DE3029618A1 - Asynchroner linearmotor - Google Patents

Description

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ASYNCHRONER LINEARMOTOR

Die Erfindung bezieht sich auf einen asynchronen Lineat— motor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus der DE-PS 22 64· 293 bekannt ist.

Der bekannte, auch als "Kompaktmotor" bezeichnete asynchrone Linearmotor besitzt einen von einer U-förmigen Reaktionsschiene umgebenen Ständer mit einem 2-teiligen Ständerblechpaket, um das eine Ringwicklung gelegt ist. Zwischen den einzelnen Windungen der Ringwicklung liegt senkrecht zur Motor 1ängsrIchtung jeweils ein Kammblechpaket· Die Reaktionsschiene besteht aus einem U-förmigen Eisenkern, auf dessen Innenseite eine elektrisch gut leitende Schicht, z.B. aus Aluminium aufgebracht ist.

Die Ringwicklung des bekannten Linearmotors wird mit Drehstrom gespeist, wodurch der Stator ein Wanderfeld erzeugt, das sich mit Synchrongeschwindigkeit in Stator— Längsrichtung bewegt. Dieses Wanderfeld Ist von einem

Magnetfluß begleitet, der In jedem Augenblick seiner Bewegung in einem Magnetkreis fließt, der im Stator— blechpaket in Längsrichtung verläuft, dann senkrecht hierzu aus dem Stator herausführt und den Luftspalt sowie die leitende Schicht der Reaktionsschiene durchsetzt, dann im Eisenkern der Reaktionsschiene in Längsrichtung entgegengesetzt zu seiner Fußrichtung im Ständerblechpaket verläuft und sich schließlich über den Luftspalt wieder schließt. Dieser magnetische Fluß wandert mit Schiupfgeschwindigkeit in Motot—Längsrichtung und induziert dabei in der elektrisch leitenden Schicht der Reaktionsschiene Wirbelströme, die zusammen mit dem Magnetfluß die Vortriebskräfte des Motors erzeugen.

Die zweiteilige Ausbildung des Ständerblechpaketes ist bei dem bekannten Linearmotor In der Weise ausgeführt, daß ein erster Blechpaketabschnitt senkrecht zu den Schenkeln der U-förmigen Reaktionsschiene geschichtet und ein zweiter, an den ersten Blechpaketabschnitt bündig anschließender Blechpaketabschnitt senkrecht zu dem Joch der U-förmigen Reaktionsschiene geschichtet

Ist. Durch diese unterschiedliche SchIchtungsrichtung läßt sich auch Im Joch der U-förmigen Reaktionsschiene ein Wanderfeld erzeugen, womit der Wirkungsgrad des Motors erhöht wird.

Es hat sich Jedoch gezeigt, daß die zweiteilige Ausbildung des Ständerblechpaketes zu Festigkeitsproblemen führt, da die Steifigkeit dieses Ständerblechpaketes wesentlich geringer als die Steifigkeit eines einteiligen Ständerblechpaketes ist. Diese Festigkeitsprobleme stellen mit einen Grund dafür dar, daß der bekannte Linearmotor bisher noch keine praktische Bedeutung erlangt hat.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem asynchronen Linearmotor der eingangs erwähnten Art die Steifigkeit des Stators bei gleichzeitig höherem elektrischen Wirkungsgrad zu verbesseren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Linearmotors nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die an sich gegenläufigen Forderungen nach größerer Steifigkeit des Stators bei höherem elektrischen Wirkungsgrad des Motors lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Motor aufgrund einer einzigartigen Konstruktion des Statorblechpaketes gleichzeitig erfüllen. Und zwar ist für das Statorblechpaket eine gerüstartige Trägerstruktur aus unmagnetischem Material vorgesehen, in dessen offene, am Umfang

der Trägerstruktur befindlichen Nischen einzelne Blechpakete eingesetzt und mit der Trägerstruktur fest verbunden, z.B. verklebt sind. Auf diese Weise läßt sich ein außerordentlich steifer Verbundkörper für den Ständerkern erzielen, der hinsichtlich seiner mechanischen Festigkeit mit einem einteiligen Ständer-

Blechpakete blechpaket vergleichbar ist. Desweiteren sind die/an den Ecken der Trägerstruktur aus rechtwinklig gebogenen Blechen zusammengesetzt, deren Orientierung dem Feldverlauf an den Ständerecken mit guter Näherung ' folgt, so daß die magnetischen Streuverluste des erfindungsgemäßen Motors außerordentlich gering sind, was zu einer spürbaren Verbesserung des bei Kurzstatormotoren ohnehin kritischen elektrischen Wirkungsgrades führt.

Zur Herstellung der vier Blechpakete an den Ständet— ecken braucht lediglich ein um einen prIsmenförmi-

gen Kern gewickeltes und lagenweise geklebtes Blechpaket

band/kreuzförmig zerteilt zu werden.

Bei Linearmotoren mit größerer Leistung kann eine zentrale Kammer der gerüstartigen Trägerstruktur als Kühlmittelkanal herangezogen werden, welcher über hohl ausgehi1dete,zur Aufhängung des Stators an einem Fahrzeug verwendete Tragarme mit einer Kühlmittelquelle im geschlossenen Kreislauf verbunden ist.

Zur weiteren Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades können die freien Enden der U-förmigen Reaktionsschiene gegen die Tragarme hin gebogen werden, wodurch sich ein iTi-förmiges Schienenprofil ergibt. Um das Eindringen von Schmutz und Regenwasser in diesem nahezu kreisförmig geschlossene Schienenprofil zu vermeiden, können die Tragarme abgekröpft und an die einwärts gebogenen Enden der Reaktionsschiene Überhangstücke angebracht werden, welche etwa parallel zu den abgekröpften Abschnitten der Tragarme verlaufen.

Eine besonders einfache und wirtschaftlich günstige Ausbildung der Reaktionsschiene läßt sich dadurch erzielen,, daß zwei U-förmige Reaktionsschienen mit ihren Jochabschnitten so miteinander verbunden werden, daß die elektrisch leitenden Schichten beider Reaktionsschienen ein Η-Profil bilden und die Eisenkerne der beiden Reaktionsschienen nur auf den Lä'ngsschenkel η des Η-Profils ausgebildet sind.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt senkrecht zur Motorlängsachse durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearmotors;

Fig. 2 einen Querschnitt wie in Fig. 1 durch

eine schematisch dargestellte zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearmotors, und

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine schematisch dargestellte dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearmotors.

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Die In Fig. 1 im Schnitt dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearmotors umfaßt einen beweglichen, an einem Fahrzeug 40 mittels Tragarme 30 befestigten Ständer 1 und eine ortsfeste Reaktionsschiene • 50. Die Reaktionsschiene 50 umschließt den Ständer 1 nahezu vollständig von allen Seiten und läßt lediglich auf der dem Fahrzeug 40 zugewandeten Seite noch einen verhältnismäßig schmalen Schlitz 2 zum Hindurchtritt der Tragarme 30 und nicht dargestellter Ständerwicklungen frei. Die den Schlitz 2 begrenzenden freien Enden 51,

52 der Reaktionsschiene 50 sind gegenüber den Schenkeln des etwa U-förmigen Querschnittprofils der Reaktionsschiene 50 um einen Winkel gekröpft, der kleiner als 90° ist und im dargestellten Beispielsfall bei etwa 65° 1iegt.

Die Reaktionsschiene 50 ist aus einem Eisenkern 54 und einer Innenliegenden, elektrisch gut leitenden Schicht

53 aufgebaut, welche Im Bereich der freien Enden 51, über den Eisenkern 54 auf dessen Außenseite vorgezogen ist. Zwischen der leitenden Schicht 53 und dem Ständer 1 befindet sich ein Luftspalt 3 von gleichförmiger Stärke, welcher in der eingangs erläuterten Weise von dem Wanderfeld des Linearmotors durchsetzt wird.

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Der Stator 1 bestltzt ein Statorpaket 10, das von einer nicht dargestellten Ringwicklung und von Zahnblechpaketen 20 umgeben wird. Die jeweils zwischen zwei Windungen der Ringwicklung angebrachten Zahnblechpakete 20 verlaufen mit Ihrer Hauptebene senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Linearmotors, d.h. senkrecht zur Zeichenebene von FIg. 1 und bestehen aus einzelnen, in der genannten Hauptebene geschichteten Dynamoblechen, die vorzugsweise geklebt sind.

Das Statorpaket 10 setzt sich aus mehreren, einzelnen Blechpaketen 11 bis 17 zusammen, die in eine gerüst- oder wabenartige Trägerstruktur 18 aus magnetischem Material eingesetzt und mit dieser In geeigneter Welse verbunden sind. Die Trägerstruktur 18 umfaßt eine zentral e,al 1 se i t I g geschlossene Kammer 19, um welche einzelne, einseitig offene Nischen zur Aufnahme der Blechpakete 11 bis 17 gruppiert sind. Lediglich die unmittelbar unterhalb der Kammer 19 angeordnete Nische ist unbesetzt, da diese von den In Bewegungsrichtung des Linearmotors hintereinander liegenden Tragarmen 30 durchsetzt wird. Die Tragarme 30 sind hohl ausgebildet und stehen mit dem Inneren der Kammer 19 in strömungsdurch-

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gängiger Verbindung, so daß über die Tragarme 30 und die Kammer 19 ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel im geschlossenen Kreislauf zirkulieren und so die Vei— lustwärme in den Blechpaketen 11 bis 17 abführen kann.

An den axialen Enden des Ständers 1 sind in nicht dai— gestellter Weise Platten angebracht, welche über achsparallele Zugbolzen 4· gegeneinander verspannt sind. Die Zugbolzen 4 durchsetzen das Ständerpaket 10 zweckmäßigerweise an dessen vier Ecken.

Die in die Trägerstruktur 18 eingesetzten Blechpakete 11 bis 17 sind so geschichtet, daß Ihre Schichtungsrichtung dem Verlauf des den Luftspalt 3 durchsetzenden Abschnitts des Wanderfeldes adaptiert ist. Anders ausgedruckt verläuft die Schichtungsrfchtung jedes Blechpaketes 11 bis 19 im wesentlich senkrecht zu dem angrenzenden Joch-, Schenkel- oder Endabschnitt des U- oder 12-förmigen Querschnittsprofils der Reaktionsschiene 50. An den Ecken des Ständerpaketes 10 verläuft demzufolge die Schichtungsrichtung der dort positionierten Blechpakete 11, 13, 15, 16 längs rechtwinklig gebogener Biegungslinien. Die vier Blechpakete 11, 13, 15, 16 lassen sich einfach dadurch herstellen, daß ein um

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einen Rechteckkern gewickeltes und lagenweise geklebtes Blechband kreuzförmig In vier Teile zerteilt wird. Die übrigen Blechpakete 12, 14, 17 bestehen ebenfalls aus übereinander geklebten Blechen, die jedoch hier geradlinig verlaufen. In zweckmäßiger Weise sind die Blechpakete 11 bis 17 in die erwähnten Nischen der Trägerstruktur 18 eingeklebt, woraus ein außerordentlich steifer Verbundkörper als Ständerpaket 10 resultiert, dessen Eisen- und Streuverluste minimal sind.

Die in Fig. 2 schematisch dargestellte zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearmotors unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch, daß die Tragarme 30 gekröpft sind und parallel zu dem gekröpften Abschnitt jedes Tragarms 30 Überhangstücke 55, 56 verlaufen, welche an den freien Enden 51, 52 der Reaktionsschiene 50 angebracht sind. Das untere überhangstück 56 kann in ein winkelförmiges Fußstück übergehen, das auf dem Fahrweg des Fahrzeugs aufliegt. Die Überhangstücke 55, 56 bilden einen Schutz für die Reaktionsschiene 50 gegen das Eindringen von Regenwasser, das von dem oberen Überhangstück . 55 aufgefangen und über eine auf dessen Unterseite ausgebildete Tropfnase 57 auf den Fahrweg abgeleitet wird. Die Überhangstücke 55, 56 bestehen vorzugsweise

aus dem gleichen Material wie die leitende Schicht 53 und können mit dieser aus einem Stück hergestellt sein. Bei Fahrzeugen mit auf beiden Längsseiten angebrachten Linearmotoren lassen sich die beiden Reaktionsschienen 50 baulich dadurch vereinigen, daß die U-Profile an ihren Jochseiten unter Bildung eines Η-Profils vei— bunden werden. Dabei wird jedoch nur die elektrisch leitende Schicht 53 als Η-Profil ausgebildet, während sich der Eisenkern 54 lediglich auf den Längsschenkeln des Η-Profils befindet. Eine derartige Reaktionsschiene ist zusammen mit den beiden Statoren in Fig. 3 veranschaulicht. Die Besonderheit einer derartigen Konstruktion liegt darin, daß sich die in ihrem Verlauf in Fig. 3 angedeuteten Stromlinien des erzeugten Wanderfeldes über den Eisenkern 54 quer zur Bewegungsrichtung des Motors schließen, und zwar von dem einen Stator 1 zum anderen Stator 2.

Claims (7)

Krauss-Maffei TF Aktiengesellschaft 8000 München 50 PATENTANSPRÜCHE

1. ] Asynchroner Linearmotor, dessen Ständer ein aus mehreren Blechpaketen unterschiedlicher Schichtungsrichtung zusammengesetztes Ständerpaket aufweist, welches von mehreren, unter gegenseitigem Abstand angeordneten, senkrecht zur Motor 1ängsache orientierten Kammblechpaketen umgeben ist, zwischen denen eine Ringwicklung eingelegt ist, und dessen ortsfester Läufer aus einer den Ständer zumindest dreiseitig umschließenden Reaktionsschiene besteht, welche einen auf seiner Innenseite mit einer elektrisch gut leitenden Schicht belegten Eisenkern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Blechpakete (11 bis 17D in eine gerüstartige Trägerstruktur (18) aus unmagnetischem Material fest eingesetzt sind

2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Ecken der Trägerstruktur (18) angebrachten Blechpakete (11, 13, 15, 16) aus

winklig entsprechend dem Feldverlauf an diesem Stellen gebogenen, miteinander verklebten Blechen bestehen.

3. Linearmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine In der Mitte der Trägerstruktur C1 83 liegende, von Blechpaketen C1 1 bis 17) umgebene Kammer O9) zur Führung eines Kühlmittels vorgesehen ist.

^. Linearmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Halterungsarme (30) zur Aufhängung des Ständers an einem Fahrzeug (40) hohl ausgebildet und mit der Kammer C19Z) unter Bildung eines Kühlmlttelkanals In Verbindung stehen.

. Linearmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsschiene (50) an Ihren freien Enden (51, 52) zu den Halterungsarmen (3OD hin abgebogen Ist.

6. Linearmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterungsarm (303 gekröpft ist und daß an die abgebogenen freien Enden (51, 523 der Reaktionsschiene (503 Überhangstücke (55, 563 angeformt sind, weiche parallel zu dem abgekröpften Teil des Halterungsarms (303 ver1 aufen.

7. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reaktionsschienen (503 an ihren Jochabschnitten miteinander verbunden sind, derart, daß die elektrisch leitenden Schichten (533 einen angenähert H-förmigen Querschnitt bilden und die Eisenkerne (543 nur auf den Längsschenkel η des H-förmigen Querschnitts angebracht sind.