專利名稱：初級部件和具有推力波動補償?shù)闹本€電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及直線電機的 一種初級部件，其中該初級部件具有用 于產(chǎn)生第一磁場的第一裝置和用于產(chǎn)生第二》茲場的第二裝置，其中 第 一裝置和第二裝置這樣來布置，即能夠使得第一^茲場與第二/F茲場 相疊力口。此夕卜，本發(fā)明還涉及一種具有這種初級部件的直線電才幾。
背景技術：
直線電才幾具有初級部件和次級部件，其中初級部件和次級部件
相互面對地;故置，并通過氣隙相互間隔開。該初級部件預-沒為用于 電滬u^貴電。
存在著這沖羊的可能性，即初級部件和次級部件都具有用于產(chǎn)生 》茲場的有源的裝置。在這種情況中，例如初級部件具有可々赍電的繞 組，和次級部件具有永磁體。
此外還存在著這樣的可能性，即初級部件具有多個用于產(chǎn)生^茲 場的有源的裝置，并且次級部件不具有這樣的裝置。
由DE 10 2004 045 992 Al已知了一種電才幾，其中初級部件具有 該電才幾的所有》茲源。例如，該初級部4牛具有一個可々貴電的繞組以及 永》茲體，然而次級部件^U又例如i殳計為齒狀的4失反應4九。與旋轉(zhuǎn)工作的電機不同的是，直線電機自然地具有端側(cè)區(qū)域， 電才幾的電》茲部分終止在該區(qū)i或中。如果直線電動^幾例如以短定子結(jié)
構形式來i殳計，也就是i兌，該初級部件相對于4交長的次級部件i殳計 為4交短的部件，對于初級部件來"^兌則產(chǎn)生兩個端側(cè)區(qū)域，這兩個端 側(cè)區(qū)域位于次級部件的影響區(qū)域中。初級部件的端側(cè)與次級部件這 樣來相互作用，即這對于有源的推力波動和無源的推力波動，也稱 為定位力，產(chǎn)生了決定性的影響。
寄生的定位力稱為無源的推力波動，其由于初級部件和次級部 件之間的磁性的相互作用而出現(xiàn)。后果就是振動、不平靜的運轉(zhuǎn)以 及在加工過程中的隨動i吳差(Schleppfehler )。
此外，由于缺少磁軛，故一般來說與在中間的線圈中相比，感 應電壓，也就是說電動勢(EMK)在初級部件的端面上的起始線圏 和末端線圈中較少呈現(xiàn)。這造成了電4幾不具有對稱的感應電壓， 并且除了力損失之外，出現(xiàn)了附加的、依賴于電流的推力波動，這 種推力波動稱為有源的推力波動。
例如由DE 10 2005 004380 Al已知了 一種具有4,力波動補償?shù)?直線電動才幾。為了實現(xiàn)上述的推力波動補償，在此建i義，在該直線
動補償齒，其中該推力波動補償齒通過一個附加的氣隙與正常的氣 隙間隔開并且與其相鄰的齒之間具有一個間隔，該間隔與其余的齒 彼此之間的間隔是不同的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，改進一種具有多個用于產(chǎn)生》茲場的有源裝 置的初級部件，以及改進一種具有這種初級部件的直線電機，它們 具有減小的有源的和無源的推力波動，也就是說定位力(Rastkraft )。該目的通過權利要求1的特征來實現(xiàn)。從屬權利要求給出了有 利的改進方案。
該初級部件具有用于產(chǎn)生第一^l場的第一裝置，和用于產(chǎn)生第 二磁場的第二裝置，其中第 一裝置和第二裝置布置成能夠使得第一 磁場與第二磁場相疊加。初級部件設置為與次級部件一起布置，其 中初級部^牛和次級部4牛通過第一氣隙相互間隔開。
根據(jù)本發(fā)明，初級部件在其一個和/或兩個端面上具有用于減小
推力波動的導》茲通(flussfuehrende)元件。特別地，在初級部件的 兩個端面的每個端面上都布置了用于減小推力波動的導磁通元件。
該導》茲通元件設計為具有用于產(chǎn)生f茲場的裝置，其中該裝置與 初級部件的用于產(chǎn)生J茲場的第一或第二裝置相對應。
通過布置導磁通元件可以減小有源的和特別是無源的推力波 動，也就是說定位力。提高在初級部件的支撐繞組的端側(cè)齒中的感 應電壓，其中在這里的目的是實現(xiàn)初級部件的繞組的盡可能均一的 電動勢(EMK)。
有利的是，用于產(chǎn)生第一磁場的第一裝置設計為單相的或者多 相的繞組。特別地，初級部件具有齒繞線圏形式的三相繞組用于連 接至三相電網(wǎng)。用于產(chǎn)生第二磁場的第二裝置設計為永磁體材料， 特別是設計為一體的或者多部分構成的永f茲體。
在本發(fā)明的有利的i殳計方案中，初級部件可以借助于可預定的 數(shù)量的齒輪模塊來形成，其中每個齒輪模塊具有至少 一個永》茲體以 及一個齒繞線圈。借助于單個的齒輪模塊，可以根據(jù)所期望的結(jié)構 形式和長度，模塊化地來裝配初級部件。所期望數(shù)量的齒輪模塊例如借助于夾子相應地連接在一起。在初級部件中，每個齒輪模塊特 別^f昔助于作為用于減小渦流的才反疊的電工鋼片來i殳計。
位于初級部件的端面上的、用于減小推力波動的導》茲通元件設 計為端側(cè)齒輪模塊并且具有至少 一個永,茲體。該端側(cè)齒輪模塊在其 結(jié)構形式上基本上與初級部件的其余的齒4侖才莫塊相對應。它們的區(qū)
別在于端側(cè)齒輪模塊不支撐繞組，也就是說其不具有齒繞線圈。
本發(fā)明通過位于初級部件的兩個末端上的兩個附加的齒4侖才莫 塊，即端側(cè)齒輪模塊來實現(xiàn)該目的。這些端側(cè)齒輪模塊作為有源的 初級部件區(qū)域的延續(xù)部分而設置在兩個末端上。
在本發(fā)明的第一個i殳計方案中，導,茲通元件除了第一氣隙之外 還通過第二個氣隙與次級部件間隔開。因此與在初級部件和次級部 件之間相比，在次級部件和導;茲通元件之間存在4交大的氣隙，也就
是i兌間隔。
因為與在其余的初級部件和次級部^牛之間相比，在次級部件和 導磁通元件之間存在較大的氣隙，也就是說間隔，由此端側(cè)齒輪模 塊的永磁體相應地設計成不同的，特別是其具有較小的體積。
初級部件的齒4侖才莫塊相互間具有第 一齒距。在另 一 個用于補償 推力波動的設計方案中，端側(cè)齒輪模塊通過可預定的第二齒距與齒 輪模塊間隔開，其中第二齒距不等于第一齒距。然而優(yōu)選地，第二 齒距設計為大于第一齒距。這就是說，即初級部件具有兩個不同的 齒距。與其余的齒輪模塊相互間的間隔相比，端側(cè)齒輪模塊與其相 鄰的齒輪才莫塊之間具有另 一個間隔。另 一 個用于補償特別是定位力的可能性是端側(cè)齒輪模塊的幾 何形狀，該幾何形狀與其余的齒輪模塊的幾何形狀有區(qū)別。特別是 端側(cè)齒4侖才莫塊的朝向于氣隙的面和/或角以可預定的半徑倒圓。
為了有效地減小推力波動(Kraftwelligkeit )，特別是定位力， 根據(jù)本發(fā)明給出了下述的可替換的方式，其中每個可替換的方式可 以單獨實現(xiàn)，或者這些可替換的方式相互間的任意組合也可以實 現(xiàn)
_在初級部件和次級部件之間，導磁通元件除了標準的氣隙S！之外
還具有附加的氣隙52。有利;也，該氣隙52這才羊來選擇，即適用于
-相對于初級部件的齒距Tp導》茲通元件具有改變的齒距T2。有利 地，對于改變的齒距12來說適用的是0.6t《T2^2t!。
-導》茲通元件_沒計為在其幾<可形狀有〗務改。
通過對上述參凄t的最優(yōu)化的調(diào)整，可大大減小定位力，可實現(xiàn)
減小了大約2到3系數(shù)。
本發(fā)明特別地涉及多相的直線電動機，該電動才幾具有在初級部 件中的永磁體勵磁以及無源的、例如是齒狀的鐵結(jié)構的次級部件。 l象在所有直線電動才幾或者i兌直線電才幾中那才羊，通過電,茲的不連續(xù)
根據(jù)本發(fā)明的直線電機具有根據(jù)本發(fā)明的初級部件，以及具有 次級部件，后者不具有用于產(chǎn)生磁場的裝置。有利的是次級部件設 計為具有多個齒和槽的齒狀的鐵反應部件。有利地，次級部件被制
成鋼片，也就是iX/借助于多個單個的電工鋼片來i殳計，乂人而避免渦 流損失。然而，可選擇地，次級部件也可以設計為大的、齒狀的4失
反應軌。直線電機特別地設計為同步直線電動機。電才幾的這種構造的優(yōu)點在于電才幾的次級部件不具有用于產(chǎn)生 》茲場的有源裝置。次級部件^又具有用于,茲場的導向的裝置，并且因 此可以簡單且價廉地制造。
借助于導》茲通元件來減小定位力，產(chǎn)生多個優(yōu)點 -改善了電機，特別是直線電動機在運行中的特性，例如更好的同
步性、更高的標稱力(Ne皿kraft)、更高的驅(qū)動動力，及沒有由于
定^f立力而產(chǎn)生的4亭止的電動才幾的"幽靈運動"(Geisterbewegung ); -改善了在傳動系統(tǒng)中的特性(例如西門子Sinamics傳動系統(tǒng))，
例如，通過直線電動機的減小的電f茲不對稱性(端側(cè)效應)得到更
準確的招J立置i口、別。


在下面的描述中，聯(lián)系附圖根據(jù)實施例對本發(fā)明的其它特征和 細節(jié)進行詳細說明。此外，在單獨的變化方案中所描述的特征和內(nèi) 在聯(lián)系基本上可被應用于所有的實施例。圖中示出
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術的直線電機；
圖2是在第一個設計方案中的根據(jù)本發(fā)明的直線電機；
圖3是在第二個設計方案中的根據(jù)本發(fā)明的直線電機；
圖4是在不同的直線電機中定位力變化的圖示。
具體實施例方式
圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術的不包含用于減小推力波動的導磁通元 件的直線電4幾1。該直線電4幾1具有初級部件2和次級部件3。該 初級部件2借助于齒輪才莫塊4構造而成。根據(jù)圖1，該初級部件由六個齒輪模塊4構造而成，其中每個齒輪模塊4借助于鐵制板疊5實現(xiàn)。
初《及部件2和次級部4牛3通過第一氣隙Si相互間隔開。
每個齒輪模塊4具有永磁體6,后者集成在齒輪模塊4中。然 而該永磁體6也可能例如是在齒輪模塊4外部，靠近齒輪模塊4而 i殳置在初纟及部^f牛2的朝向氣隙&的側(cè)面上。
此外，每個齒輪模塊4具有齒繞線圈7，其中六個齒繞線圈7 構成初級部件2的繞組。該繞組，沒計為具有相位u, v， w的三相繞 組，從而對應于每個相位u， v, w設計有兩個齒繞線圈7。齒繞線 圏7位于初級部件2的槽9中。
圖2示出在第一個沖艮據(jù)本發(fā)明的i殳計方案中的直線電積i 10。初 級部件2除了六個齒4侖才莫塊4之外還具有附加的兩個端側(cè)齒4侖才莫塊 11，其中在初級部件2的每一個端面上設置有端側(cè)齒輪模塊11。
每個端側(cè)齒輪沖莫塊11除了第一氣隙^之外還通過第二氣隙52 與次級部件3間隔開，/人而佳_得在次級部件3和端側(cè)齒輪"漠塊11 之間存在有氣隙5!+52,該氣隙與在其余的初級部件2和次級部件3 之間的氣隙相比是擴大的。
基于在端側(cè)齒4侖才莫塊11和次級部件3之間的較大的氣隙5!+S2， 端側(cè)齒輪沖莫塊11的永/磁體12相應地設計為4交小的，也就是i兌較短 的。端側(cè)齒輪模塊11不具有齒繞線圏。另外，齒輪模塊4和端側(cè) 齒輪模塊11基本上設計為結(jié)構相同。
端側(cè)齒輪模塊11與齒輪模塊4之間具有另一個齒距t2，該齒 距優(yōu)選地與齒4侖才莫塊4相互間的齒3巨相比是擴大的。第 一齒距n是初級部件2的標準的齒距，然而端側(cè)齒輪—莫塊11與其相鄰的齒壽侖 才莫塊4之間具有另 一個間隔T2。
圖3示出在第二個才艮據(jù)本發(fā)明的i殳計方案中的直線電沖幾20。初 級部件2除了六個齒輪模塊4之外還具有附加的兩個端側(cè)齒輪模塊 11,其中分別在初級部件2的端面上i殳置有端側(cè)齒輪^莫塊11。
直線電機20基本上與根據(jù)圖2的實施例相符，然而每個端側(cè) 齒輪模塊11具有稍微修改了的幾何形狀。特別是端側(cè)齒輪模塊11 具有倒圓過的角13。
圖4示出不同電機的定位力變化的圖示。利用標號14示出根 據(jù)圖l的電機l的，也就是說不包含用于減小推力波動的導磁通元 件的電機的定位力的振幅。與此相對地，利用標號15示出根據(jù)圖2 的具有端側(cè)齒輪模塊11的電機10的定位力的振幅。在圖4中可以 明顯看出，即當布置了用于減小定位力的相應的元件時，則<又<又出 現(xiàn)4艮小的定位力。
權利要求
1.直線電機(1，10，20)的一種初級部件(2)，其中-所述初級部件(2)具有用于產(chǎn)生第一磁場的第一裝置，-所述初級部件(2)具有用于產(chǎn)生第二磁場的第二裝置，-所述第一裝置和所述第二裝置布置成能夠使得所述第一磁場與所述第二磁場相疊加，-所述初級部件(2)設置為與次級部件(3)一起布置，其中所述初級部件(2)和所述次級部件(3)通過一個第一氣隙(δ1)相互間隔開，以及用于產(chǎn)生第二磁場的所述第二裝置設計為永磁體材料，其特征在于，-在所述初級部件(2)的一個和/或兩個端面上設置有導磁通元件以用于減小推力波動，和-用于減小推力波動的所述導磁通元件具有用于產(chǎn)生磁場的所述第二裝置。
2. 根據(jù)權利要求1所述的初級部件(2)，其特征在于， 用于產(chǎn)生第一磁場的所述第一裝置設計為單相的或多相的繞組。
3. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的初級部件(2 )，其特征在于， 所述初級部件(2)可以借助于可預定的數(shù)量的齒輪模塊(4) 來形成，其中每個齒輪模塊(4)具有至少一個永磁體(6)和 至少一個齒繞線圏(7)。
4. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的初級部件(2 ),其特征在于， 用于減小推力波動的所述導磁通元件設計為端側(cè)齒輪模塊(11 )，并具有至少一個7Jc》茲體(12， 13 )。
5. 4艮據(jù)前述片又利要求中任一項所述的初級部件(2 ),其特征在于， 用于減小推力波動的所述導,茲通元件除了所述第一氣隙(5!) 之外還通過第二氣隙(S2)與所述次級部件(3)間隔開。
6. 4艮據(jù)4又利要求3， 4或5所述的初級部件(2)，其特征在于， 所述齒輪才莫塊(4)相互間具有第一齒距(tJ，其中所述端側(cè) 齒輪模塊(11 )通過可預定的第二齒距(t2)與所述齒輪模塊(4)間隔開，其中t^t2，特別是t!〈t2。
7. 根據(jù)權利要求3至6中任一項所述的初級部件(2 ),其特征在 于，與所述齒輪模塊(4)相比，所述端側(cè)齒輪才莫塊(11)具 有不同的幾《可形狀。
8. 根據(jù)權利要求7所述的初級部件(2),其特征在于，所述端側(cè) 齒輪模塊(11)的朝向于所述氣隙(Si, S2)的面和/或角以可 預定的半徑倒圓。
9. 一種直線電才幾(IO, 20),具有初級部件(2)，所述初級部 件才艮據(jù)4又利要求1至8中任一項或任幾項形成；以及次級部件(3),所述次級部件不具有用于產(chǎn)生^f茲場的裝置。
10. 根據(jù)權利要求9所述的直線電機(10， 20)，其特征在于，所 述次級部件(3)具有帶有多個齒和槽的齒狀的鐵結(jié)構。
11. 根據(jù)權利要求9或IO所述的直線電機(10, 20),其特征在于， 所述電機(IO, 20)設計為同步直線電動機。
全文摘要
本發(fā)明涉及直線電機(1，10，20)的一種初級部件(2)，其中，初級部件(2)具有用于產(chǎn)生第一磁場的第一裝置，初級部件(2)具有用于產(chǎn)生第二磁場的第二裝置，第一裝置和第二裝置布置成能夠使得第一磁場與第二磁場相疊加，初級部件(2)設置為與次級部件(3)一起布置，其中初級部件(2)和次級部件(3)通過一個第一氣隙(δ₁)相互間隔開，在初級部件(2)的一個和/或兩個端面上設置有導磁通元件以用于減小推力波動。此外，本發(fā)明涉及一種具有這種初級部件的直線電機。
文檔編號H02K1/27GK101515730SQ200910009529
公開日2009年8月26日 申請日期2009年2月17日 優(yōu)先權日2008年2月18日
發(fā)明者克里斯蒂安·福爾默特, 格哈德·馬奇?？? 澤利科·賈杰蒂克 申請人:西門子公司