-
Synchroner linearmotor mit weggesteuerter Erregung Der Linearmotor
kann als die Abwicklung eines rotierennen Motors angesehen werden. Deshalb sind
alle bei den drehenden Motoren eingeführten Thypen auch als Linearmotor ausführbar.
Dabei sind allerdings zwei Unterschiede zu beachten: Der Luft spalt zwischen Primä-
und Sekundärteil maß aus konstruktiven Grunden größer gewählt werden als beim drehenden
Motor, und der feststehende Teil des Linearmotors hat die Länge des Fahrweges. Der
große Luftspalt beeinträchtigt in erster Linie die Betriebseingenschaften des asynchronen
Linearmotors, sodaß der Synchronmotor hinsichtlich des bei ihm zu erreichenden Schubmomentes
von besonderem Interesse ist.
-
Die großen Abmesaungen des feststehenden Motorteils macht aus wirtschaftlichen
Gründen eine möglichst einfache Gestaltung notwendig. Am zweckmäßigsten wird er
als Schiene mit rechteckigen Querschnitt ausgebildet. Dann muß bei dem synchronen
Linerarmotor
die Erregereinrichtung in den beweglichen Motoreil
gelegt werden.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe der Schaffung
eines Synchron-Linearmotors zugrunde, der sich in-seLnen Aufbau durch eine einfache
Gestaltung des feststehenden Sekundärteils auszeichnet.
-
Bei der Abwicklung eines konventionellen Synchronmotors in der Ebene
würde die Erregerwicklung in den feststehenden Sekundärteil zu liegen kommen, Die
Erregerdurchflutung würde einen feststehenden, längs des Fahrweges sich sinusförmig
ändernden Gleichfluß erzeugen. Diesem gegenüber stcht der von der im Primärteil
des Motors befindlichen Drehstromwicklung erzeugte Drehfluß fest. Das wiederum bedingt,
daß der Primärteil des Motors mit synchroner Geschwindigkeit vorwärts getrieben-wird.
-
Um den Sekundärteil möglichst einfach zu gestalten, wird der Erregerfluß
in dem Primärteil des Motors erzeugt. Dabei ist silber zu stellen, daß der Erreger
fluß sich langs des Fahrweges sinusförmig ändert und in Bezug auf die Sekundärschiene
feststeht Das wird dadurch erreicht, daß die auf dem Primärteil befindlichen Erregerwicklungen
einen von den augenblicklichen Or@ des beweglichen Motorteils abhängigen Erregerstrom
führen.
-
Der Erregerstromsollwert wird durch ein Codelineal, verlegt das 1angs
des Fahrweges/ist, digital verschlüsselt, vorgegeben. Dabei wird die räumliche sinusförmige
Verteilung durch eine Treppenkurve augenächert sodaß wenige diskrete Werte übertragen
zu werden brauchen. Die Übertragung selbst erfolgt vorzugsweise berührungslos über
Gabelimitiatoren. Die Anordnung wird vorteilhaft so getroffen, daß entsprechend
den von den Initiatoren aufgenommenen und durch einen Decodierer entschlüsselten
Sollwerte der Erregerstrom durch eine elektronische Steuerung nachgeführt wird.
Dabei erhält jede Erregerwicklungen den Sollwert über einen eigenen Initiator. Die
drei Initiatoren sind wie die Erregerwicklungen räumlich in Richtung des Fahrweges
um 2/3 der Polteilung versetzt.
-
Bei einer vereinfachten Ausführung hat der Primärteil des Motors nur
eine Erregerwicklung, sodaß den Luftspalt ein pulsierendes Feld durchsetzt.
-
Dieses Feld kann als aus zwei inversen Drehfeldern zusammengeeetzt
angesehen werden. Schubmoment bildend ist dabei die sich entgegen Bewegungsrichtung
des Primärteils bewegende Drehfeldkomponente, da diese in Bezug auf die Sekundärschiene
-fest steht.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Beschreibungen,
den Zeichnungen und den Patentansprechen.
-
Die erfindung ist in den Fig. 1 bis 10 beispielsweise dargestellt.
-
An der Figur 1 ist die. grundsätzliche Schaltungsanordnung des Synchron-Linearmotors
dargestellt, während Figur 2 eine konstruktive Ausführungsform eines Synchron-Linearmotors
nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Mit 10 ist hierbei ein Abnehmer bezeichnet, der mit einer Anzahl von
Initiatoren 12 versehen ist.
-
Von den Initiatoren 12 wird eine Stelleinrichtung 114 beeinflußt,
von der die Erregerwicklung 16 gespeist wird.
-
Wie aus der Figur 2 hervorgeht, ist die Erregerwicklung 16 auf dem
Joch 30 des Synchron-Linearmotors angeordnet. Es ist U-förmig ausgebildet. An den
Schenkelenden des Joches 30 sind innen Blechpakete 32, 34 angebracht, in denen die
Drehstromwicklungen 18,20,22
eingelassen sind.
-
In der praktischen Ausführung steht das Joch 30 mit einer anzutreibenden
Einrichtung z.B. einem Fahrzeug, einer Transporteinrichtung oder dergleichen, welche
auf einer linearen oder ein krummen Strecke bewegt werden sollen, in Verbindung.
-
Wie insbesondere aus der Figur 2 hervorgehtm durchsetzt der magnetische
Fluß der einzigen vorgesehene Erregerwicklung 16 den esamten Luft spalt 36 zwischen
den beiden Blechpaketen 32, 34, wobei der Fluß der
Erregerwickung
16 auch die den Sekundarteil bildende Schiene 38 durchsetzt.
-
Der Erregerfluß wird in Abhängigkeit vom Fahrweg annähernd sinusförmig
gesteuert.
-
Durch die Erregerwicklung 16 wird ein Wechselfluß erzeugt. Diesen
kann man sich aus zwei inversen Drehflüssen zusammengesetzt vorstellen, von denen
das Gegensystem, d. h., das sich entgegen der Bewegungsrichtung des Primärteils
bewegende System für die Schubkraftbildung zur Verfügung steht.
-
Das Mitsystem, d.h., das sich in Bewegungsrichtung des Primärteils
bewegende System hat gelber der Sekundärschiene 38 den Schlupf 2. Zur Vermeidung
unerwünschter Wirbelstromverluste in der Schiene 38 ist es zweckmäßig, die Schiene
38 lamelliert auszubilden.
-
Zur Erzielung einer Drehfelderregung bei welcher das dreiphasige Wechseifeld
ähnlich wie beim Drehstrommotor mit umlauf enden Drehfeld eine Anzahl Pole gebilder
werden, welche sich mit der synchronen Geschwindigkeit fortbewegen, wird die in
der Figur 3 dargestellte Schaltungsanordnung angewendet.
-
Die Primärteile 32, 34 (Fig. 2) enthalten hierbei je doppelter Polteilung
naben den Drehstromwicklungen
18,20,22;
drei räumlich um 2/3 Polteilung versetzte Erregerwicklungen.
-
Die Sollwertvorgabe für den Erregerstrom und seine Übertragung auf
den beweglichen Primärteil des Linearmotors geht aus den Figuren 4 bis 6 hervor.
-
Der sinudförmige Erregerstromsollwert wird gemäß der Darstellung nach
der Figur 4 durch eine Treppenkurve angenähert. Auf diese Weise lassen sich die
fünf diskreten Erregestromwerte digital durch ein dreistelliges, binäres Signal
kennzeichnen. Dieses Signal ist als Schablone in einen Blechstreifen eingeprägt.
Ein solcher Blechstreifen 40 ist in der Figur 5 dargestellt. Er verläuft als Codelineal
längs der Sekundärschiene 38. Der Blechstreifen ist auf beiden Seiten mit Ausnehmungen
42 versehen. Wie aus der Figur 5 hervorgeht, sind drei Informationsbahnen A, B,
C vorgesehen. Sie verlaufen parallel zueinander und werden kontaktlos abgefragt.
-
Die konstruktive Ausbildung des Abnehmers 10 ist in der Figur zu 6
im Prinzip dargestellte Auf der Schiene 38 ist das Codelineal 40 befestigt, von
der die Informationsbahn A auf der einen Seite und die Informationsbahnen B und
C auf der anderen Seite der Schiene 38 angeordnet sind. Die- eigentlichen Laitiatoren
44, von denen sich immer zwei gegenüber liegen,
sind auf Halterungen
46, 48 angeordnet. Diese Halte rungen sind an der durch den Linearmotor zu bewegende
Einrichtung z.B. ein am Fahrzeug, angeordnet. Auf diese Weise wird eine starre Beziehung
zwischen der Schiene 98 und der Durchflutung der Erregerwickungen 40, 42, 46 erreicht.
-
Jeder der drei Einzelinitiatoren 44 setzt ein L (d.h. ein digitales
1), wenn Sn dem Prüfspalt ein Blechelement des Oodelineals liegt und.ein Null, wenn
eine Lücke im Codelineal besteht.
-
Die Zusammenhänge der Wirkung der Initiatoren 44 geht aus der Fig.
5 hervor. Die entsprechenden Codierungen 010, 011, 111, 011, 010, 100, 110, usw.
entsprechen den Bezeichnungen der Abstufungen der Ausschnitte 42 des Oodelineals
der Figur 5. Sie sind in Fig. 4 für die einzelnen Augenblickswerte des Erregerstromes
iesoll eingetragen.
-
Es ist vorteilhaft dem Signal 000, das entweder auf dem Godelineal
enthalten, oder durch den Ausfall der Abtasteinrichtung zustande kommt, eine Sicherheitsfunktion
zuzuordnen, z.B. indem bei dieser Kombination eine Gleichstrombremse oder eine mechanische
Bremse einfällt.
-
Die yon den Initiatoren 44 aufgenommenen Signale werden in einer Decodiereinrichtung
46 der Figur 7 entschlüsselt d.h. in ein analoges Sollwertsignal umgesetzt, entsprechend
dem der Erregerstrom durch eine elektrische Steuerung nachgeführt wird. In den.Figuren
7 bis 10 sind Beispiele solcher Steuerungen dargestellt.
-
Die Steuerungen der Figuren 7 und 8 beziehen sich auf die Anordnung
mit einer Erregerwicklung nach der Figur 1 während die Steuerungen nach den Figuren
9 und 10 für die Anordnung nach Figur 3 mit mehreren Erregerwicklungen bestimmt
ist.
-
Nach der Figur 7 wird der Erregerstrom über einen sechspulsigen netzgeführten
Stromrichter 50 gesteuert Die Um/schaltung derErregerstromrichtung erfolgt über
schnelle Wendeschütze 52,54 und parallel zur Erregerwicklung 16 :liegen in Gegenreihenschaltung
Zener-Dioden 56, 58 oder U-Dioden. Durch die Zener- Dioden 56, 58 bzw. U- Dioden
werden tberspannungen an der Wicklung 16 verhindert und es wird bei der Unterbrechung
des Erregerkreises die freiwerdende magnetische Energie aufgenommen.
-
Das Vorzeichen des Stromsollwertes bestimmt über einen Kippverstärker
60 die Stellung des Wendeschützes 52, 54. Die Umschaltung wird durch das Und-Glied
62 erst dann freigegeben, wenn der Strom zu Null geworden ist, sodaß die Umschaltung
stromlos stattfindet.
-
Im Stromkreis für die Erregerwicklung 16 ist ein Stromwandler 63 vorgesehen.
Zur Regelung des Erregerstromes dient ein Stromregler 64, von dem das Impulssteuergerät
66 zur Steuerung der Thyristoren des Stromrichters 50 gespeist wird. Von dem Stromregler
64 wird der Stromrichter 50 auf den vorgegebenen Wert geregelt Da der zur Erregung
der Erregerwicklung 16 vorgesehene Stromrichter ein Einricht,ungsstromrichter ist,
muß der vom Decodiergerät 64 kommende Stromsollwert eine Einrichtung 68 zur Betragsbildung
des Stromsoliwertes haben.
-
Eine bessere Führungsgenauigkeit ergibt sich aus der in der Figur
8 dargestellten Schaltungsanordung, bei welcher außer dem Stromrichter 70 ein zweiter
Stromrichter 72, beide in Gegenparailelschaltung angeordnet, vorgesehen ist.
-
Bei positiver Erregung der Erregerwicklung 16 ist der Stromrichter
70 stromführend und zwar während der Aberregung in Wechselrichteraussteuerung, wahrend
der Stromrichter 72 nur den Kreis strom und keinen Laststrom führt.
-
Bei Negativer Erregung der Erregerwicklung 16 vertauschen die Stromrichter
ihre Funktionen. Die Erregerleistung wird in diesem Falle in der Aberregerphase
zum größten Teil wieder in das Drehstromnetz zurückgeliefert.
-
Ähnlich wie in Verbindung mit Figur 7 beschrieben, wird das Ausgangssignal
des Initiators 45 der Decodiereinrichtung 46 zugeführt und als Analogsignal den
Stromreglerz78, 80 aufgedrückt.
-
Die Stromregler erhalten die Stromistwerte von den Wandlern 74, 76.
Der Ausgang der Stromregler 78, 80 beaufschlagen die Impulsgeber 82, 84, welche
die Stromrichter 70, 72 aussteuern. Zum Vorzeichenumkehr des Stromsollwertes für
dem Stromrichter 72 ist eine UmpolstuSe 86 vorgesehen.
-
Bei den in den Figuren 7 und 8 dargestellten Steuerungen wird in dem
Luftspalt des Linearmotors ein Wechselfluß erzeugt, wobei die eine Drehflußkompenente
für die Schubkraft ausgenutzt wird.
-
Es ist aber auch möglich unmittelbar einen Dreh-Erregerfluß zu erzeugen.
Dies ist in den Figuren 9 und 10 dargestellt, welche jeweils die elektronische Steuerung
für einen der drei Erregerwicklungen 18, 20, 22 der Anordnung nach Figur 3 zeigen.
-
Wie aus der Figur 9 hervorgeht wird die Erregerleistung für alle drei
Erregerwicklungen von einem ungesteurten Gleichrichter 90 geliefert während die
Stromregelung über den einzelnen Erregerwicklungen
18,20, 22 vorgeordnete
löschbare Thyristorenpaare 92, 94, die auch als Thyristoren mit zusätzlichen Löscheinrichtungen
ausgebildet sein können, erfolgt, derart, daß diese elektronischen Schalter 92,
94 durch Impulsen, dh. durch periodisches Ein- und Ausschalten, den erforderlichen
Erregerstrom einstellen und die negative Erregung durch zwei zusätzliche über Kreuz
geschaltete Thyristoren herbeigeführt wird.
-
Außerdem sind ähnlich wie in Verbindung mit der Figur 7 beschrieben,
Zener-Dioden oder U-Dioden 56, 58 geschaltet, welche Überspannungen bei der Aberregung
verhindern und die überschüssige magnetische Energie in Verlustwärme umsetzen.
-
Wie weiter der Figur 9 zu entnehmen ist, liefert der vom Initiator
96 beeinflußte Decodierer 98 den analogen Sollwert an den Stromregler 100. Auf diese
Weise steuert die Regelabweichung die Pulssteuereinheit 102 aus. Der Stromregler
100 erhält den Stromistwert vom Stromwandler 63 Die Regelabweichung steuert auf
diese Weist die Pulssteuereinheit 102 aus. Bei positiven Stromsollwerten erfolgt
die Aussteuerung der löschbaren Ventile 92 während die Ventile 94 hierbei gesperrt
bleiben.
-
Die ausgesteuerten Ventile werden hierbei periodisch gezundet und
gelöscht. Der Erregerstrom wird dadurch festgelegt, daß das Ein- und Ausschaltverhältnis
s der Thyristoren 92, 94 von der Pulssteuereinheit 102 festgelegt wird.
-
Ist im Zuge des Regelvorganges der Iststrom vorübergehend erheblich
größer als der Sollwerts dann werden säntliche Ventile 92, 94 gesperrt. Die Entregung
er--folgt über die Schwellwertdioden 56 58. Je hoher deren Schwellwert gewählt werden
kann, umso schneller erfolgt die Aberregung. Die in magnetischen Feld gespeicherte
Energie wird bei der Aberregung bis auf den Teil der in dem Kupferwiderstand verbraucht
wird in den Schwellwertdioden 56, 58 in Wärme umgesetzt.
-
In der gleichen Weise wie in der Verbindung mit der Erregerwicklung
18 beschrieben, wirken auch die Regelungen für die nur kurz angedeuteten Erregerwicklungen
20 und 22.
-
Die ähnlich der Anordnung nach Figur 9 ausgebildete Schaltungsanordnung
der Figur 10 weist einen weiteren Stromrichter 110 und vier weitere löschbare Ventile
106, 108 auf, über welche die Erregerwicklung 18 mit den voll ausgesteurten netzgeführten
Wechselrichter 110 verbunden werden kann. Die Steuerung erfolgt derart9 daß bei
der Aberregung der Gleichrichter 90 stromlos bleibt und dafür äe nach dem Vorzeichen
des Erregerstromes die löschbaren Ventile 106 oder 108 durchgesteuert erden, die
den Erregerstrom in positiver Richtung über den Wechselrichter 110 leitet, und die
Auf- und Aberregerstromrichtergruppen gegeneinander verriegelt sinds indem die Beträge
von Stromsoll-und Stromistwert miteinander
verglichen werden und
je nach dem Vorzeichen der Betragsabweichung das von dem Stromregelverstärker gelieferte
analoge Steuersignal entweder für die Aberregungs- oder die Auferregungsgruppe gesperrt
wird.
-
Die Auferregungsgruppen bestehen aus dem Gleichrichter 90, der Drossel
91 und dem Kondensator 93, sowie den löschbaren Ventilen 92, 94 entsprechend der
Schaltungsanordnung der Figur 9.
-
Wie aus der Figur 10 ersichtlich, ist zu dieser der Figur 9 entsprechenden
Schaltungsanordung der Wechselrichter 110 mit der Drossel 112 und dem Kondensator
114 sowie die Pulssteuereinheit 116 und die löschbaren Ventile 106, 108 hinzugekommen.
Der den Wechselrichter 110 enthaltende Teil führt nur wahrend der Entregung der
Erregerwicklung 18 Strom und liefert die Feldenergie in das Drehstromnetz zurück.
-
Ähnlich wie in Verbindung mit Figur 9 beschrieben, werden die Stromsollwerte
von dem Initator 96 aufgenommen und in dem Decodiergerät 98 in ein analoges Sollwertsignal
umgeformt Der Stromregler 118, der vom Decodiergerät 98 beeinflußt wird, wirkt auf
die beiden Pulssteuergeräte 102, 116 unter Zwischenschaltung der Undglieder 120,
122.
-
Ist der Betrag des Erregerstromes kleiner als der des Stromsollwertes,
dann ist das Undglied 120 durchgeschaltet und das Undglied 122 ist gesperrt.
-
In diesem Auferregungsbereich wird die Transistorgruppe 92, 94 ausgesteuert
und liefert, je nach dem Vorzeichen des Stromsollwertes, an die Erregerwicklung
18 einen positiven oder negativen Erregerstrom, Wird dagegen über die Betragsglieder
124, 126 festgestellt, daß der Laststrom größer als der Sollwert ist, dann wird
das Undglied 122 durchgeschaltet und der Stromreg-1er 118 wirkt auf die Aberregungsgruppe
mit den Thyristoren 106, 108. -In diesem. Zustand sind die Thyristoren 92, 94 der
Auferregungsgruppe durch das Undglied 122 gesparrt.
-
Wie aus Figur 10 ersichtlich, ist den beiden 3etragsbildnern 124,
126 das Vergleichsglied 128 nachgeschaltet, an dessen Ausgang die Diode 130 liegt.
-
Dadurch wird erreicht, daß nur, wenn der Stromistwert größer als der
Stromsoliwert ist,das Undglied 122 ein L-Signal erhält.