DE2542633C2 - Elektrische Maschine - Google Patents

Description

zuführen, muß in Hinbück auf die erste Schubkomponente dafür gesorgt werden, daß kein wesentlicher Beitrag des magnetischen Flusses aus dem Primärteil das magnetische Material des Sekundärteils ohne Durchtritt durch das elektrisch leitende nicht magnetische Material erreicht.

Hierzu ist die Scheibe aus elektrisch leitendem nicht magnetischen Material mindestens so breit wie der Kern des Primärteils ausgeführt und ist das magnetische Material deutlich schmaler. Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die Kanten der Scheibe aus elektrisch leitendem nicht magnetischen Material um die Seitenkanten des magnetischen Materials herumgebogen, so daß das magnetische Material im Bereich dieser Kanten in einem etwa U-förmigen Kanal eingebettet ist, so daß eine Abschirmung erreicht ist. Innerhalb der Grenzen für stabiles Schweben dient eine Änderung der Breite de- Scheibe aus elektrisch leitendem nicht magnetischen Material und der Breite der Scheibe aus magnetischem Material dazu daß sich die gegenseitigen Verhältnisse von Hebekraft, Schub und seitlicher Stabilisierungskraft ändern.

Im allgemeinen ergibt sich nur geringer Vor teil, wenn das magnetische Material des Sekundärteils breiter ist, als der Kern des Primärteils. Die Scheibe aus elektrisch leitendem nicht magnetischen Material setzt vorteilhaft den »3chlußring«-Widerstand herab, wenn sie breiter ist. Es gibt jedoch eine kritische Breite, jenseits der die Stabilität beeinträchtigt würde. Der genaue Wert ändert sich mit der jeweiligen Ausbildung des Primärteils und nimmt zu. wenn die Breite des Luftspaltes zwischen Primärteil und Sekundärteil zunimmt.

Für Maschinen oberhalb einer kritischen Größe ist die Zunahme der Hebekraft aufgrund der Zunahme der Kraftflußdichte am Sekundärteil wegen dessen magnetischen Materials größer, als die magnetische Anziehung zwischen diesem magnetischen Material und demjenigen des Primärteils.

Das erfindungsgemäße Primärteil bewirkt bei gleichem Strom sowohl höhere Hebekraft, als. auch größere seitliche Stabilität. Das Fehlen von endseitigen Wicklungen wegen der unbewickelten Außenschenkel des Kerns des Primärteils ermöglicht höheren Leistungsfaktor.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig.?. einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine mit einem Primärte'l wie in Fig. !.jedoch abgewandeltem Sekundärteil;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine mit einem Primärteil wie in den F i g. 1 und 2, jedoch mit einem nochmals veränderten Sekundärteil;

Fig.4 eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Nach Fig. 1 besteht der Primärteil eines Linearinduktionsmotors gemäß der Erfindung aus einer Reihe von Kernabschnitten 10, die durch Bauteile 12 und 14. die keinen Teil des magnetischen Kreises der Maschine bilden, untereinander verbunden sind.

Alle Kernabschnitte 10 bestehen aus einem Stapel von gegeneinander isolierten, in Querrichtung, d. h. senkrecht zu den Bauteilen 12 und 14 angeordneten Lamcllenblcchcn aus magnetischem Material, jeder Kernabschnitt 10 besteht aus einem Joch 16·, das zwei Innenschenkel 18 und 20 und zwei Außenschenkel 22 und 24 miteinander verbindet. Der Querschnitt des Kerns ähnelt daher demjenigen einer E-Kern-Maschine, jedoch mit einem zusätzlichen Schenkel, so daß eine Ähnlichkeit mit dem Buchstaben Xi des griechischen Alphabets entsteht. Kerne dieser Art sollen daher nachstehend als Xi-Kerne bezeichnet werden. An den !nnenschenkeln 18 und 20 sind Wicklungen 26 und 28 angebracht, die so geschaltet sind, daß die magnetomotorische Kraft im Schenkel 18 die entgegengesetzte Richtung der magnetomotorischen Kraft im Schenkel 20 hat. Oberhalb des Primärteils befindet sich ein Sekundärteil 30. der eine Scheibe aus elektrisch leitendem, nichtmagnetischen Material aufweist, beispielsweise aus Aluminium. Die Breite der Scheibe entspricht der Breite der Kernabschnitte 10. Im Betrieb können die Wicklungen 26 und 28 von aufeinanderfolgenden Kernabschnitten 10 mit den entsprechenden Phasen einer Drehstromquelle gespeist werden, so daß ein in Längsrichtung wanderndes Feld magnetomotoriscK-; Kraft entsteht. Das magnetomuiorisehe Kraftfeld hält- den Sckundärteil 30 oberhalb der Primärteilabschnitte 10 und läßt es mit ihm fluchten, treibt es aber auch in Längsrichtung vorwärts.

Der Primärteil nach Fig. 2 stimmt mit demjenigen nach F i g. 1 überein. Der Sekundärteil besteht aus einer Scheibe 32 aus Aluminium oder einem anderen elektrisch leitenden, nichtmagnetischen Material, dessen

jo Breite die der Kernabschnitte 10 des Primärteils übertrifft, und einer Scheibe 34 aus magnetischem Material, angeordnet an der dem Primärteil abgewandten Seite der Scheibe 32. Die Scheibe 34 ist ebenso breit wie die Kernabschnitte 10. Da die Kanten der Scheibe 32 über die Scheibe 34 hinausragen, verläuft praktisch der gesamte magnetische Fluß, der die Scheibe 34 von den Primärteilabschnitten 10 her erreicht, zunächst durch die Scheibe 32. Ferner setzen diese vorspringenden Randbereiche den »Schlußring«-Widerstand des Sekundärteils herab.

Der Primärteil der Maschine nach F i g. 3 entspricht genau dem Primärteil. der in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Der Sekundärteil besteht aus einer Scheibe 38 aus elektrisch leitendem, nichtmagnetischen Material, etwa aus Aluminium, auf dessen Rückseite eine Scheibe 40 aus Magnetmaterial liegt. Die Scheibe 40 ist ebenso breit wie die Primärteilabschnitte 10. Die seitlichen Kantenbereiche 42 und 44 der elektrisch leitenden Scheibe 38 sind um die Kanten der Scheibe 40 herumgebogen, so daß kein wesentlicher Betrag des magnetischen Flusses aus den Kernabschnitten 10 die Scheibe 40 erreichen kann, ohne zunächst die Scheibe 38 zu durchsetzen. Diese Hilfskonstruktion führt dazu, daß die Gesa-ritbreite des Sekundärteils der Maschine nach Fig. 3 geringer sein darf als die der entsprechenden Scheiben bei der Bauweise nach F i g. 2.

Bei dtr Ausführungsform der Erfindung nach der F i g. 1 bis 3 verlaufen die magnetischen Kraftlinien vollständig in Ebenen, die senkrecht zu der Bewegungsrich-

bo tung liegen. Eine sogenannte Hybridfluß-Maschine gemäß der Erfindung, bei der ein Teil des Flusses in Längsrichtung verläuft, ist in Fig. 4 wiedergegeben. Diese Maschine steht in der gleichen Beziehung zu den Maschinen mit in Querrichtung verlaufendem Fluß nach

b3 den F i g. 1 bis 3, wie die Hybridfluß-Induktionsmotoren, die in der britischen Patentschrift 13 14 161 = DE-OS 20 21322 beschrieben sind zu den entsprechenden Querfluß-Lincarinduktionsmaschincn. die in der briti-

sehen Patentschrift 13 14 IbI beschrieben sind. In Fi g. 4 ist praktisch der gleiche Sekundarteil verwendet wie bei den Maschinen nach F i g. 2: er bestellt aus einer Scheibe 50 aus mehtmagnetischem. elektrisch leitenden Material, auf deren Rückseite sich eine eher schmalere Scheibe 52 aus magnetischem Material befindet. Der Primärteilkern 54 besteht aus zwei Stapeln 56 und 58 gegeneinander isolierter, längsorientierier magnetischer l.amellenbleche. und jeder Stapel erstreckt sich zusammenhängend über die gesamte Länge des Primärteüs. und ferner einen Stapel 60 von querorientierten IJ-förmigen L.amellenblechen. die sich über die Stapel 56 und 58 der Längslamellen erstrecken, und deren Seitenarme abwärts verlaufen, so daß Reihen von Polflachen 62 und 64 gebildet uerden, die koplanar zu den Reihen von Polflächen 68 und 70 ν erlaufen, die von den Stapeln 56 und 58 gebildet sind. Somit weisen bei allen -Xusführungsbeispielen die Primärteile Sätze von PoIfIachen auf. die voneinander in Längsrichtung ties Primärteils beabstandet sind, wobei jeder Satz aus 4 zueinander benachbarten, jedoch voneinander in Querrichtung des Primärteils bestandteil 4 Polflachen 62, 64, 68 und 70 besteht.

Die Stapel 56 und 58 der Längslamellen zeigen Ausbrüche, in die Wicklungen 72, 74 aufgenommen sind, die als zwei- oder mehrlagige verteilte Mehrphasenwicklungen der bei Linearindukiionsmotoren an sich bekannten Art ausgeführt sind. Die Tiefe der Längslamellen über den Ausbrüchen ist gerade so groß, daß die Längsstapel 56 und 58 ausreichend mechanische Festigkeit besitzen. Darsius ergibt sich ganz allgemein eine Sättigung bei einem niedrigen Flußbetrag in den Zähnen des Stapels 56 und 58. so daß der magnetische Widerstand der Längsrichtungsfhißbahnen in den Stapeln 56 und 58 erheblich höher ist als in den von den Stapeln 56 und 58 in Verbindung mit dem Stapel 54 gebildeten Querriehiungsflußbahnen.

Wenn die Poiteiiung (Poiabmessunsj in Längsrichtung des Primärteils) mit der Polbreite (Polabmessung in Querrichtung des Primärteils) ν ergleichbar ist. die Pole also ungefähr »quadratisch« sind, kann es von Vorteil sein, die Tiefe des Kerns der Längslamellen zu erhöhen, damit der Fluß sowohl in Längsrichtung wie in Querrichtung passieren kann, w odurch der gesamte Magnetisierungsstrom heriibgeset.it wird. Diese Ausführung stellt den Übergang zwischen dem üblichen Langsflußt\ ρ eines Linearmotors und dem Querflußtv ρ dar. Selbst in HochgeschwindigkeitsniDtoren (mit Polen), bei denen die Teilung viel großer als die Breite ist. tritt in gewissem Umfang ein Längsfluß zusätzlich zum Querfluß (zweidimensionaler Flußverlauf) auf. wenn der Sekundäneil-Stabil nicht laminiert ist. Wenn Längsfluß vorliegt, kann dies nur günstig sein.

H> bridflußprimärteiie haben gegenüber Querflußprimärteile den Vorteil, daß Bauteile, die den magnetischen Kreis nicht unterstützen, η chi erforderlich sind, so daß Gewicht gespan werden kann und daß die Längsflußbahnen die Ströme in der Scheibe 50 in die Teile der Scheibe zu wandern veranlassen, in denen sich die stärksten Vortriebskräfte hervorzurufen vermögen. Diese und weitere Vorteile werden ausführlich in der genannten britischen Patentschrift 13 16 131 beschrieben.

Bei der in Fig.·? gezeichneten Maschine wird der Primärteil oberhalb des Sekundärteils gehalten durch elektromagnetisches Schweben, das durch die magneto- ι motorische Kraft hervorgebracht wird, die im Primärteil erzeugt wird. Eiei allen Ausführungsformen kann entweder der Primärteil oberhalb des Sekundärteils oder der .Sekundärteil oberhalb des Pnmarieils vorgesehen sein, jedoch wird im allgemeinen der Primärteil erheblich kurzer sein als der Sekundarteil. Bei einem geführten Transportsv stem wurde das untere Bauteil die Bahnspur bilden, wahrend d.is obere Bauteil einen Fahr zeugteil darstellen w urde.

Bei allen in den I ι g. 2. i und 4 gezeigten \usluhrungsformen kann das magnetische Material des Sekundaneils aus einem Stapel von vertikal stehenden, querverlaufenden l.amellenblechen bestehen und braucht nicht als zusammenhangende Scheibe ausgeführt zu sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrische Maschine mit einem im wesentlichen flächigen aus elektrisch leitendem Material ausgebildeten Sekundärteil und mit einem Primärteil mit einem Kernaus Magnetwerkstoff und wechselstromgespeisten Wicklungen auf dem Kern, der in Längsrichtung beabstandete Kernabschnitte mit mehreren in Querrichtung benachbarten Schenkeln mit koplanaren Polflächen und mindestens ein rückwärtiges Joch (16)aufweist. welches die in Querrichtung benachbarten Schenkel an ihren den Polflächen abgewandten Seiten miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kernabschnitt (10) vier in Querrichtung benachbarte Polflächen (56,58,62,64) aufweist, die an den Enden von vier Schenkeln (18,20, 22,24)desentsprechenden Kernabschnitts(10)ausgebildet sind, und daß die Wicklungen (26, 28; 72, 74) lediglich autii?n beiden innenliegenden Schenkelndes Satzesangeordnetsind.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kernabschnitt (10) des Primärteils einen Stapel Lamellenbleche aufweist, die parallel zu den die Bahnen für den Arbeitskraftfluß enthaltenden Ebenen angeordnet sind (Fig. 1-3).

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärteilkern (54) einen Stapel (60) U-förmiger Lamellenbleche aufweist, die parallel zu den die Bahnen des Arbeitskraftflusses enthaltenden Ebenen verlaufen und deren Schenkel die beiden äußeren Pohiächen\62, 64) jedes Satzes an den Schenkelenden besitzen, sowie zwei dazwischenstehende Stapel (56,58) vor, längsverlaufenden Lamellenblechen, die zwischen den Schenkeln des U-förmigen Stapels (60) angeordnet sind, wobei jeder dazwischenstehende Stapel jeweils eine der innenliegenden Polflächen (68, 70) jedes Satzes sowie Ausbrüche für die Aufnahme der Wicklungen (72, 74) aufweist (F ig. 4).

4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärteil (30) so ausgebildet ist, daß längsverlaufende Strombahnen beiderseits zumindest der innenliegenden Polflächen (bei 18 und 20; 68, 70) jedes Satzes vorgesehen sind und querverlaufende Bahnen die längsverlaufenden Bahnen untereinander verbinden.

5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärteil eineScheibe aus magnetischem Material (34), das auf der dem Primärteil abgewandten Seite einer Scheibe (32) aus elektrisch leitendem, nichtmagnetischen Material angeordnet ist.aufweist.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende, nichtmagnetische Scheibe (32) des Sekundärteils mindestens die gleiche Breite hat, wie der Kern (10) des Primärteils, und daß die magnetische Scheibe (34) des Sekundärteils schmaler ist als dessen elektrisch leitende, nichtmagnetische Scheibe (32).

7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (26, 28, 72, 74) als Mehrphasenwicklungen ausgeführt sind.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige elektrische Maschinen sind bekannt, beispielsweise aus der GB-PS 13 73 054 = DE-PS 23 26 87!. Der Sekundärteil der bekannten elektrischen Maschine besteht aus elektrisch !eilendem Material, während der Primärteil aus einem Kern magnetischen Materials ir.it mindestens zwei Reihen von Polflächen, die dem Sekundärteil über einen Luftspalt gegejüberliegen, sowie wechselstromerregten Wicklungen besteht, so daß im Betrieb der Primärteil und der Sekundärteil in stabiler Lage übereinander gehalten sind und in Richtung parallel zu den Reihen der Polflächen vorwärtsbewegbar sind. Dabei kann die Anordnung so sein, d?ß U- oder E-förmige Kernteile nebeneinander ausgeordnet sind, so daß mehrere Polflächen, allerdings voneinander getrennt, in Querrichtung nebeneinander vorgesehen sind.

Im Prinzip ähnliche Anordnungen zeigen der Vorschlag gemäß der DE-OS 25 21505 und GB-Z »Proc. IF.EF.«_r Bd. 115 (April 1968) 4, S. 538. F.ine Ausbildung des Sekundärteils als Scheibe ist aus der DE-OS 20 46 021 bekannt.

Bei allen sich selbst im Schwebezustand haltenden Anordnungen ist es ein Grundproblem, die Seitenkräfte für einen bestimmten Strom und für eine bestimmte Größe der Maschine zu optimieren, die die Hebekraft und die seitliche Stabilität der Anordnung beeinflussen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die elektrische Maschine gemäß der DE-OS 23 26 871 so auszubilden, daß (bei gleichem Strom) sowohl höhere Hebekraft, als auch bessere seitliche Stabilität erreichbar sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Er-J5 findung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.

Die Erfindung sieht Sätze aus vier in Querrichtung nebeneinander angeordneten Polflächen vor. wobei jeder Satz einen Teil eines einzigen M.'-jnetkreises bildet und wobei der kombinierte Effekt aus den verschiebenden Teilen dieses Magnetkreises so*vie die gegenseitige Wirkung des zugeordneten Magnetflusses mit dem jeweiligen Sekundärteil die erforderliche Optimierung bezüglich der Hebekraft und der Seitenstabilität erreicht.
Wenn die Erregerwicklungen lediglich auf den beiden innenliegenden Schenkeln des jeweiligen Kernabschnitts vorgesehen sind, ist ein erhöhter Leistungsfaktor erreichbar, da die außen liegenden Schenkel des Kernteils keine WicKlungen aufweisen, was ebenfalls höhere Hebekraft und bessere Seitenstabilität bei gleichem Strom zur Folge hat.

Der Sekundärteil, der dazu dient, in Längsrichtung verlaufende Bahnen für elektrische Ströme auf beiden Seiten zumindest der inneren Polflächen jedes Satzes herzustellen sowie Querbahnen für einen die Längsbahnen verbindenden Strom, besteht aus einer Scheibe aus elektrisch leitendem nicht magnetischen Material und enthält magnetisches Material auf der dem Primärteil abgewandten Seite des elektrisch leitenden Materials. Im Betrieb werden aufgrund der Wechselstromspeisung erste Schubkomponenten erzeugt, die den Primärteil und den Sekundärteil entweder voneinander weg oder aufeinander zu bewegen, sowie zweite Schubkomponenten, die den Primärteil und den Sekundärteil miteinander fluchtend zu halten suchen. Ferner wird eine zusätzliche Schubkomponente erzeugt, die eine relative Längsverschiebung zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil herbeiführt. Um stabiles Schweben herbei-