WO2023166017A1 - Linearantrieb für eine aufzugsanlage - Google Patents

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WO2023166017A1
WO2023166017A1 PCT/EP2023/055093 EP2023055093W WO2023166017A1 WO 2023166017 A1 WO2023166017 A1 WO 2023166017A1 EP 2023055093 W EP2023055093 W EP 2023055093W WO 2023166017 A1 WO2023166017 A1 WO 2023166017A1
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WO
WIPO (PCT)
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permanent magnets
row
linear drive
magnetic
rotation
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/055093
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andrea CAMBRUZZI
Christian Studer
Original Assignee
Inventio Ag
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Filing date
Publication date
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Publication of WO2023166017A1 publication Critical patent/WO2023166017A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B11/00—Main component parts of lifts in, or associated with, buildings or other structures
    • B66B11/04—Driving gear ; Details thereof, e.g. seals
    • B66B11/0407—Driving gear ; Details thereof, e.g. seals actuated by an electrical linear motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/02—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type
    • H02K49/04—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/10—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the permanent-magnet type
    • H02K49/102—Magnetic gearings, i.e. assembly of gears, linear or rotary, by which motion is magnetically transferred without physical contact
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/114—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with dynamo-electric clutches in combination with brakes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the present invention relates to a linear drive for an elevator system.
  • the invention relates to an elevator installation equipped with such a linear drive.
  • Elevator cabins of elevator installations such as can be used to transport people or goods in multi-storey buildings, are usually coupled to an electric motor via suspension means such as ropes or belts.
  • suspension means such as ropes or belts.
  • the rotary movement of the drive shaft of the electric motor is converted into a translation of the suspension means and thus of the elevator car along the elevator shaft.
  • elevator systems whose elevator cabins can be moved along the elevator shaft using a linear motor.
  • a linear motor can include several electromagnets.
  • the strength of the current flowing through the coils of the electromagnet and thus of the magnetic field generated is usually limited in order to avoid excessive heat generation.
  • WO 98/58866 describes an example of an elevator system with a linear motor in the form of a switched reluctance machine.
  • a first aspect of the invention relates to a linear drive for an elevator installation.
  • the elevator system includes an elevator shaft and an elevator car that can be displaced in the direction of a displacement axis in the elevator shaft.
  • the linear drive comprises a magnetic track, which comprises at least one row of permanent magnets, with the permanent magnet or each permanent magnet being mounted in a carrier so that it can rotate about its own axis of rotation.
  • the linear drive includes a power transmission member from a electrically conductive material.
  • the magnetic track can be fixed to the elevator shaft, while the power transmission element can be fixed to the elevator car.
  • the power transmission element can be fixed to the elevator shaft, while the magnetic track can be fixed to the elevator car. In both cases, the magnetic track and the power transmission element can be fixed in such a way that:
  • the magnetic track and the power transmission member can be displaced relative to one another in the direction of the displacement axis;
  • the magnetic track and the force transmission element are opposite one another in an overlapping area, with the or each permanent magnet located in the overlapping area being separated from the force transmission element opposite it by an air gap.
  • the linear drive includes a rotary drive, which is designed to rotate the permanent magnets about their axes of rotation in such a way that superimposition of the magnetic fields of the rotating permanent magnets generates a traveling field moving in the direction of the displacement axis for displacing the force transmission element relative to the magnetic track.
  • a second aspect of the invention relates to an elevator system that includes an elevator shaft, an elevator car that can be displaced in the direction of a displacement axis in the elevator shaft, and a linear drive, as described above and below.
  • the magnetic track is fixed to the elevator shaft, while the power transmission element is fixed to the elevator car.
  • the power transmission member is fixed to the elevator shaft, while the magnetic track is fixed to the elevator car.
  • Electric linear motors are usually based on the generation of a traveling magnetic wave by correspondingly exciting a coil arrangement with (multi-phase) currents.
  • This principle can be compared to a stadium wave (“La Ola”) from spectators in a stadium: the coil currents pulsate at a specific rate, comparable to standing and seated spectators, and thus generate a moving magnetic wave.
  • the portion of the linear actuator containing the coils is commonly referred to as the armature, which may be stationary or moveable.
  • the other part of the linear drive hereinafter referred to as the non-anchor part, interacts electromagnetically with the traveling wave generated by the armature, as a result of which opposing forces of equal magnitude act on both parts.
  • synchronous machines asynchronous machines or synchronous reluctance machines.
  • synchronous machines are typically too expensive as large amounts of rare earths or copper may be required for the correspondingly long non-armature part.
  • rails made of magnetically passive and easily procurable material, such as steel or aluminum, with a simple structure are usually preferred.
  • Embodiments that are suitable for very long strokes are therefore mostly of the asynchronous or synchronous reluctance machine type.
  • the traveling (sinusoidal) wave can be decomposed into two orthogonal, oscillating components (direct and quadrature current) for control purposes, which can be independently varied by the resulting decomposed currents to obtain the desired electromechanical behavior of the machine, i.e . That is, propulsive forces and attractive forces can be independently controlled via these orthogonal components.
  • the magnitude of these forces depends to some extent on the amplitude of the traveling wave. The power density is therefore limited by the thermal limitations of the armature coils.
  • the power density of an electrical machine which is based on the principle of the traveling wave, can therefore be limited by the ability of the current-carrying coils to generate a magnetic field.
  • the extent to which the coils can create a magnetic field is directly proportional to the strength of the current flowing through the coils. If the coils are wound from conventional materials with electrical resistance, for example, the dissipative property of the coils limits the maximum current intensity and thus the torque or the power density of the electrical machine.
  • Long-stroke translatory movements can be generated according to the principle of direct or indirect drive.
  • the principle of direct drive is based on linear electrical machines, which enable the generation of forces between two magnetic structures of the electrical machine separated by an air gap, ie stator and rotor. The power transmission between these two structures takes place without contact, as the magnetic traveling wave propagates in the direction of the translational movement.
  • a direct drive can therefore have an unlimited stroke, which is particularly advantageous when the stroke is several orders of magnitude greater than the shortest link in the machine.
  • the power capacity of the machine is limited by the available power Space is limited in connection with the maximum permissible heat output per unit volume.
  • the force density can be increased locally by choosing an indirect drive, which, however, is associated with a greatly reduced stroke.
  • Indirect drive may involve a rotating machine in conjunction with a mechanical transmission that converts rotation into translation. Since the rotating machine is usually spatially separate from the gearbox, the heat dissipated by the coils of the machine does not have a significant impact on the gearbox. However, frictional heat is generated in the transmission, albeit to a lesser extent.
  • mechanical gears are inherently prone to wear and can cause unwanted noise and vibration.
  • superconducting coils can also be used, for example.
  • such coils require a carefully shielded cryogenic environment at very low temperatures below 100 K, which is difficult to put into practice.
  • the approach proposed here now makes it possible to at least partially overcome the limitations and undesirable effects described above insofar as the power transmission of the linear drive is based on the principle of the traveling wave, i.e. takes place without contact, and the traveling wave is generated by rotating permanent magnets that are driven by a rotating electrical machine can be driven. On the one hand, this improves heat dissipation. On the other hand can the magnetic field strength can be increased by using permanent magnets instead of coils.
  • the permanent magnets can be driven independently of each other.
  • This enables field-oriented control, i. That is, propulsion forces parallel to the axis of displacement and forces of attraction transverse to the axis of displacement between the power transmission member and the permanent magnets can be influenced independently of one another.
  • propulsion forces parallel to the axis of displacement and forces of attraction transverse to the axis of displacement between the power transmission member and the permanent magnets can be influenced independently of one another.
  • the same orthogonal breakdown of the force components as in the case of a conventional synchronous, asynchronous or synchronous reluctance machine can be implemented, and this with increased force density and reduced power loss.
  • rotating permanent magnets as used in the present approach are able to generate higher field strengths with a smaller volumetric footprint in an almost non-dissipative manner.
  • the permanent magnets can, for example, each be rod-shaped, in particular cylindrical.
  • the axis of rotation of a permanent magnet can correspond to its longitudinal or central axis.
  • the permanent magnets can each be magnetized in specific magnetization directions, for example orthogonally to the axis of rotation, and can be positioned relative to one another via the rotary drive in such a way that the magnetization directions of adjacent permanent magnets—in the rotating and/or non-rotating state—are aligned at a defined angle to one another.
  • This angle can be kept constant during operation of the linear drive, ie while the permanent magnets are rotating, or can be varied within a certain angular range, for example in order to modify the amplitude and/or phase shift of the traveling wave.
  • the angular range can be, for example, plus/minus 40 degrees, preferably plus/minus 30 degrees, in particular plus/minus 20 degrees, particularly preferably plus/minus 10 degrees, in particular plus/minus 5 degrees.
  • the rotary drive can include, for example, an electric motor with a rotating drive shaft and a gear that is designed to convert the rotary movement of the drive shaft into corresponding rotary movements of the individual permanent magnets.
  • the transmission can, for example, comprise toothed wheels, belts and/or chains which couple the axes of rotation of the permanent magnets to one another and/or to the drive shaft in a positive and/or non-positive manner. The synchronization of the rotary movements of the individual permanent magnets can thus take place via the gear.
  • each permanent magnet is rotated by its own electric motor.
  • the synchronization can take place by means of a corresponding simultaneous activation of the individual electric motors, for example by a higher-level elevator control.
  • the linear drive can also include more than one magnetic track and/or more than one force transmission element.
  • the magnetic track and the power transmission element can be arranged on opposite sides of the elevator car.
  • a one-sided drive of the elevator car is also possible.
  • the rotary drive can be designed to rotate adjacent permanent magnets in the same row in such a way that the magnetic fields of the rotating adjacent permanent magnets in the same row are offset in their orientation by 90 degrees to one another.
  • Orientation can be understood here and below as a direction of magnetization in which the respective permanent magnet is magnetized. In this way it can be achieved, for example, that the traveling field is strengthened on a side of the magnetic track facing the force transmission element and/or is reduced on a side of the magnetic track facing away from the force transmission element. This has the advantage that smaller permanent magnets can be used without necessarily reducing the resulting magnetic forces.
  • the orientation of the magnetic field of each rotating permanent magnet preceded by an adjacent rotating permanent magnet of the same row and followed by an adjacent rotating permanent magnet of the same row is equal to a 90 degree clockwise rotated orientation of the magnetic field of the preceding permanent magnet and be equal to a 90 degree counter-clockwise rotated orientation of the magnetic field of the subsequent permanent magnet.
  • the maglev can be used as a Halbach array or quasi-communach Array can be realized.
  • the orientations in a reference position can have the following order: left, top, right, bottom, left, top, etc. The orientations can also follow one another in the reverse order.
  • the permanent magnets can then be rotated so that the initial alignment of adjacent orientations with respect to each other is maintained during the rotation of the permanent magnets.
  • a (slight) variation in the angular deviations during the rotary movement of the permanent magnets is also possible.
  • the rotary drive can be designed to rotate adjacent permanent magnets in the same row in such a way that the magnetic fields of the rotating adjacent permanent magnets in the same row have opposite orientations, i. H. differ by 180 degrees.
  • the force transmission element is arranged in the overlapping area between a first row and a second row of permanent magnets (see also below) and the axes of rotation of the permanent magnets in the first row are in the direction relative to the axes of rotation of the permanent magnets in the second row the displacement axis are offset, for example, are offset in the middle, so that - considered in the direction of the displacement axis - the distance between adjacent axes of rotation of different rows is equal to half the distance between adjacent axes of rotation of the same row.
  • the magnetic track can include a first row and a second row of permanent magnets.
  • the force transmission element can be arranged in the overlapping area between the first row and the second row, ie can run through an air gap between the first row and the second row.
  • the rotary drive can be designed to rotate adjacent permanent magnets in different rows in such a way that the magnetic fields of the rotating adjacent permanent magnets in different rows are offset in their orientation by a defined angle relative to one another.
  • the first row can, for example, comprise the same number of permanent magnets as the first row.
  • the first and the second row can comprise a different number of permanent magnets.
  • the first and second rows can be offset from one another (see also below).
  • An embodiment is also possible in which the permanent magnets of different rows - viewed transversely to the displacement axis - lie opposite each other in pairs, with the permanent magnets of the same pair, more precisely their axes of rotation, having the same longitudinal position with respect to the displacement axis and the permanent magnets of different pairs having different longitudinal positions with respect to the displacement axis have.
  • the rotary drive can be designed, for example, to drive the permanent magnets of the first row independently of the permanent magnets of the second row.
  • the defined angle can be 0 degrees, 90 degrees or 180 degrees.
  • the orientations of the magnetic fields of adjacent permanent magnets in different rows can alternate by 180 degrees, for example and 0 degrees offset from each other, i. H. be alternately opposite and in the same direction.
  • the orientations of the magnetic fields of adjacent permanent magnets in different rows can be offset from one another by 90 degrees, for example. In this case, for example, the magnetic fields of adjacent permanent magnets in the same row can be opposite in their orientation.
  • the axes of rotation of the permanent magnets in the first row can be offset relative to the axes of rotation of the permanent magnets in the second row in the direction of the displacement axis.
  • the axes of rotation of the permanent magnets in the first row can be offset centrally relative to the axes of rotation of the permanent magnets in the second row in the direction of the displacement axis.
  • the distance between adjacent axes of rotation in different rows can be equal to half the distance between adjacent axes of rotation in the same row.
  • the rotary drive can be designed to rotate the permanent magnets in the first row at a different rotational speed and/or in a different direction of rotation than the permanent magnets in the second row.
  • all permanent magnets in the same row should be rotated at the same rotational speed and in the same direction of rotation.
  • the permanent magnets of the first row can be rotated in a direction of rotation opposite to the direction of rotation of the permanent magnets of the second row.
  • a phase-shifted traveling wave can be generated, for example.
  • the rotary drive can be designed to rotate the permanent magnets in the same row simultaneously at the same rotational speed and/or in the same direction of rotation. In this way, the amplitude of the traveling wave can be kept more constant.
  • the permanent magnets of the same row can alternately comprise first permanent magnets and second permanent magnets.
  • the rotary drive can be designed to rotate the first permanent magnets independently of the second permanent magnets.
  • at least one second permanent magnet can always be arranged between two first permanent magnets and/or at least one first permanent magnet can always be arranged between two second permanent magnets.
  • the rotary drive can therefore be designed to rotate the first permanent magnets at a different rotational speed and/or in a different direction of rotation than the second permanent magnets.
  • the rotary drive can be designed to rotate all first permanent magnets simultaneously at the same rotational speed and/or in the same direction of rotation and/or to rotate all second permanent magnets simultaneously at the same rotational speed and/or in the same direction of rotation.
  • the rotary drive can be designed to rotate the first permanent magnets together with the second permanent magnets.
  • the permanent magnets can be divided into at least two cylindrical segments of different polarity in the direction of their axes of rotation.
  • the segments can be separated from one another by an air gap, for example.
  • the segments can be connected to one another in a torsionally rigid manner.
  • the segments can be coupled to one another in such a way that one segment is always rotated at the same rotational speed and in the same rotational direction as the other segment or segments. In this way, fluctuations in the driving force of the linear drive can be reduced.
  • the axes of rotation can run parallel to one another and/or orthogonally to the axis of displacement.
  • the force transmission member can be designed like a ladder with a plurality of rungs.
  • the rungs can, for example, in each case run transversely or obliquely in their longitudinal direction to the longitudinal direction of the ladder-like force transmission element.
  • the rungs can each be separated from one another by air gaps.
  • the power transmission member can be rolled out Similar to squirrel-cage rotors, as used for asynchronous machines. Thus, the weight of the power transmission member can be reduced.
  • the force transmission element can be formed by a soft-magnetic structure, which in particular has slots.
  • the slots make it possible to change the magnetic properties of the power transmission element locally, comparable to the rotor of a reluctance motor.
  • the force-transmitting member can be plate-like or band-like.
  • a power transmission element in the form of a flexible metallic belt, band or plate is possible, which in the operational state of the linear drive runs at least in sections along the displacement axis through the elevator shaft.
  • the plate-like or band-like force transmission element can optionally have a plurality of through openings, for example in the form of slots lined up in the direction of the displacement axis, in order to locally change the magnetic properties of the force transmission element, comparable to the rotor of a reluctance motor.
  • an intermediate space between adjacent rungs can be at least partially filled with a soft-magnetic material.
  • the soft-magnetic material can be, for example, (soft) iron, steel, a nickel-iron, cobalt-iron or aluminum-iron alloy.
  • the magnetic properties of the power transmission member can be further improved.
  • FIG 1 shows an elevator system according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a section of a linear drive according to an embodiment of the invention with a single-row magnetic track.
  • Fig. 3 shows a section of a linear drive according to an embodiment of the invention with a double-row magnetic track, the pairs of permanent magnets facing each other.
  • Fig. 4 shows a section of a linear drive according to an embodiment of the invention with a double-row magnetic track, the permanent magnets of which are offset from one another.
  • FIG. 5 shows a section of a linear drive according to an embodiment of the invention with several double-row magnetic paths.
  • FIG. 6 shows a section of a ladder-like force transmission element of a linear drive according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows an elevator installation 1 in whose elevator shaft 2 an elevator car 3 is mounted so that it can be moved in the direction of a vertical displacement axis z between different floors of a building. Also possible is a horizontal or inclined axis of displacement z.
  • the elevator car 3 is driven by a linear drive 4, which includes at least one magnetic track 5 and at least one power transmission element 6 made of an electrically conductive material, for example a metallic material such as iron, steel or aluminum.
  • the magnetic path 5 is formed by one or more carriers 7, in which a plurality of permanent magnets 8 are lined up and each mounted so as to be rotatable about its own axis of rotation r.
  • the permanent magnets 8 can be arranged in one or more rows.
  • the magnetic track 5 can be fixed to a side wall of the elevator shaft 2 via the carrier 7 , while the force transmission element 6 can be fixed to the side of the elevator car 3 .
  • the carrier 7 is fixed to the elevator car 3 while the force transmission element 6 is fixed to the side wall of the elevator shaft 2 .
  • the magnetic track 5 and the power transmission member 6 are arranged so that the permanent magnets 8, which belong to the same row in the direction of Shift axis z, ie vertical here, are lined up and the magnetic track 5 and the force transmission member 6 are opposite in an overlapping area 9 .
  • the permanent magnets 8 and the force transmission element 6 are each separated from one another by an air gap (not shown), which is dimensioned such that the permanent magnets 8 and the force transmission element 6 interact magnetically with one another.
  • the power transmission member 6 is fixed to the elevator car 3, it can be displaced together with the elevator car 3, i. That is, the magnetic track 5 and the force transmission element 6 can be displaced relative to one another in the direction of the displacement axis z, in this case in the vertical direction.
  • the axes of rotation r of the permanent magnets 8 of the same row can, for example, lie in a common vertical plane and be aligned parallel to one another, i. H. run horizontally and thus orthogonally to the (vertical) displacement axis z.
  • the magnetic track 5 comprises several rows of permanent magnets 8 (see also FIGS. 3 to 5), the axes of rotation r of different rows can lie, for example, in two or more than two parallel vertical planes and each run horizontally.
  • the permanent magnets 8 are each magnetized in a specific magnetization direction (the magnetization direction can be understood as an orientation of a magnetic field generated by the respective permanent magnet 8).
  • each permanent magnet 8 is cylindrical bar magnets
  • the direction of magnetization of each permanent magnet 8 can be, for example, orthogonal to the longitudinal or central axis of the permanent magnet 8 .
  • the longitudinal or central axis can correspond to the axis of rotation r of the permanent magnet 8 .
  • the linear drive 4 comprises a Rotary drive 11, which is designed to put the permanent magnet 8 in a suitable manner in rotary motion, ie such that by superimposing the magnetic fields of the rotating permanent magnet 8 along the magnetic track 5, so here vertically, wandering Traveling field in magnetic interaction with the power transmission member 6 results.
  • the rotary drive 11 can be arranged at least partially outside the elevator shaft 2, for example. Mechanical or thermal influences of the rotary drive 11 on components of the elevator system 1 located in the elevator shaft 2 can thus be reduced.
  • the rotary drive 11 can comprise an electric motor 12 with a rotating drive shaft 13 which can be coupled to the individual permanent magnets 8 via a gear 14 .
  • the electric motor 12 can be arranged outside of the elevator shaft 2, for example.
  • the gear 14 can be arranged partly outside and partly inside the elevator shaft 2 .
  • the rotary drive 11 can be designed to rotate the permanent magnets 8 of one and the same row simultaneously in the same direction of rotation and at the same rotational speed. It can thus be achieved that the permanent magnets 8 retain their initial orientation relative to one another in the rotating state.
  • each permanent magnet 8 can be divided in the direction of its axis of rotation r into two cylindrical segments 15 of different polarity, ie into a north pole segment and a south pole segment.
  • the two segments 15 can be separated from one another by an axial air gap, for example.
  • the torque ripple required for the rotation of the permanent magnets 8 can be reduced.
  • the magnetic track 5 and the power transmission element 6 can be arranged on opposite sides of the elevator car 3.
  • the elevator car 3 can be driven by the linear drive 4 on both sides.
  • FIG. 2 shows a section of a linear drive 4 in which the permanent magnets 8 are only arranged in one row and opposite one and the same side of the force transmission element 6 .
  • the permanent magnets 8 are each separated from the force transmission member 6 by an air gap s.
  • the permanent magnets 8 are aligned with one another in a reference position in which the orientations (indicated by arrows in FIGS. 2 to 4 ) of the magnetic fields of adjacent permanent magnets 8 are each offset by 90 degrees with respect to one another.
  • the permanent magnets 8 can be aligned with one another in the reference position in such a way that the orientation of the magnetic field of each permanent magnet 8, which is preceded by an adjacent permanent magnet 8 and is followed by an adjacent permanent magnet 8, is equal to a 90 degree clockwise rotated orientation of the magnetic field of the preceding permanent magnet 8 and equal to a 90 degree counter-clockwise rotated orientation of the magnetic field of the following permanent magnet 8.
  • the power transmission element 6 thus levitates above the magnetic track 5.
  • the production costs can be reduced in comparison to a two-row magnetic path 5 (see FIGS. 3 and 4). Furthermore, this allows greater freedom of movement of the force transmission member 6 transverse to the axis of displacement z.
  • FIG. 3 shows a section of a linear drive 4 with a first row 16 of permanent magnets 8 and a second row 17 of permanent magnets 8 opposite the first row 16.
  • FIG. The force transmission member 6 can run in an air gap s between the two rows 16, 17.
  • the permanent magnets 8 are aligned to one another here in a reference position in which the orientations of the magnetic fields of adjacent permanent magnets 8 in the first row 16 are orthogonal to one another and in which the orientations of the magnetic fields of adjacent permanent magnets 8 in the second row 17 are orthogonal to one another.
  • the permanent magnets 8 are also arranged in pairs so that—viewed transversely to the displacement axis z—exactly one of the permanent magnets 8 in the second row 17 is opposite to each permanent magnet 8 in the first row 16 .
  • the permanent magnets 8 of each row 16, 17 can include first permanent magnets 8a and second permanent magnets 8b, which—viewed in the direction of the displacement axis z—alternate.
  • each first permanent magnet 8a of the first Row 16 exactly opposite one of the first permanent magnets 8a of the second row.
  • the reference position can be such, for example, that the magnetic fields of the first permanent magnets 8a of the same longitudinal position with respect to the displacement axis z are opposite, i. H. have mutually offset orientations by 180 degrees parallel to the displacement axis z and the magnetic fields of the second permanent magnets 8b of the same longitudinal position with respect to the displacement axis z are rectified, i. H. have orientations offset from one another by 0 degrees orthogonal to the displacement axis z.
  • the arrangement of the permanent magnets 8, 8a, 8b shown in FIG. 3 can also be referred to as a (quasi) Halbach array.
  • the dqO decomposition of the currents makes it possible to control the driving force and the attractive force independently via quadrature and direct current, respectively.
  • Direct current control also enables field weakening to extend the speed range of the electric machine.
  • a similar technique can be applied here, albeit with limitations, but in a mechanical rather than electrical manner.
  • the pulsating fields of the two series 16, 17 are orthogonal, mechanically changing their relative phase shift has a similar effect as changing the quadrature and DC currents.
  • One difference can be seen in the fact that the amplitudes of the pulsating fields in coil-based electrical machines can be controlled independently via the current, which is not the case here.
  • the first permanent magnets 8a can be driven independently of the second permanent magnets 8b of the same row 16 and 17, respectively.
  • Fig. 4 shows a two-row arrangement of the permanent magnets 8, in which the permanent magnets 8 of the first row 16 opposite the permanent magnets 8 of the second row 17 in Are arranged offset in the direction of the displacement axis z, in such a way that - seen in the direction of the displacement axis z - between adjacent permanent magnets 8 of one row 16 or 17 is exactly one of the permanent magnets 8 of the other row 16 or 17.
  • the reference position can be such, for example, that the magnetic fields of adjacent permanent magnets 8 in the first row 16 have opposite orientations parallel to the displacement axis z and the magnetic fields of adjacent permanent magnets 8 in the second row 17 have opposite orientations orthogonal to the displacement axis z.
  • the second row 17, hereinafter referred to as the upper anchor may have a vertically oriented, alternating north-south magnetization pattern.
  • the first row 16, hereinafter referred to as the lower anchor, can be constructed similarly to the upper anchor, with the difference that here the north-south magnetization pattern is oriented horizontally, i.e. horizontally. H. is shifted 90 degrees to the magnetization pattern of the upper anchor.
  • the axes of rotation r of the permanent magnets 8 belonging to the lower armature are horizontally shifted from the axes of rotation r of the permanent magnets 8 belonging to the upper armature so that they are exactly in the middle between adjacent permanent magnets 8 of the upper armature.
  • the power transmission member 6 is exposed to an additional pulsating magnetic field, which now emanates from the lower armature.
  • the two pulsating magnetic fields are superimposed to form a traveling wave whose direction of movement is determined by the direction of rotation of the permanent magnets 8 in the two anchors.
  • the angle between the orientation of the magnetization patterns of the upper and lower anchors is maintained at 90 degrees under rotation in this example. However, this is not absolutely necessary.
  • the traveling wave can be modified in a manner similar to field-oriented control.
  • the angle between the top and bottom magnetization patterns is changed to serve a similar purpose. In this way, the attraction and propulsion forces can be controlled.
  • reference positions described above can relate to a rotating and/or non-rotating state of the permanent magnets 8, 8a, 8b.
  • the rotary drive 11 can be designed to rotate the permanent magnets 8 in such a way that the reference position related to the non-rotating state is maintained in the rotating state or varied within certain limits.
  • the rotary drive 11 can be designed to rotate the permanent magnets 8 in the first row 16 in a different direction of rotation and/or at a different rotational speed than the permanent magnets 8 in the second row 17 .
  • the rotary drive 11 can be designed to drive the first permanent magnets 8a of each row 16, 17 independently of the second permanent magnets 8b of the same row 16 or 17.
  • the single-row embodiment of the magnetic path 5 shown in FIG. 2 can also alternately comprise first permanent magnets 8a and second permanent magnets 8b, it being possible for the first permanent magnets 8a to be rotatable independently of the second permanent magnets 8b.
  • the levitation and propulsion forces can thus be controlled by controlling the angles and rotational speeds of the two sets of permanent magnets.
  • the force transmission element 6 can be designed in the form of a strip or plate, for example.
  • the belt-shaped or plate-shaped force transmission element 6 can have a row of, for example, slot-shaped openings 18 for influencing the magnetic flux.
  • the power transmission member 6 like a ladder with a plurality of
  • the power transmission element 6 can be formed, for example, by a double, unrolled, cage-like or ladder-like structure made of electrically conductive material.
  • the spaces between the rungs 19 can be empty or, optionally, at least partially filled with a soft magnetic material.
  • the power transmission member 6 can be formed by a soft magnetic structure which can have appropriate slots to improve the magnetic properties, i. H. the reluctance to change locally.
  • FIG. 5 shows an embodiment with four magnetic paths 5 with longitudinal axes orthogonal to one another, which are arranged opposite one and the same side of the force transmission element 6 and are each separated from it by an air gap. This allows the force transmission member 6 to be displaced in mutually orthogonal directions (indicated by two double-headed arrows).
  • the four magnetic tracks 5 can optionally be arranged on both sides of the force transmission element 6, with the magnetic tracks 5 on different sides being able to face one another in pairs.
  • the linear drive 4 can thus include a total of eight magnetic tracks 5 .

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Abstract

Ein Linearantrieb (4) fur eine Aufzugsanlage (1) umfasst: eine Magnetbahn (5), die mindestens eine Reihe (16, 17) von Dauermagneten (8, 8a, 8b) umfasst, wobei Dauermagnet (8, 8a, 8b) in einem Träger (7) um eine eigene Drehachse (r) drehbar gelagert ist; ein Kraftübertragungsglied (6); wobei die Magnetbahn an einem Aufzugsschacht (2) und das Kraftübertragungsglied an einer Aufzugskabine (3) oder umgekehrt - fixierbar ist, sodass: die Dauermagneten der gleichen Reihe in Richtung einer Verlagerungsachse (z) hintereinander angeordnet sind; die Magnetbahn und das Kraftübertragungsglied relativ zueinander in Richtung der Verlagerungsachse verlagerbar sind; die Magnetbahn und das Kraftübertragungsglied in einem Überlappungsbereich (9) einander gegenüberliegen, wobei im Überlappungsbereich befindliche Dauermagnet von dem ihm gegenüberliegenden Kraftübertragungsglied durch einen Luftspalt (s) getrennt ist; einen Drehantrieb (11), der ausgebildet ist, um die Dauermagneten so zu drehen, dass durch Überlagerung der Magnetfelder der sich drehenden Dauermagneten ein in Richtung der Verlagerungsachse wanderndes Wanderfeld erzeugt wird.

Description

LINEARANTRIEB FÜR EINE AUFZUGSANLAGE
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearantrieb für eine Aufzugsanlage. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine mit einem derartigen Linearantrieb ausgestattete Aufzugsanlage.
Aufzugskabinen von Aufzugsanlagen, wie sie zum Transport von Personen oder Gütern in mehrstöckigen Gebäuden eingesetzt werden können, sind üblicherweise über Tragmittel wie beispielsweise Seile oder Riemen mit einem Elektromotor gekoppelt. Dabei wird die Drehbewegung der Antriebswelle des Elektromotors in eine Translation der Tragmittel und damit der Aufzugskabine entlang des Aufzugsschachts umgewandelt.
Daneben gibt es Aufzugsanlagen, deren Aufzugskabinen über einen Linearmotor entlang des Aufzugsschachts verlagert werden können. Ein solcher Linearmotor kann mehrere Elektromagneten umfassen. Die Stärke des durch die Spulen des Elektromagneten fliessenden Stroms und damit des erzeugten Magnetfelds ist üblicherweise begrenzt, um eine übermässige Wärmeentwicklung zu vermeiden.
WO 98/58866 beschreibt ein Beispiel für eine Aufzugsanlage mit einem Linearmotor in Form einer geschalteten Reluktanzmaschine.
Es kann Bedarf an einem Linearantrieb für eine Aufzugsanlage bestehen, der eine Erhöhung der Kraftdichte ohne übermässige Wärmentwicklung im Aufzugsschacht ermöglicht. Des Weiteren kann Bedarf an einer entsprechend verbesserten Aufzugsanlage bestehen.
Diesen Bedürfnissen kann mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche entsprochen werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren dargelegt.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Linearantrieb für eine Aufzugsanlage. Die Aufzugsanlage umfasst einen Aufzugsschacht und eine in Richtung einer Verlagerungsachse im Aufzugsschacht verlagerbare Aufzugskabine. Der Linearantrieb umfasst eine Magnetbahn, die mindestens eine Reihe von Dauermagneten umfasst, wobei die bzw. jeder Dauermagnet in einem Träger um eine eigene Drehachse drehbar gelagert ist. Darüber hinaus umfasst der Linearantrieb ein Kraftübertragungsglied aus einem elektrisch leitfähigen Material. Dabei ist die Magnetbahn am Aufzugsschacht fixierbar, während das Kraftübertragungsglied an der Aufzugskabine fixierbar ist. Alternativ ist das Kraftübertragungsglied am Aufzugsschacht fixierbar, während die Magnetbahn an der Aufzugskabine fixierbar ist. In beiden Fällen sind die Magnetbahn und das Kraftübertragungsglied derart fixierbar, dass:
- die Dauermagneten der gleichen Reihe in Richtung der Verlagerungsachse hintereinander angeordnet sind;
- die Magnetbahn und das Kraftübertragungsglied relativ zueinander in Richtung der Verlagerungsachse verlagerbar sind;
- die Magnetbahn und das Kraftübertragungsglied in einem Überlappungsbereich einander gegenüberliegen, wobei die bzw. jeder im Überlappungsbereich befindliche Dauermagnet von dem ihm gegenüberliegenden Kraftübertragungsglied durch einen Luftspalt getrennt ist.
Des Weiteren umfasst der Linearantrieb einen Drehantrieb, der ausgebildet ist, um die Dauermagneten so um ihre Drehachsen zu drehen, dass durch Überlagerung der Magnetfelder der sich drehenden Dauermagneten ein in Richtung der Verlagerungsachse wanderndes Wanderfeld zum Verlagern des Kraftübertragungsglieds relativ zur Magnetbahn erzeugt wird.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Aufzugsanlage, die einen Aufzugsschacht, eine Aufzugskabine, die in Richtung einer Verlagerungsachse im Aufzugsschacht verlagerbar ist, sowie einen Linearantrieb, wie er vor- und nachstehend beschrieben wird, umfasst. Dabei ist die Magnetbahn am Aufzugsschacht fixiert, während das Kraftübertragungsglied an der Aufzugskabine fixiert ist. Alternativ ist das Kraftübertragungsglied am Aufzugsschacht fixiert, während die Magnetbahn an der Aufzugskabine fixiert ist.
Elektrische Linearmotoren beruhen üblicherweise auf der Erzeugung einer magnetischen Wanderwelle durch entsprechende Erregung einer Spulenanordnung durch (mehrphasige) Ströme. Dieses Prinzip ist vergleichbar mit einer Stadionwelle („La Ola“) von Zuschauern in einem Stadion: Die Spulenströme pulsieren in einem bestimmten Takt, vergleichbar mit stehenden und sitzenden Zuschauern, und erzeugen so eine sich bewegende magnetische Welle. Der die Spulen enthaltende Teil des Linearantriebs wird üblicherweise als Anker bezeichnet, der stationär oder beweglich sein kann. Der andere Teil des Linearantriebs, nachstehend Nichtankerteil genannt, steht in elektromagnetischer Wechselwirkung mit der vom Anker erzeugten Wanderwelle, wodurch auf beide Teile entgegengesetzte, betragsmässig gleiche Kräfte wirken. Je nach Konfiguration des Ankers kann zwischen Synchronmaschinen, Asynchronmaschinen oder Synchron-Reluktanzmaschinen unterschieden werden. Für Anwendungen mit sehr langem Hub sind Synchronmaschinen in der Regel zu kostspielig, da grosse Mengen an Seltenen Erden oder Kupfer für das entsprechend lange Nichtankerteil erforderlich sein können. Für solche Anwendungen werden Schienen aus magnetisch passivem und einfach bereitzustellendem Material, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, mit einfacher Struktur in der Regel bevorzugt. Ausführungsformen, die sich für sehr lange Hübe eignen, sind daher meist vom Typ Asynchron- oder Synchron- Reluktanzmaschine .
In beiden Fällen kann die (sinusförmige) Wanderwelle zu Steuerungszwecken in zwei orthogonale, oszillierende Komponenten (Direkt- und Quadraturstrom) zerlegt werden, die durch die daraus resultierenden zerlegten Ströme unabhängig voneinander variiert werden können, um das gewünschte elektromechanische Verhalten der Maschine zu erhalten, d. h., Vortriebskräfte und Anziehungskräfte können unabhängig voneinander über diese orthogonalen Komponenten gesteuert werden. Die Höhe dieser Kräfte hängt bis zu einem gewissen Grad von der Amplitude der Wanderwelle ab. Die Kraftdichte wird daher durch die thermischen Beschränkungen der Ankerspulen begrenzt.
Die Kraftdichte einer elektrischen Maschine, die auf dem Prinzip der Wanderwelle beruht, kann also durch die Fähigkeit der stromführenden Spulen, ein Magnetfeld zu erzeugen, begrenzt sein. Das Ausmass, in dem die Spulen ein Magnetfeld erzeugen können, ist direkt proportional zur Stärke des durch die Spulen fliessenden Stroms. Sind die Spulen beispielsweise aus herkömmlichen Materialien mit elektrischem Widerstand gewickelt, so begrenzt die dissipative Eigenschaft der Spulen die maximale Stromstärke und damit das Drehmoment oder die Kraftdichte der elektrischen Maschine.
Die Erzeugung langhubiger translatorischer Bewegungen kann nach dem Prinzip des direkten oder des indirekten Antriebs erfolgen. Das Prinzip des direkten Antriebs beruht auf linearen elektrischen Maschinen, die die Erzeugung von Kräften zwischen zwei durch einen Luftspalt voneinander getrennten magnetischen Strukturen der elektrischen Maschine, d. h. Stator und Läufer, ermöglichen. Die Kraftübertragung zwischen diesen beiden Strukturen erfolgt berührungslos, indem sich die magnetische Wanderwelle in Richtung der translatorischen Bewegung ausbreitet. Somit kann ein direkter Antrieb prinzipiell einen unbegrenzten Hub haben, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn der Hub um mehrere Grössenordnungen grösser ist als das kürzeste Glied der Maschine. Die Kraftfähigkeit der Maschine wird in der Praxis allerdings durch den verfügbaren Bauraum in Verbindung mit der maximal zulässigen Wärmeabgabe pro Volumeneinheit begrenzt.
Die Kraftdichte kann beispielsweise lokal erhöht werden, indem ein indirekter Antrieb gewählt wird, der jedoch mit einem stark reduzierten Hub einhergeht. Ein indirekter Antrieb kann eine rotierende Maschine in Verbindung mit einem mechanischen Getriebe umfassen, das die Rotation in eine Translation umwandelt. Da die rotierende Maschine üblicherweise räumlich vom Getriebe getrennt ist, hat die Wärmeabgabe der Spulen der Maschine keinen massgeblichen Einfluss auf das Getriebe. Allerdings entsteht im Getriebe, wenn auch in geringerem Masse, Reibungswärme. Darüber hinaus sind mechanische Getriebe prinzipbedingt verschleissanfällig und können unerwünschte Geräusche und Vibrationen verursachen.
Beim vorstehend beschriebenen direkten Antrieb ist die Erhöhung der Kraftdichte im Allgemeinen eines der Ziele in der Entwurfsphase der elektrischen Maschine, da dadurch die Menge und die Masse des verwendeten Materials reduziert werden können und die Kühlkapazität entsprechend erhöht werden kann. Um die Kraftdichte zu erhöhen, können Kühlmethoden eingesetzt werden, die die Temperatur der Spulen in einem akzeptablen Bereich halten. Solche Kühlmethoden können jedoch relativ aufwendig sein.
Daneben gibt es lineare Transversalflussmaschinen, Flussschaltmaschinen und geschaltete Reluktanzmaschinen, bei denen das Prinzip der magnetischen Wanderwelle zugunsten einer erhöhten Kraftdichte aufgegeben wird. Bei diesen Ansätzen kann es jedoch zu erhöhter Kraftwelligkeit und Rauschen kommen. Die Steuerung solcher Maschinen kann aufwendig sein.
Um die Verlustleistung in den Spulen auf ein Minimum zu reduzieren, können beispielweise auch supraleitende Spulen eingesetzt werden. Solche Spulen erfordern allerdings eine sorgfältig abgeschirmte kryogene Umgebung bei sehr niedrigen Temperaturen unter 100 K, was sich nur unter erheblichem Aufwand in die Praxis umsetzen lässt.
Der hier vorgeschlagene Ansatz ermöglicht es nun, die vorstehend beschriebenen Einschränkungen und unerwünschten Effekte zumindest teilweise insofern zu überwinden, als die Kraftübertragung des Linearantriebs auf dem Prinzip der Wanderwelle basiert, d. h. berührungslos erfolgt, und die Wanderwelle durch rotierende Dauermagneten erzeugt wird, die von einer rotierenden elektrischen Maschine angetrieben sein können. Dies verbessert zum einen die Wärmeabfuhr. Zum anderen kann durch die Verwendung von Dauermagneten anstelle von Spulen die Magnetfeldstärke erhöht werden.
Optional können die Dauermagneten unabhängig voneinander angetrieben werden. Dies ermöglicht eine feldorientierte Steuerung, d. h., Vortriebskräfte parallel zur Verlagerungsachse und Anziehungskräfte quer zur Verlagerungsachse zwischen dem Kraftübertragungsglied und den Dauermagneten können unabhängig voneinander beeinflusst werden. Durch einen entsprechend konfigurierten Drehantrieb kann somit die gleiche orthogonale Zerlegung der Kraftkomponenten wie im Fall einer herkömmlichen Synchron-, Asynchron- oder Synchron-Reluktanzmaschine realisiert werden, und dies bei erhöhter Kraftdichte und verringerter Verlustleistung.
Mit anderen Worten sind rotierende Dauermagneten, wie sie im vorliegenden Ansatz verwendet werden, in der Lage, höhere Feldstärken mit einem kleineren volumetrischen Fussabdruck in nahezu nicht dissipativer Weise zu erzeugen.
Die Verwendung von Dauermagneten bietet zudem den Vorteil, dass die Anziehungskräfte zwischen der Magnetbahn und dem Kraftübertragungsglied auch bei einem Stromausfall erhalten bleiben. Somit kann die Betriebssicherheit der Aufzugsanlage erhöht werden.
Ohne den Umfang der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken, können Ausführungsformen der Erfindung als auf den nachstehend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
Die Dauermagneten können beispielsweise jeweils stabförmig, insbesondere zylinderförmig, ausgeführt sein. Dabei kann die Drehachse eines Dauermagneten seiner Längs- oder Mittelachse entsprechen. Die Dauermagneten können jeweils in bestimmten Magnetisierungsrichtungen, beispielsweise orthogonal zur Drehachse, magnetisiert sein und über den Drehantrieb derart zueinander positionierbar sein, dass sich die Magnetisierungsrichtungen benachbarter Dauermagneten - im drehenden und/oder nicht drehenden Zustand - in einem definierten Winkel zueinander ausgerichtet sind. Dieser Winkel kann im Betrieb des Linearantriebs, d. h., während sich die Dauermagneten drehen, konstant gehalten oder innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs variiert werden, etwa um die Amplitude und/oder Phasenverschiebung der Wanderwelle zu modifizieren. Der Winkelbereich kann beispielsweise plus/minus 40 Grad, vorzugsweise plus/minus 30 Grad, insbesondere plus/minus 20 Grad, besonders bevorzugt plus/minus 10 Grad, insbesondere plus/minus 5 Grad betragen. Der Drehantrieb kann beispielsweise einen Elektromotor mit rotierender Antriebswelle und ein Getriebe umfassen, das ausgebildet ist, um die Drehbewegung der Antriebswelle in entsprechende Drehbewegungen der einzelnen Dauermagneten umzusetzen. Das Getriebe kann beispielsweise Zahnräder, Riemen und/oder Ketten umfassen, die die Drehachsen der Dauermagneten miteinander und/oder mit der Antriebswelle form- und/oder kraftschlüssig koppeln. Die Synchronisation der Drehbewegungen der einzelnen Dauermagneten kann somit über das Getriebe erfolgen.
Alternativ ist eine Ausführungsform denkbar, bei der jeder Dauermagnet über einen eigenen Elektromotor gedreht wird. Dies hat den Vorteil, dass die Dauermagneten unabhängig voneinander angesteuert werden können. In diesem Fall kann die Synchronisation durch entsprechendes gleichzeitiges Ansteuem der einzelnen Elektromotoren, etwa durch eine übergeordnete Aufzugssteuerung, erfolgen.
Der Linearantrieb kann auch mehr als eine Magnetbahn und/oder mehr als ein Kraftübertragungsglied umfassen. Beispielsweise können im betriebsfähigen Zustand der Aufzugsanlage die Magnetbahn und das Kraftübertragungsglied auf einander gegenüberliegenden Seiten der Aufzugskabine angeordnet sein. Möglich ist aber auch ein einseitiger Antrieb der Aufzugskabine.
Gemäss einer Ausführungsform kann der Drehantrieb ausgebildet sein, um benachbarte Dauermagneten der gleichen Reihe so zu drehen, dass die Magnetfelder der sich drehenden benachbarten Dauermagneten der gleichen Reihe in ihrer Orientierung um 90 Grad zueinander versetzt sind. Unter „Orientierung“ kann hier und im Folgenden eine Magnetisierungsrichtung, in der der jeweilige Dauermagnet magnetisiert ist, verstanden werden. Auf diese Weise kann beispielsweise erreicht werden, dass das Wanderfeld auf einer dem Kraftübertragungsglied zugewandten Seite der Magnetbahn verstärkt wird und/oder auf einer dem Kraftübertragungsglied abgewandten Seite der Magnetbahn verringert wird. Dies hat den Vorteil, dass kleinere Dauermagneten verwendet werden können, ohne dass sich die resultierenden Magnetkräfte zwangsläufig verringern.
Gemäss einer Ausführungsform kann die Orientierung des Magnetfelds eines jeden sich drehenden Dauermagneten, dem ein sich drehender benachbarter Dauermagnet der gleichen Reihe vorangeht und ein sich drehender benachbarter Dauermagnet der gleichen Reihe nachfolgt, gleich einer um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedrehten Orientierung des Magnetfelds des vorangehenden Dauermagneten und gleich einer um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedrehten Orientierung des Magnetfelds des nachfolgenden Dauermagneten sein. Somit kann die Magnetbahn als Halbach-Array oder Quasi-Halbach- Array realisiert werden. Beispielsweise können die Orientierungen in einer Referenzstellung folgende Reihenfolge aufweisen: links, oben, rechts, unten, links, oben usw. Die Orientierungen können auch in umgekehrter Reihenfolge aufeinanderfolgen. Ausgehend von der Referenzstellung können die Dauermagneten dann so gedreht werden, dass die anfängliche Ausrichtung benachbarter Orientierungen zueinander während der Drehbewegung der Dauermagneten beibehalten wird. Wie weiter oben erwähnt, ist aber auch eine (geringfügige) Variation der Winkelabweichungen während der Drehbewegung der Dauermagneten möglich.
Gemäss einer Ausführungsform kann der Drehantrieb ausgebildet sein, um benachbarte Dauermagneten der gleichen Reihe so zu drehen, dass die Magnetfelder der sich drehenden benachbarten Dauermagneten der gleichen Reihe entgegengesetzte Orientierungen aufweisen, d. h. um 180 Grad voneinander abweichen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Kraftübertragungsglied im Überlappungsbereich zwischen einer ersten Reihe und einer zweiten Reihe der Dauermagneten angeordnet ist (siehe auch weiter unten) und die Drehachsen der Dauermagneten der ersten Reihe relativ zu den Drehachsen der Dauermagneten der zweiten Reihe in Richtung der Verlagerungsachse versetzt sind, beispielsweise mittig versetzt sind, sodass - in Richtung der Verlagerungsachse betrachtet - der Abstand zwischen benachbarten Drehachsen verschiedener Reihen gleich dem halben Abstand zwischen benachbarten Drehachsen der gleichen Reihe ist.
Gemäss einer Ausfuhrungsform kann die Magnetbahn eine erste Reihe und eine zweite Reihe der Dauermagneten umfassen. Das Kraftübertragungsglied kann im Überlappungsbereich zwischen der ersten Reihe und der zweiten Reihe angeordnet sein, d. h. durch einen Luftspalt zwischen der ersten Reihe und der zweiten Reihe verlaufen. Dabei kann der Drehantrieb ausgebildet sein, um benachbarte Dauermagneten verschiedener Reihen so zu drehen, dass die Magnetfelder der sich drehenden benachbarten Dauermagneten verschiedener Reihen in ihrer Orientierung um einen definierten Winkel zueinander versetzt sind. Die erste Reihe kann beispielsweise genauso viele Dauermagneten wie die erste Reihe umfassen. Alternativ können die erste und die zweite Reihe unterschiedlich viele Dauermagneten umfassen. Wie weiter oben erwähnt, können die erste und die zweite Reihe versetzt zueinander angeordnet sein (siehe auch weiter unten). Möglich ist auch eine Ausführung, bei der die Dauermagneten verschiedener Reihen - quer zur Verlagerungsachse betrachtet - paarweise einander gegenüberliegen, wobei die Dauermagneten des gleichen Paars, genauer deren Drehachsen, die gleiche Längsposition bezüglich der Verlagerungsachse haben und die Dauermagneten verschiedener Paare verschiedene Längspositionen bezüglich der Verlagerungsachse haben. Der Drehantrieb kann beispielsweise ausgebildet sein, um die Dauermagneten der ersten Reihe unabhängig von den Dauermagneten der zweiten Reihe anzutreiben.
Gemäss einer Ausführungsform kann der definierte Winkel 0 Grad, 90 Grad oder 180 Grad betragen. Für den Fall, dass die erste und die zweite Reihe jeweils als (Quasi-)Halbach-Array ausgeführt sind und die Dauermagneten verschiedener Reihen paarweise einander gegenüberliegen (siehe weiter oben), können beispielsweise die Orientierungen der Magnetfelder benachbarter Dauermagneten verschiedener Reihen abwechselnd um 180 Grad und 0 Grad zueinander versetzt sein, d. h. abwechselnd entgegengerichtet und gleichgerichtet sein. Für den Fall, dass die Drehachsen verschiedener Reihen in Richtung der Verlagerungsachse versetzt zueinander sind (siehe weiter oben), können die Orientierungen der Magnetfelder benachbarter Dauermagneten verschiedener Reihen beispielsweise um 90 Grad zueinander versetzt sein. In diesem Fall können beispielsweise die Magnetfelder benachbarter Dauermagneten der gleichen Reihe in ihrer Orientierung entgegengesetzt sein.
Gemäss einer Ausführungsform können die Drehachsen der Dauermagneten der ersten Reihe gegenüber den Drehachsen der Dauermagneten der zweiten Reihe in Richtung der Verlagerungsachse versetzt sein. Beispielsweise können die Drehachsen der Dauermagneten der ersten Reihe relativ zu den Drehachsen der Dauermagneten der zweiten Reihe in Richtung der Verlagerungsachse mittig versetzt sein. Anders ausgedrückt kann - in Richtung der Verlagerungsachse betrachtet - der Abstand zwischen benachbarten Drehachsen verschiedener Reihen gleich dem halben Abstand zwischen benachbarten Drehachsen der gleichen Reihe sein.
Gemäss einer Ausführungsform kann der Drehantrieb ausgebildet sein, um die Dauermagneten der ersten Reihe mit einer anderen Drehgeschwindigkeit und/oder in einer anderen Drehrichtung als die Dauermagneten der zweiten Reihe zu drehen. Prinzipiell sollten alle Dauermagneten der gleichen Reihe mit der gleichen Drehgeschwindigkeit und in der gleichen Drehrichtung gedreht werden. Um die gewünschte Überlagerung der Magnetfelder in Form der Wanderwelle zu erhalten, können die Dauermagneten der ersten Reihe in einer der Drehrichtung der Dauermagneten der zweiten Reihe entgegengesetzten Drehrichtung gedreht werden. Indem die Drehgeschwindigkeit der (sich gleich schnell drehenden) Dauermagneten der ersten Reihe gegenüber der Drehgeschwindigkeit der (sich gleich schnell drehenden) Dauermagneten der zweiten Reihe verändert wird, kann beispielsweise eine phasenverschobene Wanderwelle erzeugt werden. Gemäss einer Ausführungsform kann der Drehantrieb ausgebildet sein, um die Dauermagneten der gleichen Reihe gleichzeitig mit der gleichen Drehgeschwindigkeit und/oder in der gleichen Drehrichtung zu drehen. Auf diese Weise kann die Amplitude der Wanderwelle konstanter gehalten werden.
Gemäss einer Ausfuhrungsform können die Dauermagneten der gleichen Reihe abwechselnd erste Dauermagneten und zweite Dauermagneten umfassen. Dabei kann der Drehantrieb ausgebildet sein, um die ersten Dauermagneten unabhängig von den zweiten Dauermagneten zu drehen. Anders ausgedrückt kann - in Richtung der Verlagerungsachse betrachtet - zwischen zwei ersten Dauermagneten immer mindestens ein zweiter Dauermagnet und/oder zwischen zwei zweiten Dauermagneten immer mindestens ein erster Dauermagnet angeordnet sein. Der Drehantrieb kann also ausgebildet sein, um die ersten Dauermagneten mit einer anderen Drehgeschwindigkeit und/oder in einer anderen Drehrichtung als die zweiten Dauermagneten zu drehen. Zusätzlich kann der Drehantrieb ausgebildet sein, um alle ersten Dauermagneten gleichzeitig mit der gleichen Drehgeschwindigkeit und/oder in der gleichen Drehrichtung zu drehen und/oder alle zweiten Dauermagneten gleichzeitig mit der gleichen Drehgeschwindigkeit und/oder in der gleichen Drehrichtung zu drehen. Zusätzlich kann der Drehantrieb ausgebildet sein, um die ersten Dauermagneten zusammen mit den zweiten Dauermagneten zu drehen.
Gemäss einer Ausfuhrungsform können die Dauermagneten in Richtung ihrer Drehachsen in mindestens zwei zylinderförmige Segmente unterschiedlicher Polarität unterteilt sein. Die Segmente können beispielsweise durch einen Luftspalt voneinander getrennt sein. Die Segmente können drehstarr miteinander verbunden sein. Anders ausgedrückt können die Segmente so miteinander gekoppelt sein, dass das eine Segment immer mit der gleichen Drehgeschwindigkeit und in der gleichen Drehrichtung wie das andere Segment oder die anderen Segmente gedreht wird. Somit können Vortriebskraftschwankungen des Linearantriebs reduziert werden.
Gemäss einer Ausführungsform können die Drehachsen parallel zueinander und/oder orthogonal zur Verlagerungsachse verlaufen.
Gemäss einer Ausführungsform kann das Kraftübertragungsglied leiterartig mit einer Mehrzahl von Sprossen ausgeführt sein. Die Sprossen können beispielsweise in ihrer Längsrichtung jeweils quer oder schräg zur Längsrichtung des leiterartigen Kraftübertragungsglieds verlaufen. Die Sprossen können jeweils durch Luftspalte voneinander getrennt sein. Beispielsweise kann das Kraftübertragungsglied einem ausgerollten Käfigläufer ähneln, englisch squirrel-cage rotor genannt, wie er für Asynchronmaschinen verwendet wird. Somit kann das Gewicht des Kraftübertragungsglieds verringert werden.
Ergänzend oder alternativ kann das Kraftübertragungsglied durch eine weichmagnetische Struktur gebildet sein, die insbesondere Schlitze aufweist. Die Schlitze ermöglichen es die magnetischen Eigenschaften des Kraftübertragungsglieds lokal zu verändern, vergleichbar mit dem Rotor eines Reluktanzmotors.
Ergänzend oder alternativ kann das Kraftübertragungsglied platten- oder bandartig ausgeführt sein. Möglich ist beispielsweise ein Kraftübertragungsglied in Form eines flexiblen metallischen Riemens, Bands oder einer Plate, welche im betriebsfähigen Zustand des Linearantriebs zumindest abschnittsweise entlang der Verlagerungsachse durch den Aufzugsschacht verläuft. Das platten- oder bandartige Kraftübertragungsglied kann optional eine Mehrzahl von Durchgangsöffhungen, etwa in Form von in Richtung der Verlagerungsachse aneinandergereihten Schlitzen, aufweisen, um die magnetischen Eigenschaften des Kraftübertragungsglieds lokal zu verändern, vergleichbar mit dem Rotor eines Reluktanzmotors.
Gemäss einer Ausführungsform kann ein Zwischenraum zwischen benachbarten Sprossen zumindest teilweise mit einem weichmagnetischen Material ausgefüllt sein. Das weichmagnetische Material kann beispielsweise (Weich-)Eisen, Stahl, eine Nickel-Eisen-, Kobalt-Eisen- oder Aluminium -Eisen-Legierung sein. Somit können die magnetischen Eigenschaften des Kraftübertragungsglieds weiter verbessert werden.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, wobei weder die Zeichnungen noch die Erläuterungen als die Erfindung in irgendeiner Weise einschränkend auszulegen sind.
Fig. 1 zeigt eine Aufzugsanlage gemäss einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt einen Abschnitt eines Linearantriebs gemäss einer Ausführungsform der Erfindung mit einer einreihigen Magnetbahn.
Fig. 3 zeigt einen Abschnitt eines Linearantriebs gemäss einer Ausführungsform der Erfindung mit einer zweireihigen Magnetbahn, deren Dauermagneten paarweise einander gegenüberliegen. Fig. 4 zeigt einen Abschnitt eines Linearantriebs gemäss einer Ausführungsform der Erfindung mit einer zweireihigen Magnetbahn, deren Dauermagneten zueinander versetzt sind.
Fig. 5 zeigt einen Abschnitt eines Linearantriebs gemäss einer Ausfuhrungsform der Erfindung mit mehreren zweireihigen Magnetbahnen.
Fig. 6 zeigt einen Abschnitt eines leiterartigen Kraftübertragungsglieds eines Linearantriebs gemäss einer Ausfuhrungsform der Erfindung.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht massstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Zeichnungen gleiche bzw. gleichwirkende Merkmale.
Fig. 1 zeigt eine Aufzugsanlage 1, in deren Aufzugsschacht 2 eine Aufzugskabine 3 in Richtung einer vertikalen Verlagerungsachse z zwischen verschiedenen Stockwerken eines Gebäudes verfahrbar gelagert ist. Möglich ist auch eine horizontale oder schräge Verlagerungsachse z.
Die Aufzugskabine 3 ist von einem Linearantrieb 4 angetrieben, der mindestens eine Magnetbahn 5 und mindestens ein Kraftübertragungsglied 6 aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem metallischen Material wie Eisen, Stahl oder Aluminium, umfasst.
Die Magnetbahn 5 ist durch einen oder mehrere Träger 7 gebildet, in dem mehrere Dauermagneten 8 aneinandergereiht und jeweils um eine eigene Drehachse r drehbar gelagert sind. Die Dauermagneten 8 können in einer oder mehreren Reihen angeordnet sein.
Die Magnetbahn 5 kann, wie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt, über den Träger 7 an einer Seitenwand des Aufzugsschachts 2 fixiert sein, während das Kraftübertragungsglied 6 seitlich an der Aufzugskabine 3 fixiert sein kann. Möglich ist aber auch eine Ausführungsform, bei der umgekehrt der Träger 7 an der Aufzugskabine 3 fixiert ist, während das Kraftübertragungsglied 6 an der Seitenwand des Aufzugsschachts 2 fixiert ist.
In beiden Fällen sind die Magnetbahn 5 und das Kraftübertragungsglied 6 so angeordnet, dass die Dauermagneten 8, die der gleichen Reihe angehören, in Richtung der Verlagerungsachse z, hier also vertikal, aneinandergereiht sind und sich die Magnetbahn 5 und das Kraftübertragungsglied 6 in einem Überlappungsbereich 9 gegenüberliegen.
Im Überlappungsbereich 9 sind die Dauermagneten 8 und das Kraftübertragungsglied 6 jeweils durch einen Luftspalt (nicht gezeigt) voneinander getrennt, der so bemessen ist, dass die Dauermagneten 8 und das Kraftübertragungsglied 6 miteinander in magnetischer Wechselwirkung stehen.
Dadurch, dass das Kraftübertragungsglied 6 an der Aufzugskabine 3 fixiert ist, ist es zusammen mit der Aufzugskabine 3 verlagerbar, d. h., die Magnetbahn 5 und das Kraftübertragungsglied 6 sind relativ zueinander in Richtung der Verlagerungsachse z, hier also in vertikaler Richtung, verlagerbar.
Die Drehachsen r der Dauermagneten 8 der gleichen Reihe können beispielsweise in einer gemeinsamen vertikalen Ebene liegen und dabei parallel zueinander ausgerichtet sein, d. h. horizontal und somit orthogonal zur (vertikalen) Verlagerungsachse z verlaufen.
Umfasst die Magnetbahn 5 mehrere Reihen von Dauermagneten 8 (siehe auch Fig. 3 bis Fig. 5), so können die Drehachsen r verschiedener Reihen beispielsweise in zwei oder mehr als zwei parallelen vertikalen Ebenen liegen und jeweils horizontal verlaufen.
Die Dauermagneten 8 sind jeweils in einer bestimmten Magnetisierungsrichtung magnetisiert (die Magnetisierungsrichtung kann als eine Orientierung eines vom jeweiligen Dauermagneten 8 erzeugten Magnetfelds aufgefasst werden).
Handelt es sich bei den Dauermagneten 8 um zylinderförmige Stabmagneten, so kann die Magnetisierungsrichtung eines jeden Dauermagneten 8 beispielsweise orthogonal zur Längs- oder Mittelachse des Dauermagneten 8 sein. Die Längs- oder Mittelachse kann dabei der Drehachse r des Dauermagneten 8 entsprechen.
Um ein in Richtung der Verlagerungsachse z, hier also entweder von unten nach oben oder von oben nach unten, wanderndes magnetisches Feld zu erzeugen, das eine entsprechende Verlagerung des Kraftübertragungsglieds 6 relativ zur Magnetbahn 5 und damit der Aufzugskabine 3 bewirkt, umfasst der Linearantrieb 4 einen Drehantrieb 11, der ausgebildet ist, um die Dauermagneten 8 in geeigneter Weise in Drehbewegungen zu versetzen, d. h. derart, dass durch Überlagerung der Magnetfelder der sich drehenden Dauermagneten 8 ein entlang der Magnetbahn 5, hier also vertikal, wanderndes Wanderfeld in magnetischer Wechselwirkung mit dem Kraftübertragungsglied 6 resultiert.
Der Drehantrieb 11 kann beispielsweise zumindest teilweise ausserhalb des Aufzugsschachts 2 angeordnet sein. Somit können mechanische oder thermische Einflüsse des Drehantriebs 11 auf im Aufzugsschacht 2 befindliche Komponenten der Aufzugsanlage 1 verringert werden.
Prinzipiell kann der Drehantrieb 11 einen Elektromotor 12 mit rotierender Antriebswelle 13 umfassen, die über ein Getriebe 14 mit den einzelnen Dauermagneten 8 gekoppelt sein kann. Der Elektromotor 12 kann beispielsweise ausserhalb des Aufzugsschachts 2 angeordnet sein. Dabei kann das Getriebe 14 teils ausserhalb, teils innerhalb des Aufzugsschachts 2 angeordnet sein.
Beispielsweise kann der Drehantrieb 11 ausgebildet sein, um die Dauermagneten 8 ein und derselben Reihe gleichzeitig in der gleichen Drehrichtung und mit der gleichen Drehgeschwindigkeit zu drehen. Somit kann erreicht werden, dass die Dauermagneten 8 ihre anfängliche Ausrichtung relativ zueinander im drehenden Zustand beibehalten.
Optional kann jeder Dauermagnet 8 in Richtung seiner Drehachse r in zwei zylinderförmige Segmente 15 unterschiedlicher Polarität, also in ein Nordpol- und ein Südpolsegment, unterteilt sein.
Die zwei Segmente 15 können beispielsweise durch einen axialen Luftspalt voneinander getrennt sein. Durch diese Konfiguration kann die für den Antrieb, d. h. die Drehung der Dauermagneten 8 erforderliche Drehmomentwelligkeit reduziert werden.
Entgegen der in Fig. 1 gezeigten Darstellung können die Magnetbahn 5 und das Kraftübertragungsglied 6 auf einander gegenüberliegenden Seiten der Aufzugskabine 3 angeordnet sein. Anders ausgedrückt kann die Aufzugskabine 3 beidseitig vom Linearantrieb 4 angetrieben sein.
Fig. 2 zeigt einen Abschnitt eines Linearantriebs 4, bei dem die Dauermagneten 8 nur in einer Reihe und gegenüber ein und derselben Seite des Kraftübertragungsglieds 6 angeordnet sind. Dabei sind die Dauermagneten 8 jeweils durch einen Luftspalt s vom Kraftübertragungsglied 6 getrennt. Die Dauermagneten 8 sind in diesem Beispiel in einer Referenzstellung zueinander ausgerichtet, in der die Orientierungen (in Fig. 2 bis Fig. 4 mit Pfeilen angedeutet) der Magnetfelder benachbarter Dauermagneten 8 jeweils um 90 Grad zueinander versetzt sind.
Insbesondere können die Dauermagneten 8 in der Referenzstellung derart zueinander ausgerichtet sein, dass die Orientierung des Magnetfelds eines jeden Dauermagneten 8, dem ein benachbarter Dauermagnet 8 vorangeht und ein benachbarter Dauermagnet 8 nachfolgt, gleich einer um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedrehten Orientierung des Magnetfelds des vorangehenden Dauermagneten 8 und gleich einer um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedrehten Orientierung des Magnetfelds des nachfolgenden Dauermagneten 8 ist. Das Kraftübertragungsglied 6 schwebt somit über der Magnetbahn 5.
Durch die Anordnung der Dauermagneten 8 mit zueinander orthogonalen Magnetisierungsrichtungen auf nur einer Seite können die Herstellungskosten im Vergleich zu einer zweireihigen Magnetbahn 5 (siehe Fig. 3 und Fig. 4) verringert werden. Des Weiteren ermöglicht dies eine grössere Bewegungsfreiheit des Kraftübertragungsglieds 6 quer zur Verlagerungsachse z.
Fig. 3 zeigt einen Abschnitt eines Uinearantriebs 4 mit einer ersten Reihe 16 von Dauermagneten 8 und einer zweiten Reihe 17 von Dauermagneten 8, die der ersten Reihe 16 gegenüberliegt. Dabei kann das Kraftübertragungsglied 6 in einem Uuftspalt s zwischen den zwei Reihen 16, 17 verlaufen.
Die Dauermagneten 8 sind hier in einer Referenzstellung zueinander ausgerichtet, in der zum einen die Orientierungen der Magnetfelder benachbarter Dauermagneten 8 der ersten Reihe 16 orthogonal zueinander sind und zum anderen die Orientierungen der Magnetfelder benachbarter Dauermagneten 8 der zweiten Reihe 17 orthogonal zueinander sind.
Die Dauermagneten 8 sind zudem paarweise angeordnet, sodass - quer zur Verlagerungsachse z betrachtet - jedem Dauermagneten 8 der ersten Reihe 16 genau einer der Dauermagneten 8 der zweiten Reihe 17 gegenüberliegt.
Des Weiteren können die Dauermagneten 8 einer jeden Reihe 16, 17 erste Dauermagneten 8a und zweite Dauermagneten 8b umfassen, die sich - in Richtung der Verlagerungsachse z betrachtet - abwechseln. Dabei kann jedem ersten Dauermagneten 8a der ersten Reihe 16 genau einer der ersten Dauermagneten 8a der zweiten Reihe gegenüberliegen.
Dies kann in entsprechender Weise für die zweiten Dauermagneten 8b zutreffen.
In diesem Fall kann die Referenzstellung beispielsweise derart sein, dass die Magnetfelder der ersten Dauermagneten 8a der gleichen Längsposition bezüglich der Verlagerungsachse z entgegengesetzte, d. h. um 180 Grad zueinander versetzte Orientierungen parallel zur Verlagerungsachse z aufweisen und die Magnetfelder der zweiten Dauermagneten 8b der gleichen Längsposition bezüglich der Verlagerungsachse z gleichgerichtete, d. h. um 0 Grad zueinander versetzte Orientierungen orthogonal zur Verlagerungsachse z aufweisen. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung der Dauermagneten 8, 8a, 8b kann auch als (Quasi-)Halbach-Array bezeichnet werden.
Durch entsprechende Drehung der Dauermagneten 8, 8a, 8b können also zwei orthogonal zueinander ausgerichtete pulsierende Magnetfelder erzeugt werden, die sich zu einer Wanderwelle, d. h. einer wandernden Magnetwelle, überlagern. Die Steuerung der Wanderwelle in Bezug auf Kommutierungswinkel und Amplitude kann weitgehend der Steuerung in konventionellen Maschinen mithilfe von Phasenströmen ähneln, die über die dqO-Zerlegung auf zwei zueinander orthogonale Achsen projiziert werden.
Die dqO-Zerlegung der Ströme ermöglicht es, die Antriebs- und die Anziehungskraft unabhängig voneinander über den Quadratur- bzw. den Gleichstrom zu steuern. Die Steuerung des Gleichstroms ermöglicht auch eine Feldschwächung, um den Drehzahlbereich der elektrischen Maschine zu erweitern. Eine ähnliche Technik kann auch hier, wenn auch mit Einschränkungen, angewandt werden, allerdings auf mechanische und nicht auf elektrische Weise.
Da die pulsierenden Felder der beiden Reihen 16, 17 orthogonal sind, hat eine mechanische Änderung ihrer relativen Phasenverschiebung eine ähnliche Wirkung wie die Änderung des Quadratur- und des Gleichstroms. Ein Unterschied kann darin gesehen werden, dass die Amplituden der pulsierenden Felder bei spulenbasierten elektrischen Maschinen unabhängig voneinander über den Strom gesteuert werden können, was hier nicht der Fall ist. Um dennoch eine bessere Kontrolle über die Amplitude der beiden pulsierenden Felder zu ermöglichen, können die ersten Dauermagneten 8a unabhängig von den zweiten Dauermagneten 8b der gleichen Reihe 16 bzw. 17 angetrieben werden.
Fig. 4 zeigt eine zweireihige Anordnung der Dauermagneten 8, bei der die Dauermagneten 8 der ersten Reihe 16 gegenüber den Dauermagneten 8 der zweiten Reihe 17 in Richtung der Verlagerungsachse z versetzt angeordnet sind, und zwar so, dass - in Richtung der Verlagerungsachse z betrachtet - zwischen benachbarten Dauermagneten 8 der einen Reihe 16 bzw. 17 genau einer der Dauermagneten 8 der anderen Reihe 16 bzw. 17 liegt.
In diesem Fall kann die Referenzstellung beispielweise derart sein, dass die Magnetfelder benachbarter Dauermagneten 8 der ersten Reihe 16 entgegengesetzte Orientierungen parallel zur Verlagerungsachse z aufweisen und die Magnetfelder benachbarter Dauermagneten 8 der zweiten Reihe 17 entgegengesetzte Orientierungen orthogonal zur Verlagerungsachse z aufweisen.
Dies ermöglicht ebenfalls eine feldorientierte Steuerung des Linearantriebs 4, wie sie in herkömmlichen elektrischen Maschinen durch die Steuerung der Stromkomponenten des Spulenstroms realisiert wird.
Anders ausgedrückt kann die zweite Reihe 17, nachstehend als oberer Anker bezeichnet, ein vertikal ausgerichtetes, abwechselndes Nord-Süd-Magnetisierungsmuster aufweisen. Wenn sich die Dauermagneten 8 des oberen Ankers alle synchron und in die gleiche Richtung drehen, wird das Kraftübertragungsglied 6 einem pulsierenden Magnetfeld ausgesetzt.
Die erste Reihe 16, nachstehend als unterer Anker bezeichnet, kann ähnlich wie der obere Anker aufgebaut sein, mit dem Unterschied, dass das Nord-Süd-Magnetisierungsmuster hier horizontal ausgerichtet, d. h. um 90 Grad zum Magnetisierungsmuster des oberen Ankers verschoben ist.
Darüber hinaus sind die Drehachsen r der zum unteren Anker gehörenden Dauermagneten 8 gegenüber den Drehachsen r der zum oberen Anker gehörenden Dauermagneten 8 horizontal verschoben, sodass diese sich genau in der Mitte zwischen benachbarten Dauermagneten 8 des oberen Ankers befinden.
Wenn die Dauermagneten 8 des unteren Ankers synchron mit denen des oberen Ankers gedreht werden, jedoch in entgegengesetzter Drehrichtung, wird das Kraftübertragungsglied 6 einem zusätzlichen pulsierenden Magnetfeld ausgesetzt, das nun vom unteren Anker ausgeht. Die beiden pulsierenden Magnetfelder überlagern sich zu einer Wanderwelle, deren Bewegungsrichtung durch die Drehrichtung der Dauermagneten 8 in beiden Ankern bestimmt wird. Der Winkel zwischen der Ausrichtung der Magnetisierungsmuster des oberen und des unteren Ankers wird in diesem Beispiel unter Rotation bei 90 Grad gehalten. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Durch Variieren dieses Winkels kann die Wanderwelle in ähnlicher Weise wie bei der feldorientierten Steuerung modifiziert werden. Anstatt den Gleich- und den Quadraturstrom zu ändern, wird hier der Winkel zwischen dem oberen und dem unteren Magnetisierungsmuster geändert, um einen ähnlichen Zweck zu erfüllen. Auf diese Weise können die Anziehungs- und Vortriebskräfte gesteuert werden.
Zu beachten ist, dass sich die vorstehend beschriebenen Referenzstellungen auf einen drehenden und/oder einen nicht drehenden Zustand der Dauermagneten 8, 8a, 8b beziehen können.
Der Drehantrieb 11 kann ausgebildet sein, um die Dauermagneten 8 so zu drehen, dass die auf den nicht drehenden Zustand bezogene Referenzstellung im drehenden Zustand beibehalten oder in bestimmten Grenzen variiert wird.
Beispielsweise kann der Drehantrieb 11 ausgebildet sein, um die Dauermagneten 8 der ersten Reihe 16 in einer anderen Drehrichtung und/oder mit einer anderen Drehgeschwindigkeit als die Dauermagneten 8 der zweiten Reihe 17 zu drehen.
Zusätzlich oder alternativ kann der Drehantrieb 11 ausgebildet sein, um die ersten Dauermagneten 8a einer jeden Reihe 16, 17 unabhängig von den zweiten Dauermagneten 8b der gleichen Reihe 16 bzw. 17 anzutreiben.
Auch die in Fig. 2 gezeigte einreihige Ausfiihrungsform der Magnetbahn 5 kann abwechselnd erste Dauermagneten 8a und zweite Dauermagneten 8b umfassen, wobei die ersten Dauermagneten 8a unabhängig von den zweiten Dauermagneten 8b drehbar sein können. Die Steuerung der Schwebe- und Vortriebskräfte kann somit über die Steuerung der Winkel und Drehgeschwindigkeiten der beiden Dauermagnetsätze erfolgen.
Wie in Fig. 2 bis Fig. 5 gezeigt, kann das Kraftübertragungsglied 6 beispielsweise band- oder plattenförmig ausgeführt sein. Zusätzlich kann das band- oder plattenförmige Kraftübertragungsglied 6 eine Reihe beispielsweise schlitzförmiger Öffnungen 18 zum Beeinflussen des magnetischen Flusses aufweisen.
Alternativ kann das Kraftübertragungsglied 6 leiterartig mit einer Mehrzahl von
Sprossen 19 ausgeführt sein, wie in Fig. 6 gezeigt. Im Fall einer Asynchronmaschine kann das Kraftübertragungsglied 6 beispielsweise durch eine doppelte, abgerollte, käfig- oder leiterartige Struktur aus elektrisch leitfähigem Material gebildet sein.
Die Zwischenräume zwischen den Sprossen 19 können leer sein oder, optional, zumindest teilweise mit einem weichmagnetischen Material ausgefiillt sein.
Alternativ kann das Kraftübertragungsglied 6 im Fall einer Synchron-Reluktanzmaschine durch eine weichmagnetische Struktur gebildet sein, die entsprechende Schlitze aufweisen kann, um die magnetischen Eigenschaften, d. h. die Reluktanz, lokal zu verändern.
Fig. 5 zeigt eine Ausführung mit vier Magnetbahnen 5 mit zueinander orthogonalen Längsachsen, die gegenüber ein und derselben Seite des Kraftübertragungsglieds 6 angeordnet und jeweils durch einen Luftspalt davon getrennt sind. Dies ermöglicht eine Verschiebung des Kraftübertragungsglieds 6 in zueinander orthogonalen Richtungen (angedeutet mit zwei Doppelpfeilen).
Die vier Magnetbahnen 5 können optional auf beiden Seiten des Kraftübertragungsglieds 6 angeordnet sein, wobei die Magnetbahnen 5 verschiedener Seiten paarweise einander gegenüberliegen können. Der Linearantrieb 4 kann somit insgesamt acht Magnetbahnen 5 umfassen.
Abschliessend wird darauf hingewiesen, dass Begriffe wie «aufweisend», «umfassend» usw. keine anderen Elemente oder Schritte ausschliessen und unbestimmte Artikel wie «eine» oder «ein» keine Vielzahl ausschliessen. Ferner wird darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eine der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben werden, auch in Kombination mit Merkmalen oder Schritten, die mit Verweis auf andere der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben werden, verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Ansprüche
1. Linearantrieb (4) fur eine Aufzugsanlage (1), wobei die Aufzugsanlage (1) einen Aufzugsschacht (2) und eine in Richtung einer Verlagerungsachse (z) im Aufzugsschacht (2) verlagerbare Aufzugskabine (3) umfasst, wobei der Linearantrieb (4) umfasst: eine Magnetbahn (5), die mindestens eine Reihe (16, 17) von Dauermagneten (8, 8a, 8b) umfasst, wobei die Dauermagnet (8, 8a, 8b) in einem Träger (7) um eine eigene Drehachse (r) drehbar gelagert sind; ein Kraftübertragungsglied (6) aus einem elektrisch leitfähigen Material; wobei entweder die Magnetbahn (5) am Aufzugsschacht (2) und das Kraftübertragungsglied (6) an der Aufzugskabine (3) fixierbar ist oder das Kraftübertragungsglied (6) am Aufzugsschacht (2) und die Magnetbahn (5) an der Aufzugskabine (3) fixierbar ist, sodass: die Dauermagneten (8, 8a, 8b) der gleichen Reihe (16, 17) in Richtung der Verlagerungsachse (z) hintereinander angeordnet sind; die Magnetbahn (5) und das Kraftübertragungsglied (6) relativ zueinander in Richtung der Verlagerungsachse (z) verlagerbar sind; die Magnetbahn (5) und das Kraftübertragungsglied (6) in einem Überlappungsbereich (9) einander gegenüberliegen, wobei die im Überlappungsbereich (9) befindliche Dauermagnet (8, 8a, 8b) von dem ihm gegenüberliegenden Kraftübertragungsglied (6) durch einen Luftspalt (s) getrennt sind; und einen Drehantrieb (11), der ausgebildet ist, um die Dauermagneten (8, 8a, 8b) so um ihre Drehachsen (r) zu drehen, dass durch Überlagerung der Magnetfelder der sich drehenden Dauermagneten (8, 8a, 8b) ein in Richtung der Verlagerungsachse (z) wanderndes Wanderfeld zum Verlagern des Kraftübertragungsglieds (6) relativ zur Magnetbahn (5) erzeugt wird.
2. Linearantrieb (4) nach Anspruch 1, wobei der Drehantrieb (11) ausgebildet ist, um benachbarte Dauermagneten (8, 8a, 8b) der gleichen Reihe (16, 17) so zu drehen, dass die Magnetfelder der sich drehenden benachbarten Dauermagneten (8, 8a, 8b) der gleichen Reihe (16, 17) in ihrer Orientierung um 90 Grad zueinander versetzt sind.
3. Linearantrieb (4) nach Anspruch 2, wobei die Orientierung des Magnetfelds eines jeden sich drehenden Dauermagneten (8, 8a, 8b), dem ein sich drehender benachbarter Dauermagnet (8, 8a, 8b) der gleichen Reihe (16, 17) vorangeht und ein sich drehender benachbarter Dauermagnet (8, 8a, 8b) der gleichen Reihe (16, 17) nachfolgt, gleich einer um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedrehten Orientierung des Magnetfelds des vorangehenden Dauermagneten (8, 8a, 8b) und gleich einer um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedrehten Orientierung des Magnetfelds des nachfolgenden Dauermagneten (8, 8a, 8b) ist. Uinearantrieb (4) nach Anspruch 1, wobei der Drehantrieb (11) ausgebildet ist, um benachbarte Dauermagneten (8, 8a, 8b) der gleichen Reihe (16, 17) so zu drehen, dass die Magnetfelder der sich drehenden benachbarten Dauermagneten (8, 8a, 8b) der gleichen Reihe (16, 17) entgegengesetzte Orientierungen aufweisen. Uinearantrieb (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetbahn (5) eine erste Reihe (16) und eine zweite Reihe (17) der Dauermagneten (8, 8a, 8b) umfasst; wobei das Kraftübertragungsglied (6) im Überlappungsbereich (9) zwischen der ersten Reihe (16) und der zweiten Reihe (17) angeordnet ist; wobei der Drehantrieb (11) ausgebildet ist, um benachbarte Dauermagneten (8, 8a, 8b) verschiedener Reihen (16, 17) so zu drehen, dass die Magnetfelder der sich drehenden benachbarten Dauermagneten (8, 8a, 8b) verschiedener Reihen (16, 17) in ihrer Orientierung um einen definierten Winkel zueinander versetzt sind. Uinearantrieb (4) nach Anspruch 5, wobei der definierte Winkel 0 Grad, 90 Grad oder 180 Grad beträgt. Uinearantrieb (4) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Drehachsen (r) der Dauermagneten (8, 8a, 8b) der ersten Reihe (16) gegenüber den Drehachsen (r) der Dauermagneten (8, 8a, 8b) der zweiten Reihe (17) in Richtung der Verlagerungsachse (z) versetzt sind. Uinearantrieb (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Drehantrieb (11) ausgebildet ist, um die Dauermagneten (8, 8a, 8b) der ersten Reihe (16) mit einer anderen Drehgeschwindigkeit und/oder in einer anderen Drehrichtung als die Dauermagneten (8, 8a, 8b) der zweiten Reihe (17) zu drehen. Linearantrieb (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drehantrieb (11) ausgebildet ist, um die Dauermagneten (8, 8a, 8b) der gleichen Reihe (16, 17) gleichzeitig mit der gleichen Drehgeschwindigkeit und/oder in der gleichen Drehrichtung zu drehen. Linearantrieb (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dauermagneten (8, 8a, 8b) der gleichen Reihe (16, 17) abwechselnd erste Dauermagneten (8a) und zweite Dauermagneten (8b) umfassen; wobei der Drehantrieb (11) ausgebildet ist, um die ersten Dauermagneten (8a) unabhängig von den zweiten Dauermagneten (8b) zu drehen. Linearantrieb (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dauermagneten (8, 8a, 8b) in Richtung ihrer Drehachsen (r) in mindestens zwei zylinderförmige Segmente (15) unterschiedlicher Polarität unterteilt sind. Linearantrieb (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehachsen (r) parallel zueinander und/oder orthogonal zur Verlagerungsachse (z) verlaufen. Linearantrieb (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftübertragungsglied (6) leiterartig mit einer Mehrzahl von Sprossen (19) und/oder durch eine weichmagnetische Struktur gebildet ist, die insbesondere Schlitze aufweist ausgeführt ist. Linearantrieb (4) nach Anspruch 13, wobei ein Zwischenraum zwischen benachbarten Sprossen (19) zumindest teilweise mit einem weichmagnetischen Material ausgefüllt ist. Aufzugsanlage (1), umfassend: einen Aufzugsschacht (2); eine Aufzugskabine (3), die in Richtung einer Verlagerungsachse (z) im Aufzugsschacht (2) verlagerbar ist; und einen Linearantrieb (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei entweder die Magnetbahn (5) am Aufzugsschacht (2) und das Kraftübertragungsglied (6) an der Aufzugskabine (3) fixiert ist oder das Kraftübertragungsglied (6) am Aufzugsschacht (2) und die Magnetbahn (5) an der Aufzugskabine (3) fixiert ist.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998058866A2 (en) 1997-06-19 1998-12-30 Kone Corporation Elevator with linear rotor
US20080223666A1 (en) * 2005-07-09 2008-09-18 Anthony Cuthbert Traction Arrangements
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