DE2532395B2 - Polumsehaltbarer Linearmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Linearmotor für Mehrphasenwechselstrom mit Wicklungsspulen, die die Schubkraftachse des Stators ringförmig umschließen. Solche Linearmotoren sind bekannt (DT-OS 22 64 293). Die Geschwindigkeit eines solchen Linearmotors läßt sich üblicherweise nur durch Vergrößern des Schlupfes steuern (man vergleiche Zeitschrift Elektro-Anzeiger, 27. Jg., 1974, Nr. 24, Seiten 515 ff., insbesondere Seite 516 und Seite 517).

Die bekannten Maßnahmen, die Geschwindigkeit jo über eine Schlupfvergrößerung zu steuern, sind verlustbehaflet. Nach anderen bekannten Vorschlägen wird die Geschwindigkeit dadurch gesteuert, daß Energie nach dem Prinzip der Wirbelstrombremse vernichtet wird (man vergleiche Seite 518 der zitierten y, Zeitschrift).

Die besonderen Vorteile des Linearmotor sind darin zu sehen, daß er die Antriebskraft ohne Übertragungsmittel wie Räder direkt übertragen kann. Dies ist bei Anwendungsgebieten wie Schienenfahrzeugen und Schiebetüren besonders interessant. Störend ist hierbei die unbefriedigende Geschwindigkeitssteuerung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Linearmotor mit in weiten Grenzen möglicher, verlustloser Steuerung der Geschwindigkeit und Schubkraft anzugeben. Die Lösung der geschilderten Aufgabe besteht darin, daß durch Umschalten der Wicklungsspulen einer einzigen Wicklung mehr als drei verschiedene Polpaarzahlen wahlweise einschaltbar sind, wobei sich durch die Nutenzahl des Stators die maximale Polpaarzahl ergibt. Die Einstellbarkeit der Schubkraft ist dabei überraschenderweise nicht von der Polpaarzahl fest abhängig. Eine solche Polumschaltung zwischen mehr als 2 Stufen, eine sozusagen Multipolumschaltung, ist bei Rotationsmotoren heutiger Bauart nicht möglich. Deshalb kann man aus der Polumschaltung von Rotationsmotoren keine Rückschlüsse auf eine Multipolumschaltung in kleinen Stufen bei Linearmotoren ziehen. Der erfindungsgemäße Linearmotor hat den Vorteil, daß die Geschwindigkeit des magnetischen bo Wechselfeldes in kleinen Stufen praktisch verlustlos steuerbar wird. Die Geschwindigkeitssteuerung über den Schlupf wird also entbehrlich.

Darüber hinaus kann die Schubkraft zu einer gewählten Anzahl von Polpaarcn eingestellt werden. t,5 Dies kann bei einer betrachteten Poipaarzahl durch Serien-, Parallel- oder Gruppenschaltung der WicklungssDLilen erzielt werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Linearmotors veranschaulicht: In

Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau wiedergegeben; in den

Fig.2 und 3 sind verschiedenartige Schaltungsbeispiele dargestellt.

Der Linearmotor nach F i g. 1 besteht aus einem stabförmigen Stator S, der auf seiner Unter- und seinen beiden Längsseiten Wicklungsnuten N aufweist. Jede Nute N besitzt eine eigene Wicklungsspule W, die den stabförmigen Stator S bezüglich seiner Schubkraftachse ringförmig umschließt. Ein Induktor L umschließt den Stator U-förmig an den Seiten, an denen er Wicklungsnuten aufweist, und ist von ihm durch Luftspalt d getrennt. Der Induktor L besteht aus Metall, z. B. Stahl, und kann zur Verstärkung der Wirkung eine in sich geschlossene Wicklung tragen. Für den zu erzielenden Bewegungseffekt ist es gleichglültig, ob Stator S beweglich und Induktor L fest oder Stator S fest und Induktor L beweglich angeordnet sind. Auch kann der Stator nur mit Nuten auf seiner Unterseite versehen werden und einen Induktor besitzen, der die beiden Seitenteile Ls\ und L52 nicht besitzt, wie in der Zeichnung gestrichelt angedeutet. Ferner ist es möglich, dem Stator einen runden oder vieleckigen Querschnitt zu geben, dem der Querschnitt des Induktors entsprechend angeglichen ist.

Die Ausbildung der Wicklungsspulen des Stators des Linearmotor erlaubt es in vorzüglicher Weise

a) die Spulen je nach den herrschenden Betriebsbedingungen so zusammenzuschalten, daß die optimale Poipaarzahl, d. h. die optimale Transversalgeschwindigkeit des Magnetfeldes entsteht,

b) durch Reihen-, Parallel- oder Gruppenschaltung der vom Strom einer gemeinsamen Phase gespeisten Spulen die Leistungsaufnahme und damit die Schubkraft des Linearmotors den herrschenden Betriebsbedingungen optimal anzupassen.

Die möglichen Polpaarzahlen des Linearmotors nach der Erfindung sind abhängig von der Anzahl der Nuten, d. h. der Spulen des Stators.

Ein Stator mit 18 Nuten erlaubt z.B. folgende Polpaarzahien:

1 Polpaar;

je 6 aufeinanderfolgende Spulen werden, wie die Zeichnung (F i g. 2) zeigt, zusammengeschaltet und an eine Phase angeschlossen.
Phasenfolge der Spulen:
RRRRRR, SSSSSS, TTTTTT.

2 Polpaare;

je 3 aufeinanderfolgende Spulen werden zusammengeschaltet.
Phasenfolge der Spulen:
RRR, SSS, TTTI RRR, SSS, TTT.

3 Polpaare;

je 2 aufeinanderfolgende Spulen werden zusammengeschaltet.
Phasenfolge der Spulen:
RR, SS, TTI RR, SS, TTI RR, SS, TT.
6 Polpaare;

Phasenfolge der Spulen:

RSTI RST/ RSTI RSTI RSTI RST.

Ein Stator mit 36 Spulen erlaubt folgende Polpaarzahlen:

Polpaar;

Phasenfolge der Spulen; RRR RRR RRR RRR, SSS SSS SSS SSS, TTT TTT TTT TTT.

Polpaare;

Phasenfolge der Spulen:

RRR RRR, SSSSSS, TTTTTTI RRR RRR, SSSSSS, TTTTTT.

Polpaare;

Phasenfolge der Spulen:

RRRR, SSSS, TTTTI RRRR, SSSS, TTTTI RRRR, SSSS, TTTT.

Polpaare;

Phasenfolge der Spulen:

RRR, SSS, TTTI RRR, SSS, TTTI RRR, SSS, TTTI RRR, SSS, TTT. Polpaare;

Phasenfolge der Spulen:

RR, SS, TTI RR, SS, TTI RR, SS, TTI RR, SS, TTI RR, SS, TTI RR, SS, TT. Polpaare;

Phasenfolge der Spulen:

RSTI RSTI RSTI RSTI RSTIRSTIRSTI RSTI RSTI RSTI RSTI RST.

Die möglichen Polpaarzahlen ρ errechnen sich nach der Gleichung:

Gültig ist die Gleichung nur für solche Werte von n, für die ρ eine ganze Zahl wird.

Bei 72 Spulen werden somit z. B. folgende Polpaarzahlen möglich:

P =

3·»

(Z = Spulenzahl)

1.	η —	1	P =	24
2.	π =	2	P =	12
3.	η =	3	P =	8
4.	η =	4	ρ =	6
5.	η =	6	P =	4
6.	η =	8	P =	3
7.	η =	12	P =	2
8.	η =	24		1

(η = positive reelle Zahl)

Die Zeichnung (Fig.2) zeigt ein Beispiel für einen Linearmotor nach der Erfindung mit Z= 18 Spulen, dessen Spulen einmal zu ρ = 1 Polpaar und zum anderen zu P = 6 Polpaaren zusammengeschaltet sind. In der Zeichnung (Fig. 2) sind alle Spulen, die vom Strom des gleichen Außenleiters des Mchrphasenweehselstromsystems durchflossen sind, parallel geschaltet. Die Zeichnung (F i g. 3) zeigt ein Beispiel, bei dem bei einem Linearmotor nach der Erfindung mit Z = 18 Spulen und ρ = 6 Polpaaren alle Spulen, die vom Strom des gleichen Außenleiters durchflossen werden, in Reihe geschaltet sind, um den magnetischen Fluß und damit die Schubkraft des Linearmotors zu ändern. In ähnlicher Weise lassen sich die Spulen in zwei bis drei parallele Gruppen, die ihrerseits in Reihe geschaltet sind (^Gruppenschaltung), zusammenschalten; die Leistungsaufnahme, d. h. die Schubkraft des Linearmotors, läßt sich hierdurch in mehrere Stufen verändern.

In allen vorgenannten Fällen läßt sich die Richtung der Schubkraft und damit die Richtung der Bewegung des Linearmotors um 180° ändern, in dem Außenleiter des Mehrphasenwechselstromsystems vertauscht werden. Die Richtung der Schubkraft fällt stets mit der Schubkraft-Statorachse, die von den Wicklungsspulen ringförmig umschlossen wird, zusammen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Linearmotor für Mehrphasenwechselslrom mit Wicklungsspulen, die die Schubkraftachse des Stators ringförmig umschließen, dadurch gekennzeichnet, daß durch Umschalten der Wicklungsspulen einer einlagen Wicklung mehr als drei verschiedene Polpaarzahlen wahlweise einschaltbar sind, wobei sich durch die Nutenzahl des Stators die maximale Poipaarzahl ergibt.

2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer betrachteten Polpaarzahl die Schubkraft durch Serien-, Parallel- oder Gruppenschaltung der Wicklungsspulen einstellbar r> ist.