DE3413677A1

DE3413677A1 - Linearmotor

Info

Publication number: DE3413677A1
Application number: DE19843413677
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiro Nagasaki Kawamura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1984-04-11
Publication date: 1984-10-18
Also published as: US4542312A; DE3413677C2; FR2544565B1; FR2544565A1

Description

Priorität: 13. April 1983, Japan, Aktenzeichen 66523/1983 und 06. Juni 1983, Japan, Aktenzeichen 102005/1983

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor gemäß dem Obergriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit einer verbesserten Struktur der Anker-Wicklung des Linearmotors. Es gibt mehrere Anker-Wicklungen eines Linearmotors, die strukturbedingt nicht vollständig in einem Teilraum eines Eisenkernes untergebracht sind, um die Leck-Reaktanz aufgrund magnetischen Streuflusses aus dem Teilraum zu vermindern.

Ist allerdings bei solchen Anker-Wicklungen die Anzahl der Windungen einer Phasen-Anker-Wicklung, die an den Enden des Teilraumes eines

Eisenkernes bezüglich der Ausbreitungsrichtung des Magnetfeldes in einem Linearmotor angeordnet ist, gleich der Anzahl der Windungen einer oder mehrerer anderer Phasen-Anker-Wicklungen in dem Teilraum, so ist die Reaktanz der erstgenannten Anker-Wicklung kleiner als die Reaktanz der letztgenannten Anker-Wicklungen und zwar aufgrund der Lage der erstgenannten Anker-Wicklung. Dies führt zu einem Ungleichgewicht zwischen den Reaktanzen der Phasen-Anker-Wicklungen IQ und folglich zu einer verschlechterten Vortriebskraft-Charakteristik.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Linearmotor mit einfachem Aufbau zu schaffen, der zwei oder mehr Phasenjc Anker-Wicklungen aufweist, die nicht vollständig in einem Teilraum eines Eisenkerns untergebracht sind und gleiche Reaktanzen haben, wobei der Linearmotor eine ausgezeichnete Vorschub-Charakteristik hat.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Kurz zusammengefaßt ist der Linearmotor nach der Erfindung so aufgebaut, daß die Anzahl der Windungen einer Phasen-Anker-Wicklung, die an den Enden des Teilraumes eines Eisenkernes

«ε bezüglich der Ausbreitungsrichtung des Magnetfeldes des Linearmotors angeordnet ist, größer ist als die Anzahl der Windungen der anderen Phasen-Anker-Wicklungen in dem Teilraum. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Phasen-Anker-Wicklung mit der größeren Windungszahl dünnere

₃q Drähte bzw. Litzen als die anderen Anker-Wicklungen. Auch kann diejenige Phasen-Anker-Wicklung mit der größeren Windungszahl auf den Eisenkern innerhalb dessen Teilraum gewickelt sein. Die Phasen-Anker-Wicklung mit der größeren Windungszahl kann eine konzentrische Wicklung sein, während die anderen Phasen-Anker-Wicklungen nicht - konzentrische Wicklungen sind, die entsprechend auf oder um den Eisenkern gewickelt sind» beispielsweise in·.ovaler Form wie bei einem Treibriemen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht des Ankers des Linearmotors nach der Erfindung:

Fig. 2 und 3 Schnittansichten verschiedener Ausführungsformen des Linearmotors nach der Erfindung;

Fig. 4A und 4B eine vergrößerte Schnittansicht der Wicklungsteile am linken Ende der Figuren 1 und 2; und

Fig. 5 und 6 einen perspektivischen Teilschnitt und eine Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles, bei dem die Erfindung an einen Linearmotor mit zwei Phasen angepaßt ist.

Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren bezeichnen

gleiche Teile.

Zunächst sei auf Figur 1 Bezug genommen; dort ist der Anker eines Linearmotors nach der vorliegenden Erfindung gezeigt,

bei dem Drei-Phasen-Wicklungen 10, 12, 14 und 16 des Ankers 25

auf einem Eisenkern 18 angeordnet sind. Diese Wicklungen 10, 12, 14 und 16 sowie der Eisenkern 18 sind zwischen Halterungsstrukturen 22 und 24 angeordnet, welche aus nicht magnetischem Material, beispielsweise Edelstahl hergestellt sind und die Anker-Wicklungen halten. Die Anker-Wicklungen

10 und 16 sind in Nuten 19 angeordnet und mit der Phase A einer (nicht dargestellten) Clrei-phasigen Energieversorgung (jnit den Phasen A, B und C) verbunden, während die Anker-Wicklungen 12 bzw. 14 mit den Phasen B bzw. C verbunden sind.

Die Anker-Wicklungen 10 und 16 sind innerhalb von zwei Teil-

räumen 26 und 28 des Eisenkernes 18 angeordnet, wobei diese Teilräume durch die Halterungsstrukturen 22 und 24 gebildet sind; die Anker-Wicklungen 12 und 14 sind hierbei so ange—

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ordnet, daß sie die Teilräume 26 und 28 überbrücken, wie in Figur 1 gezeigt, d. h., die Anker-Wicklungen 12 und 14 sind nicht innerhalb eines einzigen Teilraumes 26 bzw. 28

untergebracht, um so die Leck-Reaktanz zu veringern, wie 5

oben erwähnt.

Es sei angenommen, daß die Anzahl der Windungen in den Anker-Wicklungen 10 und 16 für die Phase A gleich η sei und daß die Summe der Windungen der Anker-Wicklungen 12 und 14 der Phasen B und C gleich m sei. Dann sind die Anker-Wicklungen 10, 12, 14 und 16 so ausgebildet, daß sie nach der vorliegenden Erfindung folgender Beziehung genügen:

m < 2n
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Dies bedeutet, daß die Anker-Wicklungen des Linearmotors so angeordnet sind, daß die doppelte Anzahl (2n) der Windungen der Anker-Wicklung 10 oder 16 der Phase A, die an den Enden des Teilraumes 26 oder 28 bezüglich der Ausbreitungs-

richtung des magnetischen Feldes angeordnet sind, größer ist als die Summe (m) der Windungen der anderen Anker-Wicklungen 12 und 14 der Phasen B und C.

Beim Betrieb der Struktur der Figur 1 entsprechend obiger Beschreibung fließen durch die Anker-Wicklungen 10, 12, und 16 drei Phasen-Ströme, wie durch die Pfeile angedeutet, wobei die entsprechenden Ströme in den entsprechenden Phasen gegeneinander um jeweils 120 ° versetzt sind. Hierbei ist unter der obigen Vorraussetzung, daß die Anzahl der Windungen

der Anker-Wicklung 10 oder 16 der Phase A, die an den Enden des Teilraumes 26 oder 28 des Eisenkernes 18 bezüglich der Ausbreitungsrichtung des magnetischen Feldes angeordnet ist, größer ist als die Summe der Windungen der Anker-Wicklungen 12 und 14 der Phasen B und C, die Reaktanz der Anker-Wicklung 10 oder 16 für die Phase A vergrößert ist und in etwa der Reaktanz der beiden anderen Phasen-Anker-Wicklungen 12 und entspricht. Folglich ist ein Ungleichgewicht zwischen den Reaktanzen der entsprechenden Phasen-Anker-Wicklungen ver-

bessert, verglichen mit dem Ungleichgewicht in dem Fall, bei dem die drei Phasen-Anker-Wicklungen die gleiche Windungszahl in dem Teilraum des Eisenkernes haben. Folglich ist die

Vorschub-Charakteristik des Linearmotors verbessert. 5

Es sei darauf hingewiesen, daß bei obigem Ausführungsbeispiel der Eisenkern 18 in zwei Räume 26 und 28 unterteilt ist, welche von den Stützstrukturen 22 und 24, die die Anker-Wicklungen halten, eingeschlossen sind; es kann - wie in Figur 2 gezeigt - jedoch auch ein Eisenkern 30 verwendet werden, der nicht in Räume unterteilt ist. In diesem Falle kann der Eisenkern allerdings zwei identische Teilräume haben, die durch die Kante bzw. Grenze zwischen den Wicklungen 10 und 16 gebildet ist. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß der Eisenkern des Ausführungsbeispieles der Figur 1 grundsätzlich keine Schlitze oder Zähne hat sondern lediglich Abschnitte mit Vertiefungen bzw. Nuten, während - wie in Figur gezeigt - ein Eisenkern 32 mit Schlitzen 34 und 34" ebenfalls verwendet werden kann. Die Anker-Wicklungen 10 und 16 der Phase A, die Anker-Wicklungen 12 und 12' der Phase B und die Anker-Wicklungen 14 und 14* der Phase C sind dann in diesen Schlitzen 34 und 34' untergebracht. Auch in diesem Falle hat der Eisenkern 32 zwei identische Teilräume wie im Falle der Figur 2.

Weiterhin sei auf folgendes hingewiesen: Bei den obigen Ausführungsbeispielen haben die Anker-Wicklungen für die einzelnen Phasen, die an den Enden des Teilraumes des Eisenkernes bezüglich der Ausbreitungsrichtung des magnetischen Feldes angeordnet sind, die gleiche Draht- bzw. Litzenstärke wie die übrigen Anker-Wicklungen, deren Windungszahl geringer ist als die der erstgenannten Wicklung; dies wird dadurch erreicht, daß in dem Nut-Abschnitt 19 der Eisenkerne 18 und 30 der Figuren 1 und 2 ein zusätzlicher Raum vorhanden ist (die Nuten sind größer). Ebenso wird dies bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 dadurch erreicht, daß die Schlitze 34 in dem Eisenkern 32, welche die Anker-Wicklungen aufnehmen, tiefer sind, während die Phasen-Anker-Wicklung,

die an den Enden des Teilraumes des Eisenkernes angeordnet sind und deren Wicklungszahl größer ist, eine geringere Draht- bzw. Litzenstärke verwenden können als die anderen Wicklungen. Hierdurch kann die Windungszahl größer sein, ohne daß zusätzliche Nuten und/oder tiefere Schlitze benötigt werden.

Auch ist zu bemerken, daß bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 3 die zusätzlichen Windungen der Ankerwicklung mit der größeren Windungszahl die Nut-Abschnitte 19 bzw. den tieferen Schlitz 34 bei den Eisenkernen 18, bzw. 32 ausfüllen. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4A können dagegen die Phasen-Anker-Wicklungen so auf den Eisenkern gewickelt werden, daß sie sich in seitlicher Richtung erstrecken und so in ähnlicher Weise die Windungzahl vergrößern, ohne daß zusätzliche Nut-Abschnitte und/oder tiefere Schlitze benötigt werden. Dies ist in Firgur 4B darge-: stellt.

^w Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist den Figuren 5 und 6 zu entnehmen. Dort ist ein Linearmotor mit zwei Phasen gezeigt, der vorzugsweise bei einer Vorrichtung zum elektromagnetischen Rühren von geschmolzenem Metall verwendet wird.

° Anker-Wicklungen 50, 52 und 54 sind mit der Phase A von zwei möglichen Phasen verbunden und rings um einen Eisenkern 56 als "riemenartige" Wicklungen gelegt; eine Anker-Wicklung 58 ist mit der anderen Phase B verbunden und als konzentrische Wicklung um den Eisenkern 56 gewickelt. Beide Anker-Wicklun-

SQ gen werden von Wechselstrom mit den gezeigten Polaritäten gemäß Figur 5 beaufschlagt. Die Polarität des durch die Anker-Wicklungen 50, 52 und 54 fließenden Stromes unterscheidet sich in der Phase um 90 ° von dem Strom, der durch die Ankerwicklung 56 fließt. Zur Abschirmung des magnetischen Flusses

der Anker-Wicklung 58 der Phase B sind Abschirmmaterialien 60 und 62 mit hoher Leitfähigkeit verwendet, um den magnetischen Fluß der Anker-Wicklung 58 für die Phase B gegenüber der Rückseite des Eisenkernes 56 abzuschirmen.

Durch die Polaritäten des Stromes durch die Anker-Wicklungen 50, 52, 54 und 58 gemäß Figur 5 bezogen auf die abgebildete Schnittebene wird ein Linearmotor geschaffen, dessen sich Ausbreitendes bzw. Portschreitendes magnetischen Feld an seiner oberen Seite erzeugt wird. Ein alternierender magnetischer Fluß auf der Rückseite des Eisenkernes 56 wird durch die Anker-Wicklungen 50, 52 und 54 für die Phase A sowie durch die Abschirmmaterialien 60 und 62 unterbunden bzw. blockiert, wie auch aus Figur 6 zu erkennen. Dies führt zu einer verringerten Reaktanz der Anker-Wicklungen für die Phase A, zu einer günstigen Vorschub-Charakteristik und vermeidet Vibrationen von Peripherie-Anordnungen.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 5 und 6 der Eisenkern keine Schlitze oder Zähne aufweist, obwohl auch hier Schlitze oder Zähne in gleicher Weise verwendet werden können, wie im Falle der Figuren 1 bis 3.

Auch ist darauf hinzuweisen, daß bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 5 und 6, bei dem die Abschirmmaterialien 60 und 62 vorgesehen sind, letztere auch fortgelassen werden können, sofern keine Probleme in der Praxis auftreten; obwohl das genannte Ausführungsbeispiel sich mit einem Zwei-Phasen-Linear-Motor beschäftigt, kann es auch auf einen Mehr-Phasen-Motor angewandt werden, beispielsweise auf einen Linearmotor mit drei Phasen wie in Figur 1 gezeigt.

Aus obigen ergibt sich, daß der Linearmotor nach der vorliegenden Erfindung so aufgebaut ist, daß die Windungszahl derjenigen Phasen-Anker-Wicklung, die an dem Ende des Teilraumes eines Eisenkernes bezüglich der Ausbreitungsrichtung des magnetischen Feldes des Linearmotors liegt, größer ist als die Windungszahl der Anker-Wicklungen für die anderen Phasen, welche nicht vollständig in dem betreffenden Teilraum enthalten sind. Folglich wird ein Ungleichgewicht zwischen den Reaktanzen der entsprechenden Anker-Wicklungen

für die Phasen ausgeglichen und die Vorschub-Charakteristik wird verbessert. Auch wird durch die kombinierte Verwendung einer konzentrischen Wicklung und einer nicht-konzentrischen,

"riemenförmigen" Wicklung die Herstellung und die Montage 5

der Wicklungen auf dem Eisenkern erleichtert.

Sämtliche in den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims

Patentansprüche

1.)Linearmotor mit einem Eisenkern und zwei oder mehreren Anker-Phasen-Wicklungen, die alle nicht vollständig in einem Teilraum des Eisenkernes untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Anker-Phasen-Wicklungen (10, 12, 14, 16; 50, 52 54, 58) so angeordnet sind, daß die Anzahl der Windungen der Anker-Phasen-Wicklung (10, 16), die bezogen auf die Ausbreitungsrichtung des Magnetfeldes an den Enden des Teilraumes (26, 28) des Eisenkerns (18) angeordnet sind, größer ist als diejenige der anderen Anker-Phasen-Wicklungen (12, 14).

2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker-Phasen-Wicklung (10, 16) mit der größeren Windungszahl dünnere bzw. feinere Litzen

bzw. Drähte besitzt als die anderen Anker-Wicklungen (12, 5

14).

3. Linearmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker-Phasen-Wicklung (10, 16)

mit der größeren Windungszahl innerhalb des Teilraumes (26, 10

28) des Eisenkerns (18) auf letzteren gewickelt ist.

4. Linearmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker-Phasen-Wicklung (10, 16)

mit der größeren Windungszahl eine konzentrische Wicklung 1B

ist und daß die anderen Anker-Phasen-Wicklungen (12, 14) riemenförmxge (bzw. elliptische) Wicklungen sind, die auf und um den Eisenkern entsprechend gewickelt sind.

5. Linearmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet , daß die Anker-

Phasen-Wicklungen (10, 12, 14, 16) für einen Drei-Phasen-Linear-Motor ausgelegt sind.

6. Linearmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet , daß die Summe der Windungszahlen der anderen Anker-Phasen-Wicklungen (12, 14) kleiner ist als die Windungszahl der Anker-Wicklung (10, 16) mit der größeren Windungszahl.

7. Linearmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4 und 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Anker-Wicklungen (50, 52, 54, 58) für einen Zwei-Phasen-Linear-Motor ausgelegt sind.

8. Linearmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet , daß der Eisenkern (18) in zwei Teilräume (26, 28) unterteilt ist, von denen

jeder eine Anker-Phasen-Wicklung (10, 16) mit der größeren Windungszahl enthält.

9. Linearmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Eisenkern (18) vertiefte Abschnitte (19) bzw. Nuten aufweist, in denen die Anker-Phasen-Wicklungen (10, 16) mit der größeren Windungszahl angeordnet sind.

10. Linearmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Eisenkern (32) tiefe Schlitze (34) in sich aufwiest, in welchen die Anker-Phasen-Wicklung (10, 16) mit der größeren Windungszahl angeordnet ist.

11.Linearmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Anker-Phasen-Wicklung (10, 16) mit der größeren Windungszahl in den vertieften Abschnitten, 2Q die in dem Eisenkern (18) gebildet sind, in vertikaler Richtung angeordnet ist.

12. Linearmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 und 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Anker-Phasen-Wicklung (10, 16) mit der größeren Windungszahl sich in seitlicher Richtung des Eisenkernes (18) erstreckt.

13. Linearmotor nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η 3Q zeichnet , daß die Anker-Phasen-Wicklung (10, 16) mit der größeren Windungszahl in den tiefen Schlitzen (34), die in dem Eisenkern (32) ausgebildet sind, in deren vertikaler Richtung angeordnet ist.