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Dokumentenidentifikation DE10393464T5 17.11.2005
Titel Linearmotor mit serieller Konfiguration
Anmelder Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Erfinder Miyamoto, Yasuhiro, Kitakyushu, Fukuoka, JP;
Yamada, Takahisa, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 10393464
Vertragsstaaten CN, DE, GB, KR, US, EP
WO-Anmeldetag 06.10.2003
PCT-Aktenzeichen PCT/JP2003/012797
WO-Veröffentlichungsnummer 2004034556
WO-Veröffentlichungsdatum 22.04.2004
Date of publication of WO application in German translation 17.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.11.2005
IPC-Hauptklasse H02K 41/03

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor mit serieller Konfiguration, der weil er eine Antriebsstruktur aufweist, die aus einer Vielzahl von Linearantrieben besteht, die Handhabung während des Zusammenbaus erleichtert, die Ruckelkraft (cogging force) aufheben und einen thermischen Schutz der Antriebe liefern kann.

STAND DER TECHNIK

6 zeigt einen Linearmotor des Stands der Technik. In der Zeichnung bezeichnet die Bezugszahl 1' ein Antriebselement (mover) des Linearmotors des Stands der Technik, das aus einem einzigen Läufer gebildet wird, und die Bezugszahl 6' bezeichnet einen Stator, der aus einem Magnetfeld gebildet wird, das von einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgeht. Unterdessen weist der Läufer eine Mehrphasenausgleichswicklung auf. Der Linearmotor ist so konfiguriert, dass das Antriebselement 1' und der Stator 6' sich mit einer Lücke gegenüber stehen.

Wie in 6 gezeigt ist, weist der Linearmotor des Stands der Technik einen Mechanismus auf, bei dem ein einziges Bewegungselement durch einen einzigen Linearmotorantrieb 1' angetrieben wird (siehe beispielsweise JP-A-2000-303828).

Insbesondere ist der Linearmotor des Stands der Technik im Hinblick auf eine Erleichterung der Verbindung in Bezug auf sich kreuzende Leitungen und neutrale Punkte der Läuferspulen und eine Erhöhung der Schubkraft pro Volumeneinheit des Kernblocks ausgebildet. Das heißt, der Linearmotor umfasst einen Läufer, der Permanentmagneten zugewandt ist, um das Magnetfeld auszubilden, wobei ein Magnetluftspalt zwischen ihnen ausgebildet ist. Der Läufer ist aus Kernblöcken, die in der Schubrichtung in eine Vielzahl von Stücken aufgeteilt sind, und einer Läuferwicklung ausgebildet. Die Läuferwicklung, die um jeden der Kernblöcke gewickelt ist, ist so ausgebildet, dass ein Wicklungsanfangsteil und ein Wicklungsende des Leiters des Läufers mit einem Verdrahtungssubstrat, das ein Verdrahtungsmuster aufweist, verbunden werden.

Jedoch weist sogar der oben erwähnte Linearmotor, der den Schub erhöhen kann, eine Grenze auf.

Wenn man einen Fall betrachtet, bei dem ein Linearmotor für den Antrieb einer großen Werkzeugmaschine oder ähnlichem verwendet wird, kann es sein, dass der für manche Werkzeugmaschinen erforderliche Schub bis zu 40000 N beträgt. In diesem Fall beträgt die magnetische Anziehung zwischen den Magneten und einem Kern bis zu 12000 N (12 t). Bei dem Versuch, den geforderten Schub mittels des in 6 gezeigten Linearmotors, der mit einem einzigen Läufer versehen ist, zu erzielen, führt eine Erhöhung des Schubs oder die Hitzeentwicklung durch den Läufer zum Problem eines Ruckelns (cogging), wodurch es dem Linearmotor manchmal nicht gelingt, so große Maschinen anzutreiben.

Wenn ein Linearmotor unter der Annahme, dass er einen einzigen Läufer einschließt, gestaltet wird, so wiegt das Antriebselement (der Läufer) 250 kg oder mehr, was somit Probleme der Handhabung und ähnliche Probleme verschärft. Zusätzlich führt die Erhöhung der Anziehungskraft der Magnete im Motor zu dem Problem, dass der Zusammenbau der Magnete zeitaufwendig wird.

Weiterhin nehmen im Falle einer Fehlfunktion die Kosten, die durch eine Beschädigung verursacht werden, ebenfalls zu.

Die vorliegende Erfindung wurde erdacht, um das obige Problem zu lösen, und sie zielt daraufhin, einen preisgünstigen Linearmotor serieller Konfiguration zu liefern, der eine große Maschine antreiben und die Ruckelkraft aufheben kann, der einen erleichterten Zusammenbau der Antriebselemente bietet und der einen einfachen thermischen Schutz der Antriebselemente liefern kann.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Um das obige Problem zu lösen, bezieht sich die Erfindung nach Anspruch 1 auf einen Linearmotor mit serieller Konfiguration, der aus einer Vielzahl von Antrieben, von denen jeder aus einem Läufer, der eine Mehrphasenausgleichswicklung aufweist, gebildet wird, und einem Stator, der einen Permanentmagneten oder einen zweiten Leiter aufweist, zusammengesetzt ist. Der Linearmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Antriebe so angeordnet ist, dass sie auf einem einzigen Stator einander mit einer Lücke gegenüber stehen, und die Mehrphasenausgleichswicklungen in den jeweiligen Antrieben in Serie verbunden sind.

Eine Erfindung gemäß Anspruch 2 wird durch den Linearmotor mit serieller Konfiguration nach Anspruch 1 dargestellt, wobei dieser weiter dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vielzahl der Antriebe eine einzige Konfiguration aufweisen.

Eine Erfindung gemäß Anspruch 3 wird durch den Linearmotor mit serieller Konfiguration nach Anspruch 1 oder 2 dargestellt, wobei dieser weiter dadurch gekennzeichnet ist, dass Verbindungsanschlüsse auf den vorderen Enden und den hinteren Enden der Antriebe vorgesehen sind, und die mehrschichtigen Wicklungsanschlüsse eines Anschlusses des hinteren Endes in einem letzten Antrieb miteinander kurzgeschlossen sind (das heißt, eine Sternpunktverarbeitung wird angewandt).

Eine Erfindung gemäß Anspruch 4 wird durch den Linearmotor serieller Konfiguration nach Anspruch 1 oder 2 dargestellt, wobei dieser weiter dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem Zustand, bei dem die Anzahl der Phasen jeder der Vielzahl der Antriebe auf drei Phasen festgelegt wird, und die Anzahl der Antriebe auf ein ganzzahliges Vielfaches von drei festgelegt wird, die Phasen der jeweiligen Antriebe zueinander um 120° oder 240° in einem elektrischen Phasenwinkel verschoben sind, und die Verbindungsanschlüsse der vorderen Enden und der hinteren Enden der jeweiligen Antriebe verbunden sind, während sie um 120° oder 240° verschoben sind.

Eine Erfindung gemäß Anspruch 5 wird durch den Linearmotor mit serieller Konfiguration nach Anspruch 1 oder 2 dargestellt, wobei dieser weiter dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Thermistor in jeden der vielen Antriebe eingefügt ist, und äußere Anschlüsse auf den vorderen Enden und hinteren Enden jeder der Antriebe vorgesehen sind, um so alle Thermistoren in Serie zu verbinden.

Wie oben beschrieben ist, liefert die vorliegende Erfindung durch das Anordnen einer Vielzahl von Antrieben auf einem einzigen Stator und das Verbinden der Mehrphasenausgleichswicklungen der Antriebe in Serie einen Linearmotor serieller Konfiguration, der ein einzelnes Bewegungselement antreiben kann.

Zusätzlich kann durch die Serienverbindung der Antriebe eine Erzeugung eines Ringstroms (cyclic current) in jedem der Antriebe, der als Ergebnis leichter Phasenverschiebungen, wenn die Antriebe parallel verbunden werden, erzeugt wird, verhindert werden; und eine Anordnung, bei der Linearantriebe, die unterschiedliche Schubkapazitäten aufweisen, kombiniert werden, wird ermöglicht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Linearmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

2 ist ein Beispiel der Verbindung in Bezug auf die Dreiphasenausgleichswicklungen, die auf jeden Linearantrieb in einer Linearmotorantriebsgruppe der 1 angewandt wird;

3 ist eine Aufsicht auf den Linearantrieb der 2 von außen;

4 ist ein Diagramm, das eine Verbindungsbeziehung zwischen den Antrieben in einem Fall zeigt, bei dem die drei Antriebe der 2 in Serie verbunden sind;

5 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Ruckelschubkraft und einer Aufhebung des Ruckelns der Antriebe zeigt; und

6 ist eine perspektivische Außenansicht eines Linearmotors des Stands der Technik.

BESTE ART FÜR DIE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Linearmotors gemäß der Ausführungsform der Erfindung.

In der Zeichnung bezeichnen die Bezugszahlen 1a bis 1c eine erste Linearmotorantriebsgruppe, die aus Läufern besteht; 1d bis 1f bezeichnen eine zweite Linearmotorantriebsgruppe, die aus denselben besteht; 2A bezeichnet einen Leistungsverstärker für die Ansteuerung der ersten Linearmotorantriebsgruppe; 2B bezeichnet einen anderen Leistungsverstärker für die Ansteuerung der zweiten Linearmotorantriebsgruppe; 6A bezeichnet einen Stator, wo die erste Linearmotorgruppe platziert ist; und 6B bezeichnet einen anderen Stator, wo die zweite Linearmotorgruppe platziert ist.

Wie in der Zeichnung gezeigt ist, ist der Linearmotor ein Beispiel, bei dem zwei Antriebsgruppen, die aus der ersten Antriebsgruppe 1a bis 1c auf dem Stator 6A, der sich auf der linken Seite in der Zeichnung befindet, und aus der zweiten Antriebsgruppe 1d bis 1f auf dem Stator 6B, der sich auf der rechten Seite in der Zeichnung befindet, gebildet werden, jeweils durch die beiden Leistungsverstärker 2A und 2B, die als Antriebe dienen, angesteuert werden.

2 ist ein Beispiel der Dreiphasenausgleichswicklungen, die auf jeden Linearantrieb in der Linearmotorantriebsgruppe der 1 angewandt wird.

Die Zeichnung zeigt, dass ein einzelner Linearantrieb Anschlüsse U, V und W an seinem vorderen Ende (auf der linken Seite in der Zeichnung) und Anschlüsse X, Y und Z an seinem hinteren Ende (auf der rechten Seite in der Zeichnung) aufweist. Zwei Einphasenspulen (RU1, RU2) der Dreiphasenwicklung sind in Serie zwischen den Anschlüssen U und X verbunden. Zwei andere Einphasenspulen (RV1, RV2) der Dreiphasenwicklung sind in Serie zwischen den Anschlüssen V und Y verbunden. Die verbleibenden zwei Einphasenspulen (RW1, RW2) der Dreiphasenwicklung sind in Serie zwischen den Anschlüssen W und Z verbunden.

Zusätzlich sind zwei Thermistoren 41 (THa) und 42 (THb) in Serie zwischen einem Anschluss A auf dem vorderen Ende des einzelnen Linearantriebs und einem Anschluss "a" auf seinem hinteren Ende verbunden. Der Thermistor 41 ist zwischen den Anschlüsse U und V angeordnet, und der andere Thermistor 42 ist zwischen den Anschlüssen V und W angeordnet. Somit detektieren die Thermistoren 41 und 42 die jeweiligen Temperaturen.

Zusätzlich ist eine Umgehungsleitung für die Thermistoren auch zwischen einem Anschluss B auf dem vorderen Ende und einem Anschluss "b" auf dem hinteren Ende verbunden.

Weiterhin ist ein Erdkabel, das mit dem Läuferkern verbunden ist (nicht gezeigt), zwischen einem Anschluss E auf dem vorderen Ende und einem Anschluss "e" auf dem hinteren Ende verbunden.

3 zeigt eine Aufsicht auf das Äußere des Linearantriebs der 2.

In der Zeichnung bezeichnet die Bezugszahl 1 den Linearantrieb als einzelnen Gegenstand; 51 bezeichnet einen Anschluss des vorderen Endes (auf der linken Seite in der Zeichnung); und 52 bezeichnet einen Anschluss auf dem hinteren Ende (auf der rechten Seite in der Zeichnung).

Innerhalb der Komponenten sind, wie das unter Bezug auf 2 beschrieben wurde, zwei U-Phasen-Spulen in Serie zwischen den Anschlüssen U und X verbunden, zwei V-Phasen-Spulen sind in Serie zwischen den Anschlüssen V und Y verbunden, und zwei W-Phasen-Spulen sind in Serie zwischen den Anschlüssen W und Z verbunden. Zusätzlich sind zwei Thermistoren in Serie zwischen den Anschlüssen A und "a" verbunden. Eine Umgehungsleitung für die Thermistoren ist zwischen den Anschlüssen B und "b" verbunden. Ein Erdkabel, das mit dem Läuferkern verbunden ist (nicht gezeigt), ist zwischen dem Anschluss E auf dem vorderen Ende und dem Anschluss "e" auf dem hinteren Ende verbunden.

4 zeigt eine Beziehung der Verbindungen zwischen Antrieben in einem Fall, bei dem drei Antriebe der 2 in Serie verbunden sind.

Die jeweiligen Antriebe 1a bis 1c sind so angeordnet, dass sie um einen elektrischen Winkel "n" zwischen sich, der ein ganzzahliges Vielfache von 240° bildet, versetzt sind.

Leistung wird von außerhalb an die Anschlüsse U, V und W des Anschlusses 51 des vorderen Endes im Antrieb 1a auf dem vorderen Ende zugeführt.

Innerhalb des Antriebs 1a ist, wie das unter Bezug auf 2 beschrieben wurde, der Anschluss U mit dem Anschluss X des Anschlusses 52a am hinteren Ende mittels der Phasenspulen Ru1 und Ru2, die in Serie verbunden ist, verbunden. Der Anschluss V ist mit dem Anschluss Y des Anschlusses 52a des hinteren Endes mittels der Phasenspulen Rv1 und Rv2, die in Serie verbunden sind, verbunden. Der Anschluss W ist mit dem Anschluss Z des Anschlusses 52a des hinteren Endes mittels der Phasenspulen Rw1 und Rw2, die in Serie verbunden sind, verbunden.

Als nächstes werden die Anschlüsse X, Y und Z des Anschlusses 52a des hinteren Endes im Antrieb 1a jeweils mit den Anschlüssen U, V und W des Anschlusses 51b am vorderen Ende im nachfolgenden Antrieb 1b verbunden. Innerhalb des Antriebs 1b ist jedoch der Anschluss U nicht mit den Phasenspulen Ru1 und Ru2, mit denen der Anschluss U im Antrieb 1a verbunden ist, verbunden; stattdessen ist der Anschluss U im Antrieb 1b mit dem Anschluss X des Anschlusses 52b des hinteren Endes mittels der Phasenspulen Rv1 und Rv2, die sich neben den Phasenspulen Ru1 und Ru2 und gegenüber diesen um einen elektrischen Phasenwinkel von 120° verschoben, befinden, verbunden. In ähnlicher Weise ist der Anschluss V mit dem Anschluss Y des Anschlusses 52b des hinteren Endes mittels der Phasenspulen Rw1 und Rw2, die sich neben den Phasenspulen Rv1 und Rv2 und gegenüber diesen um 120° verschoben befinden, verbunden. Und der Anschluss W ist mit dem Anschluss Z des Anschlusses 52b des hinteren Endes mittels der Phasenspulen Ru1 und Ru2, die sich neben den Phasenspulen Rw1 und Rw2 und gegenüber diesen um 120° verschoben befinden, verbunden.

Die Anschlüsse X, Y und Z des Anschlusses 52b des hinteren Endes im Antrieb 1b sind jeweils mit den Anschlüssen U, V und W des Anschlusses 51c des vorderen Endes im nachfolgenden Antrieb 1c verbunden. Innerhalb des Antriebs 1c ist jedoch der Anschluss U nicht mit den Phasenspulen Rv1 und Rv2, mit denen der Anschluss U im Antrieb 1b verbunden ist, verbunden; stattdessen ist der Anschluss U im Antrieb 1c mit dem Anschluss X des Anschlusses 52c des hinteren Endes mittels der Phasenspulen Rw1 und Rw2, die sich dazu benachbart und um einen elektrischen Phasenwinkel von 120° verschoben befinden, verbunden. In ähnlicher Weise ist der Anschluss V mit dem Anschluss Y des Anschlusses 52c des hinteren Endes mittels der Phasenspulen Ru1 und Ru2, die sich neben den Phasenspulen Rw1 und Rw2 und gegenüber diesen um 120° verschoben befinden, verbunden. Und der Anschluss W ist mit dem Anschluss Z des Anschlusses 52c des hinteren Endes mittels der Phasenspulen Rv1 und Rv2, die sich neben den Phasenspulen Ru1 und Ru2 und gegenüber diesen um 120° verschoben befinden, verbunden.

Wie oben beschrieben ist, sind die Reihenfolgen untern den Phasen Ru, Rv und Rw der jeweiligen Phasenwicklungen in den Antrieben 1a bis 1c mittels Verbindungsleitungen so verbunden, dass wenn die Reihenfolge im ersten Antrieb 1a lautet Ru – Rv – Rw, sie im zweiten Antrieb 1b lautet Rw – Ru – Rv, und sie im dritten Antrieb 1c lautet Rv – Rw – Ru.

Die Anschlüsse X, Y und Z des Anschlusses 52c des hinteren Endes im dritten Antrieb 1c, der als letzter Antrieb dient, sind kurzgeschlossen, um somit einen Sternpunkt zu bilden.

Weiterhin sind die Anschlüsse auf der Vorderseite und der Hinterseite der jeweiligen Thermistoren in den Antrieben 1a bis 1c jeweils auch verbunden, und die Anschlüsse "a" und "b" des dritten Antriebs 1c, der als letzter Antrieb dient, sind kurzgeschlossen. Somit sind alle Thermistoren in Serie miteinander verbunden.

Somit wird, sogar wenn eine abnormale Temperatur in einer der Phasenwicklungen in einem der Antriebe auftritt, die Abnormalität geeignet detektiert, und der Antrieb kann thermisch geschützt werden.

Wie oben beschrieben wurde, kann mittels des Anordnens und des Verbindens der jeweiligen Antriebe 1a bis 1c, so dass sie um einen elektrischen Phasenwinkel "n", der ein ganzzahliges Vielfache von 240° (oder 120°) darstellt, untereinander versetzt sind, die Ruckelkraft aufgehoben werden.

5 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Ruckelkraft und der Bewegungsdistanz bei der Aufhebung des Ruckelns zeigt.

In der Zeichnung zeigt die vertikale Achse die Ruckelschubkraft (N), und die horizontale Achse zeigt die Bewegungsdistanz.

Beispielsweise sind die Ruckelschubkräfte durch die Antriebe 1a bis 1c, die in 1 gezeigt sind, so dass ein Magnetkreisungleichgewicht zwischen den Anschlüssen des vorderen Endes und des hinteren Endes Ruckelschubkräfte in Sinuskurvenform erzeugt, die jeweils in der Phase entlang der horizontalen Achse verschoben sind.

Wie jedoch unter Bezug auf 4 beschrieben wurde, so können, wenn die Phasen der jeweiligen Antriebe 1a bis 1c um 240° verschoben sind, die jeweiligen Ruckelschubkräfte einander aufheben. Somit kann, wie das in den Daten bezüglich der Gesamtaufhebung der 5 gezeigt ist, die Variation auf einen kleinen Wert herab gedrückt werden.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Wie oben beschrieben wurde, ist der Linearmotor serieller Konfiguration gemäß der Erfindung vorteilhaft als Vorrichtung beispielsweise für den Antrieb eines einzelnen Antriebselements mittels einer Vielzahl von Linearmotorantrieben geeignet.

ZUSAMMENFASSUNG

Ein Linearmotor, der eine Vielzahl von Antrieben, von denen jeder mit einem Läufer, der eine Mehrphasenausgleichswicklung aufweist, ausgebildet ist, und einen Stator, der einen Permanentmagneten oder einen sekundären Leiter aufweist, einschließt, ist so konfiguriert, dass die Vielzahl der Antriebe auf dem einzelnen Stator angeordnet ist, und die Mehrphasenausgleichswicklungen in den jeweiligen Antrieben in Serie miteinander verbunden sind. Somit kann man einen preisgünstigen Linearmotor erhalten, der eine große Maschine antreiben und der eine Versatzkraft aufheben kann, der einen erleichterten Zusammenbau der Antriebe bietet, und der auf einfache Weise einen thermischen Schutz der Antriebe liefern kann.


Anspruch[de]
  1. Linearmotor mit serieller Konfiguration, der aus einer Vielzahl von Antrieben, von denen jeder aus einem Läufer, der eine Mehrphasenausgleichswicklung aufweist, gebildet wird, und einem Stator, der einen Permanentmagneten oder einen zweiten Leiter aufweist, zusammengesetzt ist, wobei die Vielzahl der Antriebe so angeordnet ist, dass sie auf einem einzigen Stator einander mit einer Lücke gegenüber stehen, und die Mehrphasenausgleichswicklungen in den jeweiligen Antrieben in Serie verbunden sind.
  2. Linearmotor mit serieller Konfiguration nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Antriebe eine einzige Konfiguration aufweist.
  3. Linearmotor mit serieller Konfiguration nach Anspruch 1 oder 2, wobei Verbindungsanschlüsse auf den vorderen Enden und den hinteren Enden der Antriebe vorgesehen sind, und die mehrschichtigen Wicklungsanschlüsse eines Anschlusses des hinteren Endes in einem letzten Antrieb miteinander kurzgeschlossen sind (das heißt, eine Sternpunktverarbeitung wird angewandt).
  4. Linearmotor serieller Konfiguration nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einem Zustand, bei dem die Anzahl der Phasen jeder der Vielzahl der Antriebe auf drei Phasen festgelegt wird, und die Anzahl der Antriebe auf ein ganzzahliges Vielfaches von drei festgelegt wird, die Phasen der jeweiligen Antriebe zueinander um 120° oder 240° in einem elektrischen Phasenwinkel verschoben sind, und die Verbindungsanschlüsse der vorderen Enden und der hinteren Enden der jeweiligen Antriebe verbunden sind, während sie um 120° oder 240° verschoben sind.
  5. Linearmotor mit serieller Konfiguration nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Thermistor in jeden der vielen Antriebe eingefügt ist, und äußere Anschlüsse auf den vorderen Enden und hinteren Enden jeder der Antriebe vorgesehen sind, um so alle Thermistoren in Serie zu verbinden.
Es folgen 6 Blatt Zeichnungen






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