DE19846872B4

DE19846872B4 - Linear switched reluctance motor and method of operating a linear switched reluctance motor

Info

Publication number: DE19846872B4
Application number: DE1998146872
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr. Tüngler; Thomas Schuster
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2018-10-13
Also published as: DE19846872A1; DE19861223B4

Abstract

Linearer geschalteter Reluktanzmotor, umfassend
einen Stator, der mindestens einen Spulenkörper mit mehreren Leistungsspulen umfaßt und derart ausgebildet ist, daß eine im wesentlichen regelmäßige und lineare Folge von magnetisch ausgeprägten Polen entsteht,
ein Reaktionsteil, das entlang des Stators bewegbar ist und mindestens zwei magnetisch ausgeprägte Pole in Bewegungs-Richtung und/oder senkrecht zur Bewegungsrichtung aufweist,
wobei die in Bewegungsrichtung angeordnete Pole des Stators und/oder Reaktionsteils in Bewegungsrichtung in gleichmäßigem Abstand angeordnet sind,
Sensoren, die relativ zum Stator unveränderlich angebracht sind und derart ausgebildet sind, daß Steuersignale in Abhängigkeit von einer Position des Reaktionsteils relativ zum Spulenkörper und/oder den Leistungsspulen erzeugbar sind,
und eine Steuerungsschaltung mit Leistungsteil zum Versorgen jeder Leistungsspule mit einem Gleichstrom in Abhängigkeit von den Steuersignalen
und wobei Meßmittel vorgesehen und zum Bilden der Sensoren derart mit den Leistungsspulen verbunden sind, daß Spuleninduktivitäten der Leistungsspulen in Abhängigkeit von der Position des Reaktionsteils relativ zum Stator...Linear switched reluctance motor comprising
a stator comprising at least one coil bobbin with a plurality of power coils and adapted to form a substantially regular and linear series of magnetically salient poles,
a reaction part, which is movable along the stator and has at least two magnetically distinct poles in the direction of movement and / or perpendicular to the direction of movement,
wherein the poles of the stator and / or reaction part, which are arranged in the direction of movement, are arranged uniformly in the direction of movement,
Sensors which are fixedly mounted relative to the stator and are designed such that control signals can be generated as a function of a position of the reaction part relative to the bobbin and / or the power coils,
and a power part control circuit for supplying each power coil with a DC current in response to the control signals
and wherein measuring means are provided and connected to the power coils for forming the sensors such that coil inductances of the power coils in dependence on the position of the reaction part relative to the stator ...

Description

Die Erfindung betrifft einen linearen geschalteten Reluktanzmotor und ein Verfahren zum Betreiben eines linearen geschalteten Reluktanzmotors.The The invention relates to a linear switched reluctance motor and a method of operating a linear switched reluctance motor.

Rotatorische geschaltete Reluktanzmotoren sind lange bekannt. Bereits in der Siemens Zeitschrift, Ausgabe 1935, Seite 157 ff, wird ein elektronisches Antriebssystem beschrieben, das aus einem Elektromotor veränderlicher Reluktanz mit ausgeprägten Polen sowohl am Stator wie auch am Rotor besteht, deren Induktivität sich zyklisch mit der Bewegung des Rotors ändert, und mit einer Schalteinrichtung ausgestattet ist, die den Spulenstrom in Abhängigkeit von der Rotorposition ein- und ausschaltet.rotatory Switched reluctance motors have long been known. Already in the Siemens magazine, issue 1935, page 157 ff, becomes an electronic Drive system described, the variable from an electric motor Reluctance with pronounced Poland on both the stator and the rotor, whose inductance is cyclic with the movement of the rotor changes, and equipped with a switching device which controls the coil current dependent on from the rotor position on and off.

Aus dem MM Maschinenmarkt (Sonderdruck, Heft Nr. 15 vom 7.4.1997 und Heft Nr. 18, 28.4.1997) ist bekannt, daß ein Reluktanzmotor im Dauerbetrieb eine höhere Leistungsausbeute hat als ein Asynchronmotor. Dabei ist die Leistungsausbeute definiert als seine maximal abgegebene Leistung pro Volumen oder Gewichtseinheit.Out the MM machine market (reprint, issue no. 15 dated 7.4.1997 and Issue No. 18, 28.4.1997), it is known that a reluctance motor in continuous operation a higher one Power output has as an asynchronous motor. The power output is defined here as its maximum output per volume or unit of weight.

Aus der EP 0188257 A2 sind bei linearen geschalteten Reluktanzmotoren Motoren bekannt, bei denen der hauptsächliche Teil des Magnetflusses im Reaktionsteil in Bewegungsrichtung gerichtet ist. Dabei wird zumeist der Magnetfluß von einer ersten Leistungsspule über das Reaktionsteil und eine zweite Leistungsspule geschlossen. Diese beiden Leistungsspulen sind entweder benachbart oder es befinden sich zwischen den beiden Leistungsspulen weitere Leistungsspulen, durch die kein Magnetfluß hindurchfließt.From the EP 0188257 A2 In linear switched reluctance motors, motors are known in which the main part of the magnetic flux in the reaction part is directed in the direction of movement. In this case, the magnetic flux is usually closed by a first power coil via the reaction part and a second power coil. These two power coils are either adjacent or there are more power coils between the two power coils through which no magnetic flux passes.

Die Einleitung des Magnetflusses kann senkrecht zur Bewegungsrichtung des Reaktionsteiles entweder in Richtung der Stator-Reaktionsteil-Verbindungsrichtung oder senkrecht dazu durchgeführt werden. Diese Einleitung kann auch kraftkompensiert erfolgen, wie in der US 4970421 gezeigt wurde.The introduction of the magnetic flux can be performed perpendicular to the direction of movement of the reaction part either in the direction of the stator reaction part connecting direction or perpendicular thereto. This introduction can also be force compensated, as in the US 4970421 was shown.

Es sind auch Motoren bekannt, bei denen der hauptsächliche Teil des Magnetflusses im Reaktionsteil senkrecht zur Bewegungsrichtung gerichtet ist. ( DE 44 28 321 ). Diese Motoren unterscheiden sich im Ablauf der Schaltvorgänge oder Bestromung der Leistungsspulen von den oben genannten.There are also known engines in which the main part of the magnetic flux in the reaction part is directed perpendicular to the direction of movement. ( DE 44 28 321 ). These motors differ in the course of the switching operations or energization of the power coils of the above.

Die Pole des rotatorischen Reluktanzmotors, insbesondere des Rotors, wurden nicht nur als mechanisch ausgeprägt beschrieben, sondern beispielsweise in der DE 39 05 997 A1 auch als nur magnetisch ausgeprägt. Dabei können die sonst üblichen Auslassungen mit nicht oder schlecht magnetisierbaren Stoffen ausgefüllt werden, beispielsweise Aluminium oder Kunststoff.The poles of the rotary reluctance motor, in particular of the rotor, have not only been described as mechanically pronounced but, for example, in US Pat DE 39 05 997 A1 also as only magnetic. The usual omissions can be filled with not or poorly magnetizable substances, such as aluminum or plastic.

Allen Reluktanzmotoren gemeinsam ist jedoch, daß die Induktivität bei Eintritt eines Poles des Reaktionsteils in den empfindlichen Bereich der Leistungsspule von einem gewissen Anfangswert auf einen gewissen Maximalwert ansteigt und beim Austritt wieder abfällt. In der DE 43 11 664 A1 wird dazu ein aus linearen oder konstanten Stücken zusammengesetzter Verlauf der Induktivität angenommen. Strenggenommen ist dies eine Idealisierung. In der US 4970421 ist hingegen auch der Verlauf der Randfelder angedeutet. Diese bewirken ein Verrunden des Verlaufes der Induktivität.Common to all reluctance motors, however, is that when one pole of the reaction section enters the sensitive area of the power coil, the inductance rises from a certain initial value to a certain maximum value and drops again at the exit. In the DE 43 11 664 A1 For this purpose, a course of the inductance composed of linear or constant pieces is assumed. Strictly speaking, this is an idealization. In the US 4970421 however, the course of the fringe fields is also indicated. These cause a rounding of the course of the inductance.

Beim Reluktanzmotor ist ein allgemein bekanntes Problem die Geräuschentwicklung. Schon die oben aufgeführte Schrift (Siemens Zeitschrift, Ausgabe 1935, Seite 157 ff) erwähnt dieses Problem. Diese Schwingungen, die Fertigungstoleranzen und die Verdrückungen durch Magnetostriktion und Kompressionen bewirken weitere Veränderungen des Verlaufes der Induktivität.At the Reluctance motor is a well-known problem of noise. Already the above listed Scripture (Siemens Journal, Issue 1935, page 157 ff) mentions this Problem. These vibrations, the manufacturing tolerances and the displacements Magnetostriction and compression cause further changes the course of the inductance.

Beim geschalteten Reluktanzmotor wird jeweils eine Leistungsspule ungefähr dann eingeschaltet, wenn der Pol des Reaktionsteils vor dem Pol der Leistungsspule steht. Für das genaue Bestimmen dieses Einschaltpunktes gibt es verschiedene Lösungen. Allgemein bekannt ist, einen Drehwinkelsensor, beispielsweise einen Inkrementalgeber oder einen Resolver, zu verwenden, der den Drehwinkel bestimmt ( EP 0577843 B1 , DE 4031816A1 ).In the switched reluctance motor, one power coil is turned on approximately when the pole of the reaction part is in front of the pole of the power coil. For the exact determination of this switch-on point, there are different solutions. It is generally known to use a rotation angle sensor, for example an incremental encoder or a resolver, which determines the angle of rotation ( EP 0577843 B1 . DE 4031816A1 ).

Ebenso können beispielsweise Lichtschranken verwendet werden ( DE 41 02 263 A1 ), die allerdings montiert werden müssen und außer Störanfälligkeit den Nachteil erhöhter Kosten haben.Similarly, for example, photoelectric sensors can be used ( DE 41 02 263 A1 ), which, however, have to be mounted and have the disadvantage of increased costs except susceptibility to failure.

Es sind verschieden Formen von Reaktionsteilen bekannt. Der wichtigste Unterschied besteht in der Länge des Reaktionsteiles. In der EP 0188257A2 wird ein Reaktionsteil gezeigt, das eine endliche Länge hat. Bei dieser Ausprägungsform führt die Bestromung aller Leistungsspulen des Stators zu großen Verlusten an Energie und gegebenenfalls zu EMV-Problemen.There are various forms of reaction parts known. The most important difference is the length of the reaction part. In the EP 0188257A2 a reaction part is shown which has a finite length. In this embodiment, the energization of all power coils of the stator leads to large losses of energy and possibly to EMC problems.

Ebenfalls ist ein rund geschlossenes Reaktionsteil aus der DE 4033913 A1 bekannt. Hierbei führt die Bestromung aller Leistungsspulen des Stators zu einer Erhöhung der Vorschubskräfte, wenn sie in der richtigen Abfolge erfolgt.Also, a round closed reaction part of the DE 4033913 A1 known. In this case, the energization of all power coils of the stator leads to an increase in the feed forces, if they take place in the correct sequence.

Aus der DE 295 02 620 U1 ist ein Linearmotor bekannt, bei dem die Leistungsspulen elektronisch kommutiert werden. Aus der EP 0188257 A2 ist ein Linearmotor bekannt, bei dem die Pole einzeln steuerbar sind.From the DE 295 02 620 U1 a linear motor is known in which the power coils are commutated electronically. From the EP 0188257 A2 a linear motor is known in which the poles are individually controllable.

Das grundsätzliche Prinzip der Bestromung der Leistungsspulen beim linearen geschalteten Reluktanzmotor ist das gleiche wie beim rotatorischen. Wenn das Reaktionsteil aber eine endliche Länge hat, genügt es, die Leistungsspulen im Raumbereich um das Reaktionsteil herum zu bestromen. Eine dauerhafte Bestromung der Leistungsspulen hätte einen großen Energieverbrauch zur Folge.The fundamental Principle of energizing the power coils in linear switched Reluctance motor is the same as the rotary. If that Reaction part but has a finite length, it is sufficient, the Power coils in the space to energize around the reaction part around. A permanent energization of the power coils would have a large energy consumption result.

Die Bestromung der Leistungsspulen erfolgt durch Anschluß an eine Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle. Dabei kann man eine Stromquelle auch als Spannungsquelle verstehen unter geeigneter Wahl der Definition des Innenwiderstandes. Im weiteren Verlauf wird der Begriff Spannungsquelle verwendet.The Energization of the power coils is done by connecting to a DC or DC voltage source. You can also use a power source as a voltage source under a suitable choice of definition of internal resistance. In the further course the term voltage source is used.

Unter einer Gleichspannungsquelle wird eine eine oder mehrere Gleichspannungen umfassende Spannungsquelle verstanden, wobei die erzeugten Gleichspannungen entweder konstant sind, wie von einer Batterie her bekannt, oder eine Restwelligkeit aufweisen, wie von einem einen Wechselstrom gleichrichtenden Gleichrichter mit oder ohne Glättungskondensator her bekannt, oder pulsierend sind, wie beispielsweise von einem einen einphasigen Wechselstrom gleichrichtenden Gleichrichter, der nur einer Diode umfaßt, her bekannt.Under a DC voltage source becomes one or more DC voltages understood comprehensive voltage source, the generated DC voltages are either constant, as known from a battery, or have a residual ripple, such as from an AC rectifying Rectifier with or without smoothing capacitor her known, or are pulsating, such as from a a single-phase AC rectifying rectifier, the includes only one diode, known here.

Zur Feststellung der Position des Reaktionsteiles des Linearmotors sind beim zitierten Stand der Technik Sensoren nötig. Diese Sensoren können wie beim rotatorischen Motor einerseits die oben zitierten Aufgaben haben, andererseits müssen sie den Anfang oder das Ende eines endlichen Reaktionsteiles detektieren.to Determining the position of the reaction part of the linear motor are in the cited prior art sensors needed. These sensors can be like the on the one hand have the tasks cited above, on the other hand they detect the beginning or the end of a finite reaction part.

Wenn das Reaktionsteil mit seinem Anfang sich der Spule nähert, muß die Spule bestromt werden. Dieser 'Randeffekt' ist ein prinzipieller Unterschied zu rotatorischen geschalteten Reluktanzmotoren, bei denen alle Spulen periodisch betrieben werden. Diejenigen Leistungsspulen, die im Raumbereich des Reaktionsteiles sich befinden, können mit ähnlichen Abfolgen von Schaltzyklen betrieben werden wie rotatorische geschaltete Reluktanzmotoren. Dies soll im Folgenden als Arbeitsverhalten bezeichnet werden.If the reaction part with its beginning approaches the coil, the coil must be energized. This 'edge effect' is a matter of principle Difference to rotary switched reluctance motors, at all coils are operated periodically. Those power coils, which are located in the spatial area of the reaction part, can with similar Sequences of switching cycles are operated as rotary switched Reluctance motors. This is referred to below as work behavior become.

Die Leistungsspulen außerhalb des Raumbereiches befinden sich im Ruheverhalten. Dabei nehmen diese nur eine Sensorfunktion ein.The Power coils outside of the room area are in rest behavior. They take this only one sensor function.

Sensoren, wie beispielsweise Lichtschranken, sind teuer, störanfällig, müssen montiert und justiert werden.sensors such as photocells, are expensive, prone to failure, must be mounted and adjusted.

Aus der DE 295 02 620 U1 ist ein aus jeweils zwei zusammengehörenden Polpaaren aufgebauter, geschalteter Reluktanz-Linearmotor bekannt, wobei die Polpaare einen größeren Abstand zueinander aufweisen als die Pole des jeweiligen Polpaares selbst zueinander. Nachteilig ist bei der DE 295 02 620 U1 , dass zum vorgesehenen Betrieb mindestens drei, den Polpaaren zugeordnete Spulenpaare notwendig sind und in aufwendiger und komplexer Weise betrieben werden müssen.From the DE 295 02 620 U1 a switched reluctance linear motor constructed from two respective pole pairs is known, wherein the pole pairs have a greater distance from each other than the poles of the respective pole pair themselves to each other. The disadvantage is in the DE 295 02 620 U1 in that at least three coil pairs assigned to the pole pairs are necessary for the intended operation and must be operated in a complex and complex manner.

Aus der Offenlegungsschrift DE 28 06 601 A1 ist ein Synchron-Linearmotor bekannt, bei dem wiederum ein Zusammenwirken mehrerer Spulen notwendig ist und Hallsensoren als separate Geber zur Steuerung des An- oder Abschaltens von Teilabschnitten der Strecke verwenden, wobei auf diese Weise Energie einsparbar ist. Nachteilig ist jedoch, dass die Hallsensoren nicht nur aufwendig sind sondern einer Vielzahl von Spulen jeweils nur ein einziger Hallsensor zugeordnet ist. Ein gezieltes Zusammenwirken eines Hallsensors mit einer jeweiligen einzelnen Spule des Teilabschnittes ist daher nicht ermöglicht.From the publication DE 28 06 601 A1 a synchronous linear motor is known, in turn, the interaction of multiple coils is necessary and use Hall sensors as a separate encoder for controlling the switching on or off of sections of the route, in which way energy is saved. The disadvantage, however, is that the Hall sensors are not only expensive but a plurality of coils each associated with only a single Hall sensor. A targeted interaction of a Hall sensor with a respective individual coil of the subsection is therefore not possible.

Aus der US 5 644 176 A ist ein Linearmotor bekannt, der mit Gleichstrom betreibbar ist. Jedem Pol ist ein Hall-Sensor zur Detektion des entsprechenden Magnetfeldes zugeordnet. Die Hall-Sensoren werden dabei aktiviert durch Detektionsmagnete. Nachteilig ist dabei, dass die Herstellung und Montage der Hall-Sensoren einerseits und der Detektionsmagnete andererseits aufwendig und kostspielig ist. Darüber hinaus stellen Hall-Sensoren und Detektionsmagnete empfindliche Bauelemente dar, die durch verschiedene Einflüsse gestört oder sogar zerstört werden können, wie beispielsweise hohe Betriebstemperaturen oder Verschmutzung, insbesondere magnetisierbare Verschmutzung.From the US Pat. No. 5,644,176 A a linear motor is known which is operable with direct current. Each pole is assigned a Hall sensor for detecting the corresponding magnetic field. The Hall sensors are activated by detection magnets. The disadvantage here is that the production and assembly of the Hall sensors on the one hand and the detection magnet on the other hand is expensive and expensive. In addition, Hall sensors and detection magnets are sensitive components that can be disturbed or even destroyed by various influences, such as high operating temperatures or contamination, in particular magnetizable contamination.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem linearen geschalteten Reluktanzmotor eine erhöhte Betriebssicherheit in einfacher und kostengünstiger Weise zu erreichen.Of the Invention is based on the object in a linear switched Reluctance motor increased To achieve operational reliability in a simple and cost-effective manner.

Die Aufgabe wird gelöst durch den linearen geschalteten Reluktanzmotor mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch das Verfahren nach den Merkmalen des Anspruches 13.The Task is solved by the linear switched reluctance motor with the features Claim 1 and by the method according to the features of the claim 13th

Der Vorteil des erfindungsgemäßen linearen geschalteten Reluktanzmotors mit Sensoren liegt darin, daß die Leistungsspulen als Sensoren verwendet werden. Die Leistungsspulen sind ohnehin bei derartigen Motoren immer vorhanden. Da sie als Sensoren verwendet werden entfällt jeder Justier- oder Fertigungsaufwand, der nötig wäre, Sensoren, wie beispielsweise Lichtschranken, relativ zu den Leistungsspulen zu justieren oder montieren.Of the Advantage of the invention linear switched Reluctance motor with sensors is that the power coils as sensors be used. The power coils are anyway with such Engines always available. Since they are used as sensors, any adjustment or manufacturing costs, necessary would be, sensors, such as photocells, relative to the power coils to adjust or assemble.

Bei einer Ausführungsform sind die sich im Ruheverhalten befindenden Leistungsspulen nicht gänzlich unbestromt, sondern die für die Sensorfunktion notwendigen Strom- oder Spannungsverläufe in die Leistungsspulen werden eingeprägt. Vorteilhaft ist dabei, daß die Stärke dieser Strom- oder Spannungsverläufe so gering ist, daß dadurch nur unwesentliche Vorschubskräfte entstehen.In one embodiment, the are in the Resting behavior located power coils are not entirely energized, but the necessary for the sensor function current or voltage waveforms in the power coils are impressed. It is advantageous that the strength of these current or voltage waveforms is so low that thereby only insignificant feed forces.

Nach Detektion des Anfangs des Reaktionsteils bzw. des Eintreffens des ersten Pols wird das Ruheverhalten beendet und das Arbeitsverhalten begonnen. Die Leistungsspule arbeitet dann nicht mehr nur als Sensor, sondern wird so bestromt, daß wesentliche Vorschubskräfte entstehen. Im wesentlichen wird die Leistungsspule im Arbeitsverhalten dann bestromt, wenn ein Pol sich im Bereich der Leistungsspule befindet. Der genaue Ablauf der Schaltvorgänge und des Stromverlaufs hängt von der Art des Motors ab.To Detection of the beginning of the reaction part or the arrival of the first Pols the sleep behavior is terminated and the work behavior began. The power coil then no longer works only as a sensor, but is so energized that essential feed forces arise. In essence, the power coil will become operational energized when a pole is in the range of the power coil. The exact sequence of switching operations and the current flow depends on the type of engine.

Der empfindliche Bereich um die Leistungsspule herum, hängt von der Empfindlichkeit der Elektronik entscheidend ab. Bei sehr empfindlicher Elektronik ist es möglich, das Eintreffen des Reaktionsteiles früher zu detektieren. In diesem Fall ist dann der empfindliche Raumbereich größer als bei unempfindlicherer Elektronik. Bei Auswahl der Empfindlichkeit der Elektronik ist auch der Verschmutzungsgrad der Umgebung zu berücksichtigen, da bei hoher Empfindlichkeit auch öfter Fehlsignale auftreffen können.Of the sensitive area around the power coil, depends on the sensitivity of the electronics crucial. At very sensitive Electronics it is possible to detect the arrival of the reaction part earlier. In this Case is then the sensitive space area larger than less sensitive Electronics. When selecting the sensitivity of the electronics is too to take into account the pollution level of the environment, given high sensitivity more often False signals can strike.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Steuerungsschaltung mit Leistungsteil in einen zentralen Teil, der die Gleichspannung zur Verfügung stellt und dezentrale Teile, die jeweils einer Leistungsspule zugeordnet sind, aufgeteilt. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß bei gleichartiger Ausführung dieser dezentralen Module sich die Vereinfachungen wie Kosteneinsparungen durch Massenproduktion, einfache Installation und Verdrahtung ergeben. Vorzugsweise sind für die Verdrahtung spezielle Stecker und Kabel zu fertigen und die Montage zu automatisieren.at a further embodiment the control circuit with power unit is in a central Part that provides the DC voltage and decentralized Parts, each associated with a power coil, divided. It is particularly advantageous that with similar type of this decentralized modules, the simplifications such as cost savings resulting from mass production, easy installation and wiring. Preferably are for the wiring to manufacture special plugs and cables and the Automate assembly.

Dabei enthalten die dezentralen Teile die Meßmittel für Strom und Spannung, die Auswerteelektronik zur Bestimmung der Induktivität oder einer ihr verwandten Größe. Außerdem ist mindestens ein Schalter zum Zu- und Abschalten des Stromes der Leistungsspule vorhanden, wobei dieser Schalter angesteuert wird von einer einen Komparator enthaltenden Elektronik, die den bestimmten Meßwert vergleicht mit einem vorgegeben Schwellwert.there Contain the decentralized parts of the measuring means for current and voltage, the transmitter for determining the inductance or a related size. Besides that is at least one switch for connecting and disconnecting the current of the power coil present, this switch is driven by a one Comparator containing electronics that compares the particular measured value with a predetermined threshold.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Ansteuerung getaktet durchgeführt, insbesondere mit einem Pulsweitenmoduations-Verfahren. Überlagert zu diesen Pulsweiten-modulierten Strom- und Spannungsverläufen werden die für die Sensorfunktion notwendigen Strom- und Spannungverläufe. Besonders vorteilhaft ist dabei die Steuerbarkeit der Größe der Spannungat a further embodiment the control is performed clocked, in particular with a Pulsweitenmoduations method. overlapped become these pulse width modulated current and voltage curves the for the sensor function necessary current and voltage curves. Especially advantageous is the controllability of the size of the voltage

Bei einer Ausführungsform wird die Induktivität kontinuierlich erfaßt. Vorteilhaft ist dabei, daß dann ständig ein Meßwert zur Verfügung steht im Gegensatz zu den zeitdiskreten Meßverfahren.at an embodiment becomes the inductance continuously detected. It is advantageous that then constantly a measured value to disposal stands in contrast to the discrete-time measurement methods.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine hohe Frequenz in die Leistungsspule eingeprägt. Vorzugsweise ist die Spuleninduktivität dabei Teil eines Oszillators. Von Vorteil ist die einfache Bestimmung der Induktivität mittels Bestimmung der Phasenverschiebung. Alternativ können aber auch andere, dem Fachmann bekannte Meßverfahren zur Bestimmung der Induktivität der Leistungsspule können angewendet werden.at a further embodiment a high frequency is impressed in the power coil. Preferably is the coil inductance while part of an oscillator. An advantage is the simple determination the inductance by determining the phase shift. Alternatively, though also other, known in the art measuring method for determining the inductance the power coil can be applied.

Bei einer weiteren Ausführungsform werden diskrete Meßverfahren eingesetzt. Von Vorteil ist dabei die Einfachheit der verwendeten Elektronik und des Meßverfahrens. Dabei wird für einen kurzen Zeitabschnitt die Gleichspannung an die Spule angelegt, bzw. abgeschaltet, je nach Zustand vor Beginn der Messung. Für diesen kurzen Zeitabschnitt wird von der erfindungsgemäßen Elektronik ein Mittelwert, ein Spitzenwert, ein Wert für eine zeitdiskrete Ableitung oder ein tiefpaßgefilterter Wert von Spannung oder Strom bestimmt.at a further embodiment become discrete measuring methods used. The advantage here is the simplicity of the used Electronics and the measuring method. It is for a short period of time the DC voltage applied to the coil, or switched off, depending on the state before starting the measurement. For this short period of time is an average of the electronics of the invention, a peak, a value for a time discrete derivative or a lowpass filtered value of voltage or current determined.

Die Erfindung betrifft auch ein Arbeitsverhalten, bei dem die Leistungsspulen dauerhaft oder nur zeitweise eine Sensorfunktion haben können.The The invention also relates to a working behavior in which the power coils permanently or only temporarily can have a sensor function.

Besonders vorteilhaft ist es, direkt die Änderung der Induktivität der Leitungsspule zu bestimmen. Daraus läßt sich auch die Induktivität bestimmen. Bei hohen Geschwindigkeiten des Reaktionsteiles muß die Elektronik das Umschalten von Ruheverhalten ins Arbeitsverhalten jedoch schnell bewirken. In diesem Fall sind nach der Zeit differenzierte Größen vorteilhafter.Especially It is advantageous to change directly the inductance to determine the line coil. From this it is also possible to determine the inductance. At high speeds of the reaction part, the electronics must However, the switching from rest behavior to work quickly cause. In this case, differentiated sizes are more advantageous over time.

Zur Kompensation von Temperatureffekten, wie beispielsweise der Erwärmung des Spulenkörpers und damit einhergehender Änderung der Permeabilität des Spulenkörpers ist es vorteilhaft in einer erfindungsgemäßen Weiterbildung, eine weitere Spule in den Spulenkörper einzubringen, deren Magnetfeldlinien im wesentlichen im Spulenkörper verlaufen und nicht in das Reaktionsteil übertreten.to Compensation of temperature effects, such as the heating of the bobbin and accompanying change the permeability of the bobbin it is advantageous in a development according to the invention, another coil in the bobbin bring in whose magnetic field lines extend substantially in the bobbin and not into the reaction part.

Vorteilhaft ist es, die relative Induktivitätsänderung zu bestimmen, da dieser Wert somit temperaturunabhängig ist. In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung kann diese Bestimmung in einer Wheatstonebrückenschaltung erfolgen, wobei die beiden Leistungsspulen in Reihe geschaltet werden und die Mittenspannung mit der Mittenspannung einer Reihenschaltung aus zwei ohmschen Widerständen verglichen wird.It is advantageous to determine the relative inductance change, since this value is thus temperature-independent. In a further development of the invention, this determination can be carried out in a Wheatstone bridge circuit, wherein the two power coils are connected in series and ver the center voltage with the center voltage of a series circuit of two ohmic resistors will be the same.

Bei einer weiteren Ausführungsform werden die Strom- und Spannungverläufe so gewählt, daß nach Steuer- und Regelverfahren geregelt wird, die unter der Annahme der wegproportionalen Zu- oder Abnahme der Induktivität berechnet und entwickelt wurden und eine möglichst gleichmäßige Vorschubskraft ermöglicht. Von Vorteil ist dabei die ruhige Bewegung des Reaktionsteils.at a further embodiment the current and voltage curves are chosen so that after control and regulation which, assuming the path-proportional increase or decrease in the inductance calculated and developed and the most uniform feed force possible allows. The advantage here is the quiet movement of the reaction part.

In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung besitzt der Spulenkörper des Reaktionsteiles einen geblechten lamellenartigen Aufbau. Von Vorteil ist die Verminderung der Wirbelstromverluste. Das Gleiche gilt für den Spulenkörper des Stators.In a development of the invention has the bobbin of the reaction part of a laminated lamellar construction. From Advantage is the reduction of eddy current losses. The same goes for for the bobbins of the stator.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist ein einfacher Aufbau des Spulenkörpers aus Teilstücken, die derart ausgebildet sind, daß die Leistungsspulen aufsteckbar sind.A advantageous development is a simple construction of the bobbin Sections, which are formed such that the Power coils are plugged.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Pole des Reaktionsteiles und des Stators gebildet aus vielen kleinen Erhebungen und Tälern, also wiederum aus kleinen Polen. Diese geometrische Ausführung hat zur Folge, daß die Induktivität als Funktion der Position stufenförmig anwächst oder abfällt. Dadurch ist eine genauere diskrete Positionierung möglich.In an advantageous embodiment, the poles of the reaction part and the stator formed of many small elevations and valleys, so again from small Poland. This geometric design has with the result that the inductance gradually increases or decreases as a function of position. Thereby a more precise discrete positioning is possible.

Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Wirkungsweise der Erfindung näher erklärt werden.Based of exemplary embodiments the operation of the invention will be explained in more detail.

1 zeigt eine aufsteckbare Leistungsspule und ein relativ dazu, bewegbares Reaktionsteil. 1 shows an attachable power coil and a relatively movable reaction part.

2 zeigt einen zugehörigen Induktivitätsverlauf mit zugehörigem idealisiertem Stromverlauf. 2 shows an associated Induktivitätsverlauf with associated idealized current waveform.

3 zeigt eine Prinzipschaltung für eine dezentrale angeordnetes Schatlungsteil für die jeweilige Leistungsspule. 3 shows a schematic circuit for a decentralized arranged Schatlungsteil for each power coil.

3.1 zeigt eine Prinzipschaltung mit zusätzlichem Shuntwiderstand. 3.1 shows a schematic circuit with additional shunt resistor.

4 zeigt idealisierte Strom- und Spannungsverläufe. 4 shows idealized current and voltage curves.

5 zeigt einen idealisierte Induktivitätsverlauf und zugehörigen idealisierten Stromverlauf bei Betreiben der Leistungsspule als Sensor. 5 shows an idealized Induktivitätsverlauf and associated idealized current profile when operating the power coil as a sensor.

6 zeigt ein Schema eines Linearmotors, bei dem die Hauptkomponente der Kraft ,nach unten', also vom Reaktionsteil zum Primär-Teil gerichtet ist und die Magnetfeldlinien im Reaktionsteil im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufen. 6 shows a diagram of a linear motor in which the main component of the force 'down', that is directed from the reaction part to the primary part and the magnetic field lines in the reaction part substantially perpendicular to the direction of movement.

7 zeigt ein Schema eines anderen Linearmotors, bei dem die Hauptkomponente der Kraft ,nach unten', also vom Reaktionsteil zum Primär-Teil gerichtet ist und die Magnetfeldlinien im Reaktionsteil im Wesentlichen in Bewegungsrichtung verlaufen. 7 shows a diagram of another linear motor, in which the main component of the force 'down', that is directed from the reaction part to the primary part and the magnetic field lines in the reaction part substantially in the direction of movement.

8 zeigt den konstruktiven Aufbau eines anderen Linearmotors mit induktiven Sensoren, die mit einem Geberlineal zusammenwirken. 8th shows the structural design of another linear motor with inductive sensors, which interact with a donor ruler.

9 zeigt einen Schnitt durch den Linearmotor. 9 shows a section through the linear motor.

10 zeigt ein Schema eines kraftkompensierten Linearmotors. 10 shows a diagram of a force-compensated linear motor.

11 zeigt als Schnittschema das Wirkprinzip des kraftkompensierten Linearmotors nach 10. 11 shows a sectional diagram of the operating principle of the force-compensated linear motor 10 ,

12 zeigt als Schnittschema das Wirkprinzip eines anderen kraftkompensierten Linearmotors. 12 shows a sectional diagram of the operating principle of another force-compensated linear motor.

13 zeigt als Schnittschema das Wirkprinzip eines wiederum anderen kraftkompensierten Linearmotors. 13 shows a sectional diagram of the operating principle of another force-compensated linear motor.

In der 1 ist eine Leistungsspule 1 gezeigt, die auf einen Polschuh aufsteckbar ist. Ein Reaktionsteil 2 tritt in den empfindlichen Bereich der Leistungsspule ein und bewegt sich mit einer Eintrittsgeschwindigkeit weiter in Pfeilrichtung nach rechts. Die Induktivität nimmt zu, da der Polschuh magnetisch ausgeprägt ist, d.h. aus magnetisierbarem hervorstehendem Material ist. In der 2 ist der zu erwartende Induktivitätsverlauf und ein beispielhafter, zu erzeugender Stromverlauf gezeigt.In the 1 is a power coil 1 shown, which is attachable to a pole piece. A reaction part 2 enters the sensitive area of the power coil and moves at an entrance speed further in the direction of the arrow to the right. The inductance increases because the pole piece is magnetically pronounced, that is to say made of magnetizable protruding material. In the 2 is the expected Induktivitätsverlauf and an exemplary, to be generated current waveform shown.

Dabei und in der folgenden Beschreibung ist, wenn nicht anders erwähnt, eine im wesentlichen gleichförmige Bewegung des Reaktionsteiles zugrunde gelegt. D.h., daß der Weg x mit der Zeit t nur über einen Proportionalitätsfaktor zusammenhängt.there and in the following description, unless otherwise stated, one essentially uniform Movement of the reaction part based. That is, the way x over time t just over a proportionality factor related.

Der Sensor erfaßt zusammen mit seiner Auswerteschaltung die Induktivität der Leistungsspule 1 und schaltet ab dem Überschreiten des Wertes L_krit den Strom zu. Der genaue Verlauf der Spannung ist von der Steuerungsschaltung mit Leistungsteil bestimmt. Im einfachsten Fall wird für eine gewisse Zeit eine positive Spannung an die Spule angelegt und dann für eine gewisse Zeit eine negative Spannung. Der positive und negative Wert kann mittels einer PWM-Modulation erzeugt werden. In der 2 ist beim Stromverlauf der zusätzlich eingespeiste Strom, der für die Sensorfunktion benötigt wird, nicht dargestellt.The sensor detects together with its evaluation circuit, the inductance of the power coil 1 and switches on the current from exceeding the value L _crit . The exact course of the voltage is determined by the control circuit with power unit. In the simplest case, a positive voltage is applied to the coil for a certain time and then for a certain time a negative voltage. The positive and negative values can be generated by means of a PWM modulation. In the 2 is in the course of the additional current fed, which is needed for the sensor function, not shown.

Die in diesem Beispiel verwendeten Zeitabstände bestimmen die Maximalgeschwindigkeit des Reaktionsteiles ebenso wie auch die Höhe der Spannungen und die Spulenauslegung.The Time intervals used in this example determine the maximum speed the reaction part as well as the height of the voltages and the coil design.

Die Induktivitätsmessung kann mittels der dem Fachmann bekannten Methoden unter Benutzung von Wechselspannungen durchgeführt werden.The inductance can by using the methods known in the art using performed by alternating voltages become.

Ebenso ist es möglich, die Leistungsspule für einen sehr kurzen Zeitabschnitt mit regelmäßiger Wiederholung an die Gleichspannungsquelle U_Z zu legen und dabei den Strom oder die Stromänderung zu erfassen. Diese ist ein Maß für die Induktivität der Spule.It is also possible to apply the power coil for a very short period of time with regular repetition to the DC voltage source U _Z and thereby detect the current or the current change. This is a measure of the inductance of the coil.

In der 2 ist ein idealisierter Stromverlauf für das erste Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Steuerungsschaltung mit Leistungsteil kann dabei beispielsweise als System mit Stromregelung ausgestattet sein. Die Stromregelung muß trotz der sich ändernden Induktivität möglichst den gewünschten Stromverlauf liefern.In the 2 an idealized current waveform for the first embodiment is shown. The control circuit with power unit can be equipped, for example, as a system with current control. The current control must deliver the desired current profile as possible, despite the changing inductance.

Da der in 2 gezeigte Induktivitätsverlauf mehrere Stellen hat, bei denen die Ableitung der Induktivität Unstetigkeiten hat, ist es verständlich, daß ein Stromregler an diesen Stellen besonders gefordert ist. Vor Eintreten des Reaktionsteiles 2 in den empfindlichen Bereich der Leistungsspule 1 (x₁) soll der Stromregler einen verschwindenden Strom regeln. Danach soll der Strom auf den Wert I₁ gebracht werden. Wenn das Reaktionsteil 2 den Eintrittvorgang abgeschlossen hat (x₂), soll der Strom auf den ständig mit der Zunahme von x fallenden Wert I geregelt werden usw.Since the in 2 As shown inductance course has several places where the derivative of the inductance has discontinuities, it is understandable that a current regulator is particularly required at these locations. Before entering the reaction part 2 in the sensitive area of the power coil 1 (x ₁ ), the current controller should regulate a vanishing current. Thereafter, the current should be brought to the value I ₁ . When the reaction part 2 has completed the entry process (x ₂ ), the current is to be regulated to the value I constantly falling with the increase of x, etc.

Wenn die Regelparameter weich eingestellt sind, ist ein signifikantes Überschwingen des Stromes an den Positionen x₁, x₂, x₃, x₄ unvermeidlich. Aus diesem Überschwingen kann ein Signal abgeleitet werden, das zur Bestimmung der jeweiligen Position x₁, x₂, x₃, x₄ und damit zum Ein- oder Ausschalten von Spannungen verwendet werden kann.If the control parameters are set soft, a significant overshoot of the current at the positions x ₁ , x ₂ , x ₃ , x _{4 is} unavoidable. From this overshoot, a signal can be derived which can be used to determine the respective position x ₁ , x ₂ , x ₃ , x ₄ and thus to switch on or off voltages.

Dieses Verfahren der Regelung genügt bei dem ersten Ausführungsbeispiel, um das Ein- und Ausschalten zu bestimmen; es ist daher unabhängig von der Zeit oder Geschwindigkeit. Je nach Last und je nach Gleichspannungsquelle U_Z stellt sich eine Geschwindigkeit ein.This method of regulation is sufficient in the first embodiment to determine the turning on and off; It is therefore independent of time or speed. Depending on the load and depending on the DC voltage source U _Z sets a speed.

Bei dieser ersten Ausführungsform genügt für jede Leistungsspule jeweils eine dezentrale elektronische Schaltung, die eine Stromwerterfassung des Stromes der Leistungsspule beinhaltet und der der Wert der Gleichspannungsquelle U_Z zur Bestimmung der Induktivtät zugeführt wird. Außerdem hat diese dezentrale elektronische Schaltung zur Aufgabe, mittels einer Komparatorschaltung den bestimmten Wert der Induktivität der Leistungsspule mit kritischen Werten zu vergleichen, den oder die elektronischen Schalter anzusteuern und demgemäß eine Spannung an die Leistungsspule anzulegen. Der zentrale Teil der Steuerungsschaltung mit Leistungsteil muß dabei nur die Gleichspannungsquelle U_Z bereitstellen.In this first embodiment, a decentralized electronic circuit which contains a current value detection of the current of the power coil and to which the value of the DC voltage source U _Z for determining the inductance is supplied is sufficient for each power coil. In addition, this decentralized electronic circuit has the task by means of a comparator circuit to compare the specific value of the inductance of the power coil with critical values, to control the electronic switch or switches and accordingly to apply a voltage to the power coil. The central part of the control circuit with power unit must provide only the DC voltage source U _Z.

In einer vorteilhaften Weiterbildung können die dezentralen elektronischen Schaltungen vom zentralen Teil der Steuerungsschaltung mit Leistungsteil Strom- und Spannungswerte vorgegeben bekommen und Werte, wie beispielsweise die Position des Reaktionsteiles zurückmelden.In an advantageous development, the decentralized electronic Circuits from the central part of the control circuit with power unit Current and voltage values are given and values, such as to confirm the position of the reaction part.

In der 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform Prinzipschaltung gezeigt, mit der ein erfindungsgemäßes dezentral angeordnetes Schaltungsteil realisiert wird. Vom zentralen Teil der Steuerungsschaltung mit Leistungsteil wird die Gleichspannung U_Z geliefert. Diese Gleichspannungsquelle kann entweder zwei Potentiale besitzen, also beispielsweise eine Batterie sein, oder drei Potentiale umfassen, beispielsweise U_Z/2,0 V, –U_Z/2.In the 3 a preferred embodiment is shown principle circuit, with which a decentralized circuit part according to the invention is realized. From the central part of the control circuit with power unit, the DC voltage U _{Z is} delivered. This DC voltage source can either have two potentials, so for example be a battery, or three potentials include, for example, U _Z / 2.0 V, -U _Z / 2.

Einer Leistungsspule 21 sind die Freilaufdioden 19 und 20 zugeordnet. Zur Bestromung werden die elektronischen Schalter, beispielsweise IGBT's, geschlossen. Bei Bestromung fällt am Shuntwiderstand 18 eine Spannung ab. Block 10 ist ein Differenzierer. Er kann aber auch durch einen Spitzenwertfilter, Tiefpaß oder einen Mittelwertfilter realisiert sein. Seine Ausgangsspannung ist dann ein Maß für den Strom oder die Stromänderung des Erregerstroms. Diese Ausgangsspannung wird von den Komparatoren 12 und 13 mit den Spannungen, die aus den beiden Spannungsteilern 14, 16 und 15, 17 erhalten werden verglichen. Dadurch werden eine untere und eine obere Schaltschwelle realisiert. Der Block 11 beinhaltet einen Pulsgenerator und eine Logikschaltung. Für den Fall, daß die Induktivität kleiner ist als die untere Schwelle werden im Takt des Pulsgenerators die Schalter 22 und 23 geschlossen. Der Pulsgenerator erzeugt für kurze Zeitabschnitte ein Durchschalten gefolgt von einer längeren Pause. Während dieser kurzen Zeitabschnitte wird die Spannung am Shuntwiderstand 18 gemessen. Bei jedem Puls baut sich ein Strom auf, dessen Spitzenwert, Mittelwert oder zeitliche Ableitung der Induktivität der Leistungsspule näherungsweise proportional ist. Dieser Wert wird dann den Komparatoren 12 und 13 zugeführt. Bewegt sich das Reaktionsteil in den empfindlichen Bereich der Leistungsspule hinein, erhöht sich die Induktivität. Während der kurzen Zeitabschnitte erniedrigt sich dann der Mittelwert, Spitzenwert und der Wert der Ableitung, so daß eine Schwelle überschritten werden kann. Dabei schaltet der Block 11 die Schalter 22 und 23 durch, so daß die Leistungsspule 21 weitgehend bestromt wird. Während der vom Pulsgenerator erzeugten kurzen Zeitabschnitte werden aber dennoch die Schalter 22 und 23 geöffnet. In dieser Zeit wird wieder der Strom oder die Stromänderung gemessen. Durch Komparatoren wird dann wieder das Überschreiten der oberen Schwelle detektiert und danach der Strom ausgeschaltet.A power coil 21 are the freewheeling diodes 19 and 20 assigned. For energizing the electronic switches, such as IGBT's closed. When energized falls on the shunt resistor 18 a tension. block 10 is a differentiator. But it can also be realized by a peak value filter, low pass filter or a mean value filter. Its output voltage is then a measure of the current or the current change of the excitation current. This output voltage is from the comparators 12 and 13 with the voltages coming from the two voltage dividers 14 . 16 and 15 . 17 be compared. As a result, a lower and an upper switching threshold are realized. The block 11 includes a pulse generator and a logic circuit. In the event that the inductance is less than the lower threshold, the switches are in the cycle of the pulse generator 22 and 23 closed. The pulse generator generates a short cut for a short period followed by a longer pause. During these short periods of time, the voltage at the shunt resistor 18 measured. At each pulse, a current builds up whose peak, average or time derivative of the inductance of the power coil is approximately proportional. This value will then be the comparators 12 and 13 fed. If the reaction part moves into the sensitive area of the power coil, the inductance increases. During the short periods of time, the average, peak, and derivative value will decrease, so that a threshold may be exceeded. The block switches 11 the switches 22 and 23 through, so that the power coil 21 is largely energized. During the short time periods generated by the pulse generator but still the switches 22 and 23 open. During this time, the current or the current change is measured again. By comparators then the crossing of the upper threshold is detected again and then turned off the power.

Beim Auslegen der Schaltwerte ist zu beachten, daß die Induktionsspannung der zeitlichen Ableitung des Produktes aus Spulenstrom und Induktivität zu bilden ist und die Induktivität einer zeitlichen Änderung in Abhängigkeit von der Position des Reaktionsteiles unterliegt.At the When designing the switching values, note that the induction voltage of the time derivative of the product of coil current and inductance to form is and the inductance a temporal change dependent on is subject to the position of the reaction part.

In der 3.1 ist ein zusätzlicher Shuntwiderstand 24 für eine Strommessung in einem anderen Strompfad eingesetzt. Der Vorteil der in 3.1 gezeigten Anordnung ist, daß die Stromerfassung ohne springende Potentiale realisiert ist und daher keine Potentialtrennung nötig ist. Der Block 25 umfaßt Meßumformer, Komparatoren mit Referenzspannungen und Treiberschaltungen mit Logikschaltungen für beide Strommessungen 18 und 24.In the 3.1 is an additional shunt resistor 24 used for a current measurement in another current path. The advantage of in 3.1 The arrangement shown is that the current detection is realized without leaping potentials and therefore no potential separation is necessary. The block 25 includes transducers, comparators with reference voltages and driver circuits with logic circuits for both current measurements 18 and 24 ,

Dem Fachmann sind Änderungen klar, wie beispielsweise eine zusätzliche stabilisierte Spannungsversorgung des Blockes 25. Ebenso können statt der Stromerfassung durch Shuntwiderstände Sensoren, die auf dem Halleffekt beruhen oder andere marktübliche Sensoren eingesetzt werden.Those skilled in the art will appreciate changes such as an additional stabilized power supply to the block 25 , Similarly, instead of the current detection by shunt resistors sensors based on the Hall effect or other commercially available sensors can be used.

Die elektronische Schaltung kann auf einer Platine realisiert werden, die gleichzeitig mit der Spule an die Spule montiert wird. Dadurch verringert sich der Aufwand für Verdrahtung.The electronic circuit can be realized on a circuit board, which is mounted simultaneously with the coil to the coil. Thereby reduces the effort for Wiring.

In 4 ist der Strom- und Spannungsverlauf idealisierend für das Eintreten des Reaktionsteils 2 in den empfindlichen Bereich der Leistungsspule 1 mit sehr kleiner Geschwindigkeit gezeigt. Der am Shuntwiderstand 18 meßbare Strom verschwindet, wenn der elektronische Schalter 22 geöffnet wird. Der Strom durch die Leistungsspule 1 ist gestrichelt gezeichnet.In 4 The current and voltage curve is ideal for the occurrence of the reaction part 2 in the sensitive area of the power coil 1 shown at very low speed. The shunt resistor 18 measurable current disappears when the electronic switch 22 is opened. The current through the power coil 1 is drawn by dashed lines.

Während der ersten beiden Pulse (t₁, t₂) ist das Reaktionsteil noch weit weg. Die Ströme erreichen sehr schnell den Plateauwert. Ab dem dritten Puls (t₃) wird das Eintreten des Reaktionsteils 2 in den empfindlichen Bereich der Leistungsspule 1 die Induktivität der Leistungsspule vergrößert worden durch. Die Spannung wird nun dauerhaft eingeschaltet (Beginn zum Zeitpunkt t₄). Dadurch steigt der Strom zur Spannungs-Zeit-Fläche proportional an. Ab und zu (siehe beispielsweise Zeitpunkt t₅) kann wieder ein kurzer inverser Puls zugefügt werden, mit dem wieder die Position des Reaktionsteiles bestimmt wird.During the first two pulses (t ₁ , t ₂ ) the reaction part is still far away. The currents reach the plateau value very quickly. From the third pulse (t ₃ ) is the occurrence of the reaction part 2 in the sensitive area of the power coil 1 the inductance of the power coil has been increased by. The voltage is now switched on permanently (beginning at time t ₄ ). As a result, the current increases proportionally to the voltage-time area. Now and then (see, for example, time t ₅ ), a short inverse pulse can again be added, with which the position of the reaction part is again determined.

In der 5 ist im oberen Teil ein idealisierter geradliniger Induktivitätsverlauf gezeichnet. Der zugehörige Strom, der aus die Leistungsspule 1 durch den Shuntwiderstand 18 fließt, wenn sie nur als Sensor betrieben wird, ist im unteren Teil gezeigt. Dabei ist vorausgesetzt, daß die zugeschaltete Gleichspannung U₀ einen weitgehend konstanten Wert hat und das Reaktionsteil sich mit ungefähr konstanter und kleiner Geschwindigkeit bewegt. Der Strom kann in den einzelnen Abschnitten maximal die in Kastenform angedeutete Maximalhöhe erreichen, die seinem stationären Wert entspricht. Der zugehörige theoretische Wert ist

wobei U₀ die angelegte Gleichspannung, R der ohmsche Widerstand der Leistungsspule und L die Induktivität. Die Steigung des Stromes ist mit einer gepunkteten Linie dargestellt. Sie kann je nach Realisierung und Dimensionierung des Systems verschiedene Werte haben. Der zugehörige theoretische Wert ist zu Beginn

In the 5 is drawn in the upper part of an idealized rectilinear inductance. The associated current coming out of the power coil 1 through the shunt resistor 18 flows, if it is operated only as a sensor, is shown in the lower part. It is assumed that the switched DC voltage U _{0 has} a substantially constant value and the reaction part moves at approximately constant and low speed. The current can reach in the individual sections at most the maximum height indicated in the box shape, which corresponds to its stationary value. The corresponding theoretical value is

where U _{0 is} the applied DC voltage, R is the ohmic resistance of the power coil and L is the inductance. The slope of the stream is shown by a dotted line. It can have different values depending on the realization and dimensioning of the system. The corresponding theoretical value is at the beginning

In der 6 ist das konstruktive Prinzip eines Linearmotors nach dem Stand der Technik gezeigt. Das Reaktionsteil 2 bewegt sich in Pfeilrichtung. Die Hauptkomponente der Kraft des linearen geschalteten Relunktanzmotors ist zum Stator 'nach unten' gerichtet. Nur eine kleine, von der Position abhängige Kraftkomponente zeigt in die Bewegungsrichtung. Die mechanische Führung ist hohen Belastungen ausgesetzt und muß stabil konstruiert werden.In the 6 is the constructive principle of a linear motor according to the prior art shown. The reaction part 2 moves in the direction of the arrow. The main component of the force of the linear switched reluctance motor is directed to the stator 'down'. Only a small, position-dependent force component points in the direction of movement. The mechanical guide is exposed to high loads and must be stably constructed.

In der 7 ist ein Beispiel des Standes der Technik gezeigt, bei welchem die Feldlinien über zwei nicht benachbarte voneinander beabstandete Leistungsspulen 1 und das Reaktionsteil in Bewegungsrichtung geschlossen werden.In the 7 An example of the prior art is shown in which the field lines are over two non-adjacent spaced apart power coils 1 and the reaction part is closed in the direction of movement.

In der 8 ist ein Aufbau eines Linearmotors gezeigt. Die Leistungsspulen 1 sind an einer Grundplatte 81 fest montiert. Das Reaktionsteil 2 ist gehalten von einem beweglichen Träger 85, der sich auf einer Linearführung bewegen kann. Im Falle des Standes der Technik werden Sensoren, beispielsweise induktive Sensoren 84, von einer Befestigungsvorrichtung für die Sensoren 83 fixiert. Ein Geberlineal 86 für die Sensoren 84 bewegt sich mit dem Träger 85.In the 8th a construction of a linear motor is shown. The power coils 1 are on a base plate 81 firmly mounted. The reaction part 2 is held by a mobile vehicle 85 which can move on a linear guide. In the case of the prior art are sensors, such as inductive sensors 84 , from a mounting device for the sensors 83 fixed. An encoder ruler 86 for the sensors 84 moves with the carrier 85 ,

In der 9 ist eine Schnittzeichnung eines von einem Linearmotor des Standes der Technik angetriebenen Wagens gezeigt. Ein Rad 93 dient zur rollenden Fortbewegung des Trägers 85. Die Kugellager 91 sind ebenso im linken Teil der Schnittzeichnung zu sehen. Das kleine Rad 92 dient zur seitlichen Führung, insbesondere in Kurven. Auf den Spulenkörper 3 sind die Leistungsspulen 1 aufgesteckt. Das Reaktionsteil 2 ist am Hohlprofil-Träger 85 angeschraubt. Die Konstruktion kann sehr große, nach unten gerichtete Kräfte aufnehmen.In the 9 Fig. 3 is a sectional view of a carriage driven by a linear motor of the prior art. A wheel 93 serves for the rolling movement of the wearer 85 , The ball bearings 91 are also in the left part of the cut to see. The little wheel 92 serves for lateral guidance, especially in curves. On the bobbin 3 are the power coils 1 attached. The reaction part 2 is on the hollow profile carrier 85 screwed. The design can accommodate very large, downward forces.

In der 10 ist eine Prinzip-Skizze einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform gezeigt, der kraftkompensiert aufgebaut ist. Inder Skizze gibt die Doppelpfeilrichtung die Bewegungsrichtung des Reaktionsteiles 2 gegen den Stator mit Leistungsspulen 1 (, von denen nur eine eingezeichnet ist,) an. Die Einzel-Pfeilrichtung zeigt nach oben (Richtung des Gravitationsfeldes).In the 10 a schematic diagram of a preferred embodiment of the invention is shown, which is constructed force-compensated. In the sketch, the double arrow direction indicates the direction of movement of the reaction part 2 against the stator with power coils 1 (of which only one is drawn). The single arrow direction points upwards (direction of the gravitational field).

Kurvenfahrten in derjenigen Ebene, zu der die Einzelpfeilrichtung die Normale ist, sind konstruktionsbedingt nur mit einem größeren Luftspalt durchzuführen. Andernfalls sind nur sehr große Kurvenradien erlaubt. Der Luftspalt liegt bei Transportsystemen für beispielsweise Koffer im Bereich von ca. 2 mm. Die Kantenlänge des Spulenkörper-Quaders der Leistungsspule 1 beträgt bei einer Ausführungsform ca. 70 mm. Daraus ergibt sich der Kurvenradius, wenn die Spulenkörperform auch in der Kurve die selbe sein soll wie bei geraden Strecken. Unkritischer sind das Durchfahren von Bergen und Tälern, da der Luftabstand zum Reaktionsteil in Einzel-Pfeilrichtung größer ist.Curves in the plane to which the single arrow is the normal, design are to be performed only with a larger air gap. Otherwise, only very large curve radii are allowed. The air gap is in transport systems for example suitcases in the range of about 2 mm. The edge length of the bobbin cuboid of the power coil 1 is about 70 mm in one embodiment. This results in the curve radius, if the bobbin shape should be the same even in the curve as in straight lines. More critical are driving through mountains and valleys, as the air distance to the reaction part is greater in the single direction of the arrow.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann man aber die gesamte Anordnung um 90° drehen. Auf diese Weise erhält man eine Ausführungsform, die enge Kurven mit kleinem Kurvenradius gut durchfahren kann, wohin gegen Berge und Täler problematisch sind.In an embodiment of the invention But you can turn the entire arrangement by 90 °. In this way you get one embodiment, The narrow curves with a small radius of curvature can pass well where against mountains and valleys are problematic.

Dem Fachmann ist klar, daß er bei entsprechenden Anforderungen alle Winkellagen realisieren kann.the Specialist is clear that he If required, all angular positions can be realized.

In der 11 ist eine Aufsicht in Bewegungsrichtung zu sehen. Die zu stanzenden Blechteile für Reaktionsteil 2 und Spulenkörper der Leistungsspule 1 haben erfindungsgemäß das gezeigte U-förmige Profil. Dem Fachmann ist klar, wie er das gezeigte eckige U abwandeln kann im Rahmen der Erfindung. Beispielsweise können die Ecken verrundet sein, die Schenkellängen jeweils unabhängig verlängert oder verkürzt werden und auch Abweichungen vom rechten Winkel sind möglich.In the 11 is a supervision to see in the direction of movement. The sheet metal parts to be punched for reaction part 2 and bobbin of the power coil 1 have according to the invention the U-shaped profile shown. It is clear to the person skilled in the art how he can modify the rectangular U shown in the context of the invention. For example, the corners may be rounded, the leg lengths are each independently extended or shortened and deviations from the right angle are possible.

In der 12 ist ein Profil angedeutet für einen Motor, der bei der eingezeichneten Lage des Spulenkörpers der Leistungsspule 1 für Berge und Täler geeignet ist. In Kurven werden aber die Spulenkörper der Leistungsspulen 1 in der gestrichelt gezeichneten Lage positioniert. Der Spulenkörper der Leistungsspule 1 kann auch aus der gezeichneten Position verschoben werden, beispielsweise um mehr Platz zu bekommen für die Befestigungsvorrichtung für den Spulenkörper. Diese Befestigungsvorrichtung muß alle Vorschubskräfte und die nicht kompensierten Restkräfte aufnehmen können. Daher muß sie stabil gebaut sein. Zusätzlich sollen aber die Leistungsspulen auf den Spulenkörper in einfacher Weise aufsteckbar sein.In the 12 is a profile indicated for a motor, in the marked position of the bobbin of the power coil 1 suitable for mountains and valleys. In curves but the bobbin of the power coils 1 positioned in the dashed line position. The bobbin of the power coil 1 can also be moved from the drawn position, for example, to get more space for the fastening device for the bobbin. This fastening device must be able to absorb all the feed forces and the uncompensated residual forces. Therefore, it must be stably built. In addition, however, the power coils should be attachable to the bobbin in a simple manner.

Dem Fachmann ist klar, daß man das hier beschriebene Prinzip auch auf Achterbahnen etc. ausdehnen kann. Beispielsweise durch Übergang von einem U zu einem Bogen bzw. hufeisenförmigen Profil für das Reaktionsteil und entsprechend gerundeten Enden des Spulenkörpers des Stators, wie in der 13 gezeigt ist. Der Öffnungsbereich des Hufeisens ist, wie auch bei den vorher erwähnten Konstruktionen, notwendig, um der Befestigung des Spulenkörpers der Leistungsspulen 1 Platz zu machen.The skilled person is clear that you can extend the principle described here on roller coasters, etc. For example, by transition from a U to a horseshoe-shaped profile for the reaction part and correspondingly rounded ends of the bobbin of the stator, as in 13 is shown. The opening area of the horseshoe is, as in the previously mentioned constructions, necessary for the attachment of the bobbin of the power coils 1 To make room.

Ebenso ist dem Fachmann klar, daß er in einer erfindungsgemäßen Weiterbildung in das Reaktionsteil zwei um 90 ° gegeneinander verdrehte U's integrieren kann, so daß der erfindungsgemäße Reluktanzmotor bei geraden Strecken mit waagerecht liegenden Spulenkörpern der Leistungsspulen betrieben werden kann und bei Kurven mit senkrecht stehenden. Diese beiden U's können auch teilweise zusammenfallen.As well it is clear to the person skilled in the art that he in a development according to the invention in the reaction part two at 90 ° to each other integrate twisted U's can, so that the reluctance motor according to the invention in straight stretches with horizontal bobbins of the Power coils can be operated and in curves with vertical standing. These two U's can also partially coincide.

11: Leistungsspule Reaktionsteilpower coil reaction part
2 2: Reaktionsteilreaction part
33: Spulenkörper der LeistungsspuleBobbin the power coil
10 10: Differenziererdifferentiator
1111: Pulsgenerator mit Logikschaltungpulse generator with logic circuit
12, 1312 13: Differenziererdifferentiator
14, 15, 16, 1714 15, 16, 17: Widerständeresistors
1818: Shuntwiderstandshunt resistor
19, 20 19 20: FreilaufdiodenFreewheeling diodes
2121: Leistungsspulepower coil
22, 2322 23: Schalterswitch
81 81: Grundplattebaseplate
8282: Linearführunglinear guide
8383: Befestigungsvorrichtung für die Sensorenfastening device for the sensors
8484: Sensorensensors
8585: Trägercarrier
8686: Geberlinealdonors ruler
91 91: Kugellagerball-bearing
9292: Rad für seitliche Führungwheel for lateral guide
9393: Radwheel

Claims

A linear switched reluctance motor comprising a stator comprising at least one coil bobbin with a plurality of power coils and so out is formed, that a substantially regular and linear sequence of magnetic poles is formed, a reaction member which is movable along the stator and having at least two magnetic poles in the direction of movement and / or perpendicular to the direction of movement, wherein the arranged in the direction of movement poles the stator and / or reaction part are arranged in the same direction in the direction of movement, sensors which are fixedly mounted relative to the stator and are designed such that control signals depending on a position of the reaction part relative to the bobbin and / or the power coils can be generated, and a A power supply control circuit for supplying each power coil with a DC current in response to the control signals, and wherein measuring means are provided and connected to the power coils for forming the sensors such that coil inductances of the power coils depend on the position of the reaction part relative to the stator can be measured, and that the measuring means comprise means for generating the control signals, wherein in each case a measuring means of a power coil is associated, and wherein the respective measuring means respectively means for generating the control signals in dependence on the inductance of the respective associated power coil have and are connected to it in such a way that control signals for driving the respectively associated power coil can be transmitted.

Linear switched reluctance motor according to claim 1, characterized in that the control circuit is designed with power part such that the power coils respectively be operated in a quiescent behavior, as long as the reaction part not in a particular defined sensitive area the power coil is located, and the power coils in one Working behavior can be operated as long as the reaction part itself located in this defined sensitive area of the power coil, in which this sensitive area is defined by the fact that the Sensors together with the measuring means and with the existing in the control circuit with power unit Electronics in the presence or absence of the reaction part in each case different coil inductances can be measured in this sensitive area, and wherein the power coils operated in sleep mode as sensors which are the arrival of one or more magnetic poles of the reaction part in this defined sensitive area detect, and that the Control circuit with power unit is designed such that after detection the arrival of one or more magnetic poles of the reaction part in a defined sensitive area the transition from resting behavior to triggered a work behavior becomes.

Linear switched reluctance motor according to claim 1 or 2, characterized in that the control signals in such a way are that in the Resting behavior does not averaged any significant advance forces for the reaction part be generated and that in the Working Behavior averaged significant feedforward forces for the reaction part be generated.

Linear switched reluctance motor according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit with power part comprises a central part containing the DC voltage source U _Z and decentralized circuit parts, each power coil is associated with a circuit part, each of the measuring means for measuring the current or the current change through the respective power coil, evaluation electronics for determining the inductance, at least one electronic switch for switching on or off the power coil, and a comparator circuit which compares the determined measured value of the inductance with a predetermined threshold value and controls the electronic switch.

Linear switched reluctance motor according to one of previous claims, characterized in that the Control circuit with power unit is designed so that the power coils PWM modulated or be switched off, in addition Current or voltage curves imprinted in the power coils be used for the inductance measurement.

Linear switched reluctance motor according to one of previous claims, characterized in that as measuring means for measuring the current or current change shunt resistors, through essentially the power to supply the respective power coils flows, when the electronic circuit breakers of the power coils are opened.

Linear switched reluctance motor according to claim 6, characterized in that for each or at least one power coil another additional coil in the stator is installed, whose magnetic flux in the magnetic body the stator is substantially closed.

Linear switched reluctance motor according to one of the preceding claims, characterized in that in a Wheatstone bridge this another coil is connected in series with the power coil and the divided-down voltage is compared with the divided-down voltage of a series connection of two resistors.

Linear switched reluctance motor according to one of previous claims, characterized in that the relationship the opposite one Pole of the reaction part and the stator 2z to 2z + 2 is, at least but 4 to 6.

Linear switched reluctance motor after one of the preceding claims, characterized in that the bobbins of the reaction part and / or the stator is a laminated lamellar one Construction owns.

Linear switched reluctance motor after one of the preceding claims, characterized in that the Power coils are designed plugged.

Linear switched reluctance motor after one of the preceding claims, characterized in that in each case one pole of the reaction part and / or the poles of the stator of many small Poland.

Method of operating a linear switched Reluctance motor, consisting of a stator, the at least one bobbins includes multiple power coils and a reaction part, which is movable along the stator and at least two magnetic pronounced poles in the direction of movement and / or perpendicular to the direction of movement, in which in the direction of movement arranged poles of the stator and / or reaction part in the direction of movement at a uniform distance are arranged each one measuring means one each Power coil is assigned, the measuring means for forming connected by sensors to the power coils, in which the measuring means the coil inductances of the respectively assigned Power coil depending on measure the position of the reaction part relative to the stator and control signals for one Generate control circuit, which the respective power coil with a DC depending on supplied by the control signals.

Method according to claim 13, characterized, that the Power coils are each operated in a rest behavior, as long as the reaction part is not defined in a respective one sensitive area of the power coil is located and the Power coils are operated in a work behavior, as long as the reaction part is in this defined sensitive area the power coil is located, being this sensitive area is defined by the fact that the used sensors together with the measuring means and with in the Control circuit with power unit existing electronics in the presence or non-presence of the reaction part in this sensitive one Each different coil inductances are measurable, and wherein the power coils operated in sleep mode as sensors be with the associated control signals, the the arrival of one or more magnetic poles of the reaction part detect in this defined sensitive area, and that after Detecting the arrival of one or more magnetic poles of the reaction part in a defined sensitive area of the transition from resting behavior to working behavior with the appropriate control signals triggered becomes.

Method according to claim 13 or 14, characterized that the inductance is measured continuously.

Method according to claim 13 or 14, characterized that the inductance is detected at individual time intervals.

Method according to one of claims 13 to 16, characterized that the for the Sensor function necessary additional Current or voltage curves insist that for short Time intervals Δt the power coils connected to the DC voltage source or be disconnected from this, the voltage and the current or the current change be measured through the power coil.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the mean value, peak value, Derivative or low-pass filtered Values of current or voltage can be used for the measurement.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that for the sensor function necessary additional Current or voltage curves consist in that AC voltages or alternating currents, in particular high frequency, are impressed in the power coil and that from it from the power-circuit control circuit, a value for the inductance of the power coil is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the change the inductance determined as a function of the values of current and voltage used becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that relative inductance change opposite this other coil the inductance the associated Power coil for the determination of the position is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Power coils are energized in the working behavior so that under the assumption of the proportional to the overlap Increase or decrease in inductance the current is regulated so that the Feed force as possible is even.