each other work. The subunits can have the same operating characteristics have risk, but should then be different be drivable, or they can be different Be have drive characteristics. That way they can Characteristics of the subunits also reluctant Requirements are adapted; for example, one Be designed so that it responds very quickly, but it produces lower torques or forces that other unit is then dimensioned so that it is can exert high forces, but rea slowly yaws. As a result, the total amount required power to operate the engine is significantly reduced. Ent speaking can otherwise through different operation same units can be achieved, for example by un Different frequency responses of the input signals.

Im Sinne der Erfindung bedeutet "gleiche Bauart", daß das selbe Funktionsprinzip vorliegt, z. B. das eines Linearmo tors, eines Elektromotors, eines Elektro-Rotationsmotors, einer Kolben-Zylinder-Maschine etc. Die "Betriebscharakte ristika" betreffen demgegenüber verschiedene technische Merkmale, die durch den Konstrukteur variierbar sind und das Betriebsverhalten beeinflussen, beispielsweise Indukti vitäten, Hubraum, Spulenabmessungen, Drahtquerschnitte, Kolbenquerschnitte, Materialauswahl etc. Auch der Betrieb kann variiert werden, beispielsweise durch unterschiedliche Beschaltung, geänderte Regelkreise, Ströme, Spannungen etc.In the sense of the invention "same design" means that the same principle of operation is present, e.g. B. that of a linear mo tors, an electric motor, an electric rotary motor, a piston-cylinder machine etc. The "operating charters ristika ", on the other hand, concern various technical Features that can be varied by the designer and influence the operating behavior, for example Indukti vities, cubic capacity, coil dimensions, wire cross-sections, Piston cross-sections, material selection etc. Also the operation can be varied, for example by different ones Wiring, modified control loops, currents, voltages etc.

Der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Motors liegt u. a. die Erkenntnis zugrunde, daß nur ein geringer Teil der Mo torkraft bzw. des Drehmoments mit erhöhter Dynamik benötigt wird. Bei Werkzeugmaschinen wird beispielsweise der dynami sche Kraftanteil hauptsächlich zum Ausregeln von Kräften benötigt, die von außen auf die vom Motor (Elektromotor) bewegten Maschinenteile einwirken. Dies können beispiels weise Schnittkräfte sein, die durch ein Fräswerkzeug auf das Werkstück eingekoppelt werden. Störkräfte dieser Art müssen von dem Antriebssystem in Echtzeit kompensiert wer den, damit sich an den Werkstücken keine Abmessungs- oder Oberflächenfehler zeigen. Da es sich bei den Störkräften oftmals um harte mechanische Reaktionskräfte handelt, zieht sich der Frequenzbereich der Störkräfte bis zu relativ ho hen mechanischen Frequenzen in der Größenordnung von eini gen 100 Hertz hinauf. Andererseits ist der überwiegende Teil der Motorkraft von der Steuerung determinierbar und somit nicht den extrem harten dynamischen Anforderungen un terworfen. Durch die Aufteilung der Antriebseinheit in eine erste Untereinheit, der Grundlasteinheit, und eine zweite Untereinheit, einer dynamischen Einheit, können somit die Anforderungen an den Motor erfüllt werden, ohne den Motor grundsätzlich überzudimensionieren.The inventive design of the engine is u. a. based on the knowledge that only a small part of the Mo Torque or torque required with increased dynamics becomes. With machine tools, for example, the dynami force share mainly for regulating forces needed from the outside to that of the motor (electric motor) act on moving machine parts. For example wise cutting forces caused by a milling tool the workpiece can be coupled. This type of interference must be compensated by the drive system in real time the so that there are no dimensional or Show surface defects. Since it is the interference forces often involves hard mechanical reaction forces the frequency range of the interference forces up to relatively ho hen mechanical frequencies in the order of one up to 100 Hertz. On the other hand, the predominant one Part of the engine power can be determined by the control and thus not the extremely tough dynamic requirements thrown. By dividing the drive unit into one first subunit, the base load unit, and a second Subunit, a dynamic unit, can thus Engine requirements are met without the engine always oversize.

Dabei können beide Motorteile, die sich relativ zueinander bewegen, z. B. Stator und Rotor oder Anker und Läufer, mit einer eigenen Antriebseinheit versehen sein, von denen jede in mindestens zwei Untereinheiten aufgeteilt ist. Auch ist es möglich, mehr als zwei Untereinheiten zu verwenden, um die Gesamtcharakteristik des Motors der Anforderungscharak teristik noch besser anpassen zu können.Both engine parts can be relative to each other move, e.g. B. stator and rotor or armature and rotor, with be provided with its own drive unit, each of which is divided into at least two subunits. Is too it is possible to use more than two subunits the overall characteristic of the engine of the requirement charac to be able to adapt the teristics even better.

Vorzugsweise umfaßt jede Untereinheit eigene Energiezufuhr mittel und ist getrennt von der anderen Untereinheit steu erbar.Each subunit preferably comprises its own energy supply medium and is separate from the other subunit tax conceivable.

Bei einem Elektromotor sind die Untereinheiten Teilwicklun gen, die gleichphasig betrieben werden, sich aber hinsicht lich der Induktivitäten, Drahtquerschnitte etc. unter scheiden können. Entsprechendes gilt für einen dreiphasigen Elektromotor, wobei für jede Phase die Wicklung in zwei Teilwicklungen als Untereinheiten aufgeteilt ist. Dabei werden vorzugsweise die drei Teilwicklungsstränge für die Grundlast gemeinsam geregelt, und unabhängig davon werden die drei Teilwicklungsstränge für die dynamische Last ge meinsam geregelt.In an electric motor, the subunits are partial windings conditions that are operated in phase, but with each other in mind Lich of inductors, wire cross sections etc. under can divorce. The same applies to a three-phase Electric motor, with the winding in two for each phase Part windings is divided as subunits. Here are preferably the three partial winding strands for the Base load regulated jointly, and independently of it the three partial winding strands for the dynamic load regulated together.

Die Teilwicklungen können geometrisch voneinander getrennt sein, d. h. nebeneinander auf den gleichen Kern aufgebracht sein; besonderes vorteilhaft ist es jedoch, die Wicklungen verzahnt auf dem gleichen Kern aufzubringen.The partial windings can be geometrically separated from one another be d. H. applied side by side to the same core be; However, the windings are particularly advantageous interlocked on the same core.

Grundsätzlich können die einzelnen Einheiten mit einem Um richter betrieben werden, wobei die Untereinheiten dann parallel geschaltet werden. Dabei wird vorzugsweise ein Frequenzaufteilungsfilter verwendet, insbesondere wenn die Untereinheiten gleiche Betriebscharakteristika aufweisen. Vorteilhaft ist es, jeder Untereinheit einen einzelnen Um richter zuzuordnen und die Untereinheiten mit unterschied lichen Strömen zu betreiben, wobei die Steuerung beispiels weise frequenzabhängig erfolgen kann.In principle, the individual units can be assigned an order richter operated, the subunits then can be connected in parallel. It is preferably a Frequency division filter used, especially if the Sub-units have the same operating characteristics. It is advantageous to give each sub-unit a single order assign judge and the subunits with difference Lichen currents to operate, the control example can be done frequency-dependent.

Grundsätzlich die gleichen Vorteile wie beim obengenannten Motor mit einer Antriebseinheit aus zwei Untereinheiten können, wenn auch mit erhöhtem Aufwand, dadurch erzielt werden, daß zwei gleichartige Motoren mit unterschiedlichen Betriebscharakteristika kombiniert werden oder daß zwei gleiche Motoren unterschiedlich betrieben werden.Basically the same advantages as the above Motor with a drive unit consisting of two sub-units can be achieved, albeit with increased effort be that two similar engines with different Operating characteristics are combined or that two the same motors are operated differently.

So kann man beispielsweise zwei unterschiedliche Primär teile von Linearmotoren miteinander verbinden, die auf ei nem gemeinsamen Sekundärteil laufen. Zwei Rotationsmotoren können beispielsweise so kombiniert werden, daß ihre Stato ren direkt miteinander verbunden sind und ihre Rotoren auf einer gemeinsamen Welle sitzen. For example, you can have two different primary Connect parts of linear motors with each other that are on egg run a common secondary part. Two rotary motors can be combined, for example, so that their Stato are directly connected to each other and their rotors sit in a common wave.

Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Prinzip der Auftei lung der Antriebseinheit eines Motors in mehrere Unterein heiten, die nach dem gleichen Prinzip arbeiten und parallel arbeiten, auch bei anderen Motoren als Elektromotoren, bei spielsweise bei Fluidmotoren oder auch bei Verbrennungs kraftmaschinen anwendbar.Basically, the principle of the distribution according to the invention development of the drive unit of a motor in several subunits units that work on the same principle and in parallel work, also with motors other than electric motors for example with fluid motors or also with combustion engines applicable.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beige fügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is based on the beige added drawings explained. Show it:

Fig. 1 das Wicklungsbild eines erfindungsgemäßen Elektromo tors in einer ersten Ausführungsform der Teilwicklungen, Fig. 1, the image of a winding Elektromo tors according to the invention in a first embodiment of part-windings,

Fig. 2 das Wicklungsbild eines erfindungsgemäßen Elektromo tors in einer zweiten Ausführungsform der Teilwicklungen, Fig. 2 shows the image of a winding Elektromo tors according to the invention in a second embodiment of the partial windings,

Fig. 3 ein Kraft-Reaktionsgeschwindigkeits-Diagramm eines konventionellen Motors, Fig. 3 shows a force reaction velocity diagram of a conventional motor,

Fig. 4 ein Kraft-Reaktionsgeschwindigkeits-Diagramm eines erfindungsgemäßen Motors, Fig. 4 is a force reaction diagram of an engine speed according to the invention,

Fig. 5 die schematische Darstellung des Regelschemas für einen konventionellen Linearmotor, Fig. 5 is a schematic illustration of the control scheme for a conventional linear motor,

Fig. 6 die schematische Darstellung eines Regelschemas für einen erfindungsgemäßen Linearmotor, Fig. 6 is a schematic representation of a control scheme for a linear motor according to the invention,

Fig. 7 das Wicklungsbild für einen konventionellen Dreipha sen-Elektromotor. Fig. 7 shows the winding pattern for a conventional Dreipha sen electric motor.

Die Darstellung der Ausführungsbeispiele der Erfindung er folgt anhand eines elektrischen Dreiphasen-Linearmotors, der beispielsweise als Vorschubmotor in einer Werkzeugma schine wie einer Fräsmaschine od. dgl. eingesetzt wird. Um das Verständnis zu erleichtern, soll dabei zunächst auf eine konventionelle Struktur eingegangen werden.The representation of the embodiments of the invention he follows using an electric three-phase linear motor, for example as a feed motor in a tool machine machine such as a milling machine or the like is used. Around To facilitate understanding, the aim is initially to a conventional structure can be entered into.

Fig. 7 zeigt das Wicklungsbild eines nach der üblichen Art gewickelten Elektromotors. Die einzelnen Spulen SpU1 bis SpU8, SpV1 bis SpV8 und SpW1 bis SpW8 werden in Motornuten eingelegt; die Nuten sind der Fig. 7 in der oberen Zeile des Blattes numeriert. Eine Spule wird immer durch zwei Nu ten geführt ("Hin- und Rückleiter"), und die Nummer der be treffenden Nut ist als Zahl neben den jeweiligen Orientie rungspfeil angegeben. Fig. 7 shows the winding pattern of an electric motor wound in the usual way. The individual coils SpU1 to SpU8, SpV1 to SpV8 and SpW1 to SpW8 are inserted in motor slots; the grooves are numbered in Fig. 7 in the top line of the sheet. A spool is always passed through two slots ("outward and return line"), and the number of the relevant slot is indicated as a number next to the respective orientation arrow.

Die hier dargestellte Wicklung ist in Sternschaltung ausge führt, wobei der Sternpunkts wie üblich nicht aus dem Motor herausgeleitet wird. Die Gesamtheit der Spulen, die elek trisch mit einer Anschlußklemme verbunden sind, wird als "Strang" Str bezeichnet. Da die gezeigte Wicklung drei Stränge hat, die, wie anhand der Nutennumerierung zu sehen ist, geometrisch gleichwertig über die Motorbewegungsrich tung verteilt sind, handelt es sich hier um eine übliche Dreiphasendrehstromwicklung. Jeder Strang ist einerseits an eine Phase U, V, W angeschlossen und mit der anderen Seite mit dem Sternpunkt S. Dieser Wicklungstyp wird beinahe zu allen Drehstrommotoren verwendet, jedoch läßt sich der Ge genstand der Erfindung auf Wicklungen aller Strangzahlen und Schaltungsausführungen (Stern, Dreieck, usw.) anwenden.The winding shown here is star connected leads, the star point as usual not from the engine is led out. The totality of the coils, the elec trically connected to a terminal is called "Strand" Str denotes. Since the winding shown three Has strands that, as can be seen from the groove numbering is geometrically equivalent via the motor movement direction distributed, this is a common one Three-phase three-phase winding. Each strand is on the one hand a phase U, V, W connected and with the other side with the star point S. This type of winding almost becomes used all three-phase motors, but the Ge subject of the invention on windings of all strands and circuit designs (star, triangle, etc.) apply.

Die Struktur eines konventionellen Servomotorsystems mit einem Servomotor mit beispielsweise der Wicklung gemäß Fig. 7 ist in Fig. 5 dargestellt.The structure of a conventional servomotor system with a servomotor with, for example, the winding according to FIG. 7 is shown in FIG. 5.

Gemäß Fig. 5 umfaßt ein Linearmotor einen Primärteil 100, der auf einem Sekundärteil 200 läuft. Der Linearmotor dient beispielsweise des Vorschubs des Werkstücks oder des Werk zeuges in einer Werkzeugmaschine. Gesteuert bzw. geregelt wird der Linearmotor von einem Arbeitsrechner 190, dem über einen Linearmaßstab oder Sensor 150 am Linearmotor Werte hinsichtlich der Position (möglicherweise auch Geschwindig keit und Beschleunigung) zugeführt werden. Der Arbeitsrech ner 190 gibt einen Stromsollwert an einen Umrichter (Ver stärker) 160. Der Umrichter 160 umfaßt neben dem eigentli chen Verstärker 170 noch einen Stromregelkreis 180 mit ei nem Stromsensor 182 und einer Stromrückführung 184. Vom Um richter 160 wird der geregelte Motorstrom über einen Lei stungsanschluß 120 dem Motor zugeführt.Referring to FIG. 5, a linear motor includes a primary part 100, which runs on a secondary member 200. The linear motor is used, for example, to advance the workpiece or the tool in a machine tool. The linear motor is controlled or regulated by a work computer 190 , to which values relating to the position (possibly also speed and acceleration) are supplied via a linear scale or sensor 150 on the linear motor. The work computer 190 gives a current setpoint to an inverter (amplifier) 160 . In addition to the actual amplifier 170 , the converter 160 also comprises a current control circuit 180 with a current sensor 182 and a current feedback 184 . From the converter 160 , the regulated motor current is supplied to the motor via a power connection 120 .

Im normalen Betrieb der Werkzeugmaschine muß auf verschie dene Kräfte mit unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkei ten reagiert werden. Dies verdeutlicht beispielsweise die Fig. 3, in der der Graph G darstellt, welche Kraftanteile bei einer Fräsbearbeitung mit welcher Dynamik benötigt wer den. Dabei bezeichnet die Abszisse die Kraft eines Linear motors (oder das Drehmoment eines Rotationsmotors), und die Ordinate bezeichnet schematisch die Schnelligkeit oder Geschwindigkeit, mit der die Kraft bzw. das Drehmoment auf gebaut werden muß.In normal operation of the machine tool, various forces must be reacted to with different reaction speeds. This is illustrated, for example, in FIG. 3, in which the graph G shows which force components are required for milling with which dynamics. The abscissa denotes the force of a linear motor (or the torque of a rotary motor), and the ordinate schematically denotes the speed or speed with which the force or torque must be built up.

Bei der Bearbeitung eines Werkstückes ist es zunächst er forderlich, den maximalen Kraftbedarf abzudecken, der bei der Anwendung auftritt. Der Motor ist somit zur Erzeugung einer Maximalkraft F₁ ausgelegt. Um die Leistungsanforde rung an den Umrichter dabei in niedrigen Grenzen zu halten, beschränkt man sich in der Regel auf geringere Geschwindig keiten des Kraftaufbaus wie beispielsweise durch die waag rechte Linie V₁ in Fig. 3 dargestellt ist. Die Leistungsan forderung an den Umrichter ist proportional zu dem Produkt aus der Geschwindigkeit V₁ und der Kraft F₁, d. h. der rau tiert schraffierten Fläche P₁ in Fig. 3.When machining a workpiece, it is first necessary to cover the maximum power requirement that occurs during use. The motor is thus designed to generate a maximum force F ₁ . In order to keep the power requirement on the converter within low limits, it is generally limited to lower speeds of the force build-up, as shown, for example, by the horizontal line V ₁ in FIG. 3. The power requirement for the converter is proportional to the product of the speed V ₁ and the force F ₁ , ie the hatched hatched area P ₁ in FIG. 3.

Wollte man demgegenüber den Linearmotor so auslegen, daß er nicht nur die Maximalkraft F₁, sondern auch die Maximal reaktionsgeschwindigkeit erreicht, wäre ein deutlich lei stungsfähiger Umrichter erforderlich. Ein konventioneller Linearmotor der sowohl eine Maximalreaktionsgeschwindigkeit von V₂ erreicht als auch eine Maximalkraft von F₁ zur Ver fügung stellt, benötigte eine zusätzliche Leistung P₂, die durch die einfach schraffierte Fläche in Fig. 3 dargestellt ist. Ein solcher Umrichter wäre aber für den praktischen Gebrauch überdimensioniert, da er eine nicht genutzte Lei stungsreserve aufweist (entsprechend der Fläche oberhalb des Graphen G in Fig. 3).In contrast, if you wanted to design the linear motor so that it not only reaches the maximum force F ₁ , but also the maximum reaction speed, a clearly powerful converter would be required. A conventional linear motor that both achieves a maximum reaction speed of V ₂ and provides a maximum force of F ₁ required additional power P ₂ , which is shown by the hatched area in FIG. 3. Such a converter would be oversized for practical use, since it has an unused power reserve (corresponding to the area above the graph G in FIG. 3).

Erfindungsgemäß wird dieses Problem dadurch gelöst, daß der Antrieb des Linearmotors in zwei Untereinheiten aufgeteilt wird, von denen eine die große Kraft F₁ mit geringer Reak tionsgeschwindigkeit V₁ zur Verfügung stellt (Fig. 4), wäh rend die andere eine geringere Kraft F₂ mit hoher Reak tionsgeschwindigkeit V₂ zur Verfügung stellt. Die dafür er forderliche zusätzliche Leistung P₃ ist deutlich geringer als die zusätzliche Leistung von P₂ gemäß Fig. 3, und ein Großteil P₄ der nutzlosen Leistungsreserven entfällt. Somit kann der oder können die Umrichter bei dem erfindungsge mäßen Motor deutlich kleiner dimensioniert werden, als es sonst für den Fall P₁ + P₂ erforderlich wäre.According to the invention, this problem is solved in that the drive of the linear motor is divided into two subunits, one of which provides the large force F ₁ with a low reaction speed V ₁ ( FIG. 4), while the other has a lower force F ₂ with high reaction speed V ₂ available. The additional power P ₃ required for this is significantly lower than the additional power of P ₂ according to FIG. 3, and a large part P _{4 of} the useless power reserves is eliminated. The converter or converters in the motor according to the invention can thus be dimensioned significantly smaller than would otherwise be necessary for the case P ₁ + P ₂ .

Erfindungsgemäß wird ein Elektromotor in zwei Teilwicklun gen unterteilt, die vorzugsweise jeweils von einem separa ten Umrichter betrieben werden. Die beiden Umrichter, die hierfür benötigt werden, sind in ihrer Leistungssumme P₁ + P₃, wie dargestellt, kleiner als der Umrichter, der nach der konventionellen Wicklungsausrichtung der Abb. 7 benötigt worden wäre.According to the invention, an electric motor is divided into two partial windings, each of which is preferably operated by a separate converter. The power inverters P ₁ + P ₃ , as shown, of the two inverters required for this are smaller than the inverters that would have been required according to the conventional winding alignment in Fig. 7.

Die Wicklung wird vorzugsweise in eine Grundlastwicklung und eine dynamische Wicklung aufgeteilt. Die Charakteristik der Grundlastwicklung braucht nicht verändert zu werden, hingegen wird die Induktivität der dynamischen Wicklung so weit reduziert, daß sich die gewünschte kurze Reaktionszeit ergibt. Alternativ können auch zwei äquivalente Teilwick lungen verwendet werden, die in unterschiedlicher Weise be trieben werden.The winding is preferably in a base load winding and split a dynamic winding. The characteristic the base load winding does not need to be changed, however, the inductance of the dynamic winding becomes like this greatly reduced that the desired short response time results. Alternatively, two equivalent partial wick lungs can be used in different ways be driven.

Dies kann entweder dadurch erfolgen, daß zwei Motoren mit entsprechenden Wicklungen verwendet werden, oder es werden in einem Motor zwei unabhängige Teilwicklungen eingesetzt. Der Motor hat dann vorzugsweise auch zwei unabhängige elek trische Leistungsanschlüsse. Diese letztgenannte Realisie rung ist nicht nur besonders preiswert, weil sie mit einem mechanischen Motor auskommt, sondern es können, wie im Fol genden gezeigt werden wird, zusätzliche Vorteile nutzbar gemacht werden.This can be done either by using two motors appropriate windings are used, or there will be two independent partial windings are used in one motor. The motor then preferably has two independent elec trical power connections. This latter reality tion is not only particularly inexpensive because it works with you mechanical motor, but it can, as in fol will be shown, additional advantages can be used be made.

Die Aufteilung der Teilwicklungen kann nach Fig. 1 erfol gen. Die Fig. 1 entspricht im wesentlichen im Aufbau der Fig. 7, wobei jedoch die Wicklungen für jede Phase in zwei Teilwicklungen A,B unterteilt sind. Zwischen einen Anschluß für den Strang U/A und einem Sternpunkt S₁ sind die Spulen SPU1 bis SPU6 der Grundlastwicklung A angeordnet. Die Spu len SPU7, SPU8 der dynamischen Wicklung B sind zwischen einem Anschluß für die Phase U/B und einen weiteren Stern punkt S₂ angeordnet. Die Wicklungen der Teilwicklungen A und Teilwicklungen B sind räumlich nebeneinander angeord net. Die Wicklungen der anderen Stränge V/A, V/B und W/A, W/B sind entsprechend angeordnet, und ihre Beschreibung wird deshalb hier unterlassen. Die Teilwicklungen können hinsichtlich des Bedarfs dem entsprechenden Verwendungs zweck angepaßt werden und können sich beispielsweise hin sichtlich der Induktivität, der Spulenzahl, des Drahtquer schnittes, des Betriebsstroms etc. unterscheiden. Dement sprechend ist es vorteilhaft, die Anschlüsse U/A, V/A und W/A durch einen Umrichter und die Anschlüsse U/B, V/B und W/B durch einen weiteren, anders dimensionierten Umrichter zu bedienen.The division of the partial windings can be carried out according to FIG. 1. FIG. 1 corresponds essentially to the structure of FIG. 7, but the windings for each phase are divided into two partial windings A, B. The coils SPU1 to SPU6 of the base load winding A are arranged between a connection for the line U / A and a star point S ₁ . The Spu len SPU7, SPU8 of the dynamic winding B are arranged between a connection for the phase U / B and another star point S ₂ . The windings of the partial windings A and partial windings B are spatially arranged side by side. The windings of the other strands V / A, V / B and W / A, W / B are arranged accordingly, and their description is therefore omitted here. The partial windings can be adapted to the corresponding purpose of use and can, for example, differ visually with regard to the inductance, the number of coils, the wire cross-section, the operating current etc. Accordingly, it is advantageous to operate the connections U / A, V / A and W / A by one converter and the connections U / B, V / B and W / B by a further, differently dimensioned converter.

Wesentliche Vorteile bringt die Verteilung der dynamischen Teilwicklung über den ganzen Motorbereich, wie dies bei spielsweise nach Fig. 2 erfolgen kann. Hier sind die Ein zelspulen SPU4, SPU8 der dynamischen Teilwicklung B nicht an einem Motorende zusammengedrängt, sondern vielmehr über die ganze Motorlänge verteilt, d. h. mit Einzelspulen der Grundlastwicklung A "verzahnt". Damit wird mechanisch der Kraftfluß, der durch die dynamische Wicklung erzeugt wird, entzerrt und günstiger über die Motorennuten aufgeteilt. Die einzelnen Motornuten sind dann einer geringeren Verfor mung durch die Antriebskraft der dynamischen Wicklung un terworfen, als dies bei einer konzentrierten Unterbringung der dynamischen Wicklungsspulen nach Fig. 1 der Fall wäre. Dadurch wird die mechanische Steifigkeit des Motors verbes sert.The distribution of the dynamic partial winding over the entire motor area brings significant advantages, as can be done for example in FIG. 2. Here, the individual coils SPU4, SPU8 of the dynamic partial winding B are not pushed together at one motor end, but rather are distributed over the entire motor length, ie "interlocked" with individual coils of the base load winding A. This mechanically equalizes the flow of power generated by the dynamic winding and distributes it more favorably over the motor slots. The individual motor slots are then subjected to less deformation by the driving force of the dynamic winding than would be the case with a concentrated accommodation of the dynamic winding coils according to FIG. 1. This improves the mechanical stiffness of the engine.

Der Hauptvorteil der geometrischen Gleichverteilung der dy namischen Wicklungsspulen liegt in der Verringerung der In duktivität. Bekanntlich entsteht die Induktivität als Folge der Kopplung der stromführenden Leiter zu den von ihnen er zeugten Magnetfeldern. Besonders hohe Induktivitäten treten auf, wenn die Leiter räumlich eng beieinander liegen. Hier auf ist die Tatsache zurückzuführen, daß die Induktivität eines magnetischen Kreises überproportional mit der Win dungszahl, nämlich im Quadrat zu dieser ansteigt. Durch die räumlich Gleichverteilung der dynamischen Wicklung wird die Kopplung der Teilspulen untereinander aufgehoben, wodurch sich eine drastische Reduzierung der Induktivität ergibt, ohne daß die kraftbildende Wirkung der Spulen davon in Mit leidenschaft gezogen würde. Die geometrische Gleichvertei lung der dynamischen Wicklungsspulen ist daher die bevor zugte Ausführungsform einer dynamischen Teilwicklung.The main advantage of the geometric uniform distribution of the dy Named winding coils lies in the reduction in productivity. As is well known, inductance arises as a result the coupling of the current-carrying conductors to those of them generated magnetic fields. Particularly high inductances occur when the conductors are close together. Here is due to the fact that the inductance of a magnetic circuit disproportionately with the win number, namely the square of this increases. Through the spatially uniform distribution of the dynamic winding Coupling of the sub-coils with each other canceled, whereby there is a drastic reduction in inductance, without the force-generating effect of the coils thereof in Mit would be passionate. The geometric equal distribution The dynamic winding coils are therefore the first step preferred embodiment of a dynamic partial winding.

Fig. 6 zeigt schließlich den Aufbau eines Regelsystems für den erfindungsgemäßen Motor. Anders als beim konventionel len Motor umfaßt der erfindungsgemäße Motor nunmehr zwei Leistungsanschlüsse 120a und 120b, denen jeweils ein eige ner Umrichter 160a und 160b zugeordnet ist. Die Umrichter sind grundsätzlich gleich aufgebaut wie der Umrichter im bekannten Fall der Fig. 5, d. h. sie weisen einen Verstärker 170a, b, eine Stromregelung 180a, 180b mit Strommessung und Stromrückführung auf, wobei die Umrichter an die Leistungs anforderungen der entsprechenden Teilwicklungen angepaßt sind, insbesondere dürfte im Regelfall der Umrichter für die dynamische Teilwicklung hinsichtlich der Stromzufuhr größer ausgelegt sein als der Umsetzer für die Grundlast wicklung. Fig. 6 shows the structure of a control system for the inventive motor. In contrast to the conventional motor, the motor according to the invention now comprises two power connections 120 a and 120 b, each of which has its own converter 160 a and 160 b. The inverters are basically the same as the inverter in the known case of FIG. 5, it means comprise an amplifier 170a, b, a current control 180 a, 180 b on with current measurement and current feedback, wherein the inverter to the power requirements of the corresponding partial windings are adapted, in particular, the converter for the dynamic partial winding should be designed larger in terms of power supply than the converter for the base load winding.

Die beiden Umrichter 160a und 160b werden von einem modifi zierten Arbeitsrechner 190' gesteuert bzw. geregelt, der ihnen geeignete Stromsollwerte zuführt. Dabei ist es vor teilhaft, dem Umrichter für die dynamische Teilwicklung insbesondere höherfrequente Regelungsanteile zuzuführen, beispielsweise über ein Hochpaßfilter (nicht dargestellt); dementsprechend kann dem Umrichter für die Grundlastwick lung der niederfrequente Anteil zugeführt werden, bei spielsweise über ein Tiefpaßfilter.The two inverters 160 a and 160 b are controlled or regulated by a modified work computer 190 ', which supplies them with suitable current setpoints. It is particularly advantageous to supply the converter for the dynamic partial winding in particular with higher-frequency control components, for example via a high-pass filter (not shown); accordingly, the converter for the base load winding can be supplied with the low-frequency component, for example via a low-pass filter.

Grundsätzlich ist es auch möglich, die Grundlastwicklung und die dynamische Wicklung einfach parallel zu schalten und durch einen einzelnen Umrichter zu betreiben, ggf. un ter Einschaltung eines entsprechenden Filters auf der Lei stungsseite.Basically, it is also possible to do the base load winding and simply connect the dynamic winding in parallel and operated by a single converter, possibly un ter activation of a corresponding filter on the Lei equipment side.

Der Begriff Filter soll hier, wie auch in der vorstehenden Beschreibung nicht nur Hoch- oder Tiefpaßfilter oder Kombi nationen daraus umfassen, sondern auch ganz allgemein "Ein richtungen zum Bewerten von Frequenzen oder Signalen". Dies können beispielsweise Digitalfilter sein, die Signale auf grund von verschiedenen Algorithmen analysieren bzw. bear beiten und dabei unterschiedliche Größen wie Frequenz, Pha senbeziehung etc. berücksichtigen.The term filter is intended here, as in the previous one Description not only high or low pass filter or combination nations, but also more generally "A directions for evaluating frequencies or signals " can be digital filters, for example, the signals analyze or edit different algorithms and different sizes such as frequency, pha consider relationship etc.

Die Parallelschaltung kann auch direkt im Motor erfolgen, so daß in diesem Fall nur ein Leistungsanschluß, wie beim konventionellen Linearmotor, vorhanden ist. Allerdings ist die Variante mit getrennten Leistungsanschlüssen und ge trennten Umsetzern vorzuziehen, da dadurch eine höhere Regelgenauigkeit und -stabilität erzielbar ist.The parallel connection can also take place directly in the motor, so that in this case only one power connection, as with conventional linear motor, is available. However the variant with separate power connections and ge separate implementers, as this means a higher one Control accuracy and stability can be achieved.

Claims

1. Motor with at least two motor parts ( 110 , 200 ) which interact with one another via a force interface and are movable relative to one another, at least one of the motor parts ( 110 ) having a controllable drive unit, characterized in that the drive unit consists of at least two subunits ( A, B) is constructed the same type, which differ in terms of their operating characteristics, or have the same operating characteristics and can be operated in different ways, the subunits being mechanically coupled to one another and interacting with one another in parallel with the other motor part ( 200 ).

2. Motor according to claim 1, characterized in that both motor parts ( 100 , 200 ) are provided with drive units from at least two sub-units.

3. Motor according to claim 1 or 2, characterized in that each subunit (A, B) has its own power supply connection ( 120 a, 120 b).

4. Motor according to claim 3, characterized in that the subunit can be controlled separately.

5. Motor according to one of the preceding claims, characterized in that the subunit th partial windings of an electric motor are the same sig operated.

6. Motor according to claim 5, characterized in that the partial winding have different or the same inductances.

7. Motor according to one of the preceding claims, characterized in that the engine is a Three-phase electric motor is, each winding for one Phase in at least two partial windings as subunits is divided.

8. Motor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the engine is a Rotary motor is.

9. Motor according to one of claims 5 to 7, characterized in that the engine is a Is linear motor.

10. Motor according to one of claims 5 to 9, characterized in that the partial winding are arranged side by side on a core.

11. Motor according to one of claims 5 to 9, characterized in that the partial winding gene are interlocked on a core.

12. Drive system with a motor according to one of the claims 1 to 11 and a control or regulating device for the Engine.

13. Drive system according to claim 12, characterized records that each of the subunits is part of of its own control loop.

14. Drive system according to claim 12, characterized in that a separate converter ( 160 a, 160 b) is provided for each subunit.

15. Drive system according to claim 14, characterized in that for control the converter has a facility for evaluating the frequencies of the signals in the control loop between the inverters is not.

16. Drive system according to claim 12, characterized in that a single Converter is provided and that sub-units with under different operating characteristics connected in parallel are.

17. Drive system according to claim 12, characterized records that a single converter is provided is and that the subunits on the power side in the engine are separated by a filter.

18. Drive system according to claim 14, characterized in that the converter so are trained that the subunits with differ Chen currents are operable.

19. Motor system consisting of at least two motors, each engine having a first engine part and a second Has motor part with a force interface with interact with each other and move relative to each other are, characterized in that the motors of are of the same design and can be operated in parallel are and that the first engine parts mechanically with are connected to each other and the second engine parts mecha nisch connected together or in one piece are trained.

20. Motor system according to claim 18, characterized records that the motors different Be have drive characteristics.

21. Motor system according to claim 18, characterized records that engines have the same operating characteristics have stika, but can be operated differently.

22. Motor system according to one of claims 19 to 21, characterized in that the motors Ro are station motors, the stators rigidly ver are bound and their rotors on a common shaft float.

23. Motor system according to one of claims 19 to 21, characterized in that the motors Li are near motors with a common secondary part, wherein the primary parts are rigidly connected to one another.