DE1763585C - Wanderfeld Linearmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen von einer Mehrphasenslronuiuelle gespeisten Wanderfeld-Linearmotor mit einem langgestreckten Primärteil, der aus beiderseits eines in seiner Längsrichtung beweglichen, elektrisch leitenden Sekundärteils angeordneten separaten Teilen besteht, die die zur Erzeugung des Wanderfeldes dienenden, um Polzähne angeordneten Spulen einer Mehrphasenwicklung aufweisen.

Wanderfeldmotoren sind in verschiedenen Auslührungsformen für unterschiedliche Zwecke bekannt und können als herkömmlicher Kurzsclilußmotor oder als ein sogenannter Schlepplupfiiiotor (das ist ein Induktionsmotor mit einem Topf- oder becherförmigen Rotor aus leitendem nichtmagnctischem Material) bezeichnet werden, der entlang einer Axialebene geschnitten und zur Erzielung eines im wesentlichen dachen Λ-jfbuus aufgerollt worden ist, so daß eine geradlinige oder krummlinige Bewegung des »Rotors« oder »Läufers« erzeugbar ist.

Bei einem bekannten Motor dieser Art (LJSA.-Patentsclirift 3 335 300; »Electronics and Power«, 1%4, S. 100 bis 103) besteht dei Primärteil oder Stator aus zwei separaten Teilen, nämlich einem eine Mehrphasenwicklungsanordnung um Polzähne aufweisenden Teil und einem diesem gegenüberticgenclcn glatten Eisenkern ohne Polzähne und ohne Wicklung. Dabei sin>l die einzelnen Wicklungsphascn nacheinander in einer Reihe auf den Polzäiinen angeordnet. Das Wandcrfek! wird üadurch erzeugt, daß an die Wicklungsphasen die entsprechenden Spannungsphasen eines Mehrphasensystems angelegt werden.

An Stelle eines glatten Eisenkerns kann ein dem die Wicklungen aufweisenden Primärteil genau symmetrisches Teil verwendet werden, das zur Verstärkung des Flusses durch das Sekundärteil dient. Eine solche Verstärkung des Flusses kann nur dadurch erreicht werden, da'3 die Wicklungsphasen der beiden Teile des Primärteils in symmetrischer Phasenlage gespeist werden. Dies bedeutet, daß sowohl der obere als auch der untere Teil mehrere in einer Reihe liegende Wicklungsphascn aufweist (vgl. USA.-Patentschrift 1 929 990).

Diese bekannten Wanderfeldmotoren weisen den Nachteil auf, daß jede Spule einer Wicklung eine oder mehrere (abhängig von der Zahl der Phasen) Spulen der anderen Wicklung oder Wicklungen überlappt. Wenn die die Polzähnc begrenzenden Qucrnutcn durch die Spulen vollständig oder im wescntiichcn vollständig zu füllen sind (dies ist in Hinsicht auf die erziclbarc Antriebskraft auf den Sckundärteii erwünscht), müssen die sich längs dr.s Primärteiis oder der Priinärtcilc erstreckenden Spulcnschcnkcl (das sind die unwirksamen Abschnitte der Spule) notwendigerweise ziemlich lang sein, und dementsprechend ist der Widerstand der Wicklungen groß. Dies wiederum bedeutet, daß die zulässigen Ampercwindungen und dementsprechend die erziclbare mapnclomoiorischc Kraft klein ist. Darüber hinaus macht das überlappen der Spulen die wirksame Kühlung der Wicklungen schwierig. Mit Rücksicht auf die niedrige Anzahl an Amperewindungen und die Schwierigkeit der Kühlung der Wicklungen können die bekannten Motoren nicht so große Kräfte 6s erzeugen und mit so hoher intermittierender Betriebsleitung beirieben werden, wie dies erwünscht ist. IVr Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wanderleid-Linearmotor der eingangs genannten An zu schaffen, der bei gedrängter Bauweise und ausreichender Kühlung eine hohe Kraft auf ticn Sekundärteil erzeugen läßt.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß jedem separaten Teil des Primärteils jeweils nur eine Phu»e der von den Spulen gebildeten und von der MehrphascnstroiiK|ue!le gespeisten Mehrphasenwickhing zugeordnet ist und daß die Polzähne von einander gegenüberliegenden separaten Teilen in Längsrichtung versetzt sind.

In einer vorteifhaiten Ausführungsform des erlindungsgemäßen Wanderfe'ld-Linearniotors sinu die separaten Teile des Primärteils in Längsrichtung gegeneinander verschiebbar.

Da der Primärteil in eine Anzahl von der ZuIiI der Phasen entsprechenden Teilen unterteilt ist, brauchen die Wicklungsspulen jeweils nicht mehr als einen Polzahn zu umschließen — im Gegensatz zu zwei oder mehreren in bekannten Motoren, bei denen jeder Teil des Primärteils zwei oder mehr Wicklungen umfaßt. Die Längsschenkel der Wicklungsspulen können daher dem kürzest möglichen Weg zwischen einem S-pulenquerschenkel und dem anderen folgen, selbst wenn die die Spulenquerschenkel aufnehmenden Nuten vollständig oder im wesentlichen vollständig durch diese Spulenschenkei gefüllt sind. Dies führt zu einem verringerten Verbrauch an Wicklungsmaterial und zu einem verringerten Widerstand und dementsprechend zu einer reduzierten Wärmeerzeugung. Da sich benachbarte Spulen nicht überlappen und die Spulenlängsschenkel daher im wesentlichen geradlinig ausgeführt werden können, wird eine bessere Wärmeübertragung zwischen den Wicklungsspulen und den Kühlelcmcnten erhalten. Die reduzierte Wärmeerzeugung und die verbesserte Kühlung erlaubt eine Vergrößerung der Amperewindungen. Schließlich wird das Anbringen der Wicklungen auf dem Kern vereinfacht.

Die Aufteilung des Primärteils bringt die Möglichkeit einer einfachen Kontrolle der Antriebskralt auf den Sckundärteil mit sich, insbesondere durch Längsversetzung der Teile des Primärteils untereinander. Die Erfindung wird im folgenden an Hana schematischer Zeichnungen an zwei Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen nach der Erfindung ausgebildeten Zweiphascn-Wanderfcld-Linearmotor in Seitenansicht und teilweise geschnitten,

Fig. 2 eine Schnittansicht links der Linie II-1I in F i p. I und

F i g. 3 eine schcmatischc Endansicht eines nach der Erfindung ausgebildeten Dreiphascn-Wanderfcld-Lincarmotors.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Wandcrfeld-Linearmotor besitzt einen allgemeinen mit 1 bezeichneten gewickelten langgestreckten Antriebs- oder Primärteil und einen langgestreckten getriebenen oder Sckundärteil 2. Der Primärteil ist mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden Luftspalt 3 versehen, in dem der Sekundärteil für geradlinige Längsbewegung gleitbar gehalten ist, und zwar mit Hilfe von Gleitlagern 4, die mit Liingswulstcn 5 des Sekundärteils zusammenarbeiten, der aus einem dünnen Streifen aus nichtmagnetischem, aber leitendem Material, z. B. Kupfer oder Aluminium, besteht. Die Wülste 5 dienen nicht nur dazu, den Sekundärteil zu führen, sondern auch dessen Beulfestigkeit zu erhöhen sowie

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einen niederohmigen oder Kurzschlußweg für die während des Betriebs in dem flachen Millcluhschnill des Sekundärieils induzierten Ströme zu schaffen. Zur besseren Verdeutlichung ist in der Zeichnung der Luftspalt 3 stark vergröüert; in der Praxis sollte der Luftspalt jedoch im wesentlichen nicht dicker als der Hache Mittelabschnitl des Sekundärteils 2 sein. Normalerweise ist der Primärteil 1 stationär und der Sekuudärtcil 2 beweglich; jedoch ist es auch möglich, daß der Primäileil beweglich ist, während der Sekundärteil stationär ist.

Da der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Wanderfeld-Linearmolor ein Zwciphasenmoior ist, besitzt der Primärteil 1 zwei Wicklungen 6/1 und 6ß, und zwar „ine tür jede Phase; die Wicklungen sind an eine !'.emeinsame Einphascn-Wcchselstromqiicllc 7 angeschlossen, wobei der Anschluß über einen Umschalter oder Wechsclschalter 8 und eine herkömmliche l'hascnspaltanordnung erfolgt, d^:e eine Kapazität 9 aufweist, welche die notwendige Phasenverschiebung zwischen den Spannungen der beiden Wicklungen liefert. Somit bilden die Einphascnquelle 7 und die Phasenspakanordnung eine Zweiphasen-Stromquelle. Iede Wicklung besitzt eine Mehrzahl von Spulen 10.4 bzw. lOß, die untereinander verbunden sind und in Längsrichtung des Primä.teils 1 verteilt angeordnet sind. Damit bei der F.ncrgierung mit Wechselstrom durch die Phasenspaltanordnung ein wanderndes Magnetfeld erzeugt wird,,sind die Wicklungen 6/1 und 6fl gemäß Fig. 1 in Längsrichtung L'iL'enseilig versetzt. Die Wanderrichtung des Magnetic; K kann durch den Umschalter 8 umgekehrt wci ■. len.

hrlindungsgcmäß besitzt der Primärteil I des Zweiphasen-Wanderfcld-Linearmotors gemäß Fig. 1 und 2 zwei parallele und vollständig identische Teile 11/1 und 11 Ii, die die jeweils zugehörige der beiden Wicklungen 6/1 bzw. 6ß aufweisen. Jeder Teil 11/1 und 11 Ii des Primärtcils 1 besitzt einen lamellierten ferromagnetische!! Kern 12/1, 12ß mit (Jucrschlitzcn. die zwischen sich die Polzähne 13/). 13 ö begrenzen, .leder Polzahn 13/1. 13ß ist durch eine Spule U)A, U)Ii der beiden Wicklungen 6/1, 6ß umgeben. Jeder Kern 12/1. 12ß mit seinen Wiekiungsspulen 10/1, 10/} ist in ^'.n Gehäuse 14/1, 14ß eingeschlossen, das aus einem Material guter thermischer Leitfähigkeit, z. B. aus Aluminium, besteht. Der Raum zwischen dem Gehäuse, dem Kern und den Spulen ist mit einer Isoliermasse gefüllt. Gemäß Fig. 1 sind die l'olzähne des einen Teils gegenüber den Polzähncn des anderen 'Teils um eine Strecke versetzt, die gleich dem halben lVilum's- oder Mittenabstand der Zähne ist Wie iniin iius der F i ι: 2 ersieht, ist das Gehäuse 14/1. 14Ii jedes Teils 11/!, 11 R des Primärteils 1 mit einer sich in t .iingsi ichlung erstreckenden Rippe ISA, 15/i verschen, die von einer in dem anderen Gehäuse vorgesehenen komplementären Nut aufgenommen wird. Die Rippen und Nuten dienen zur gegenseitigen seitlichen Lagesicherung der Teile 11/1, Il ß des Primärtcils.

Da jede, Teil WA, 11/? des Primärteils lediglich ein: der beiden Wicklungen 6/4, 6/? trägt und dementsprechend die. WicklunRSspulen 10Λ, 10B jeweils nicht mehr als einrn Polzahn 13Λ, 13B umschließen müssen, ergibt sich kein Oberlappen zwischen einander benachbarten Wicklungsspulen, so daß die sich in Längsrichtung des Primärteils erstreckenden Spulenschenkel — welche Spulenschenkel nichts zu dent die Bewegung des Sekunda! teils bewirkenden Kraftfluß beitragen — eine minimale Länge haben können. Dies ist in Hinsicht auf den gesinnten Wiekliing*- widerstand und dementsprechend auf die Wärmeerzeugung und die er/.ielbaren Amperewindungen von Vorteil. Aus dem gleichen Grunde können die sich in Längsrichtung erstreckenden Spulenschenkel im wesentlichen geradlinig ausgebildet werden, wodurch eine gute Wärmeübertragung von den Wicklungen zu den wärmeabführenden Gehäusen 14/1, 14/J erhalten werden kann. Diese Vorteile ermöglichen es. die durch den Motor erzeugte Antriebskraft gegenüber derjenigen bekannter Motoren vergleichbarer Größe zu erhöhen und den Motor mit höherer inlermittierjndu'r Betriebsleistung zu bJlreiben, als es mit den bekannten Motoren möglich ist. Kin weiterer Vorteil der sich nicht iihcrlappcndiMi Spulen besteht darin, daß das Anbp.-;;en der Wicklungen an den Primärteil vereinfacht wird, so daß die Wicklungen durch eine einfache automatische Wickelmaschine aufgebracht werden können.

Die Erfindung bietet ferner die Möglichkeit der Steuerung der Antriebskraft, da die Teile HA, HB des Primärtcils oder, in anderen Worten, die Wicklungen 6/1, 6ß in Längsrichtung gegeneinander verschoben werden können. Die größte Antriebskraft wird erhalten, wenn gemäß Fig.] die Polzähne und Wicklungsspulen eines Teils des Primärleils gegenüber ci-.-p Polzähnen und Wicklungsspulen des andcren Teils des Primärteils um eine Strecke versetzt sind, die der halben Polzahnteilung oder Spulenteilung entspricht. Wird der gegenseitige Versatz der beiden Teile des Primärteils von diesem Wert ausgehend fortschreitend geändert, so wird die Antriebskraft entsprechend bis auf Null verringert, wenn die Polzähne und Wicklungsspulen des einen Teils mit denjenigen des anderen Teils fluchten. Wie man aus der F i g. 1 ersieht, ist der Teil 11 ß des Primärteils mit Hilfe von Schrauben 17 an einer stationären Grundplatte 16 befestigt. D^r andere Teil 11/1 des Primärteils ist gegenüber dem Teil 11 ß mit Hilfe einer Gewindespindel 17' mit Kopf 18 in Längsrichtung verstellbar. Die Gewindespindel 17 ist durch ein mit entsprechendem Gewinde versehenes Loch einer Nase 19 hindurchgeschraubt, die an dem Gehäuse 14/4 befestigt ist, und wird drehbar, jedoch axial unbeweglich von Öffnungen in Nasen 20 aufgenommen, die an einem stationären Konstrukiionsteil befestigt sind.

Die Erfindung kann selbstverständlich auch an einem Dreiphasenmotor verwirklicht wcrdeii. F.inc Ausführungsform ist in Fig. 3 gezeigt. Die Teile 21 des Primärteils, die in diesem Falle drei an der Z.ahl sinr¹ und die entsprechenden der drei Wicklungen 22

:,5 der Dreiphasen-Wicklungsanordnung tragen, sitzen in einem Rahmen 23 und sind um 120 gegeneinander versetzt, während im Unterschied hierzu bei der Ausführungsform nach dsn Fig. 1 und 2 die Winkelversetzung 180 betrügt. Der Sekundiirteil 24 besitzt drei flache Streifen aus leitfähigem, jedoch nichtmagnetischem Material, die aus einem Stück bestehen und jeweils um 120^ im Winkel zueinander versetzt sind. Der Sekundärteil könnte auch aus einem fsrromagnetischen Stab mit kreisförmigem oder dreieckförmigem Querschnitt bestehen, der durch eine entsprechend geformte Hülse aus leitendem, jedoch nichtmagnetischem Material umschlossen ist. Der ferromagnetische Stab liefert einen Weg geringer Re-

luktanz für den Magnetfluß zwischen den Teilen des Primärteils.

Die Erfindung wurde vorstehend in Anwendung bei einem Wanderfeld-Linearmotor für die Erzeugung geradliniger Bewegung des Sekundärteils erläutert; S selbstverständlich ist jedoch die Erfindung auch anwendbar bei Wanderfeld-Linearmotoren zur Erzeugung kurvenförmiger Bewegung des Sekundärteils und bei sogenannten Axialluftspaltmotoren, in denen der Sekundärteil eine drehbar gelagerte ringförmige Scheibe ist.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I. Von einer Mehrphasenstromquelle gespeister Wanderfeld-Lincarmotor mit einem langgestreckten Primärleil. der aus beiderseits eines in seiner Längslichtung beweglichen, elektrisch leitender Sekundärteils angeordneten separaten Teilen be steht, die die zur Erzeugung des Wanderfelde! dienenden, um Polzähne angeordneten Spuler einer Mehrphasenwicklung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß jedem separaten Tei (ItA, IiB) des Primarteils (1) jeweils nur ein« Phase der von den Spulen gebildeten und voti dei Mehrphasenstromquelle gespeisten Mehrphasen wicklung (6/1, 6B) zugeordnet ist und daß die Polzähne (13/4, 13/J) von einander gegenüberliegenden separaten Teilen in Längsrichtung versetzt «incl.
2. 2. Wanderfeld-Linenrmotor mich Ansprich ' dadurch gekennzeichnet, riaü die separaten Teile (11 A. IlB) des Primärteiis ;n Liingsrichtum gegeneinander verschiebbar sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen