DE3413677C2

DE3413677C2 - Ständer für einen Linearmotor

Info

Publication number: DE3413677C2
Application number: DE3413677A
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: 1987-03-05
Also published as: DE3413677A1; FR2544565B1; US4542312A; FR2544565A1

Abstract

Der Linearmotor besitzt Anker-Wicklungen (12, 14), die nicht vollständig in einem Teilraum (26, 28) eines Eisenkerns (22) des Linearmotors untergebracht sind. Eine weitere Anker-Wicklung (10, 16) für eine andere Phase ist dagegen vollständig in einem Teilraum (26, 28) untergebracht und bezüglich der Ausbreitungsrichtung des Magnetfeldes an dessen Enden. Das Magnetfeld wird hierbei durch sämtliche Anker-Wicklungen, d. h. diejenige, die nicht vollständig und diejenige, die vollständig in dem Teilraum untergebracht sind, erzeugt. Die Windungszahl der Anker-Wicklung, die vollständig in dem jeweiligen Teilraum untergebracht ist, ist größer als die Summe der Windungen der anderen Anker-Wicklungen für die anderen Phasen. Die Wicklung der Anker-Wicklung (10, 16) kann konzentrisch sein, während die Anker-Wicklung der anderen Phasen elliptisch, oval, nichtkonzentrisch bzw. "riemenförmig" sein kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ständer für einen Linearmotor mit einem Eisenkern und zwei oder mehreren Phasen-Wicklungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein wesentliches Problem bei Linearmotoren liegt in der Kompensation des longitudinalen Randeffektes bzw. in den auftretenden Leck-Reaktanzen. In der DE-OS 22 16 170 wird eine Vorrichtung zur Kompensation des longitudinalen Randeffektes vorgeschlagen, die in einer Kurzschlußwicklung besonderer Art besteht. Diese Wicklung ist jedoch zusätzlich zu den eigentlichen Ständerwicklungen anzubringen, so daß sich ein erhöhter Bauaufwand ergibt.
Aus der Zeitschrift ETZ-A, Band 95 (1974), Heft 11, Seiten 106 bis 606 ist ein Ständer für einen Linearmotor mit einem Eisenkern und einer Vielzahl von Phasenwicklungen bekannt. Die Phasenwicklungen sind in entsprechend vielen, in ihrer Länge durch die Polteilung definierten Teilräumen des Eisenkerns untergebracht. Die beiden aktiven Leiter bzw. von den Wicklungen gebildeten Leitergruppen der Phasenwicklungen sind jeweils in zwei benachbarten Teilräumen angeordnet. Am Anfang und am Ende des Ständers sind die aktiven Leiter der drei Phasenwicklungen übereinander geschichtet, wodurch sich eine kompensierende Wirkung ergibt. Durch diese Anordnung wird zwar - wie erwähnt - eine Kompensierung erzielt, jedoch ist die Anordnung aufgrund ihrer Bauweise lediglich für sehr lange Ständer verwendbar und erfordert darüber hinaus ein kompliziertes Wicklungsschema.
Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Ständer für einen Linearmotor dahingehend weiterzubilden, daß mit einer einfachen Anordnung auch bei kurzen Ständern eine wirkungsvolle Kompensation erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die beiden aktiven Leiter oder Leitergruppen von Wicklungen einer weiteren Phase am Anfang und am Ende jedes Teilraumes liegen, die beiden aktiven Leiter oder Leitergruppen am Anfang und am Ende jedes Teilraumes von Strömen entgegengesetzter Richtung und im Bereich aneinanderstoßender Teilräume von Strömen gleicher Richtung durchflossen werden, und daß die Wicklungen der weiteren Phase eine größere Windungszahl aufweisen als die in zwei benachbarten Teilräumen angeordneten Wicklungen.
Der so aufgebaute Ständer führt zu einer hervorragenden Vorschub-Charakteristik und ist dennoch äußerst kompakt aufgebaut und einfach herzustellen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels 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 Fig. 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 Fig. 1 Bezug genommen; dort ist der Anker eines Linearmotors nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem Drei-Phase-Wicklungen 10, 12, 14 und 16 des Ankers auf einem Eisenkern 18 angeordnet sind. Diese Phasen-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 Phasen-Wicklungen 10 und 16 sind in Nuten 19 angeordnet und mit der Phase A einer (nicht dargestellten) drei-phasigen Energieversorgung mit den Phasen A, B und C) verbunden, während die Phasen- Wicklungen 12 bzw. 14 mit den Phasen B bzw. C verbunden sind. Die Phasen-Wicklungen 10 und 16 sind innerhalb von zwei Teilräumen 26 und 28 des Eisenkernes 18 angeordnet, wobei diese Teilräume durch die Halterungsstrukturen 22 und 24 gebildet sind; die Phasen-Wicklungen 12 und 14 sind hierbei so angeordnet, daß sie die Teilräume 26 und 28 überbrücken, wie in Fig. 1 gezeigt, d. h., die Phasen-Wicklungen 12 und 14 sind nicht innerhalb eines einzigen Teilraumes 26 bzw. 28 untergebracht, um so die Leck-Reaktanz zu verringern, wie oben erwähnt.
Es sei angenommen, daß die Anzahl der Windungen in den Phasen-Wicklungen 10 und 16 für die Phase A gleich n sei und daß die Summe der Windungen der Phasen-Wicklungen 12 und 14 der Phasen B und C gleich m sei. Dann sind die Phasen- Wicklungen 10, 12, 14 und 16 so ausgebildet, daß sie nach der vorliegenden Erfindung folgender Beziehung genügen:
m<2n
Dies bedeutet, daß die Anker-Wicklungen des Linearmotors so angeordnet sind, daß die doppelte Anzahl (2 n) der Windungen der Phasen-Wicklung 10 oder 16 der Phase A, die an den Enden des Teilraumes 26 oder 28 bezüglich der Ausbreitungsrichtung des magnetischen Feldes angeordnet sind, größer ist als die Summe (m) der Windungen der anderen Phasen- Wicklungen 12 und 14 der Phasen B und C.
Beim Betrieb der Struktur der Fig. 1 entsprechend obiger Beschreibung fließen durch die Phasen-Wicklungen 10, 12, 14 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 Voraussetzung, daß die Anzahl der Windungen der Phasen-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 Phasen-Wicklungen 12 und 14 der Phasen B und C, die Reaktanz der Phasen-Wicklung 10 oder 16 für die Phase A vergrößert ist und in etwa der Reaktanz der beiden anderen Phasen-Wicklungen 12 und 14 entspricht. Folglich ist ein Ungleichgewicht zwischen den Reaktanzen der entsprechenden Phasen-Wicklungen verbessert, verglichen mit dem Ungleichgewicht in dem Fall, bei dem die drei Phasen-Wicklungen die gleiche Windungszahl in dem Teilraum des Eisenkernes haben. Folglich ist die Vorschub-Charakteristik des Linearmotors verbessert.
Es sei darauf hingewiesen, daß bei obigem Ausführungsbeispiel der Eisenkern 18 in zwei Teilräume 26 und 28 unterteilt ist, welche von den Halterungsstrukturen 22 und 24, die die Phasen- Wicklungen halten, eingeschlossen sind; es kann - wie in Fig. 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 Fig. 1 grundsätzlich keine Schlitze oder Zähne hat sondern lediglich Abschnitte mit Vertiefungen bzw. Nuten, während - wie in Fig. 3 gezeigt - ein Eisenkern 32 mit Schlitzen 34 und 34&min; ebenfalls verwendet werden kann. Die Wicklungen 10 und 16 der Phase A, die Wicklungen 12 und 12&min; der Phase B und die Wicklungen 14 und 14&min; der Phase C sind dann in diesen Schlitzen 34 und 34&min; untergebracht. Auch in diesem Falle hat der Eisenkern 32 zwei identische Teilräume wie im Falle der Fig. 2.
Weiterhin sei auf folgendes hingewiesen: Bei den obigen Ausführungsbeispielen haben die 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 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 Fig. 1 und 2 ein zusätzlicher Raum vorhanden ist (die Nuten sind größer). Ebenso wird dies bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 dadurch erreicht, daß die Nuten 34 in dem Eisenkern 32, welche die Wicklungen aufnehmen, tiefer sind. Es kann aber auch für die Phasen-Wicklung, die an den Enden des Teilraumes des Eisenkernes angeordnet sind und deren Wicklungszahl größer ist, eine gringere Draht- bzw. Litzenstärke verwendet werden als für 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 Fig. 1 bis 3 die zusätzlichen Windungen der Wicklung mit der größeren Windungszahl die Nut-Abschnitte 19 bzw. den tieferen Schlitz 34 bei den Eisenkernen 18, 30 bzw. 32 ausfüllen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4A können dagegen die Phasen-Wicklungen so auf den Eisenkern gewickelt werden, daß sie sich in seitlicher Richtung erstrecken und so in ähnlicher Weise die Windungszahl vergrößern, ohne daß zusätzliche Nut-Abschnitte und/oder tiefere Schlitze benötigt werden. Dies ist in Fig. 4B dargestellt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist den Fig. 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.
Die Phasen-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 Phasen-Wicklung 58 ist mit der anderen Phase B verbunden und als konzentrische Wicklung um den Eisenkern 56 gewickelt. Beide Wicklungen werden von Wechselstrom mit den gezeigten Polaritäten gemäß Fig. 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 Anker- Wicklung 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 Wicklung 58 für die Phase B gegenüber der Rückseite des Eisenkernes 56 abzuschirmen.
Durch die Polaritäten des Stromes durch die Wicklungen 50, 52, 54 und 58 gemäß Fig. 5 bezogen auf die abgebildete Schnittebene wird ein Linearmotor geschaffen, dessen sich Ausbreitendes bzw. Fortschreitendes magnetischen Feld an seiner obere Seite erzeugt wird. Ein alternierender magnetischer Fluß auf der Rückseite des Eisenkernes 56 wird durch die Wicklungen 50, 52 und 54 für die Phase A sowie durch die Abschirmmaterialien 60 und 62 unterbunden bzw. blockiert, wie auch aus Fig. 6 zu erkennen. Dies führt zu einer verringerten Reaktanz der 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 Fig. 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 Fig. 1 bis 3.
Auch ist darauf hinzuweisen, daß bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 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 Fig. 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 der Wicklungen auf dem Eisenkern erleichtert.

Claims

1. Ständer für einen Linearmotor mit einem Eisenkern und zwei oder mehreren Phasen-Wicklungen, die in mindestens zwei in ihrer Länge durch die Polteilung definierten Teilräumen des Eisenkerns untergebracht sind, wobei die beiden aktiven Leiter oder Leitergruppen mindestens einer Phasen-Wicklung in zwei benachbarten Teilräumen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aktiven Leiter oder Leitergruppen von Wicklungen (10, 16) einer weiteren Phase (A) am Anfang und am Ende des Teilraumes (26, 28) liegen, die beiden aktiven Leiter oder Leitergruppen am Anfang und am Ende jedes Teilraumes von Strömen entgegengesetzter Richtung und im Bereich aneinanderstoßender Teilräume von Strömen gleicher Richtung durchflossen werden, und daß die Wicklungen (10, 16) der weiteren Phase (A) eine größere Windungszahl aufweisen als die in zwei benachbarten Teilräumen angeordneten Phasen-Wicklungen (12, 14).

2. Ständer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen-Wicklungen (10, 16) mit der größeren Windungszahl dünnere Drähte besitzen als die anderen Phasen-Wicklungen (12, 14).

3. Ständer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen-Wicklungen (52, 54) mit der größeren Windungszahl auf den Eisenkern (18) gewickelt sind.

4. Ständer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phasen-Wicklung (58) eine konzentrische Wicklung ist und daß die anderen Phasen-Wicklungen (50, 52, 54) ringförmige Wicklungen sind, die auf und um den Eisenkern entsprechend gewickelt sind.

5. Ständer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen-Wicklungen (10, 12, 14, 16) für einen Drei- Phasen-Linear-Motor ausgelegt sind.

6. Ständer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Windungszahlen der übrigen Phasen-Wicklungen (12, 14) kleiner ist als die Windungszahl der Phasen- Wicklung (10, 16) mit der größeren Windungszahl.

7. Ständer nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen-Wicklungen (50, 52, 54, 58) für einen Zwei-Phasen- Linear-Motor ausgelegt sind.

8. Ständer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern (18) in zwei Teilräume (26, 28) unterteilt ist, von denen jeder eine Phasen-Wicklung (10, 16) mit der größeren Windungszahl enthält.

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

10. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern (32) tiefere Nuten (34) aufweist, in welchen die Phasen-Wicklungen (10, 16) mit der größeren Windungszahl angeordnet sind.

11. Ständer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen-Wicklung (10, 16) mit der größeren Windungszahl in den vertieften Abschnitt, die in dem Eisenkern (18) gebildet sind, hochkant angeordnet sind.

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

13. Ständer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen-Wicklung (10, 16) mit der größeren Windungszahl in den tiefen Nuten (34), die an dem Eisenkern (32) ausgebildet sind, hochkant angeordnet ist.