JP2008535449A - リニアモータ、およびリニアモータの駆動方法 - Google Patents

Abstract

ロングステータとして構成された一次部分（１００）と、該一次部分を基準にして可動である、少なくとも１つの二次部分（２００）とを備えるリニアモータが開示される。
ここでは、前記少なくとの１つの二次部分（２００）は、該二次部分の運動を引き起こす磁界を前記一次部分（１００）に形成するのを制御するための手段を有する。
さらに相応のモータの駆動方法も開示される。本発明により、ステータに通電するための面倒な制御装置を回避することができる。

Description

本発明は、ロングステータとして構成された一次部分と、少なくとも１つの二次部分とを備えるリニアモータ、並びに相応するリニアモータの駆動方法に関する。

従来技術
同期原理に従い動作するリニアモータは、ロングステータとして構成された一次部分を有し、この一次部分には二次部分が運動自在に配置されている。二次部分を前進運動させるために移動磁界を形成し、この移動磁界が磁石を形成する二次部分と共に磁気的交互作用によって共に運動する。

ステータ巻線に移動磁界を形成することは、周波数可変の三相電流を供給することによって行われ、この周波数は運動速度を決定する。

ロングステータは、それぞれ関連する巻線を有する個々のセグメントに分割される。セグメントの接続個所には通電装置が配置されている。この通電装置はそれぞれ接続されたセグメントに、運動に必要な電流を供給する。

この構造形式は、個々の通電装置の面倒な構成と制御を必要とする。

例えばＤＥ３９００５１１１Ａ１には、一次部分と並んで配置されたステータポールと、前記一次部分に沿って運動する二次部分とを備えるリニアモータが開示されている。

ロングステータのコイルには整流器によって電流が供給される。この電流の周波数と振幅は、二次部分の滞在個所を考慮して電子制御することができ、これにより二次部分は一次部分の上を運動する。前進運動させるために一次部分のセグメントは外部の制御装置によって通電される。この時点で一次部分の１つのセグメント上に存在するすべての二次部分は一様に前進運動する。

ＤＥ１９９２２４４１Ａ１には、同期式ロングステータ−リニアモータを備える磁気車両の駆動装置および駆動方法が記載されている。ここには、個々の巻線部分を通電し、これにより二次部分の前進運動を制御する面倒な制御が開示されている。同形式に制御される領域に存在する二次部分も一様に前進運動される。この領域は複数の巻線区間ないしセグメントから統合することができる。

とりわけ複数の二次部分が相互に依存せずに、大規模なレールシステムとすることができるロングステータ上を移動する場合、ステータのコイルないし巻線に適切に通電するには大きなコストが掛かる。二次部分の反転する前進運動は、公知の従来技術では１つのステータセグメント内では不可能である。

従って本発明の課題は、ステータ巻線に電流を供給するための簡単な制御を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部分の構成を備えるリニアモータ、並びに請求項９の特徴部分の構成を備える方法によって解決される。

有利な実施形態はそれぞれの従属請求項と以下の説明とから明らかとなる。

発明の利点
本発明のリニアモータは、とりわけ同期原理に従い動作することができ、ロングステータとして構成された一次部分と、この一次部分を基準にしてかどうの少なくとも１つの二次部分を有し、この二次部分はその（前進）運動を引き起こす磁界を一次部分に形成するのを制御する手段を有する。このことによって、ステータ巻線に通電するための、ロングステータに配属された面倒な制御装置を回避することができる。二次部分を前進運動させるためには、空間的に分散された交番磁界が必要である。この交番磁界はステータに沿って運動し、いわゆる移動磁界または駆動磁界である。

有利には本発明のリニアモータには、相互に並んだ複数の個別コイルを有する一次部分が設けられている。ここで前記個別コイルには相互に依存しないで、磁界を形成するための電流を供給することができ、少なくとも１つの二次部分の運動を引き起こす磁界は、一次部分内で個別コイルの電流供給によって形成される。この有利な構成によって、少なくとも１つの二次部分の直接近傍、ないしは影響領域内にある個別コイルだけに通電することができ、これにより二次部分を独立して運動させることができる。

本発明のリニアモータの少なくとも１つの二次部分が、その運動を引き起こす、一次部分での磁界の形成を、前進運動方向に沿って分散された制御フィールドによって制御すると有利である。この制御フィールドは目標値フィールドに相当し、二次部分に存在する制御装置によって決定するか、または外部から二次部分に供給することができる。この制御フィールドは、前進運動に必要な駆動磁界を有利には空間的にシミュレートし、従って交番磁界、とりわけ正弦波状の交番磁界である。

本発明のリニアモータの少なくとも１つの二次部分により形成される制御フィールドが１つの個別コイルに割り当てられていて、これを局所的に測定し、測定値をこの個別コイルに対する電流目標値として使用すると同様に有利である。制御フィールドが磁界の場合は、個別コイルに磁界センサを割り当てる。

本発明のリニアモータの有利な実施形態では、少なくとも１つの二次部分が磁界を制御フィールドとして形成する。この形成された磁界は、一次部分に沿って配置された磁界センサ、例えばホールセンサによって簡単に検出することができる。検出された磁界の強度は、電流目標値として個別コイルの電流供給に使用される。

この制御フィールドは有利には二次部分に配置された送信コイルによって形成される。送信コイルの相応の構成と適切な配置によって、制御フィールドの形状（例えば正弦波状）が決定される。推進力は駆動磁界の強度に依存しており、この強度は制御フィールドの振幅によって決定される。二次部分での信号処理部は、この有利な構成では一次元の目標電流値だけを提供すれば良く、この一次元の目標電流値を励磁連流として送信コイルに供給する。これによりステータの個別コイルにより形成された駆動磁界が二次部分の影響領域内で得られる。

同様に、本発明のリニアモータの少なくとも１つ二次部分が電界を制御フィールドとして形成すると有利である。電界は有利には、駆動磁界による検出の影響を簡単に回避するために使用することができる。

有利には本発明のリニアモータでは、運動を引き起こす、一次部分での磁界の形成が、とりわけ変調された電磁波によって制御される。

本発明の解決手段の有利な実施形態では、電磁波の波長および／または偏波が制御に使用される。ここでは目標電流の符合を、とりわけ種々異なる波長または偏波方向によって表すことができる。

本発明によれば、ロングステータとして構成された一次部分と、該一次部分を基準にして可動の少なくとも１つの二次部分とを有するリニアモータを駆動するための方法が提案される。ここでは、運動を引き起こす、一次部分での磁界の形成が少なくとも１つの二次部分によって制御される。

本発明の方法では有利には本発明のリニアモータが使用される。制御のために、本発明のリニアモータと関連して開示された手段が使用される。

本発明のさらなる利点および実施形態は以下の説明および添付の図面から明らかになる。

当然に、既に述べた特徴及びこれから説明される特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、個別に示される組合せにおいてのみならず、他の組合せにおいても、あるいは単独でも使用可能である。

図面の説明
以下、本発明およびその利点を、図面に示された実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のリニアモータの有利な構成の上方からの概略図である。
図２は、図１の中央軸に沿った断面の概略的側面図である。
図３は、図１のリニアモータの概略的側面図である。

詳細な図面説明
図１に示された本発明のリニアモータの実施形態は一次部分１００と二次部分２００を有する。一次部分１００は実質的に同じように構成された２つの駆動レール１０１と１０２を有する。一次部分の中央軸には磁界センサ１２０ａ、１２０ｂ等が配置されている。具体的に示された構成は単なる例である。

駆動レール１０１は個別コイル１１０ａ、１１０ｂ等を有し、駆動レール１０２は個別コイル１１１ａ、１１１ｂ等を有する。有利な実施形態では、対向する個別コイル１１０ａと１１１ａ、および１１０ｂと１１１ｂ等が磁界センサ１２０ａ、１２０ｂ等を基準にして中央に配向されている。ここではそれ以外の他の構成を選択することもできる。駆動レールは長さに応じて、図示の数以上の個別コイルおよび磁界センサを有することができる。

各個々の磁界センサ１２０ａ、１２０ｂ等は個別コイルペア１１０ａと１１１ａ、１１０ｂと１１１１ｂ等のそれぞれの電流供給の制御を担当する。例えば磁界センサ１２０ａは、個別コイル１１０ａと１１１ａの電流供給を制御する。電流供給のためにさらなる手段、例えば増幅回路、電流源等が設けられている。しかしこれらは分かりやすくするために詳細には図示されていない。

二次部分２００は、駆動レール１０１と１０２に配属された走行レール２０１と２０２を有する。その他に二次部分は制御コイル２２０ａから２２０ｄを有する。これらの制御コイルは形成される制御フィールドを介して磁界センサ１２０ａ、１２０ｂ等と作用接続している。

走行レール２０１と２０２は個々の永久磁石部分２１０ａから２１０ｅと、２１１ａから２１１ｅを有する。二次部分２００は、一次部分１００上を駆動レール１０１と１０２に沿って自由に運動することができる。駆動レール１０１，１０２と走行レール２０１，２０２との磁気的作用接続は、リニアモータの推進機能によって行われる。二次部分２００の一次部分１００上での支承および案内は詳細に図示されていない。この支承および案内は、例えば別の磁気的レールまたはローラによって行うことができる。

図２は、上記のリニアモータをその中央軸に沿った断面で示す。一次部分１００は二次部分２００の下方に配置されている。

一次部分１００の上には規則的間隔で磁界センサ１２０ａから１２０ｉが配置されている。二次部分２００には規則的間隔で制御コイル２２０ａから２２０ｄが配置されている。制御コイルの規則的間隔は、この実施形態では磁界センサの規則的間隔に相応しない。

永久磁石部分２１０ａから２１０ｅおよび２１１ａから２１１ｅ（図１と３）を、制御コイル２２０ａから２２０ｄの中点に沿って分散して配向すると有利である。

二次部分２００は制御装置２３０を有し、この制御装置２３０は接続部２４０、とりわけケーブルを介して制御コイル２２０ａから２２０ｄと接続されており、この制御コイルに電流を供給することができる。

図面には制御コイルに電流が供給されることが示されており、この電流の方向は制御装置２３０内の矢印および接続部２４０の矢印によって示されている。この電流方向では、制御コイル２２０ａと２２０ｃが磁気的Ｎ極をその下面に、制御コイル２２０ｂと２２０ｄが磁気的Ｓ極をその下面に形成する。

制御コイル２２０ａから２２０ｅ間には交番磁界が発生し、この交番磁界は制御フィールド２５０として示されている。制御フィールド２５０の空間的分散は、制御コイル２２０ａから２２０ｄの幾何形状および配置によって設定される。磁気的制御フィールド２５０の振幅は、制御コイルに印加される電流の振幅によって設定される。制御装置は、制御コイルを流れる電流の振幅を制御する。

フィールドラインにより図面に示された制御フィールド２５０は、磁界センサ１２０ａ、１２０ｂ等と作用接続する。磁界センサで検出された磁界の強度は、磁界センサと制御コイル２２０ａから２２０ｄとの間隔に依存する。

この例で磁界センサ１２０ｃと１２０ｆには強い磁界が実質的に垂直の上方から下方へ通過する。これに対して磁界センサ１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｇおよび１２０ｈには弱い磁界が斜めに下方から上方へ通過する。それぞれ検出された垂直方向での磁界強度（ないしは磁界の垂直成分）は、所属の個別コイル１１０ａ、１１０ｂ等、並びに１１１ａ、１１１ｂ等への電流供給を制御するために使用される。制御フィールドを正弦波状に形成することによって、駆動磁界も相応に正弦波状となる。

図３は、有利な実施形態の側面図である。二次部分２００の走行レール２０１は、一次部分１００の駆動レール１０１に隣接している。

駆動レール１０１は個別コイル１１０ａから１１０ｈを有し、これら個別コイルのそれぞれの電流供給は磁界センサ１２０ａから１２０ｈ（図３には示されていない）によって制御される。走行レール２０１は永久磁石部分２１０ａから２１０ｅからなる。

部分２１０ａ、２１０ｃと２１０ｅが同じ磁極性を有し、部分２１０ｂと２１０ｄの磁極性が反対であると有利である。図示の例では部分２１０ａ、２１０ｃ、２１０ｅが磁気的Ｎ極を有し、部分２１０ｂと２１０ｄが磁気的Ｓ極を有する。部分２１０ａから２１０ｅから発する磁界はここでは永久磁界と称される。

本発明のリニアモータの有利な実施形態によれば、個別コイル１１０ａから１１０ｈの電流供給は、図２に示し説明したように磁界センサ１２０ａから１２０ｈにより制御される。これによれば個別コイル１１０ａから１１０ｈには、コイル１１０ｃ、１１０ｆがＮ磁界を形成し、コイル１１０ｂ、１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｇ、１１０ｈが種々異なる強度のＳ磁界を形成し、全体として実質的に正弦波状の駆動磁界ないし交番磁界が発生するように電流が供給される。

駆動磁界と永久磁界との作用接続は、二次部分２００を一次部分１００に対して矢印Ａにより示した方向に運動させる。制御フィールドは二次部分と共に連動する。制御フィールドの運動によって駆動磁界も同様に方向Ａに沿って前進運動する。これにより二次部分が再びさらに運動する。

二次部分の推進力（加速）は駆動磁界の強度に依存する。この強度は、個別コイル１１０ａから１１０ｈに供給される電流の強度によって設定される。この電流強度はすでに説明したように制御フィールドの強度により設定される。この制御フィールドの強度は、制御装置２３０から制御コイル２２０ａから２２０ｄに出力される電流に依存する。従って運動速度の変更は、制御装置２３０から出力される電流の変化によって簡単に行われる。

運動方向の変化は同じように、制御コイル２２０ａから２２０ｄを流れる電流の方向の変化によって行われる。電流方向のこのように変化することにより、制御フィールドの極性、ひいては駆動磁界の極性が反転する。永久磁界の極性は変化しないから、運動方向が変化する。

図面には本発明のリニアモータの特に有利な実施形態が示されている。その他にも別の実施形態、とりわけ駆動レールの別の構成、個別コイルの別の配置、走行レールの別の構成、走行レールの別の構造、制御コイルの別の構造および配置、磁界センサの別の構成等も、本発明の枠を逸脱することなしに考えられる。

図１は、本発明のリニアモータの有利な構成の上方からの概略図である。 図２は、図１の中央軸に沿った断面の概略的側面図である。 図３は、図１のリニアモータの概略的側面図である。

Claims (10)

1. ロングステータとして構成された一次部分（１００）と、該一次部分を基準にして可動である、少なくとも１つの二次部分（２００）とを備えるリニアモータにおいて、
   前記少なくとの１つの二次部分（２００）は、該二次部分の運動を引き起こす磁界を前記一次部分（１００）内に形成するのを制御するための手段を有する、ことを特徴とするリニアモータ。
2. 請求項１記載のリニアモータにおいて、
   前記一次部分（１００）は、相互に並んだ個別コイル（１１０ａから１１０ｈ、１１１ａから１１１ｈ）を有し、
   該個別コイルには相互に依存せずに、磁界を形成するための電流が供給可能であり、
   前記少なくとも１つの二次部分（２００）の運動を引き起こす磁界は、前記一次部分（１００）内で前記個別コイル（１１０ａから１１０ｈ、１１１ａから１１１ｈ）に電流供給することによって形成される、ことを特徴とするリニアモータ。
3. 請求項１または２記載のリニアモータにおいて、
   前記少なくとも１つの二次部分（２００）は、該二次部分の運動を引き起こす、前記一次部分（１００）での磁界の形成を、前進運動方向に沿って分散された制御フィールド（２５０）によって制御する、ことを特徴とするリニアモータ。
4. 請求項１から３までのいずれか一項記載のリニアモータにおいて、
   前記少なくとも１つの二次部分（２００）により形成される制御フィールド（２５０）は１つの個別コイル（１１０ａから１１０ｈ、１１１ａから１１１ｈ）に割り当てられ、局所的に測定され、測定値が前記個別コイルに対する電流目標値として使用される、ことを特徴とするリニアモータ。
5. 請求項１から４までのいずれか一項記載のリニアモータにおいて、
   前記少なくとも１つの二次部分（２００）により前記制御フィールド（２５０）として磁界が形成される、ことを特徴とするリニアモータ。
6. 請求項１から５までのいずれか一項記載のリニアモータにおいて、
   前記少なくとも１つの二次部分（２００）により前記制御フィールド（２５０）として電界が形成される、ことを特徴とするリニアモータ。
7. 請求項１から６までのいずれか一項記載のリニアモータにおいて、
   運動を引き起こす、前記一次部分（１００）での磁界の形成は、とりわけ変調された電磁波によって制御される、ことを特徴とするリニアモータ。
8. 請求項７記載のリニアモータにおいて、
   前記電磁波の波長および／または偏波が制御に使用される、ことを特徴とするリニアモータ。
9. ロングステータとして構成された一次部分（１００）と、該一次部分を基準にして可動である、少なくとも１つの二次部分（２００）とを備えるリニアモータの駆動方法において、
   運動を引き起こす、前記一次部分（１００）での磁界の形成が少なくとも１つの二次部分（２００）によって制御される、ことを特徴とする駆動方法。
10. 請求項９記載の駆動方法において、請求項１から８までのいずれか一項記載のリニアモータを特徴とする駆動方法。

Images