DE1955829A1 - Sternfoermiger Linearmotor - Google Patents

Description

Dr. E. Wetzel ⁸⁵⁰° ^NOrnberg¹- 5.Nov.69

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I 8/2(372/69) J

ΡΕ/BW 854

Firma Merlin Gerin, Grenoble/Frankreich

Sternförmiger Linearmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen linearen Induktionsmotor mit einem mehrphasigen Induktor und mit einem Anker, die eine relative Bewegung ausführen können, wobei der Anker zwei Platten aufweist, die mit einem zwischen ihnen angeordneten Induktorteil zwei Luftspalte bilden, die von den durch den Induktor erzeugten magnetischen Wanderfeldern durchsetzt werden, so daß die relative Bewegung hervorgerufen wird.

Es ist ein linearer Induktionsmotor dieser Axt bekannt (französische Patentschrift 1 474 072), bei dem ein beweglicher Induktor mit zwei festen Ankern zusammenarbeitet, die in Form von Schienen zu beiden Seiten des Induktors angeordnet sind. Tür bestimmte besondere Anwendungen ist es notwendig, Linearmotoren mit geringem Baumbedarf, starkem Schub und relativ langsamer Bewegungsgeaohwindigkeit vorzusehen. Die Verkleinerung der Polteilung, die die Geschwindigkeit des magnetischen Wanderfeldes und damit die Bewe gungsgeschwindigkeit d,es Fahrzeugs reduziert, wird stark durch die Ausmaße der Nuten begrenzt, die die Leiter des Induktors aufnehmen. Eine. Verringerung ihrer Anzahl würde

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eine entsprechende Verkleinerung der Schubkraft zur Folge haben. Die beiden erwähnten Wirkungen sind also entgegengesetzt gerichtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und einen kompakten Linearmotor mit großem Schub zu schaffen. Der erfindungsgemäße Linearmotor ist dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor aus einer Vielzahl von kranzförmig angeordneten mehrphasigen Wicklungen zusammengesetzt ist. Jedes Paar nebeneinander angeordneter Wicklungen ist durch eine Ankerplatte getrennt, die mit diesen Wicklungen zusammenarbeitet, um die relative Bewegung zu erzeugen.

Es ist leicht ersichtlich, daß gemäß der erfindu-ngsgemäßen Anordnung der Induktoren, insbesondere in Sternform, jeder Anker beiderseits von aktiven Induktorwicklungen flankiert £■*, wobei jedes passive Gehäuse zum Schließen des Kraftflusses wegfällt. Die Leistungsausbeute für einen gegebenen Raumbedarf ist hierbei optimal.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den inaktiven Leiterteil für die Induktion der inker auf ein Minimum zu reduzieren, und gemäß einer wichtigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Induktorwicklungen ringförmig gewickelt, wobei jede Wicklung sur Erzeugung eines magnetischen Wanderfelde β in den beiden Luft «palten beiträgt, die dem mit der Wicklung verbundenen Induktoreleeent zugeordnet sind, 009824/1331

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Die Kingwicklungen, auch als Gramraesche Ringwicklungen bekannt, haben noch den Vorteil, eine leichte Verbindung veränderlicher Polteilungen durch einfache Vertauschung der Verbindungen aufeinanderfolgender Ringe zu ermöglichen, so daß die Synchrongeschwindigkeit des Motors geändert wird. Die Umkehrung der Bewegungsrichtung wird in üblicher Weise durch einfache Umpolung zweier Phasen erreicht.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Induktionselemente einen magnetischen Kreis, der aus zwei in den Axialebenen angeordneten Platten besteht. Zwischen den Platten ist eine Aussparung zur Zirkulation einer Kühlflüssigkeit yorgesehen.

Diese Möglichkeit zum Kühlen der Leiter ist besonders für kompakte Motoren gemäß der Erfindung mit starker Leistungskonzentration wichtig.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen :

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines

erfindungsgemäßen sternförmigen Linearmotors, wobei Gehäuse und Führungselemente weggelassen sind, Fig. 2 eine Vorderansicht des Motors nach Fig.1, teilweise im Schnitt, mit einem hohlen Induktorelement und

Fig. 3 eine Flg.2 entsprechende Teilansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Linearmotors mit einem Anker und mit einem äußeren Gehäuse.

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Gemäß den Fig.1 und 2 ist eine bewegliche Stütze in Form eines Stabes 10 gleitend in nicht dargestellten Führungen angeordnet. Der Stab 10 trägt in seinem mittleren Abschnitt Ankerplatten 12,14,16,18,20,22 in Form von Rippen aus leitendem Material, die strahlenförmig in den Axialebenen angeordnet sind. Zwischen jedem Paar Ankerplatten 12,14,16,18,20,22 ist ein magnetischer Kreis 24, 26, 28, 30, 32 und 34 eines festen Induktors vorgesehen, die alle in beliebiger Weise mit einem Gehäuse 27 j das den Rahmen des Motors bildet, fest verbunden sind. Jeder Kreis 24 bis 34 hat Prismaform von einer Länge, die geringer ist als die der Ankerplatten 12-22, und mit einer trapezförmigen Basis, die gegen die Achse 10 konvergiert, so daß die Luftspalte 36,38,40,42,44 und 46 in Form von Schlitzen gebildet werden, die die Ankerplatten 12 bis 22 aufnehmen. Die magnetischen Kreise 24 bis 34 bestehen vorteilhafterweise aus gestapelten Platten, die in Radialebenen angeordnet sind und mehrphasige ringförmige Wicklungen 48,50 und 52 tragen, die in der Axialrichtung gestaffelt und in an sich bekannter Weise mit einer mehrphasigen Wechselstromquelle verbunden sind, so daß in den Luftspalten ein magnetisches Wanderfeld in der Axialrichtung des Motors erzeugt wird. Wegen weiterer Einzelheiten bezüglich solcher ringförmiger Wicklungen wird auf die obengenannte französische Patentschrift 1 474 072 Bezug genommen, und es genügt zu sagen, daß die aktiven Induktionsleiter aus Drähten bestehen, die bezüglich der Ankerplatten 12 bis 22

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deutlich radial gerichtet sind, wobei jede Wicklung mit zwei, die Anker des Motors bildenden Platten Zusammenarbeitet.Selbstverständlich können auch andere Wicklungsarten, z.B. dachziegelartig angeordnete oder gewellte, verwendet werden, ohne den Eahmen der Erfindung zu überschreiten.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Linearmotors ist klar. Die verschiedenen Ankerplatten 12 bis 22, auf die der die jeweiligen Luftspalte durchsetzende Kraftfluß einwirkt, sind der Sitz der induzieiten Ströme, die Kräfte erzeugen, die sich in der Axialrichtung des Motors auswirken und deren Besultante auf den Stab 10 übertragen wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß die inaktiven Bauelemente des Motors auf ein Minimum reduziert sind, wobei auf jeden Anker zwei ihn umgebende Induktoren einwirken. Andererseits nimmt jeder Induktorkreis auf zwei seiner Flächen an der Induktion der Anker teil, wobei der für die Induktion nicht benutzte Teil der Leiter, der von den ringförmigen Anschlußbögen oder Wicklungsköpfen gebildet wird, auf ein Minimum reduziert ist. Der resultierende Schub iat wegen der großen Fläche des aktiven Luftspaltee besonders groß.

Der Schluß des magnetischen Kraftflusses erfolgt im Eandabachnitt der aagnetiechen Kreis· 24 bia 34 gegenüber den entsprechenden Ankern, und die Le*bung de· erfindungigeaäßen Motor· wird durch das Weglanen aagnetieohen Material· ia

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Mittelteil des Magnetkreises, z.B. durch Kühlflüssigkeit führende Kanäle, nicht beeinflußt. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen hohlen magnetischen Kreises 54 ist in Fig.2 dargestellt. Zwischen zwei an die Ankerplatten angrenzenden Magnetplatten 56,58 befindet sich eine Längsaussparung oder ein Kanal 60, in dem ein Kühlflüssigkeitskreislauf vorgesehen ist. So ist die Möglichkeit einer Erhöhung der Stromdichte in den Leitern des Induktors und damit eine vergrößerte Schubkraft bei gleichem Raumbedarf gegeben.

Ferner wird darauf hingewiesen, daß sich der erfindungsgemäße Motor besonders zur Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit eignet, und zwar durch Veränderung der Polteilung der Induktionswicklungen, weshalb der erfindungsgemäße Motor vielseitig verwendbar ist. Diese Veränderung der Polteilung wird durch einfachen Wechsel der ringförmigen Verbindungen in geeigneter Weise durchgeführt, wie es z.B. in der ersten Zusatzpatentschrift 92 630 zur französischen Patentschrift 1 474 072 beschrieben ist, auf die wegen weiterer Einzelheiten Bezug genommen wird.

Fig. 3 zeigt einen Linearmotor gemäß der Erfindung mit zentripetaler Anordnung der festen Ankerplatten 12 bis 22 i« Inneren eines Gehäuses 70. Sie beweglichen Induktoren 24 bis 34 werden von einen zentralen Teil 72 getragen und divergieren ientrifugal« Diese umgekehrte Anordnung der Stützen der Anker und

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Induktoren verändert in keiner Weise die Funktion des erfindungsgemäßen Motors. .

Die erfindungsgemäße sternförmige Anordnung wurde unter Bezugnahme auf einen Motor mit festem Induktor im Falle der Fig. 2 und mit festem Anker im Falle der Fig. 5 genauer "beschrieben, aber beide Ausführungsarten können selbstverständlich mit den gleichen Vorteilen verwendet werden, gleichgültig, ob nun der Anker oder der Induktor fest ist. Die Phasenanzahl der Wicklungen, wie die Art dieser Wicklungen können selbstverständlich verschieden sein, und geeignete Führungsvorrichtungen verhindern jede Reibung zwischen den Ankerplatten und den Induktoren.

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Claims (9)

- 8 Patentansprüche :

1.J Linearer Induktionsmotor mit einem mehrphasigen Induktor und mit einem Anker, die eine relative Bewegung ausführen können, wobei der Anker zwei Platten aufweist, die mit einem zwischen ihnen angeordneten Induktorteil zwei Luftspalte bilden, die von den durch den Induktor erzeugten magnetischen Wanderfeldern durchsetzt werden, so daß die relative Bewegung hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor aus einer Vielzahl von kranzförmig angeordneten mehrphasigen Wicklungen zusammengesetzt ist, wobei jedes Paar nebeneinander angeordneter Wicklungen durch eine Ankerplatte getrennt ist, die mit diesen Wicklungen zusammenarbeitet, um die relative Beweg^-ung zu erzeugen.

2. Linearer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerplatten sich in radialer Richtung bezüglich der Achse des Kranzes erstrecken.

3. Linearer Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Ankerplatten fest mit einer gemeinsamen Axialstütze verbunden sind.

4. Linearer Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Ankerplatten fest mit einer peripherisehen Stütze verbunden sind.

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5. Linearer Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktoren Ringwicklungen sind, wobei jede Wicklung zur Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes in den "beiden Luftspalten beiträgt, die dem mit der Wicklung verbundenen Induktorelement zugeordnet sind. .

6. Linearer Motor nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß jedes Induktorelement einen im wesentlichen V-förmigen magnetischen Kreis aufweist.

7. Linearer Induktionsmotor nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Induktorelement einen magnetischen Kreis aufweist, in dem eine sich in Axialrichtung erstreckende Aussparung für die Zirkulation einer Kühlflüssigkeit vorgesehen ist.

8. Linearer Motor nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen aufeinanderfolgender Ringwicklungen vertauschbar sind, um eine Veränderung des Polschrittes des Induktors zu bewirken.

9. Linearer Motor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Axialstütze den beweglichen Teil einer Winde bildet.

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