DE4305274A1

DE4305274A1 - Langstator-Linearmotor

Info

Publication number: DE4305274A1
Application number: DE19934305274
Authority: DE
Inventors: Tilmann Walz; Otto Hoermann
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1993-02-20
Filing date: 1993-02-20
Publication date: 1994-09-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Langstator-Linearmotor gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs. Ein derartiger Linearmotor ist aus der DE 39 00 511 A1 bekannt.

Bekannte Langstator-Linearmotoren, beispielsweise gemäß der DE 39 00 511 A1, die nach dem Synchron- oder Asynchronprinzip arbeiten, weisen als Primärteil einen ortsfesten, bewickelten Langstator und einen längs des Primärteils beweglichen Sekundärteil auf. Die Wicklungen des Langstators werden durch einen oder mehrere Wechselrichter gespeist, deren Strom in Frequenz und Amplitude steuerbar ist, um das Sekundärteil in einer gewünschten Lage zu positionieren. Die Steuerung erfolgt dabei in Abhängigkeit von Positionssignalen, die von einer Einrichtung zur Ermittlung der Lage des Sekundärteils bezüglich des Primärteils erzeugt werden.

Aus fertigungstechnischen Gründen wird ein Langstator von größerer Länge aus einzelnen Abschnitten oder Segmenten zusammengefügt. Bei der Herstellung der einzelnen Segmente lassen sich deren Enden nur mit der halben Wicklungsdichte bewickeln, was zur Folge hat, daß im Bereich der Segmentenden, d. h., den Stoß stellen zwischen benachbarten Segmenten, ein reduzierter Strombelag und damit ein Einbruch der Induktion bzw. Feldstärke vorhanden ist. Solange das abschnittslos bewickelte Sekundärteil so lang ist, daß es sich - wie im Falle der DE 39 00 511 - über mehr als zwei Primärteilsegmente erstreckt, machen sich diese Feldstärke einbrüche praktisch nicht bemerkbar. Bei kürzeren Sekundärteilen führen jedoch diese Feldstärkeeinbrüche zu Ungleichförmigkeiten in der Schubkraft und im Ab stand zwischen Primär- und Sekundärteil, was insgesamt eine Ungleichförmigkeit des Bewegungsablaufs zur Folge hat.

Um den vorgenannten Unzulänglichkeiten zu begegnen, fügt man im montierten Zustand des Langstators den benachbarten, nur halb bewickelten Enden der ein zelnen Segmente die fehlenden Wicklungen hinzu, was nicht nur einen höheren Montageaufwand und eine eingeschränkte Demontierbarkeit bei Wartungsarbeiten bedeutet, sondern im Falle von vergossenen Wicklungsköpfen praktisch nicht durchführbar ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Langsstator-Linearmotor mit relativ kurzem Sekundärteil eine hohe Bewegungskontinuität ohne aufwendige Nach bearbeitung der Statorwicklungen zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, die ortsabhängigen Feldstärkeeinbrüche durch kurzzeitige Erhöhung des Strombelags immer dann auszugleichen, wenn und solange sich das relativ kurze Sekundärteil über einer Stoßstelle zwischen benach barten Primärteil-Segmenten befindet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Langstator-Linearmotors;

Fig. 2 eine perspektivische Absicht eines Primärteil-Segmentes mit dem dazugehörigen Verlauf des elektrischen Wanderfeldes ohne die erfindungsgemäße Ausbildung;

Fig. 3 eine schematische Ansicht der sowohl beim Stand der Technik als auch bei der Erfindung benutzten Bewicklung im Bereich der Enden zweier benachbarter Primärteil-Segmente;

Fig. 4 den ortsabhängigen Verlauf der Schubkraft im Bereich der gemäß Fig. 3 bewickelten Enden zweiter benachbarter Primärteil-Segmente ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen;

Fig. 5 die zeitabhängige Änderung der Amplitude des Erregerstroms bzw. der Erregerspannung bei dem Langstator-Linearmotor gemäß Fig. 1, und

Fig. 6 den Verlauf der Schubkraft im Bereich der gemäß Fig. 3 bewickelten Enden zweier benachbarter Primärteil-Segmente bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen.

Der in Fig. 1 dargestellte Langstator-Linearmotor 1 weist ein längliches, genutetes Primärteil 2 auf, das in Fig. 1 stark schematisiert dargestellt ist, in der Praxis aber aus aufeinanderfolgenden Segmenten 20 (Fig. 3) besteht. In den Nuten des Primär teils 2 ist eine 3-Phasen-Wicklung eingelegt. Ein Polpaar des Primärteils 2 setzt sich aus zwei Polbreiten τ_p, also sechs Nuten zusammen. Die drei Phasen-Wicklungen werden elektrisch parallel mit den ausgangsseitigen Phasenspannungen u, v, w eines Umrichters 3 gespeist, der eingangsseitig an eine beliebige Energieversorgungs quelle, z. B. ein Gleichspannungsnetz, angeschlossen ist. Die Phasenspannungen u, v, w erzeugen längs des Primärteils 2 ein Wanderfeld, welches in dem Sekundärteil 6 eine Schubkraft erzeugt, die das Sekundärteil längs des Primärteils 2 bewegt.

Die Frequenz und Amplitude des Umrichters 3 lassen sich mittels eines Steuerteils 4 steuern. Das Steuerteil 4 erhält von einer Positionserfassungseinrichtung 5 ein Signal, welches die Position eines Sekundärteils 6 bezüglich des Primärteils 2 angibt. Als Positionserfassungseinrichtung 5 kann ein Lagemeßsystem oder ein Rechner verwendet werden, welcher aus der signalisierten Anfangsposition des Sekundärteils 6 und einer Aufsummierung der Bewegungssteuerbefehle die aktuelle Position errechnet.

Zum Verständnis der Erfindung sollen nunmehr anhand der Fig. 2 bis 4 die physikalischen Verhältnisse an der Stoßstelle zwischen zwei benachbarten Segmenten 20 des Primärteils 2 erläutert werden. Die Segmente 20 werden mit ihren Feldwicklungen einzeln vorgefertigt und erst dann zu dem Primärteil 2 gemäß Fig. 1 zusammengefügt. Die beiden Enden jedes Segmentes 20 - genauer: die letzten drei Nuten - können bei der erwähnten Vorfertigung der Segmente 20 nur einlagig bewickelt werden (Fig. 3), im Gegensatz zu den übrigen Nuten, die zweilagig bewickelt sind. Die einlagige Bewicklung hat die in Fig. 2 dargestellte Feldschwächung des Wanderfeldes im Bereich der Segmentenden und damit einen in Fig. 4 angedeuteten Einbruch der im Sekundärteil 6 induzierten Schubkraft im Bereich jeder Stoßstelle zur Folge. Sofern die Länge des Sekundärteils 6 kleiner als die Länge eines Segmentes 20 ist (die der 8-fachen Polbreite τ_p bei der Aus führungsform nach Fig. 2 entspricht), führen die Schubkrafteinbrüche an den Stoßstellen zu einer Bewegungsungleichförmigkeit des Sekundärteils 6.

Erfindungsgemäß wird zur Kompensation der erläuterten Schubkrafteinbrüche gemäß Fig. 4 die Amplitude der 3-Phasenspannungen u, v, w und damit der Strombelag kurzzeitig erhöht, wenn und solange sich der Sekundärteil 6 im Bereich einer Stoßstelle zwischen benachbarten Segmenten 20 befindet. Da das Steuerteil 4 "weiß", wo sich momentan das Sekundärteil 6 relativ zum Primärteil 2 befindet, kann das Steuerteil 5 den Umrichter 4 präzise im Sinne der erwähnten kurzzeitigen Erhöhung der Amplitude der 3-Phasenspannungen u, v, w steuern. Infolge der kurz zeitigen Erhöhung des Strombelags läßt sich, wie Fig. 6 zeigt, ein nahezu ebener Schubkraftverlauf in dem Sekundärteil 6 über die Gesamtlänge des Primärteils 2 erzielen, ohne daß die bekannte konstruktive Ausbildung der Segmente 20 gemäß Fig. 3 verändert werden muß.

Claims

Langstator-Linearmotor, mit einem aus mehreren, mit Wanderfeldwick lungen bewickelten Segmenten bestehenden, ortsfesten Primärteil, einem längs des Primärteils beweglichen Sekundärteil, einer geregelten Versor gungsquelle zur Stromspeisung des Primärteils und mit einer Einrichtung zur Ermittlung der momentanen Lage des Sekundärteils bezüglich des ortsfesten Primärteils, wobei die Segmente des Primärteils an ihren Enden eine gerin gere Wicklungsdichte aufweisen als im Bereich zwischen den Enden, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsquelle (3) in Abhängigkeit von den Positionssignalen der Erfassungseinrichtung (5) derart steuerbar ist, daß der Strombelag des Primärteils (2) erhöht wird, wenn und solange sich das Sekundärteil (6), dessen Länge etwa gleich der oder kleiner als die Länge eines Segmentes (20) des Primärteils (2) ist, im Bereich einer Über gangsstelle zwischen zwei benachbarten Segmenten (20) des Primärteils (2) befindet, wobei die Erhöhung des Strombelags derart bemessen ist, daß die durch die geringere Wicklungsdichte an den Enden der Segmente (20) be dingte Reduzierung des Strombelags im wesentlichen ausgeglichen wird.