DE2240704B2 - Elektrodynamischer wanderfeldmotor (linearmotor) synchroner bauart - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrodynamischen Wanderfeldmotor (Linearmotor) synchroner Bauart, bei dem die Erregung des Maschinenfeldes durch eine besondere Gleichstrom-Erregerwicklung erfolgt, die zusätzlich zu der das Wanderfeld erzeugenden, in einem Blechpaket angeordneten mehrphasigen Wechselstromwicklung auf dem Induktor (Primärteil) angeordnet ist, und bei dem das Sekundärsystem abwechselnd massive magnetische Abschnitte (Reaktionszähne) und unmagnetische Ab-Schnitte aufweist. Der Abstand zwischen den Mitten der magnetischen Abschnitte ist jeweils gleich der doppelten Polteilung der mehrphasigen Wechselstromwicklung des Induktors. Ein derartiger Wanderfeldmotor ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 41613 bekannt. Dabei gibt es verschiedene mögliche Bauformen für diese synchronen Linearmotoren: So kann der Induktor auf einer oder auf beiden Seiten des Sekundärsystems angeordnet sein.

Allen Linearmotoren synchroner Bauart gemeinsam ist die als Randeffekt bezeichnete Erscheinung, daß beim Eintreten eines massiven magnetischen Abschnittes des Sekundärteiles (Reaktionszahn) in das Maschinenfeld, insbesondere in das von der Gleichstrom-Erregerwicklung erzeugte Gleichfeld durch den Anstieg des Feldes Wirbelströme erzeugt werden, die das Wanderfeld abdampfen, wodurch die Schubkraft des Linearmotors verringert wird.

Ein derartiger Randeffekt tritt auch dann auf, wenn, wie aus der deutschen Offenlegungsschrift 21 29027 bekannt, die Erregung auf dem Sekundärsystem angeordnet ist, allerdings ist der Randeffekt hier etwas verringert. Da aber bei Anwesenheit des Induktors das Feld in den Polen größer ist als bei Abwesenheit des Induktors, entsteht beim Eintreten des Poles in den Induktor ein Feldanstieg, dem Wirbeiströme entgegenwirken wollen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistung eines elektrischen Wanderfeldmotors (Linearmotors) synchroner Bauart zu verbessern. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem elektrodynamischen Wanderfeldmotor (Linearmotor) synchroner Bauart der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung zumindest an dem in Bewegungsrichtung vornliegenden Rand des Blechpaketes eine zusätzliche, gleichstromerregte Vormagnetisierungszone angeordnet, deren Fluß in Richtung des Erregerfiusses verläuft. Auf diese Weise tritt der masfive magnetische Abschnitte des Sekundärteiles (Reaktionszahn) zunächst in das reine Gleichfeld der zusätzlichen Vormagnetisierungszone ein. Durch den Aufbau des Feldes von Null bis zu seinem Maximalwert werden dabei im einlaufenden massiven magnetischen Abschnitt Wirbelströme erzeugt, die den Aufbau des Feldes verzögern. Die Länge der zusätzlichen Vormagnetisierungszone wird in Bewegungsrichtung des Linearmotor so gewählt, daß sie ausreicht, die Wirbelströme abzubauen. Damit werden zwar die auftretenden Verluste nicht verringert, jedoch wird das die mehrphasige Wechselstromwicklung durchsetzende Wanoerfeld nicht mehr durch den Randeffekt verkleinert, so daß größere Schubkräfte und somit ein besserer Wirkungsgrad erzielt werden.

Die erforderliche Mindestlänge der zusätzlichen Vormagnetisierungszone in Bewegungsrichtung laßt sich aus den Abmessungen des massiven magnetischen Reaktionszahnes nach bekannten Formeln über die Zeitkonstante beim Aufbau eines magnetischen Feldes unter Berücksichtigung der Eintrittsgeschwindigkeit des massiven magnetischen Reaktionszahnes berechnen. Die zusätzliche Vormagnetisierungszone kann entweder als massives Teil seitlich an den in Bewegungsrichtung liegenden Rändern des Blechpaketes mit der mehrphasigen Wechselstromwicklung angesetzt werden oder kann auch aus Blechen aufgebaut sein, die einstückig mit den Blechen des Blechpaketes ausgestanzt sind. Je nachdem, ob es sich um einen synchronen Linearmotor handelt, der in einer oder in beiden Bewegungsrichtungen betrieben wird, wird man die zusätzliche, gleichstromerregte Vormagnetisierungszone auf nur einer oder auf beiden Rändern des Blechpaketes vorsehen.

Zur Erzeugung des Gleichflusses in dem zusätzlichen Joch wird man im allgemeinen die Gleiclistromerregerspule des synchronen Linearmotors selbst verwenden, man kann aber auch für jedes Joch eine eigene Gleichstromwicklung vorsehen. Um einen Einfluß des Wanderfeldes auf den Gleichfluß in der Vormagnetisierungszone zu vermeiden, kann zwischen der zusätzlichen Vormagnetisierungszone und

dem Blechpaket mit der mehrphasigen Wechselstromwicklung ein Luftspalt vorgesehen sein.

Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der Zeichnung näher erläutert. Die F > g. 1 und 3 zeigen, schematisch im Längsschnitt dargestellt, Ausführungsbeispiele der Erfindung. In F i g. 2 ist der Verlauf des sich im massiven magnetischen Reaktionszahn aufbauenden Feldes Ά, sowie des durch die Wirbelströme erzeugten Feldes Φ_ν bei Eintritt in das Blechpaket mit der Vormagnetisierungszone dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen doppelseitigen elektrischen Linearmotor 1 synchroner Bauart. Bei diesem besteht das Sekundärsystem aus abwechselnd aufeinanderfolgenden massiven magnetischen Reaktionszähnen 2, die jeweils in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind, wodurch die unmagnetischen Abschnitte des Sekundärsystems gebildet werden.

Auf jeder Seite des Sekundärsystems ist ein Induktor 3 angeordnet, der aus dem Blechpaket 4 besteht, in dessen Nuten 5 die nicht dargestellte mehrphasige Wechselstromwicklung liegt. Außerdem trägt der Induktor 3 die Gleichstromerregerwicklung 6, die noch ein am Rücken des Blechpaketes 4 befindliches Joch 7 umschließt. An jedem in Bewegungsrichtung liegenden Rand des Blechpaketes 4 ist außerdem eine zusätzliche Vormagnetisierungszone 8 angeordnet, deren Bleche mit den Blechen des Blechpaketes 4 einstückig ausgestanzt ist, derart, daß ein I uftspalt9 verbleibt. Die zusätzliche Vormagnetisierungszone 8 wird von der Gleichstromerregerwicklung 6 miterregt. In ihr entsteht daher ein reines Gleichfeld Φ ₌ , das durch den Luftspalt 9 von dem eigentlichen Maschinenfeld, das aus dem Gleichfeld Φ J und dem Wanderfeld Φ^ zusammengesetzt ist, getrennt ist.

Die Anordnung wirkt nun folgendermaßen (siehe dazu Fig. 2):

Beim Eintritt (zur Zeit / = o) eines massiven magnetischen Reaktionszahnes 2 in dem von den Induktoren 3 bedeckten Bereich tritt dieser zunächst in das reine Gleichfeld Φ ₌ der Vormagnestierungszone 8 ein. Da sich in dem massiven Reaktionszahn 2 das Feld Φ₂ erst allmählich aufbauen muß, entstehen in ihm Wirbelströme, deren entgegengerichteter Fluß Φ_ν den Aufbau des Feldes Φ₂ verzögern will. Die Länge der Vormagnetisierungszone 8 in Bewegungsrichtung ist nun in Abhängigkeit von den Dimensionen des Reaktiooszahnes 2 (der Abstand von Zahnmitte zu Zahnmitte ist gleich der doppelten Polteilung der mehrphasigen Wechselstromwicklung und die Zahnlänge in Bewegungsrichtung ist kleiner oder gleich der Polteilung) und der Eintrittsgeschwindigkeit ν so gewählt, daß dieser verzögernde Einfluß der entstehenden Wirbelströme abgebaut ist. Tritt

ίο danach (zur Zeit t = 1) also der nun ein Gleichfeld Φ., aufweisende magnetische Reaktionszahn 2 in den Bereich des eigentlichen Maschinenfeldes (Φ^ und Φ /) ein, so wird die gewünschte maximale Schubkraft ohne den störenden Randeffekt erreicht, der

t5 durch die Vormagnetisierungszone 8 aus dem Bereich des eigentlichen Maschinenfeldes herausgezogen wurde. Der Wirkungsgrad des Linearmotors ist dadurch verbessert, die durch den Randeffekt entstehenden Verluste sind allerdings gleich geblieben.

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführung eines gemäß der Erfindung ausgebildeten synchronen Linearmotors. Für gleiche Teile sind die gleichen Bezugszeichen beibehalten. Es handelt sich hier um einen einseitigen synchronen Linearmotor 1, bei dem nur ein Induktor 3 auf einer Seite des Sekundärsystems vorhanden ist. Die zusätzlichen Vormagnetisierungszonen 8 sind bei diesem Ausführungsbeispiel massiv ausgebildet. Sie sind auf jedem in Bewegungsrichtung liegenden Rand des Blechpaketes 4 mit den Nuten 5 für die nicht dargestellte mehrphasige Wechselstromwicklung angeordnet und zwischen dem Blechpaket 4 und den Vormagnetisierungszonen 8 verbleibt der Luftspalt 9. Die massiven Vormagnetisierungszonen 8 haben eine eigene, von Gleichstrom durchflossene Erregerwicklung 10, deren Fluß in Richtung des Erregerflusses verläuft und die so ausgelegt ist, daß der Randeffekt im massiven Reaktionszahn 2 bei Eintritt in das Feld des Blechpaketes 4 bereits abgebaut ist. Die Gleichstromerregerwicklung 6 ist allein für die Erregung des Maschinenfeldes dimensioniert. Im übrigen ist die Wirksamkeit der Anordnung beim Eintritt der massiven Reaktionszähne 2 in den Bereich des Induktors 3 die gleiche wie beim vorher beschriebenen Ausführungs-

beispiel.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrodynamischer Wanderfeldmotor (Linearmotor) synchroner Bauart, bei dem die Erregung des Maschinenfeldes durch eine besondere Gleichstrom-Erregerwicklung erfolgt, die zusätzlich zu der das Wanderfeld erzeugenden, in einem Blechpaket angeordneten mehrphasigen Wechselstromwicklung auf dem Induktor (Primärteil) angeordnet ist, und bei dem das Sekundärsystem abwechselnd massive magnetische Abschnitte (Reaktionszähne) und unmagnetische Abschnitte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an dem in Bewegungsrichtung vornliegenden Rand des Blechpaketes (4) eine zusätzliche, gleichstromerregte Vormagnetisierungszone (8) angeordnet ist, deren Fluß in Richtung des Erregerflusses verläuft.

2. Elektrodynamischer Wanderfeldmotor (Li- ao nearmotor) synchroner Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche, gleichstromerregte Vormagnetisierungszone (8) massiv ausgebildet ist.

3. Elektrodynamischer Wanderfeldmotor (Linearmotor) synchroner Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche der zusätzlichen, gleichstromerregten Vormagnetisierungszone (8) mit den Blechen des Blechpaketes (4) einstückig ausgestanzt sind.

4. Elektrodynamischer Wanderfeldmotor (Linearmotor) synchroner Bauart nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vormagnetisierungszone (8) und dem Blechpaket (4) ein Luftspalt (9) vorgesehen ist.

5. Elektrodynamischer Wanderfeldmotor (Linearmotor) synchroner Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Vormagnetisierungszone (8) von einer eigenen Gleichstromwicklung (10) erregt ist.