WO2023126356A1

WO2023126356A1 - Stromsymmetrieregelung

Info

Publication number: WO2023126356A1
Application number: PCT/EP2022/087756
Authority: WO
Inventors: Andreas Weber; Stefan Brucker
Original assignee: B&R Industrial Automation GmbH
Priority date: 2021-12-27
Filing date: 2022-12-23
Publication date: 2023-07-06

Abstract

Um ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betreiben einer elektromagnetischen Transporteinrichtung (1) anzugeben, wird für einen Sternpunktbereich des Langstators (2) der Transporteinrichtung (1) ein Bereichs-Summenstrom (I m∑) ermittelt und ein Kompensationsstrom (iKompx) in zumindest eine aktive Äntriebsspule (Lmx) des Langstators (2) derart eingeprägt, dass eine Abweichung des Bereichs-Summenstromes (I m∑) von einem vorgegebenen Bereichs-Summenstrom-Sollwert (I* m∑) verringert wird.

Description

Stromsymmetrieregelung

Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektromagnetischen Transporteinrichtung mit einem Langstator, an welchem eine Mehrzahl von elektrischen Antriebsspulen angeordnet ist, und mit einer Anzahl k von entlang des Langstators bewegbaren Transporteinheiten, an welchen jeweils eine Mehrzahl von Erregungsmagneten angeordnet ist. In eine Anzahl q ≤ k von aktiven Antriebsspulen, welche an der Bewegung zumindest einer Transporteinheit beteiligt sind, wird jeweils ein elektrischer Spulenstrom eingeprägt, um ein magnetisches Antriebsfeld zu erzeugen, welches zum Bewegen der zumindest einen Transporteinheit mit den Antriebsmagneten der zumindest einen Transporteinheit zusammenwirkt. Dabei wird für zumindest einen Sternpunktbereich des Langstators, in welchem zumindest eine aktive Antriebsspule angeordnet ist und in welchem die durch die Antriebsspulen des Sternpunktbereichs fließenden Spulenströme in einem Sternpunkt zusammenfließen, ein Bereichs-Summenstrom ermittelt, welcher der Summe der durch die Antriebsspulen des Sternpunktbereichs fließenden Spulenströme entspricht.

Langstatorlinearmotoren (LLM) und Planarmotoren (PM), deren Anwendungen sowie deren Funktionsweise sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. LLM bestehen allgemein aus einem Langstator (auch als „Langstatorlinearmotorstator“ oder „LLM-Stator“ bezeichnet) und aus zumindest einer Transporteinheit (auch als „Shuttle“ oder „Läufer“ bezeichnet). Wie z.B. in der US 6,876,107 B2 beschrieben, ist ein LLM-Stator üblicherweise aus einer Vielzahl von Statorsegmenten zusammengesetzt, wobei an den Statorsegmenten eine Vielzahl von Antriebsspulen (auch „LLM-Spulen“) ortsfest nebeneinander angeordnet sind. Die Statorsegemente können unterschiedliche Geometrien aufweisen, wie Geraden, Kurven, Weichen, und können durch Aneinanderreihung zu einem gewünschten LLM-Stator zusammengesetzt werden. Der LLM-Stator bildet so eine Förderstrecke aus, entlang derer eine oder mehrere Transporteinheiten bewegt werden können. Die Transporteinheiten werden dabei an der Förderstrecke gehalten und geführt.

Auch Planarmotoren (PM) sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die US 9,202,719 B2 den grundlegenden Aufbau und die Funktionsweise eines PM. Ein PM weist im Wesentlichen ebenso einen Langstator auf, der bei einem PM aber eine Transportebene ausbildet, in der eine oder mehrere Transporteinheiten zumindest zweidimensional bewegt werden können. Bei PM sind Antriebsspulen üblicherweise in der Transportebene angeordnet.

Um die Bewegung einer Transporteinheit kontrolliert herbeiführen sowie regeln und/oder steuern zu können, sind neben den am Langstator angeordneten Antriebsspulen an einer Transporteinheit Antriebsmagnete (Permanent- oder Elektromagnete) angeordnet. Durch gezieltes Ansteuern der Antriebsspulen, welches insbesondere durch das Anlegen einer entsprechenden Spulenspannung zum Erzeugen eines Antriebsstromes in den Antriebsspulen erfolgen kann, kann ein bewegtes Magnetfeld, ein sogenanntes magnetisches Antriebsfeld, erzeugt werden, welches zum Bewegen einer Transporteinheit mit den Antriebsmagneten der Transporteinheit zusammenwirkt. Antriebsspulen, die zum Zweck der Erzeugung eines magnetischen Antriebsfeldes angesteuert, also bestromt werden, werden hierbei und so auch im Zuge der nachfolgenden Ausführungen als „aktive“ Antriebsspulen bezeichnet. Eine Transporteinheit kann so in Richtung des bewegten magnetischen Antriebsfeldes bewegt werden. Auf die beschriebene Weise können auch eine Vielzahl von Transporteinheiten unabhängig voneinander entlang einer Förderstrecke bewegt werden. Nähere dahingehende Ausführungen können der WO 2013/143783 A1, der WO 98/50760 A2, der US 6,876,107 B2, der US 2013/0074724 A1 oder der EP 1 270 311 B1 entnommen werden.

Eine Möglichkeit, um an eine Antriebsspule zu deren Ansteuerung / Bestromung eine Spulenspannung anzulegen, stellt beispielsweise die Verwendung einer Vollbrücke pro Antriebsspule dar, wie dies in der US 2006/0220623 A1 offenbart ist. Dabei wird eine zwischen einem ersten Betriebspotential und einem zweiten Betriebspotential abfallende Betriebsspannung jeweils an den ersten Zweig und an den zweiten Zweig der Vollbrücke angelegt, und die Antriebsspule wird in den Querzweig der Vollbrücke geschaltet. Durch geeignete Ansteuerung der vier Schalter (z.B. Bipolar-Transistoren, MOSFETs, IGBTs, etc.) der Vollbrücke kann an die Antriebsspulen eine gewünschte Spulenspannung angelegt werden.

Bei einer naturgemäß hohen Anzahl an Antriebsspulen entstehen bei der Verwendung von Vollbrücken hohe Kosten sowie ein hoher schaltungstechnischer Aufwand. Aus diesem Grund beschreibt beispielsweise die EP 3 385 110 A1 die Verwendung von Halbbrücken zur Ansteuerung von Antriebsspulen. Dabei werden die Mittelpunkte der für die Antriebsspulen vorgesehenen Halbbrücken jeweils mit dem ersten Anschluss einer Antriebsspule verbunden. Die zweiten Anschlüsse von jeweils zu Gruppen zusammengefassten Antriebsspulen werden demgegenüber zu einem gemeinsamen Sternpunkt zusammengeschlossen. In vielen praktisch relevanten Ausführungsformen sind jeweils jene Antriebsspulen, die einem Statorsegment eines Langstators zugeordnet sind, an einem Sternpunkt zusammengeschlossen.

Es ist allerdings ebenso denkbar, dass bei der Verwendung von Halbbrücken zur Ansteuerung von Antriebsspulen auch Antriebsspulen von unterschiedlichen Statorsegmenten einen gemeinsamen Sternpunkt aufweisen, dass also eine Gruppe von Antriebsspulen auch Antriebsspulen unterschiedlicher Statorsegmente umfasst, und dass demnach die zweiten Anschlüsse von Antriebsspulen auch unterschiedlicher Statorsegmente zu einem gemeinsamen Sternpunkt zusammengeschlossen werden. Der geometrische Bereich eines Langstators, in dem Antriebsspulen mit einem gemeinsamen Sternpunkt angeordnet sind, wird hierbei als „Sternpunktbereich“ bezeichnet.

Das elektrische Potential eines Sternpunktes liegt dabei bevorzugt in der Mitte zwischen dem ersten Betriebspotential, das am Eingang der vorgesehenen Halbbrücken anliegt, und dem zweiten Betriebspotential, das am Ausgang der vorgesehenen Halbbrücken anliegt. Auf diese Weise fällt über den Schaltern der Halbbrücken jeweils die halbe Betriebsspannung ab. Zum Einstellen der Spulenspannungen kann so in einer vorteilhaften Weise auf eine Vielzahl von Methoden zum Schalten der Schalter der Halbbrücken zurückgegriffen werden, wie auf die aus der einschlägigen Literatur hinlänglich bekannte Pulsweitenmodulation (PWM).

Eine Voraussetzung für die Anwendung beispielsweise einer PWM zur Ansteuerung von Antriebsspulen mithilfe von Halbbrücken ist allerdings, dass die elektrischen Potentiale der Sternpunkte, an denen die zweiten Anschlüsse der Antriebsspulen angeschlossen sind, (zumindest näherungsweise) konstant sind. Ein konstantes Potential stellt sich an den genannten Sternpunkten üblicherweise dann ein, wenn die Summe jener Ströme, die während des Betriebs durch in einem Sternpunkt zusammengeschlossene Antriebsspulen fließen, bei null gehalten wird. Dieser Zustand wird als symmetrische Bestromung eines Sternpunktes bezeichnet. Konkret sind hierbei auch die Bezeichnungen „symmetrische Bestromung“ eines Statorsegments bzw. eines Sternpunktbereichs oder auch „Stromsymmetrie“ in einem Statorsegment bzw. in einem Sternpunktbereich üblich. Fällt über den Schaltern einer Halbbrücke überdies die gleiche Spannung ab, spricht man auch von einer symmetrischen PWM.

Aus diversen Gründen kann es im Betrieb eines LLMs oder eines PMs allerdings dazu kommen, dass die genannte Stromsymmetrie verloren geht. So kommt es vor, dass nicht die für eine symmetrische Bestromung eines Sternpunktes erforderliche Anzahl an Antriebsspulen verwendet werden kann. Gründe dafür können sein, dass sich eine Transporteinheit im Übergang von einem ersten Statorsegment bzw. Sternpunktbereich zu einem zweiten Statorsegment bzw. Sternpunktbereich befindet, wobei die im ersten sowie im zweiten Statorsegment bzw. Sternpunktbereich an der Erzeugung des magnetischen Antriebsfeldes beteiligten, aktiven Antriebsspulen derart angesteuert werden, dass sich in den entsprechenden Sternpunkten eine asymmetrische Bestromung ergibt.

Das Problem der asymmetrischen Bestromung von Sternpunkten eines Langstators eines LLMs oder eines PMs ist im Stand der Technik bekannt. So beschreibt die EP 3461 677 B1 die Erzeugung / Einstellung einer konstanten Mittelbusspannung in einem Linearmotorsystem. Die Einstellung einer Mittelbusspannung entspricht hierbei der Einstellung des Potentials am Sternpunkt eines Statorsegments. In der genannten EP 3461 677 B1 werden zur Erzeugung / Einstellung von Mittelbusspannungen ausschließlich sogenannte „freie“, also inaktive, Antriebsspulen mit einem Kompensationsstrom bestromt. Unter freien Antriebsspulen sind dabei Antriebsspulen zu verstehen, die nicht zur Erzeugung eines magnetischen Antriebsfeldes mit einem Antriebsstrom bestromt werden.

Ein offensichtlicher und signifikanter Nachteil des aus der EP 3461 677 B1 bekannten Konzeptes ist, dass zu dessen Umsetzung inaktive Antriebsspulen vorhanden sein müssen. Das kann allerdings nicht immer garantiert werden. In derartigen Fällen kann der in der EP 3 461 677 B1 offenbarte Ansatz nicht angewandt werden.

Es ist demnach eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Stromsymmetrierung im Langstator eines Langstatorlinear- oder Planarmotors anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche der gegenständlichen Erfindung gelöst. Dabei wird für eine elektromagnetische Transporteinrichtung mit einem Langstator, an welchem eine Mehrzahl von elektrischen Antriebsspulen angeordnet ist, und mit einer Anzahl k von entlang des Langstators bewegbaren Transporteinheiten, an welchen jeweils eine Mehrzahl von Erregungsmagneten angeordnet ist, wobei in eine Anzahl q < k von aktiven Antriebsspulen, welche an der Bewegung zumindest einer Transporteinheit beteiligt sind, jeweils ein elektrischer Spulenstrom eingeprägt wird, um ein magnetisches Antriebsfeld zu erzeugen, welches zum Bewegen der zumindest einen Transporteinheit mit den Antriebsmagneten der zumindest einen Transporteinheit zusammenwirkt, für zumindest einen Sternpunktbereich des Langstators, in welchem zumindest eine aktive Antriebsspule angeordnet ist und in welchem die durch die Antriebsspulen des Sternpunktbereich fließenden Spulenströme in einem Sternpunkt zusammenfließen, ein Bereichs- Summenstrom ermittelt, welcher der Summe der durch die Antriebsspulen des Sternpunktbereichs fließenden Spulenströme entspricht.

Darauf aufbauend wird erfindungsgemäß in zumindest eine aktive Antriebsspule des zumindest einen Sternpunktbereichs zusätzlich zum in der aktiven Antriebsspule bereits fließenden Spulenstrom ein Kompensationsstrom derart eingeprägt, dass eine Abweichung des Bereichs-Summenstromes von einem vorgegebenen Bereichs-Summenstrom-Sollwert verringert wird. Hierbei ist entscheidend, dass im Unterschied zum Stand der Technik aktive Antriebsspulen zur Aufnahme eines Kompensationsstromes herangezogen werden.

Für den Bereichs-Summenstrom-Sollwert kann in einer vorteilhaften Weise ein Wert vorgegeben werden, der kleiner als 10A, oder kleiner als 1A, oder kleiner als 0,1 A ist. Bevorzugt wird der Bereichs-Summenstrom-Sollwert als positiver Wert kleiner als 10A, oder kleiner als 1A, oder kleiner als 0,1 A gewählt, sodass negative Werte für den Bereichs- Summenstrom-Sollwert ausgeschlossen sind. In einer vorteilhaften Weise können für den Bereichs-Summenstrom-Sollwert auch Werte vorgegeben werden, die betragsmäßig kleiner sind als 10A, oder kleiner als 1A, oder kleiner als 0,1 A, sodass negative Werte für den Bereichs-Summenstrom-Sollwert möglich sind, diese aber betragsmäßig durch den vorgegebenen Wert begrenzt sind. Besonders bevorzugt ist hierbei die Wahl eines Wertes von 0A für den Bereichs-Summenstrom-Sollwert. Nimmt der Bereichs-Summenstrom einen Bereichs-Summenstrom-Sollwert von 0A an, wird perfekte Stromsymmetrie erreicht.

Wird, wie durch die gegenständliche Erfindung, sichergestellt, dass der Bereichs- Summenstrom möglichst nahe an einem geeignet gewählten Bereichs-Summenstrom- Sollwert liegt, bzw. dass der Bereichs-Summenstrom dem geeignet gewählten geeignet gewählten Bereichs-Summenstrom-Sollwert im Idealfall gleicht, können insbesondere die beschriebenen, mit einer asymmetrischen Bestromung von Sternpunkten verknüpften Nachteile, die sich im Betrieb einer elektromagnetischen Transporteinrichtung wie eines LLMs oder eines PMs ergeben können, vermieden werden. Die elektromagnetische Transporteinrichtung kann dabei wie erwähnt ein LLM oder ein PM sein. Durch die Symmetrierung der in die Sternpunkte des Langstators fließenden Ströme kann das Betriebsverhalten insbesondere bei Einsatz einer PWM zur Ansteuerung der Antriebsspulen teils signifikant verbessert werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der gegenständlichen Erfindung wird der in die zumindest eine aktive Antriebsspule eingebrachte (spulenspezifische) Kompensationsstrom ermittelt, indem zunächst aus dem gesamten Bereichs-Summenstrom ein gesamter Summen-Kompensationsstrom ermittelt wird, aus welchem in einem weiteren Schritt der spulenspezifische Kompensationsstrom bestimmt wird. Auf diese Weise wird das zu lösende Problem der Ermittlung eines Kompensationsstromes in zwei Teilprobleme aufgeteilt, deren jeweilige Lösung einfacher ist, als die direkte Ermittlung eines spulenspezifischen Kompensationsstroms. Die direkte Ermittlung eines spulenspezifischen Kompensationsstroms ist aber ebenfalls möglich ist. Durch die Betrachtung des gesamten Bereichs-Summenstromes kann überdies auf einfache Weise eine genaue Aussage darüber getroffen werden, wieviel Kompensationsstrom insgesamt eingebracht werden muss, um Stromsymmetrie in einem Sternpunkt zu erreichen.

Die Ermittlung des beschriebenen Summen-Kompensationsstromes kann in einer vorteilhaften Weise anhand eines vorgegebenen Reglers aus dem ermittelten Bereichs- Summenstrom erfolgen, wobei auf verschiedene regelungstechnische Methoden zurückgegriffen werden kann, wie Model-Predictive-Control (MPC), oder Sliding-Mode- Control (SMC), oder auch auf andere lineare oder nichtlineare Regelungsmethoden. Dabei können der vorgegebene Bereichs-Summenstrom-Sollwert und der Bereichs-Summenstrom in den Regler eingehen und der zur Symmetrierung der Ströme im Sternpunkt benötigte Summen-Kompensationsstrom vom Regler ausgegeben werden. Auf diese Weise können Vorteile der genannten regelungstechnischen Methoden genutzt werden, wie bei Sliding- Mode-Control (SMC) eine endliche Konvergenzzeit bei der Einregelung des Summen- Kompensationsstromes, oder bei Model-Predictive-Control (MPC) die Berücksichtigung zukünftiger Einflüsse auf die in den Sternpunkt fließenden Ströme, wie z.B. zukünftige Geschwindigkeitsänderungen einer Transporteinheit. Hierbei zeigt sich, dass der Einsatz eines integrierenden Anteils in den beschriebenen Regelungsmethoden vielfach vorteilhaft ist, einerseits um Störungen unterdrücken zu können, andererseits um auch im Fall einer perfekten Symmetrierung der Ströme im Sternpunkt, wenn also der Bereichs-Summenstrom gleich dem Bereichs-Summenstrom-Sollwert ist, nach wie vor einen Summen- Kompensationsstrom auszugeben, um den Zustand der Symmetrierung der Ströme im Sternpunkt aufrechtzuerhalten.

Bei der tatsächlichen Einbringung des unterlagerten, spulenspezifischen Kompensationsstromes ist in der praktischen Umsetzung darauf zu achten, dass die Bewegungen der in der elektromagnetischen Transporteinrichtung gegebenen Transporteinheiten nur möglichst geringfügig beeinflusst werden. Das kann im Rahmen der gegenständlichen Erfindung in einer vorteilhaften Weise dadurch geschehen, dass der Kompensationsstrom durch eine Abfolge von hochfrequenten Strompulsen in die zumindest eine aktive Antriebsspule eingeprägt wird. Die genannten hochfrequenten Strompulse können hierbei aus dem Kompensationsstrom ermittelt werden. Eine Möglichkeit dazu ist, die einzuprägenden hochfrequenten Strompulse so zu wählen, dass die hochfrequenten Strompulse in einem vorgegebenen Zeitintervall die gleiche Strom-Zeit-Fläche erzeugen bzw. überstreichen wie der Verlauf des vorgegeben Kompensationsstromes. Hier wurde erkannt, dass sich bei einer Vorgabe der spulenspezifischen Kompensationsströme in Form hochfrequenter Strompulsen aufgrund der Trägheit der Transporteinheiten nur geringe Beeinflussungen der Bewegungsverläufe der Transporteinheiten ergeben. Bevorzugt weisen die hochfrequenten Strompulse hierbei eine Frequenz größer als 100Hz, oder eine Frequenz größer als 500Hz, oder eine Frequenz größer als 1 kHz, oder eine Frequenz größer als 5kHz, oder eine Frequenz größer als 10kHz auf. Die Amplituden der Strompulse können hierbei gleich sein, oder aber auch veränderlich sein.

Ebenso ist es möglich, den Kompensationsstrom phasenverschoben zum in der zumindest einen aktiven Antriebsspule bereits fließenden Spulenstrom einzuprägen, wodurch ebenso sichergestellt werden kann, dass der Kompensationsstrom eine nur geringe Auswirkung auf die resultierenden Vortriebskräfte hat. Vielfach liegen die in die Antriebsspulen eingeprägten Spulenströme als sinusförmige Stromverläufe vor. Wird in einem solchen Fall auch ein Kompensationsstrom als sinusförmiger Stromverlauf vorgegeben, kann eine gewünschte Phasenverschiebung zwischen Kompensationsstrom und Spulenstrom wie aus der Elektrotechnik hinlänglich bekannt durch die Vorgabe eines geeigneten zeitlichen Versatzes zwischen den jeweiligen Schwingungstälern oder den jeweiligen Schwingungsmaxima der jeweiligen sinusförmigen Stromverläufe von Spulenstrom und Kompensationsstrom erreicht werden. In einer vorteilhaften Weise beträgt diese Phasenverschiebung zumindest 45 Grad, bevorzugt aber zumindest 60 Grad, oder höchstbevorzugt zumindest 80 Grad.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von bereits zur Erzeugung eines magnetisches Antriebsfeldes benützten Antriebsspulen liegt darin, dass derartige Antriebsspulen immer vorhanden sind. Würde man im Vergleich dazu nur freie Antriebsspulen eines Statorsegments verwenden, wäre bei einer Vollbelegung eines Statorsegments mit Transporteinheiten (z.B. Transporteinheit Stoß an Stoß bedecken ein Statorsegment) keine Antriebsspule zur Stromsymmetrierung vorhanden, und es würde keine Möglichkeit zur Stromsymmetrierung im Statorsegment bestehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann generell bei Antriebssystemen in Form von segmentierten, linearen Langstatormotoren sowie bei Planarmotoren angewandt werden. In einer Minimalrealsierung ist hier bereits ein einzelnes Statorsegment ausreichend. Die tatsächliche Anzahl von Statorsegmenten ist für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens unerheblich, genauso wie die konkrete Anzahl oder die konkrete Anordnung der Antriebsspulen auf einem Statorsegment.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

Fig.1 einen Langstatorlinearmotor mit Stator, Statorsegmenten und entlang des Langstators bewegbaren Transporteinheiten,

Fig. 2 die Ansteuerung von Antriebsspulen eines Statorsegments mithilfe von Halbbrücken,

Fig. 3a, Fig. 3b, Fig. 3c einen Bewegungsverlauf einer Transporteinheit von einem ersten Statorsegment zu einem zweiten Statorsegment,

Fig. 4 einen übergeordneten Regelkreis zur Stromsymmetrierung,

Fig. 5 die Einbringung von Kompensationsströmen mithilfe von Strompulsen,

Fig. 6 einen unterlagerten Regelkreis zur Regelung des Spulenstromes in einer Antriebsspule.

In Fig.1 ist eine Transporteinrichtung 1 in Form eines Langstatorlinearmotors (LLM) beispielhaft dargestellt. Der LLM 1 besteht aus einer Mehrzahl von separaten Statorsegmenten S₁, ... , S_p, welche nachfolgend mittels S_m (mit m≥1 als Laufindex) referenziert werden, und die zu einem ortsfesten Langstator 2 des LLM 1 zusammengesetzt sind. Die Statorsegmente S₁, , S_p können dazu auf einer ortsfesten Stützkonstruktion (in Fig.1 nicht dargestellt) angeordnet sein. Weiters können die Statorsegmente S₁ , ... , S_p, wie ebenfalls in Fig. 1 dargestellt, in verschiedenen geometrischen Formen ausgeführt sein, beispielsweise als Geradensegmente oder Kurvensegmente, um verschiedene Transportpfade realisieren zu können.

Entlang des Langstators 2 sind in bekannter Weise je Statorsegment S_m in Längsrichtung elektrische Antriebsspulen L_m1, ... , L_mn angeordnet (in Fig.1 nur für das Statorsegment S₁ dargestellt, n ist dabei eine ganze Zahl größer eins), die mit Antriebsmagneten Y₁, ... , YL der Anzahl k von Transporteinheiten T₁, ... , Tk (nachfolgend mit T_r referenziert) Zusammenwirken. In ebenso bekannter Weise wird anhand von Spulenregelungseinheiten 101 , 102 durch Regelung/Einstellung von an den Antriebsspulen L_m1, ... , L_mn abfallenden Spulenspannungen ULI , ... , Um für jede der Transporteinheiten T₁, ... , Tk eine Vortriebskraft F_vr erzeugt, um die Transporteinheiten T₁, ... , Tk entlang des Langstators 2 zu bewegen. In der Regel wirken auf eine Transporteinheit T₁, ... , Tk gleichzeitig mehrere Antriebsspulen L_m1, , Lmn, welche gemeinsam die Vortriebskraft F_vr erzeugen. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in Fig. 1 nur zwei Spulenregelungseinheiten 101 , 102 gezeigt. Natürlich wird jede Spulenspannung ULI , ... , Um jeder Antriebsspule L_m1, ..., L_mn in jedem Statorsegment S_m mit einer Spulenregelungseinheit 101 , 102 geregelt, wobei mehrere Spulenregelungseinheit 101, 102 auch zu einer Regelungseinheit zusammengefasst sein können. Mögliche Realisierungen einer Spulenregelungseinheit 101, 102 sind unter anderem durch mikroprozessorbasierte Hardware gegeben, wie beispielsweise Mikrocontroller und integrierte Schaltungen (ASIC, FPGA).

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführung eines LLMs 1 kann jede der Transporteinheiten T₁, ... , Tk mittels einer den Spulenregelungseinheiten 101, 102 übergeordneten Transportsteuerung 100 individuell (Geschwindigkeit, Beschleunigung, Bahn, Richtung) und unabhängig (bis auf die Vermeidung von möglichen Kollisionen) von den anderen Transporteinheiten T₁, ... , Tk bewegt werden. Dazu kann von der Transportsteuerung 100 für jede zu bewegende Transporteinheit T₁, ... , Tk laufend eine Positionsvorgabe (äquivalent auch Geschwindigkeitsvorgabe) vorgegeben werden, die von den Spulenregelungseinheiten 101 , 102 in für die Bewegung der Transporteinheit T₁, ... , Tk benötigte Spulenspannungen U_L11, ... , Ui__Pn umgesetzt werden. Die Spulenregelungseinheiten 101, 10n erhalten hierbei von der Transportsteuerung 100 Sollgrößen SGi, ... , SG_n für die Regelung. Da dieses grundlegende Prinzip eines LLMs hinreichend bekannt ist, wird darauf an dieser Stelle nicht näher eingegangen.

Fig. 2 zeigt weiters, wie in einem beispielhaft gewählten Statorsegment S₁ Antriebsspulen L₁₁, ... , L_1n jeweils mittels einer zugeordneten Halbbrücke HB₁₁, ... , HB_1n angesteuert werden können. Die nachfolgenden Ausführungen sind dabei für sämtliche Statorsegmente S₁ , , S_p gültig. Für einen LLM 1 mit mehreren Statorsegmenten S₁, ... , S_p, welche wiederum mehrere Antriebsspulen L_m1, ... , L_mn umfassen, sind dementsprechend mehrere Schaltungen wie die in Fig. 2 dargestellte Schaltung erforderlich.

Zur Versorgung der Halbbrücken HB₁₁, ... , HB_1n ist in der in Fig. 2 gezeigten Situation eine Spannungsquelle 9 vorgesehen, die z.B. in Form eines Gleichrichters realisiert werden kann, und die den Halbbrücken HB₁₁, ... , HB_1n ein erstes Betriebspotential Ubi sowie ein zweites Betriebspotential U_b2 zur Verfügung stellt. Die Halbbrücken HB₁₁, ... , HB_1n umfassen dabei je einen Hauptzweig, welcher aus zwei Schaltern S₁₁, S21 besteht. An der Serienschaltung der Schalter S₁₁, S₂₁ liegt hierbei die Betriebsspannung U_b an, welche durch die Differenz aus dem ersten Betriebspotential Ubi und dem zweiten Betriebspotential U_b2 an den Eingangsanschlüssen der Halbbrücken HB₁₁, ... , HB_1n gebildet wird.

Der jeweilige Verbindungspunkt zwischen ersten Schaltern S₁₁, ... S_1n und zweiten Schaltern S21, S2n wird dabei als Mittelpunkt C₁₁, ... , C_1n bezeichnet und ist jeweils mit einem ersten Anschluss L_11A, ... , L_1nA einer Antriebsspule L₁₁, ... , L_1n verbunden. Die zweiten Anschlüsse L_11B, LinB der Antriebsspulen L₁₁, ... , L_1n des Statorsegments S₁ sind weiters mit dem Sternpunkt C₁ verbunden und liegen demzufolge auf dem gemeinsamen elektrischen Mittenpotential U_1x (allgemein U_mx). Unter anderem aus schaltungstechnischen Gründen sind die Sternpunkte C_m unterschiedlicher Statorsegmente S₁, ... , S_p nicht miteinander verbunden.

Die in Fig. 2 gezeigten Antriebsspulen L₁₁, ... , L_1n legen demnach einen Sternpunktbereich fest, also einen geometrischen Bereich des Langstators 2, in dem Antriebsspulen L₁₁, ... , L_1n mit dem gemeinsamen Sternpunkt Ci angeordnet sind. Wie erwähnt müssen allgemein Antriebsspulen L_m1, , L_mn mit einem gemeinsamen Sternpunkt C_m allerdings nicht ausschließlich einem einzelnen, gemeinsamen Statorsegment S_m zugeordnet sein. Vielmehr ist es ebenso möglich, dass auch Antriebsspulen L_m1, ... , L_mn aus verschiedenen Statorsegmenten S₁, ... , S_p einen gemeinsamen Sternpunkt C_m aufweisen und dementsprechend einen Sternpunktbereich festlegen, der sich über mehrere Statorsegmente S₁, ... , S_p erstreckt.

Konkret umfasst die Ansteuerung der Schalter S₁₁, ... , S_1n, S₂₁, ... , S_2n im in Fig. 2 gezeigten Fall die Abfolge von zwei Schalterstellungen (üblicherweise „T‘... geschlossen, „0“... geöffnet). In der ersten Schalterstellung ist der jeweils erste Schalter S₁₁, ... , S₁n geschlossen und der jeweils zweite Schalter S21 , ... , S2n offen, womit sich die Spulenspannungen Ui_n, ... , Uun aus der Differenz zwischen dem erstem Betriebspotential Ubi und dem Mittenpotential Un ergeben, z.B. Ui_i=Ubi - Un. In der zweiten Schalterstellung ist der erste Schalter S₁₁, ... , S_1n offen und der zweite Schalter S21 , ... , S2n geschlossen, womit sich die Spulenspannungen U_L11, ... , Uun aus der Differenz zwischen dem Mitten potential U_1x und dem zweitem Betriebspotential U_b2 ergeben, z.B. U_L1=U_1X - U_b2. Es ist klar ersichtlich, dass durch unterschiedliche Schalterstellungen unterschiedliche Polaritäten der Spulenspannungen U_L11, ..., Uun realisiert werden können. Für den Spezialfall, dass das zweite Betriebspotential U_b2 auf Masse liegt (U_b2=0), und dass das vorgegebene Mittenpotential U_1x der halben Betriebsspannung Ub entspricht (U_1x=Ub/2), ergibt sich in der ersten Schalterstellung eine Spulenspannung ULI von Ub/2 und in der zweiten Schalterstellung eine Spulenspannung U_L1 von -U_b/2.

Werden die Spulenspannungen U_L11, ..., U_L1n unabhängig voneinander geregelt, weist jede Antriebsspule L₁₁, ... , L_1n (im Allgemeinen) eine unterschiedliche Spulenspannung U_L11, ... , ULin auf. Ist eine Spulenspannung U_L11, ..., ULin positiv, so fließt ein Spulenstrom i_L11, ... , i_L1n von der betreffenden Antriebsspule L₁₁, ... , L_1n in den Sternpunkt Ci und das Mittenpotential U_1x steigt. Ist eine Spulenspannung U_L11, ... , ULin hingegen negativ, so fließt ein Spulenstrom i_L11, ... , iLin aus dem Sternpunkt Ci heraus in die betreffende Antriebsspule L₁₁, ... , L_1n und das Mitten potential U_1x sinkt. Eine von Null verschiedene Stromsumme über

die Spulenströme i_L11, ... , i_L1n des Statorsegments S₁ bzw. allgemein eines Sternpunktbereichs hat demnach ein Ansteigen oder ein Fallen des Mittenpotentials U_1x zur Folge. Eine Stromsumme für eine Segment S_m wird im Zuge der

nachfolgenden Ausführungen insbesondere als „Bereichs-Summenstrom“ bezeichnet. Ein Ansteigen oder ein Fallen des Mittenpotentials U_1x wird auch als ein „Verziehen“ oder „Verzerren“ des Mittenpotentials U_1x bezeichnet. Ein derartiges Verziehen des

Mittenpotentials U_1x kann sich wie eingangs erwähnt in einer besonders negativen Weise auf den Betrieb eines LLM 1 auswirken.

Dass sich Verzerrungen eines Mittenpotentials U_mx wie dem in Fig. 2 gezeigten U_1x während des Betriebs eines LLMs 1 aus mehreren Gründen ergeben können, wird nachfolgend zunächst mittels Fig. 3 näher erklärt. Darin ist eine Transporteinheit T_r dargestellt, die sich in Fig. 3a zunächst zur Gänze über dem Statorsegment S_m befindet. Im in Fig. 3a dargestellten Fall legen die Statorsegmente S_m, S_m+1 die für die gegenständliche Erfindung wesentlichen Sternpunktbereiche fest. Die zur Erzeugung eines magnetischen Antriebsfeldes eingesetzten aktiven Antriebsspulen L_m1, ... , L_mn sind hierbei mit den Buchstaben S, H, M versehen. Konkret wird im gegenständlichen Fall eine Anzahl von q=6 aktiven Antriebsspulen zum Erzeugen des magnetischen Antriebsfeldes eingesetzt. Von der Transporteinheit T_r voll überdeckte Antriebsspulen werden dabei mit H bezeichnet, teilüberdeckte Antriebsspulen L_m1, Lmn mit M und nicht überdeckte, jedoch ebenso zur Kraftbildung verwendete Antriebsspulen L_m1, ... , L_mn mit S. An dieser Stelle sei erwähnt, dass in mehreren für die Praxis relevanten Fällen teilweise auch keine der genannten S-Antriebsspulen vorhanden sein können. Ein diesbezüglich relevanter Fall ist, wenn zwei Transporteinheiten T_rStoß an Stoß bewegt werden.

In Fig. 3b hat die Transporteinheit T_r die Grenze zwischen den dargestellten Statorsegmenten S_m, S_m+1 erreicht und befindet sich demnach teilweise im ersten Statorsegment S_m und teilweise im nachfolgenden, zweiten Statorsegment S_m+1. In der in Fig. 3b gezeigten Situation überdeckt die Transporteinheit T_r nur noch die letzte LMM-Spule Lmn des Statorsegments S_m. Werden, wie in vielen aus dem Stand der Technik bekannten Antriebskonzepten für LLM stets ausschließlich die von einer Transporteinheit T_r überdeckten Antriebsspulen bestromt, wird in der in Fig. 3b gezeigten Situation im Statorsegment S_m lediglich die letzte Antriebsspule L_mn bestromt. Die Stromsumme

über das gesamte Statorsegment S_m kann in einem derartigen Fall nicht mehr

verschwinden, weswegen es entsprechend den obigen Ausführungen zu einer Verzerrung des Mittenpotentials U_mx im Statorsegment S_m kommt. Abstrakt gesprochen kann in der in Fig. 3b gezeigten Situation nicht die für eine symmetrische Ansteuerung erforderliche Anzahl an Antriebsspulen verwendet werden.

In Fig. 3c ist die Transporteinheit T_r letztendlich vollständig in das Statorsegment S_m+1 übergegangen, sodass für die Bewegung der T ransporteinheit T_r nur mehr Antriebsspulen des zweiten Statorsegments S_m+1 bestromt werden müssen. Alle aktiven Antriebsspulen liegen demnach im Statorsegment S_m+1. Hier kommt es nunmehr zu keiner weiteren, prinzipbedingten Verzerrung des Mittenpotentials U_mx im Statorsegment S_m.

Allgemein betrachtet ergeben sich aufgrund der Geometrie eines LLM 1 (Aufbau der Magnete und der Spulen) sinnvolle sogenannte „symmetrische Spulensysteme“. Als Beispiel sei hier das 3-Spulen System genannt, wie es von elektrischen Drehfeldmaschinen hinlänglich bekannt ist, bei dem stets eine Anzahl von q=3 aktiven Antriebsspulen gegeben ist. Bei dem in den Figuren 3a bis 3c gezeigten Bewegungsablauf wird ein 6-Phasensystem verwendet (Verwendung der Antriebsspulen S-H-M-M-H-S zur Krafterzeugung, also q=6 aktive Antriebsspulen). Kommt es nun zu Einfahrten bzw. Ausfahrten einer Transporteinheit T_r aus einem Statorsegment S_m und damit aus einem Sternpunktbereich, kann nicht mehr auf die für eine symmetrische Bestromung erforderliche Anzahl an Antriebsspulen L_m1, , Lmn zurückgegriffen werden.

Neben diesem Szenario, das zu einer Verzerrung des Mittenpotentials Umx führen kann, existieren noch weitere mögliche Ursachen. So kann es vorkommen, dass sich Transporteinheiten T_r so nahekommen, dass Antriebsspulen L_m1, ..., L_mn doppelt vergeben werden müssen bzw. für eine Transporteinheit T_r gesperrt werden müssen. Auch in derartigen Fällen ist die Verwendung einer symmetrischen Anzahl von Antriebsspulen L_m1, ... , Lmn nicht immer gewährleistet. Weiteres können Phasenverschiebungen in der Stromregelung zur Regelung der Spulenströme i_Lmi, , kmn zu einer asymmetrischen Bestromung führen. Auch Sättigungseffekte der in einem LLM 1 verbauten elektrischen Bauteile, insbesondere der verbauten Antriebsspulen L_m1, ..., L_mn, können eine asymmetrische Bestromung eines Statorsegments S_m nach sich ziehen.

Wird, wie bereits ausgeführt, zur Ansteuerung von Schaltern wie den in Fig. 2 gezeigten Schaltern S₁₁, ... , S_1n und S₂₁, ... , S_2n auf das Prinzip einer symmetrischen PWM zurückgegriffen, so werden die über den Schaltern S₁₁, ... , S_1n und S₂₁, ..., S_2n abfallenden Spannungen üblicherweise als konstante Spannungen angenommen. In Abhängigkeit von diesen (konstant gedachten) Spannungen werden die Ansteuerzeiten, also Öffnungs- und Schließzeiten, für die Schalter S₁₁, ... , S2n festgelegt. Weichen die tatsächlich an den Schaltern S₁₁, ... , S_2n abfallenden Spannungen aufgrund eines Verziehens des Mittenpotentials Un von den angenommenen (konstant gedachten) Spannungen ab, kann es zu Fehlern in den für die Schaltern S₁₁, ... , S_1n und S₂₁, ..., S2n vorzugebenden Schaltzeiten kommen, damit zu Fehlern in den einzustellenden Spulenströmen i_L11, ..., i_L1n, damit zu Fehlern im sich ergebenden magnetischen Antriebsfeld, und damit insgesamt der Betrieb eines LLMs 1 beeinträchtigt werden.

Die gegenständliche Erfindung wirkt aus diesen Gründen einer Verzerrung des Mittenpotentials U_mx entgegen, wobei vereinfacht gesprochen sichergestellt wird, dass der über Antriebsspulen L_m1, ..., L_mn in Summe zu einem Sternpunkt C_m zufließende Strom und der in Summe von einem Sternpunkt C_m abfließende Strom gleich groß sind. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik werden zur Symmetrierung der Bereichs-Summenströme jedoch auch aktive Antriebsspulen L_m1, ... , L_mn eingesetzt, also auch Antriebsspulen L_m1, ... , Lmn die gleichzeitig auch zur Ausbildung von auf die T ransporteinheiten T_r wirkenden Vortriebskräften F_vr herangezogen werden.

Dazu wird erfindungsgemäß für zumindest ein, wie in den Figuren 1 , 2 oder 3a-3c gezeigtes Statorsegment S_m durch Addition der Spulenströme i_Lm1, ... , i_Lmn, welche in den Antriebsspulen L_m1, ..., L_mn dieses zumindest einen Statorsegments S_m fließen, ein der Summe dieser Spulenströme i_Lm1, ..., iu™ entsprechender Bereichs-Summenstrom

ermittelt. Anstelle des gegenständlichen Statorsegments S_m kann, wie mehrfach ausgeführt, auch ein weiter gefasster Sternpunktbereich herangezogen werden, der sich beispielsweise über mehrere Statorsegmente erstrecken kann. Die nachfolgenden Ausführungen sind aber sowohl für ein einzelnes Statorsegment S_m, wie auch für einen allgemeinen, weiter gefassten Sternpunktbereich gültig.

Dieser Bereichs-Summenstrom

repräsentiert für das Statorsegment S_m jene Stromsumme, die entsprechend den obigen Ausführungen zu Null gebracht werden muss, um ein konstantes Mittenpotential U_xm sicherstellen zu können. Um dieses Ziel zu erreichen, wird in zumindest eine an der Bewegung der Transporteinheit T_r beteiligte Antriebsspule L_mx des zumindest einen Statorsegmentes S_m zusätzlich zum dort bereits fließenden Antriebsstrom iu™ ein Kompensationsstrom i_Kompx eingeprägt. Dieser Kompensationsstrom i_Kompx wird folglich zu einem Bestandteil des Bereichs-Summenstromes , für den nun

güt- Erfindungsgemäß ist der Kompensationsstrom i_Kompx so

gestaltet, dass dieser die Abweichung des, nun auch den zusätzlichen Kompensationsstrom i_Kompx umfassenden, Bereichs-Summenstromes

von einem vorgegebenen Bereichs- Summenstrom-Sollwert verringert. In einer bevorzugten Weise kann für den Bereichs- Summenstrom-Sollwert natürlich der Wert Null gewählt werden, um das beschriebene

Ziel der Stromsymmetrierung sicherzustellen.

Wie diese Schritte konkret umgesetzt werden können, ist in Fig. 4 sowie in Fig. 5 gezeigt. Fig. 4 zeigt dazu anhand des Statorsegments S₁ exemplarisch, wie ein Regelkreis zur Regelung des Bereichs-Summenstromes aufgebaut sein kann. Die

gegenständlichen Ausführungen sind jedoch allgemein für Statorsegmente S_m sowie für allgemeinere Sternpunktbereiche eines wie in Fig. 1 gezeigten LLMs oder auch eines PMs gültig.

Einerseits zeigt Fig. 4 dabei die Regelstrecke P₁ , die im Wesentlichen aus einem wie in Fig. 2 gezeigten Statorsegment S_m besteht. Die Regelstrecke P₁ beinhaltet dabei die Blöcke TILH , ... , Kin, die jeweils geschlossene Regelkreise zur Regelung der jeweiligen Spulenströme i_L11 repräsentieren. Die Blöcke T_iL11, ... , T_iL1n nehmen dabei Sollwerte i_L11*, ... , i_L1n* für die Spulenströme auf und geben, wie aus der Regelungstechnik hinlänglich bekannt, die geregelten Spulenströme i_L11, ... , i_L1n aus. Erfindungsgemäß werden diese Spulenströme i_L11, ... , i_Lin zum Bereichs-Summenstrom aufsummiert. Dieser Bereichs-Summenstrom I_1Z

wird nun wie in der Regelungstechnik üblich rückgekoppelt und mit einem für diesen vorgegebenen Bereichs-Summenstrom-Sollwert verglichen. Entsprechend den

vorangegangenen Ausführungen gilt für diesen Bereichs-Summenstrom-Sollwert I

Der aus der Differenz von Bereichs-Summenstrom-Sollwert I und Bereichs-Summenstrom

gebildete Regelfehler wird weiters wie in der Regelungstechnik üblich dem

Regler Risum zugeführt. Im Fall des gegenständlichen LLMs 1 kann der Regler Risum in einer besonders vorteilhaften Weise in der Transportsteuerung 100 implementiert sein. Weiters kann der Regler Risum beispielsweise als PID-Regler umgesetzt werden, dessen Regelgesetz mathematisch als

ausgedrückt werden kann. Darin stehen K_p, K und Kd für die Regler-Parameter des PID- Reglers. In der mathematischen Darstellung des Regelgesetzes wird der Umstand ausgenutzt, dass für den Sollwert gilt und dass der Sollwert demnach aus dem

Regelgesetz verschwindet.

steht weiters für einen Summen-Kompensationsstrom, der der Abweichung des Bereichs-Summenstroms von Null entgegenwirkt. Neben einem PID-Regler sind jedoch auch beliebige andere Regelungsansätze zur Implementierung der gegenständlichen Erfindung denkbar, wie Ansätze aus den Bereichen des Sliding-Mode- Controls, des Backstepping-Controls, oder der modellprädiktiven Regelung. Für die Wahl der Parameter K_p, Kj und Kd kann auf eine Vielzahl von aus der regelungstechnischen Literatur bekannten Verfahren zurückgegriffen werden, nur beispielhaft sei hier auf das wohlbekannte Ziegler-Nichols-Verfahren verwiesen.

Für die gegenständliche Erfindung ist an dieser Stelle von Bedeutung, den Summen- Kompensationsstrom auf mehrere Kompensationsströme i_Kompx, die ausgewählten

Antriebsspulen L₁₁, ... , L_1n des Statorsegments S₁ zugewiesen werden, aufzuteilen, und diese Kompensationsströme i_Kompx in den ausgewählten Antriebsspulen L₁₁, ... , L_1n einzuregeln. In Fig. 4 erfolgt die Zuweisung von Kompensationsströmen i_Kompx an die jeweiligen Antriebsspulen L₁₁, ... , L_1n durch die Übermittlung der bereits erwähnten Sollwerte im*, ... , i_L1n*, welche in diesem Fall neben den für die Bewegung der Transporteinheiten T_r erforderlichen Antriebsströmen auch Soll-Kompensationsströme i_Kompx* umfassen.

In der in Fig. 4 dargestellten Ausführung der Erfindung erfolgt diese Aufteilung des Kompensationsstromes auf Kompensationsströme i_Kompx bereits im Regler Risum. Es

ist allerdings auch eine Aufteilung und Zuweisung in einer dem Regler Ri_SUm nachgeschalteten Aufteilungseinheit denkbar.

Die Auswahl der zur Stromsymmetrierung eingesetzten, aktiven Antriebsspulen L₁₁, ... , L_1n kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise können nur H-Antriebsspulen oder nur M-Antriebsspulen oder nur S-Antriebsspulen verwendet werden. Auch beliebige Kombinationen von H-Antriebsspulen und/oder M-Antriebsspulen und/oder S-Antriebsspulen sind möglich. Auch können H-Antriebsspulen und/oder M-Antriebsspulen und/oder S- Antriebsspulen mit freien Antriebsspulen L₁₁, ... , L_1n kombiniert werden. Wesentlich für die gegenständliche Erfindung ist hierbei, dass zumindest eine aktive Antriebsspule L₁₁, ... , L_1n zur Stromsymmetrierung herangezogen wird, die auch zur Bildung einer Vortriebskraft F_v auf eine Transporteinheit T_r eingesetzt wird. Weiters ist hierbei von Bedeutung, dass der Einfluss auf Vortriebskräfte F_vr, welche auf die gegebenen Transporteinheiten T_r zu deren Bewegung wirken, aber auch auf die Normalkräfte F_n (speziell in Weichenbereichen, also im Bereich kurvenförmiger Statorsegemente S_m) geringgehalten wird.

Dies kann einerseits zu einem wesentlichen Teil durch eine geeignete Wahl von Antriebsspulen L₁₁, ... , L_1n zur Aufnahme von Kompensationsströmen i_Kompx erreicht werden. Zum Beispiel ist der Einfluss auf die Kraftbildung von S-Antriebsspulen gering und liegt im Bereich weniger Prozente der gesamten erzeugten Vortriebskraft F_vr. Alternativ kann man auch alle belegten H-Antriebsspulen und/oder M-Antriebsspulen und/oder S-Antriebsspulen eines Statorsegments S_m mit dem gleichen Teil-Kompensationsstrom beaufschlagen, was einer Offsetverschiebung der belegten Antriebsspulen L₁₁, L_1n entspricht, wodurch aber letztlich keine resultierende Vortriebskraft F_vr erzeugt wird.

Eine weitere Möglichkeit der Einbringung von Kompensationsströmen i_Kompx ergibt sich, indem die Kompensationsströme derart phasenverschoben zu den dort bereits fließenden Antriebsströmen eingebracht werden, dass nur eine der auf die Transporteinheiten T_r wirkenden Kraftkomponenten F_vr (Längskraft) oder F_nr (Normalkraft) beeinflusst wird. Zum Beispiel kann man den Strom in die H-Antriebsspulen so einbringen, dass nur die Normalkraft F_nr beeinflusst wird. Die erzeugten Vortriebskräfte F_vrsind in solchen Fällen unbeeinflusst.

Eine gänzlich andere Möglichkeit ergibt sich, indem die ermittelten Kompensationsströme in Form hochfrequenter Strompulse in die ausgewählten Antriebsspulen L₁₁, ... , L_1n eingebracht werden. Durch entsprechend hochfrequent getaktete Strompulse kann deren Wirkung auf die Bewegungen der Transporteinheiten T_r durch die Trägheit der Transporteinheiten T_r (Massen der jeweiligen Transporteinheiten T_r) stark gedämpft werden. Vereinfacht gesprochen werden den bereits in den ausgewählten Antriebsspulen L₁₁, ... , L_1n fließenden Strömen hochfrequente Kompensationsströme i_Kompx überlagert, wobei diese derart verteilt sind, dass in Summe der resultierende Bereichs-Summenstrom I_1Z näher zu Null gebracht wird.

Die Einbringung eines Kompensationsstromes i_Kompx durch Strompulse ist in Fig. 5 näher dargestellt. Dabei zeigt Fig. 5 eine über sechs Spulen S-H-M-M-H-S eines Statorsegments S_m befindliche Transporteinheit T_r. Unter den Spulen sind dabei vier Bestromungssituationen zu den Zeitpunkten dargestellt. Innerhalb der strichlierten Linien

sind jeweils die in die Spulen S-H-M-M-H-S eingeprägten Kompensationsströme i_Kompx dargestellt. Wie den entlang der Abszisse aufgelisteten Strömen i_Si, IMI, ini, iH2, iM2, is2 entnommen werden kann, wird im dargestellten Beispiel je Zeitpunkt in je zwei Antriebsspulen ein Strompuls eingebracht. Je nach Höhe eines einzuprägenden Summen- Kompensationsstromes kann die Höhe dieser Strompulse angepasst werden. Es

erschließt sich unmittelbar, dass bei einer schnellen Bewegung der Transporteinheit T_r über die gezeigten Spulen und bei einer Wahl von kleinen Werten für das Zeitintervall AT hohe Frequenzen für die Strompulse entstehen, die aufgrund der Masse der Transporteinheit T_r nur einen geringen Einfluss auf die Bewegung der Transporteinheit T_r haben.

Unabhängig von der Aufteilung und Zuweisung des Kompensationsstromes müssen

die ermittelten Kompensationsströme i_Kompx letztlich tatsächlich eingeregelt werden. Eine diesbezügliche Möglichkeit besteht darin, die ermittelten Kompensationsströme i_Kompx als Teil von Strom-Sollwerten i_L11*, kin* an unterlagerte, spulenspezifischen Stromregelkreise weiterzugeben. Im Fall einer aktiven Antriebsspule L_mx kann ein solcher Strom-Sollwert i_L11*, ... , Lin* dabei einen Sollwert für einen bereits in der Antriebsspule fließenden Spulenstrom sowie nun auch einen bereits beschriebenen Soll-Kompensationsstrom i_Kompx* umfassen. Wie die Einregelung solcher Strom-Sollwerte i_L11*, ... , kin* konkret umgesetzt werden kann, ist in Fig. 6 beispielhaft gezeigt. In der in Fig. 6 dargestellten Situation wird der übermittelte Sollwert i_L11* mit dem in der Spule L₁₁ fließenden Strom i_L11 verglichen und durch Differenzbildung der Regelfehler eiLn gebildet. Dieser Regelfehler eiLn wird dem individuellen Spulenstromregler R_iL11 zugeführt, der den Regelfehler auf die Zünd- bzw. Schaltsignale xsn bzw. xsi2 für die Schalter S₁₁ bzw. S₁₂ der zur Spule L₁₁ gehörenden Halbbrücke L₁₁ abbildet. Auf die beschriebene Weise kann ein zuvor ermittelter Kompensationsstrom i_Kompx (im Fall einer aktiven Antriebsspule zusätzlich zu einem bereits fließenden Spulenstrom) in die Antriebsspule L₁₁ eingeprägt werden und die erfindungsgemäße Stromsymmetrierung durchgeführt werden. Wie für den Regler R1sum aus Fig. 4 gilt auch für den Regler R _iL11 aus Fig. 6, dass dieser auf Basis verschiedenster regelungstechnischer Konzepte entworfen sein kann.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben einer elektromagnetischen Transporteinrichtung (1) mit einem Langstator (2), an welchem eine Mehrzahl von elektrischen Antriebsspulen (L_m1,... ,L_mn) angeordnet ist, und mit einer Anzahl k von entlang des Langstators (2) bewegbaren Transporteinheiten (T₁,...,T_k), an welchen jeweils eine Mehrzahl von Erregungsmagneten (Y₁, ... ,Y_L) angeordnet ist, wobei in eine Anzahl

von aktiven Antriebsspulen (L_m1,... ,L_mq), welche an der Bewegung zumindest einer Transporteinheit (T_r) beteiligt sind, jeweils ein elektrischer Spulenstrom ( i_Lm1 ,... , i_Lmp) eingeprägt wird, um ein magnetisches Antriebsfeld zu erzeugen, welches zum Bewegen der zumindest einen Transporteinheit (T_r) mit den Antriebsmagneten (Y_ni,... ,Y_nk) der zumindest einen Transporteinheit (T_r) zusammenwirkt, und wobei für zumindest einen Sternpunktbereich des Langstators (2), in welchem zumindest eine aktive Antriebsspule (L_mi , - - - , L_mq) angeordnet ist und in welchem die durch die Antriebsspulen (L_mi , - - - , L_mn) des Sternpunktbereich fließenden Spulenströme (ii_mi,... Ju™) in einem Sternpunkt (C_x) zusammenfließen, ein Bereichs-Summenstrom (I_mZ) ermittelt wird, welcher der Summe der durch die Antriebsspulen (L_mi , - - - , L_mn) des Sternpunktbereichs fließenden Spulenströme ( i_Lm1 ,... i_Lmn ) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest eine aktive Antriebsspule (L™) des zumindest einen Sternpunktbereichs zusätzlich zum in der aktiven Antriebsspule (L_mx) bereits fließenden Spulenstrom (i_Lmx) ein Kompensationsstrom (iKom_PX) derart eingeprägt wird, dass eine Abweichung des Bereichs- Summenstromes von einem vorgegebenen Bereichs-Summenstrom-Sollwert

verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Bereichs- Summenstrom ein Summen-Kompensationsstrom ermittelt wird, aus welchem

der in die zumindest eine aktive Antriebsspule (Lmx) eingebrachte Kompensationsstrom (iKompx) ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Summen- Kompensationsstrom anhand eines vorgegebenen Reglers (R_1SUm) aus dem

ermittelten Bereichs-Summenstrom ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (R_1SUm) einen integrierenden Anteil aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Bereichs-Summenstrom-Sollwert ein Wert kleiner als 10A, oder ein Wert kleiner als 1A, oder ein Wert kleiner als 0,1 A vorgegeben wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsstrom (i_Kompx) durch eine Abfolge von hochfrequenten Strompulsen in die zumindest eine aktive Antriebsspule (L™) eingeprägt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsstrom (i_Kompx) phasenverschoben zum in der zumindest einen aktiven Antriebsspule (L_mx) bereits fließenden Spulenstrom (i_Lmx) eingeprägt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung zumindest 45 Grad beträgt.

9. Elektromagnetische Transporteinrichtung (1) in Form eines Langstatorlinearmotors oder Planarmotors, umfassend einen Langstator (2), an welchem eine Mehrzahl von elektrischen Antriebsspulen (L_m1,... ,L_mn) mit je einer Spulenregelungseinheit (101 ,..., 10n) angeordnet ist, mit einer Anzahl k von entlang des Langstators (2) bewegbaren Transporteinheiten (T₁,..., Tk), an welchen jeweils eine Mehrzahl von Erregungsmagneten (Y₁,... ,Y_L) angeordnet ist, und mit einer Versorgungseinheit (9), welche ausgestaltet ist, in eine Anzahl von

aktiven Antriebsspulen (L_m1, ... ,L_mq), welche an der Bewegung zumindest einer Transporteinheit (T_r) beteiligt sind, jeweils einen elektrischen Spulenstrom (i Lm1 , ... , i|_mn) einzuprägen, um ein magnetisches Antriebsfeld zu erzeugen, welches zum Bewegen der zumindest einen Transporteinheit (T_r) mit den Antriebsmagneten (Y_n1,... ,Y_nk) der zumindest einen Transporteinheit (T_r) zusammenwirkt, und mit einer Transportsteuerung (100), welche ausgestaltet ist, für zumindest einen Sternpunktbereich des Langstators (2), in welchem zumindest eine aktive Antriebsspule (L_mi , - - - , L_mq) angeordnet ist und in welchem die durch die Antriebsspulen (L_mi , - - - , L_mn) des Sternpunktbereichs fließenden Spulenströme ( i_Lm1 , - - - i_Lmn ) in einem Sternpunkt (C_x) zusammenfließen, einen Bereichs-Summenstrom (I_mZ) zu ermitteln, welcher der Summe der durch die Antriebsspulen (L_mi , - - - , L_mn) des Sternpunktbereichs fließenden Spulenströme ( i_Lm1 ,... i_Lmn ) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportsteuerung (100) ausgestaltet ist, aus dem Bereichs- Summenstrom einen Kompensationsstrom (i_Kompx) zu ermitteln, und dass die

Spulenregelungseinheit (101 , . , 10n) von zumindest einer aktiven Antriebsspule (L_mx) des zumindest einen Sternpunktbereichs ausgestaltet ist, in die zumindest eine aktive Antriebsspule (L_mx) des zumindest einen Sternpunktbereichs zusätzlich zum in der aktiven Antriebsspule (L_mx) bereits fließenden Spulenstrom (i_Lmx) einen Kompensationsstrom (i_Kompx) derart einzuprägen, dass eine Abweichung des Bereichs-Summenstromes (I_mZ) von einem vorgegebenen Bereichs-Summenstrom-Sollwert verringert wird.