PT784883E

PT784883E - Motor linear sincrono

Info

Publication number: PT784883E
Application number: PT96920836T
Authority: PT
Inventors: Dietmar Stoiber
Original assignee: Siemens Linear Motor Systems G
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 2000-06-30
Also published as: CN1159257A; US5744879A; JP3786699B2; ATE188317T1; JPH10507340A; ES2143207T3; CA2201303A1; WO1997005688A1; EP0784883A1; DK0784883T3; EP0784883B1; CN1086519C; DE19528043C1; DE59604040D1

Description

DESCRIÇÃΟ "MOTOR LINEAR SÍNCRONO" O presente invento diz respeito a um motor linear síncrono de acordo com o conceito genérico da reivindicação de patente 1. Este tipo de motor é já nosso conhecido seja da patente US-A-4 868 431, seja da patente US-PS 49 08 533.

Os motores síncronos de alta qualidade, que são utilizados como servomotores, devem caracterizar-se por um desenvolvimento de força tão uniforme e isento de interferências quanto possível. No caso dos motores síncronos rotativos, as flutuações periódicas da força (também denominadas “oscilação da força”) ficam essencialmente a dever-se às ranhuras do estator. Assim, e com o intuito de compensar não só esta oscilação da força mas também todos os outros efeitos que as ranhuras do estator provocam sobre o momento do eixo de transmissão do motor, regra geral os pólos do rotor e do estator são submetidos a uma inclinação que se estende ao longo da largura de uma ranhura.

Também no caso dos motores lineares síncronos, e como é já igualmente do nosso conhecimento através da patente US-A-49 08 533, a fim de evitar a oscilação da força, os pólos são inclinados ao longo de uma extensão que equivale à largura de uma ranhura do primário com enrolamento. Como as arestas das superfícies frontais do primário, quando vistas de cima, se apresentam paralelas relativamente às ranhuras do dito primário, quando as ranhuras apresentam a já referida inclinação, as arestas dianteira e traseira das superfícies frontais dos pólos apresentam também uma inclinação. A patente EP-A-0 334 645 apresenta uma outra solução, também já nossa conhecida, para reduzir a oscilação da força: neste caso concreto, o núcleo do primário de 2

um motor linear síncrono é constituído por uma placa ferromagnética, a qual deverá ser instalada no entreferro das bobinas do motor linear, de modo a que as superfícies frontais da placa se projectem para além das bobinas do entreferro, dando assim origem a um degrau na região da linha longitudinal média do motor linear.

Ao contrário do que sucede no caso dos motores síncronos rotativos que, quando vistos ao longo do seu perímetro, prosseguem ininterruptamente, uma das principais características de um motor linear síncrono reside no facto de apresentar um princípio e um fim. Nos motores lineares síncronos, nos pontos de transição do fim e do princípio, registam-se periodicamente forças finais do motor no sentido do movimento; essas forças exercem um efeito prejudicial sobre o movimento do motor linear. A ocorrência destas forças finais do motor fica a dever-se ao facto de o motor linear, dependendo da respectiva posição, cobrir de forma diferente os pólos magnéticos. Existem mesmo posições predominantes, nas quais a energia magnética acumulada do motor linear é particularmente elevada, sendo então necessária uma força adicional para deslocar o motor para fora dessas posições predominantes. A força com que o motor linear se desloca para as posições predominantes dos pólos magnéticos é denominada “força dos pólos”. Esta força pode equivaler a, no máximo, 20% da força nominal do motor. Por cima de cada pólo magnético encontra-se uma posição predominante. Desta forma, a força dos pólos passa periodicamente para os pólos magnéticos, o que provoca uma interferência na força do motor a que se dá o nome de “oscilação dos pólos”. Como a força dos pólos não é dependente da corrente do motor, ela representa uma força passiva que também se faz sentir quando não está nenhuma corrente presente. A força dos pólos não executa qualquer trabalho, na medida em que actua alternadamente tanto na direcção do movimento do motor linear como na direcção oposta a este movimento. Durante a operação, esta força adiciona-se à força produzida pela corrente do motor. A força dos pólos não tem nada em comum com a força das ranhuras, com que as arestas dos pólos magnéticos e as ranhuras do estator actuam umas sobre as outras. A “oscilação dos polos" aqui descrita provoca uma irregularidade no movimento dos motores lineares síncronos comuns, o que se torna indesejável, de modo especial sempre que esses motores forem utilizados como reguladores de precisão.

Atendendo ao exposto, o presente invento tem por objectivo melhorar a irregularidade do movimento de um motor linear síncrono semelhante ao descrito no início da presente.

Trata-se de um objectivo que, de acordo com o presente invento, é satisfeito através das propriedades características da reivindicação de patente 1.

As reivindicações de patentes subjacentes apresentam exemplos de execução e aperfeiçoamentos vantajosos do motor linear síncrono concebido de acordo com o presente invento.

No caso do motor linear síncrono concebido de acordo com o presente invento, as duas extremidades do motor estão inclinadas numa extensão correspondente à largura de um pólo magnético. A zona final do motor que está inclinada não apresenta qualquer ranhura nem dispõe de qualquer enrolamento. Ao contrário do que sucede com as outras medidas que foram adoptadas para contrariar as forças das ranhuras, no caso do motor concebido de acordo com o presente invento a zona do motor linear em que o i enrolamento se encontra não sofre a mais pequena alteração. Devido à inclinação que, de acordo com o presente invento, as duas extremidades do motor apresentam numa extensão equivalente à largura de um pólo magnético, a cada força dos pólos exercida na parte da frente do motor linear equivale uma força dos pólos contrária, exactamente com a mesma intensidade, que é exercida na parte de trás do motor linear. Com vista a compensar totalmente as forças exercidas pelos pólos, torna-se necessário que as extremidades do motor apresentem uma inclinação que se prolongue ao longo de toda a largura 4 de um pólo magnético. Se a inclinação final for inferior ou superior a esta largura, a compensação da força dos pólos já não será total. É por este motivo que a inclinação das ranhuras a que fizemos referência no início, e que tem por objectivo evitar as interferências provocadas pelas ranhuras, e a inclinação paralela das extremidades do motor, numa extensão sensivelmente equivalente a uma divisão da ranhura, que está associada à inclinação das ranhuras, não eliminam o problema da oscilação dos pólos. Por via de regra, o pólo se optar pela inclinação anteriormente referida, que se prolonga por uma extensão equivalente a apenas uma ranhura, a inclinação apresentada pelas extremidades do motor só se prolonga por um terço ou um sexto de um pólo magnético, conforme o número de ranhuras que o dito pólo magnético apresente.

Sempre que for adoptada uma inclinação do pólo magnético do secundário numa extensão equivalente à largura de uma ranhura do primário com o intuito de compensar a oscilação da força que é provocada pelas ranhuras, a inclinação das superfícies frontais do primário, prevista de acordo com o presente invento, tem de sofrer um aumento ou uma redução correspondente à inclinação do pólo magnético, conforme a inclinação dos pólos magnéticos seja na mesma direcção que a inclinação das superfícies frontais do primário, ou seja na direcção contrária à da inclinação apresentada pelas superfícies frontais do primário.

As zonas das extremidades do motor que, de acordo com o presente invento, apresentam uma inclinação que se estende por toda a largura de um pólo magnético, não dispõem de qualquer enrolamento, pelo que, assim sendo, não têm de dispor de qualquer ranhura. Obtém-se o melhor resultado possível sempre que a inclinação das extremidades do primário formar uma superfície lisa voltada para o secundário, superfície essa que apresenta o mesmo entreferro que o motor linear. 5 ί,

Segue-se uma explicação mais detalhada do presente invento, baseada em exemplos de execução do mesmo, que são descritos com base nos respectivos desenhos. Assim, a figura 1 mostra a figura 2 mostra a figura 3 mostra a figura 4 mostra um primeiro exemplo de execução de um motor linear síncrono, concebido de acordo com o presente invento, visto de cima e representado de forma esquemática; um outro exemplo de execução de um motor linear síncrono, concebido de acordo com o presente invento, igualmente visto de cima, sendo que, neste exemplo de execução, e relativamente à figura 1, as ranhuras dos polos do respectivo secundário apresentam uma inclinação; um terceiro exemplo de execução de um motor linear síncrono, concebido de acordo com o presente invento, também ele visto de cima, sendo que, neste exemplo de execução, e relativamente à figura 1, as ranhuras do rotor apresentam uma inclinação, e, finalmente, uma peça adicional para as extremidades dianteira e traseira de um primário, concebida de acordo com o presente invento, e vista em perspectiva.

Na figura 1 é apresentado um motor linear síncrono 1, concebido de acordo com o presente invento, visto de cima, motor esse que, como é normal, é constituído por um primário ou rotor 10 e por um secundário 20. A direcção do movimento descrito pelo motor linear 1 está indicada por uma seta 30. O comprimento do primário 10, no sentido em que o motor se movimenta 30, é inferior ao comprimento do secundário 20. O primário 10 compreende um corpo de lâminas às camadas 16 com ranhuras do rotor 14 paralelas umas às outras, das quais na figura 1 só duas dessas ranhuras do rotor 14 estão representadas a tracejado na extremidade esquerda do pacote de lâminas. No exemplo de execução apresentado na figura 1, os eixos longitudinais das ranhuras do rotor 6 14 estão perpendiculares ao eixo longitudinal 13 do primário 10. Nas ranhuras do rotor 14 está colocado um enrolamento do rotor 15 bifásico ou trifásico, que é excitado, de uma forma que não se encontra ilustrada na figura, por uma tensão alterna bifásica ou trifásica. O secundário, que pode ser fixo, por exemplo, é constituído por vários imãs permanentes, colocados uns atrás dos outros na direcção do movimento 30, tendo cada um desses imãs um pólo norte 21 e um pólo sul 22. Entre os pólos 21 e 22 de cada par de pólos 21/22, pólos esses cuja largura é sempre W, está localizada uma fenda entre pólos 24 com uma largura da fenda s. No exemplo de execução apresentado na figura 1, os eixos longitudinais da fenda entre pólos 24 estão perpendiculares ao eixo longitudinal 13 do primário 10, pelo que a orientação destes eixos longitudinais da fenda entre pólos corresponde à orientação dos eixos longitudinais das ranhuras do rotor 14.

Quando os enrolamentos do rotor 15 são excitados, é induzida uma força electromagnética que movimenta o primário 10, força essa que faz com que o primário 10, que pode estar fixado por baixo de um carro, por exemplo, se desloque na direcção indicada pela seta 30 em relação ao primário fixo 20. A alteração do movimento do primário 10 é síncrona em relação à frequência da tensão alterna bifásica ou trifásica de excitação do primário 10, o que faz com que este tipo de motor linear receba a designação de motor linear síncrono.

De acordo com o presente invento, as superfícies frontais 11 e 12 do pacote de lâminas 16 do primário 10 não apresentam quaisquer ranhuras, apresentando uma inclinação equivalente à largura W de um pólo magnético 21 ou 22, inclinação essa que apresenta um ângulo de inclinação β em relação ao eixo longitudinal 13. Esta inclinação das superfícies frontais 11 e 12 tanto se pode registar ao longo da totalidade das superfícies dianteiras 11a e 12a, como sucede no exemplo de execução que é mostrado na figura 1, como também se pode registar apenas numa secção dessas superfícies, por meio de uma peça adicional 100, conforme se encontra ilustrado na figura 4. Esta peça adicional 100, que não dispõe de quaisquer ranhuras, é acrescentada a cada extremidade axial do corpo de lâminas 16, pelo que, neste caso, e tal como é vulgar, o corpo de lâminas pode ser produzido com ranhuras 14 e enrolamentos 15. Cada uma destas peças adicionais 100 é constituída por várias placas e está colocada entre o primário 10 e o secundário 20, ficando perpendicular à superfície do entreferro, sendo que, de preferência, a orientação do conjunto constituído pelas várias camadas de placas corresponde à orientação do corpo de lâminas 16. No exemplo de execução apresentado na figura 4, a superfície frontal 110 apresenta uma secção da superfície 111 inclinada e uma secção da superfície 112 que não está inclinada, sendo que entre estas duas secções 111 e 112 está colocado um degrau horizontal 113 de área triangular. A altura da secção inclinada da superfície frontal 111 é superior a cinco vezes, por exemplo, a altura do entreferro existente entre o primário 10 e o secundário 20. Através de uma inclinação parcial das superfícies dianteiras 11a e 12a (inclinação parcial essa que não tem necessariamente de ser conseguida mediante o emprego de peças adaptadoras 100, podendo igualmente ser obtida mesmo que o corpo de lâminas 16 seja constituído de forma uniforme, sem o acréscimo de quaisquer peças adicionais), consegue-se aumentar a resistência mecânica das peças adicionais 100 constituídas por várias placas. As peças adaptadoras 100 podem ser concebidas de modo a poderem ser directamente aparafusadas às extremidades de secção rectangular do pacote de lâminas 16. Por outro lado, as peças adaptadoras 100 podem ser fixadas ao mesmo componente da máquina (que não está representado na figura) a que o próprio pacote de lâminas 16 está fixado. Neste caso, os orifícios de fixação (que não se encontram representados na figura), destinados à fixação do pacote de lâminas 16, podem ser prolongados até às peças adaptadoras 100, de modo a permitirem a respectiva fixação.

Se as extremidades do pacote de lâminas 16 forem concebidas de modo uniforme, sem acréscimo de qualquer peça adicional, as várias lâminas do núcleo do pacote de lâminas 16 com ranhuras podem apresentar prolongamentos, de diferentes comprimentos e que não dispõem de quaisquer ranhuras. Depois de as várias lâminas individuais serem unidas por forma a darem origem ao pacote de lâminas 16, e dado o facto de cada lâmina apresentar um prolongamento de comprimento diferente, obtêm-se as extremidades inclinadas do primário 10. Caso, por motivos técnicos relacionados com a produção, se torne demasiado difícil ou dispendioso prolongar individualmente cada uma das lâminas individuais, para se obter assim a extremidade inclinada do primário 10, esta inclinação também poderá ser obtida por meio da fresagem do pacote de lâminas 16 depois de este ser produzido. Também neste caso é perfeitamente suficiente a inclinação abranger apenas parte da altura do pacote de lâminas 16, a exemplo do que sucede no caso da peça adaptadora 100 que é apresentada na figura 4.

No outro exemplo de execução do motor linear síncrono concebido de acordo com o presente invento que é apresentado na figura 2, os pólos magnéticos 21 e 22 do secundário 20, e com o intuito de compensar a oscilação da força que é provocada pelas ranhuras, estão inclinados num ângulo õ em relação à perpendicular na direcção do sentido de movimentação 30. Esta inclinação dos pólos magnéticos 21 e 22, e tal como se pode observar na figura 2, pode ser na direcção da inclinação das superfícies frontais 11 e 12 do primário 10. No entanto, e apesar dessa solução não ser apresentada na figura, esta inclinação dos pólos magnéticos 21 e 22 também poderia ser no sentido contrário ao da inclinação das superfícies frontais 11 e 12 do primário 10. Se os pólos magnéticos 21 e 22 registarem uma inclinação segundo um ângulo õ na direcção da inclinação das superfícies frontais 11 e 12, o ângulo de inclinação β das superfícies frontais 11 e 12 sofre um aumento equivalente ao ângulo de inclinação õ dos pólos magnéticos 21 e 22; caso, porém, a inclinação dos pólos magnéticos 21 e 22 seja no sentido contrário ao da inclinação das superfícies frontais 11 e 12, o ângulo de inclinação β das superfícies frontais 11 e 12 sofre uma redução equivalente ao ângulo de inclinação õ. Perante uma inclinação dos pólos magnéticos 21 e 22 do secundário 20 equivalente a um 9

ângulo õ, o ângulo de inclinação β das superfícies frontais 11 e 12 do primário 10 rege-se pela seguinte equação: β = arctan (b/tp) ± õ em que β representa o ângulo de inclinação das superfícies inclinadas 11a e 12a nas superfícies frontais dianteira e traseira 11 e 12 do primário 10, b representa a largura electricamente activa do primário 10, τρ representa o passo polar dos pólos 21 e 22 do secundário 20, e õ representa o ângulo de inclinação dos pólos magnéticos 21 e 22 do secundário (20), que, na equação acima, é precedido de sinal positivo sempre que os pólos magnéticos 21 e 22 estiverem inclinados na direcção da inclinação das superfícies frontais 11 e 12 do primário 10 e é precedido de sinal negativo sempre que os pólos magnéticos 21 e 22 estiverem inclinados na direcção contrária à da inclinação das superfícies frontais 11 e 12 do primário 10.

Como se compreende, a inclinação dos eixos longitudinais das ranhuras do rotor 14, conforme a figura 2, e a fenda dos pólos 24, conforme a figura 3, também podem ser utilizadas em conjunto. Por outro lado, também é possível, seja em vez da inclinação da fenda entre cada par de pólos 24, seja adicionalmente em relação a essa inclinação, conceber a fenda de modo a que a respectiva largura s não seja constante (como, aliás, acontece nos exemplos de execução apresentados nas figuras 1 a 3), sendo que, em vez disso, a largura da fenda vai sendo constantemente alargada, de modo a que a fenda entre cada par de pólos 24 seja cónica.

Lisboa, 1 7 MAR. 2000

Américo da Silva Carv&ihc

Agente OS; fl. Castilho,

Agente- Cffcisi «ís ftcprieiteís Jruiuslrisl fl. Castilho, P.01-3* E- 1070 US30A Telets. 3851339 - 3854613

Claims

1 I IH REIVINDICAÇÕES 1. Motor linear síncrono (1) dispondo de um primário (10) e de um secundário (20), cujo comprimento, na direcção do movimento do motor linear (1), é superior ao comprimento do primário (10), sendo que o primário (10) do motor linear dispõe de ranhuras do rotor (14) para recepção de um enrolamento de motor (15) monofásico ou multifásico e que o secundário (20) é constituído por uma sequência de imãs permanentes, apresentando cada um desses imãs sempre dois pares de pólos (21 e 22), actuando respectivamente como pólo norte e pólo sul, caracterizado pelo facto de as superfícies frontais dianteira e traseira (11 e 12) do primário (10) não apresentarem quaisquer ranhuras nem qualquer enrolamento e ainda pelo facto de essas superfícies frontais apresentarem uma inclinação, abrangendo pelo menos parte dessas superfícies frontais, de modo a que o ângulo de inclinação (β) das faces inclinadas (11a e 12a), que se estendem perpendicularmente em relação à superfície do entreferro, das superfícies frontais dianteira e traseira (11 e 12) do primário (10), relativamente ao eixo longitudinal (13) do motor, seja seleccionado de acordo com a seguinte equação: β = arctan (b/xp) ± õ em qué β representa o ângulo de inclinação das superfícies inclinadas (11a e 12a) nas superfícies frontais dianteira e traseira (11 e 12) do primário (10), b representa a largura electricamente activa do primário (10), e xp representa o passo polar dos pólos (21 e 22) do secundário (20).

2. Motor linear síncrono de acordo com a reivindicação de patente 1 acima referida, caracterizado pelo facto de as ranhuras do motor (14) do primário (10) registarem um ângulo de inclinação diferente de 90° em relação ao respectivo eixo longitudinal (13). È A' fi - v 4) V*"' '

3. Motor linear síncrono de acordo com a reivindicação de patente 1 acima referida, caracterizado pelo facto de as ranhuras do rotor (14) do primário (10) estarem orientadas perpendicularmente em relação ao respectivo eixo longitudinal (13).

4. Motor linear síncrono de acordo com qualquer uma das reivindicações de patentes 1, 2 ou 3 acima referidas, caracterizado pelo facto de as fendas (24) entre cada par de pólos (21 e 22) do secundário (20) estarem posicionadas segundo um ângulo de inclinação diferente de 90° em relação ao respectivo eixo longitudinal (23).

5. Motor linear síncrono de acordo com qualquer uma das reivindicações de patentes 1 a 4 acima referidas, caracterizado pelo facto de, se registar uma inclinação dos pólos magnéticos (21 e 22) do secundário (20) correspondente a um ângulo õ, o ângulo de inclinação (β) das superfícies frontais (11 e 12) do primário (10) ser seleccionado de acordo com a seguinte equação: β = arctan (b/tp) ± õ em que β representa o ângulo de inclinação das superfícies inclinadas (11a e 12a) nas superfícies frontais dianteira e traseira (11 e 12) do primário (10), b representa a largura electricamente activa do primário (10), τρ representa o passo polar dos pólos (21 e 22) do secundário (20), e õ representa o ângulo de inclinação dos pólos magnéticos (21 e 22) do secundário (20), que, na equação acima, é precedido de sinal positivo sempre que os pólos magnéticos (21 e 22) estiverem inclinados na direcção da inclinação das superfícies frontais (11 e 12) do primário (10) e é precedido de sinal negativo sempre que os pólos magnéticos (21 e 22) estiverem inclinados na direcção contrária à da inclinação das superfícies frontais (11 e 12) do primário (10).

6. Motor linear síncrono de acordo com qualquer uma das reivindicações de patentes 1 a 5 acima referidas, caracterizado pelo facto de as fendas (24) entre cada par de pólos (21 e 22) do secundário (20) apresentarem uma largura variável (s).

7. Motor linear síncrono de acordo com qualquer uma das reivindicações de patentes 1 a 6 acima referidas, caracterizado pelo facto de as fendas (24) entre cada par de pólos (21 e 22) do secundário (20) estarem orientadas perpendicularmente em relação ao respectivo eixo longitudinal (23).

8. Motor linear síncrono de acordo com qualquer uma das reivindicações de patentes 1 a 7 acima referidas, caracterizado pelo facto de às extremidades dianteira e traseira do primário (10) serem acrescentadas peças adicionais (100), feitas de material condutor quando magnetizado, e ainda caracterizado pelo facto de a superfície frontal livre (110) de cada peça adicional (100) dispor de, pelo menos, uma superfície inclinada (111).

9. Motor linear síncrono de acordo com a reivindicação de patente 8, caracterizado pelo facto de as peças adicionais (100) serem constituídas por placas de metal ferromagnético orientadas perpendicularmente em relação à direcção do movimento do motor linear (1) (indicada pela seta 30). Lisboa, 1 1 MAR. 2000

Américo da Silva Carvalho. Apen»· C-fifeí <?a P?opfi«)â& iwlustrial R Casitoo. 201 - 3.s E - 1C7C USSCA 'íeiefs. 3351339-3854613