專利名稱：初級部件和具有推力波動補償?shù)闹本€電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及直線電動才幾的一種初級部4牛，其中，該初級部4牛具 有用于產(chǎn)生第一》茲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設置成能夠使得第一磁場與第二磁場重 疊。此外，本發(fā)明還涉及一種具有這種初級部件的直線電動機。
背景技術：
直線電動才幾具有初級部件和次級部件，其中，初級部件和次級
部件;波此相對地》丈置，并通過氣隙;波此間隔開。該初級部件預-沒為 用于電^/t責電。
存在這樣的可能性，即不4又初級部件而且次級部件都具有用于 產(chǎn)生石茲場的有源裝置。在這種情況下，例如初級部件具有可々責電的
繞組并且次級部件具有7JC,茲體。
此外，還存在這樣的可能性，即初級部件具有多個用于產(chǎn)生》茲 場的有源裝置，并且次級部件不具有這樣的裝置。
由DE 10 2004 045 992 A1已知了一種電動才幾，其中，初級部件 具有該電才幾的所有》茲源。例如，該初級部件具有一個可饋電的繞組 以及永》茲體，然而次級部件^f叉"f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，直線電動機自然地具有末端區(qū)域， 電機的電磁部分終止在該區(qū)域中。如果直線電動機例如以短定子結(jié)構(gòu)形式來設計，也就是說，該初級部件相對于較長的次級部件設計 為較短的部件，對于初級部件來說則產(chǎn)生兩個末端區(qū)域，后者位于 次級部件的影響區(qū)域中。初級部件的末端與次級部件這樣來相互作 用，即其對有源的推力波動和無源的推力波動，也稱為定位力
(Rastkraft)，產(chǎn)生決定性的影響。
寄生的定位力稱為無源的推力波動，其由于在初級部件和次級 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滯后i吳差。
此外，感應電壓，也就是說電動勢(EMK)在初級部件的端面 上的起始線圈和末端線圈中由于缺少f茲輒一^殳來i兌與在中間的線圏 中相比更少地呈現(xiàn)出來。這造成電才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。
由DE 10 2005 004380 Al已知了 一種具有推力波動補償?shù)闹本€ 電動機。為了在直線電動機中獲得推力波動補償，該電動機配備了 具有可預設的寬度的推力波動補償齒，該齒通過附加的氣隙與正常 的氣隙間隔開并且相對于疊片組的相鄰的齒具有另 一間隔，就4象疊 片組的其余的齒彼此之間的情況一樣。

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 置的初纟及部件，以及改進一種具有這種初級部4牛的直線電動4幾，它 們具有減小的有源的和無源的推力波動，也就是"i兌減d 、的定位力。
該目的通過權(quán)利要求1的特征來實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求給出了有 利的改進方案。
5該初級部件具有用于產(chǎn)生第一磁場的第一裝置以及用于產(chǎn)生第 二磁場的第二裝置，其中，第一裝置和第二裝置設置成能夠使得第 一》茲場與第二f茲場重疊。
才艮據(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 推力波動的導磁元件。有利的是，在初級部件的兩個端面上都設置 了導磁元件。該導磁元件設計為具有用于產(chǎn)生磁場的裝置，其中該 裝置與初級部件的用于產(chǎn)生i茲場的第 一或第二裝置相對應。
通過安裝導^茲元件可以減小有源的以及特別是無源的推力波 動，也就是i兌減小定位力。在初級部件的支撐繞組的端齒中的感應 電壓^皮提高，其中在這里的目的是實現(xiàn)初級部件的繞組的盡可能統(tǒng)
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;也，初級部件具有以用于連4妄至三相電網(wǎng)的齒繞線 圏形式的三相繞組。用于產(chǎn)生第二磁場的第二裝置設計為永磁材料， 特別是設計為 一體的或者多部分構(gòu)成的永,茲體。
在本發(fā)明的一個有利的i殳計方案中，初級部件可以借助于可預 設數(shù)量的齒模塊來形成，其中每個齒模塊都具有至少 一個永磁體以 及一個齒繞線圏。借助于單個的齒模塊，可以根據(jù)所期望的結(jié)構(gòu)形 式和長度模塊化地來裝配初級部件。所期望數(shù)量的齒模塊例如借助 于夾子相應地組合在一起。每個齒模塊特別通過電工鋼片形成為用 于減小初級部件中渦電流的疊片組。
位于初級部件的端面上的、用于減小4,力波動的導,茲元件設計 為端齒模塊并且具有至少一個永磁體。因此該端齒模塊在其結(jié)構(gòu)形 式上與初級部件的其余的齒才莫塊相對應。它們的區(qū)別^f又在于，端齒 模塊并不承載繞組，也就是說其不具有齒繞線圈。本發(fā)明的目的通過位于初級部件的兩個末端上的兩個附加的齒 模塊、端齒模塊來實現(xiàn)。這些端齒模塊具有與初級部件的承載繞組 或者說承載線圏的齒模塊相同的基本幾何形狀，并且它們作為有源 的初級部件區(qū)域的延續(xù)部分i殳置在兩個末端上。
在端齒才莫塊中的永》茲材料或者說永;茲體的幾何形狀和/或^茲化 強度尤其對于定位力的4卜償來說是決定性的。
在用于補償4,力波動的第一個變體中，初級部件的永^茲體具有 可預設的磁化強度或者說磁場強度，其中，齒模塊的永磁體和端齒 模塊的永磁體具有相同的磁化強度。然而與齒模塊相比，端齒模塊 具有較小體積的永磁體。這就是說，端齒模塊中的永磁體設計得較 小，或者說在端齒模塊中設置了較少的永磁材料。例如，相對于在
齒模塊中的永磁體，在端齒模塊中的永磁體減小了 2到4個系數(shù)， 由此可最優(yōu)化地減小定位力。此外，在端齒沖莫塊中的永》茲體的減小 程度耳又決于直線電動才幾的軌3巨。
在用于補償4,力波動的第二個變體中，初級部件的永,茲體具有 可預設的磁化強度，其中，齒模塊的永磁體相對于在端齒模塊中的 永磁體具有較高的磁化強度。這就是說，在齒模塊和端齒模塊中的 永;茲體具有相同的幾何尺寸或者說相同的體積，然而它們的磁化強 度不同，也就是說，相對于齒模塊，在端齒模塊中設置了不同的磁 性材料。已知應用的i茲性材料例如有釹-《失-硼-,茲4失，釤-鈷-磁鐵或者鐵氧體磁鐵。這些不同的磁性材料具有不同的磁化強度， 這例如通過》茲性參H如剩余》茲感應或者矯頑/磁場強度來表4正。例
如，與沒有改變端齒才莫塊的電才幾的定位力相比，減少至大約25%的 剩余》茲感應得出減少了 4到5個系數(shù)的電才幾定位力。
本發(fā)明尤其涉及一種多相的直線電動機，其具有在初級部件中 的永萬茲體勵》茲以及無源的、例如成齒狀4失結(jié)構(gòu)的次級部件。如在所有直線電動才幾或者"i兌直線電才幾中那4羊，在兩個初級部件的末端上的 電磁的不連續(xù)性產(chǎn)生了干擾電動機運行的定位力。
才艮據(jù)本發(fā)明的直線電動才幾具有才艮據(jù)本發(fā)明的初級部件以及次級 部件，后者不具有用于產(chǎn)生;茲場的裝置。有利的是次級部件設計為 具有多個齒和槽的齒狀4失反應部件。有利地，次級部件由鋼片制成， 也就是說通過多個單個的電工鋼片來形成，從而避免渦電流損失。 然而，可替換地，次級部件也可以設計為大的、齒狀的鐵反應軌。 直線電動才幾尤其i殳計為同步直線電動才幾。
電片幾的這種構(gòu)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^f又具有用于對^磁場進^f亍導向的裝置，并 且因此可以簡單且價廉地制造。
借助于相對于其余的齒模塊具有修改的永磁材料的端齒模塊來 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、更高的標稱功率、更高的驅(qū)動動力，以及沒有由于定 位力造成的停止的電動才幾的"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^/L的減小的電,茲不對稱性(末端效應)獲 得更準確的才及4立置識另iJ ( Pollageidentifikation )。


在下面的說明中，參考附圖借助實施例對本發(fā)明的其它特征和 細節(jié)進行進一步描述。同時，在單獨的變體中描述的特征和內(nèi)在聯(lián) 系基本上可凈皮應用于所有的實施例。附圖示出了圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術的直線電動機； 圖2是在第一個設計方案中的根據(jù)本發(fā)明的直線電動機； 圖3是在第二個設計方案中的根據(jù)本發(fā)明的直線電動機； 圖4是在第三個設計方案中的根據(jù)本發(fā)明的直線電動機； 圖5是在不同的直線電動才幾中定位力曲線的圖示。
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元件 的直線電動4幾1。該直線電動才幾1具有初級部件2和次級部件3。該 初纟及部^牛2通過齒才莫塊4形成。#4居圖1，該初級部件2由六個齒 模塊4形成，其中每個齒模塊4借助于鐵制疊片組5來實現(xiàn)。
每個齒模塊4都具有一個永磁體6，后者集成在齒模塊4中。 然而，該7Jof茲體6也可能例如在齒才莫塊4外部在初級部件2的朝向 氣隙S的面上設置在齒模塊4上。永磁體6例如具有剩余磁感應BR =1.2T。
此外，每個齒模塊4具有齒繞線圏7,其中六個齒繞線圈7形 成了初級部件2的繞組。該繞組i殳計為具有u， v, w三相，從而對 應于每個相位 u， v， w設計有兩個齒繞線圈7。 齒繞線圈7位于初 級部4牛2的才曹9中。
圖2示出在^4居本發(fā)明的第 一個設計方案中的直線電動才幾10。 除了六個齒模塊4外，初級部件2還具有兩個附加的端齒模塊11, 其中分別在初級部件2的端面上i殳置有一個端齒才莫塊11。每個端齒模塊11具有相對于永》茲體6 {奮改了的永/磁體12，然 而其不具有齒繞線圏。所有永f茲體6和12由同樣的；茲性材料制成， 并且例如具有剩余》茲感應BR= 1.2T。然而相乂于于7lc;茲體6， 7JCf茲體 12具有較小的體積，也就是說它^皮設計得較小，以最優(yōu)化地減小定 位力。例如，對一個具體的直線電動機布置來說，通過將永石茲體12 的高度減小至永磁體6的正常高度的大約40 %可以非常顯著地減小 電動機齒槽定位力(例如，減小5個系數(shù))。如在其余的齒模塊4 中的永磁體6 —樣，永磁體12同樣地與各自的端齒才莫塊11的底邊 齊平地布置。所有永,茲體6和12與氣隙5之間的間隔相等。
此外，齒模塊4與端齒模塊11的結(jié)構(gòu)相同。像齒模塊4彼此之 間一樣，端齒模塊11相對于齒模塊4具有相同的齒距TZ。
圖3示出在根據(jù)本發(fā)明的第二個設計方案中的直線電動機IO。 該直線電動才幾IO在其結(jié)構(gòu)上基本上與4艮據(jù)圖2的電才幾10相對應。 永i茲體6和12由同樣的^f茲性材料制成，然而在端齒才莫塊11中的永 磁體12具有較小的體積，也就是說它設計得較小。
然而，相對于圖2所示，永磁體12并不與端齒模塊11的底邊 齊平地閉合，而是偏移地設置。特別地，將永磁體12收入到端齒模 塊11中。它們向上，也就是說遠離氣隙S偏移地i殳置。
永》茲體12具有高度hpM且以高度hQ移位。對于ho來說特別適 用的是0<h?！?05，由此可以達到4,力波動補償效應的4青確調(diào)整。 因此具有相同幾何尺寸，特別是相同高度hPM的永磁體12能夠應用 于不同結(jié)構(gòu)尺寸的直線電動才幾或者也能夠應用于不同4九3巨的直線電
動才幾，并且能夠通過分別調(diào)整高度ho來相應地調(diào)整推力波動補償效應。圖4示出在根據(jù)本發(fā)明的第三個設計方案中的直線電動機10。 除了六個齒才莫塊4外，初級部件2還具有兩個附加的端齒才莫塊11， 其中分別在初級部件2的端面上i殳置有端齒才莫塊11。
每個端齒才莫塊11具有相對于永萬茲體6而修-改了的永石茲體13， 然而其不具有齒繞線圏。7;K^茲體6和13具有相同的A/f可尺寸，然而 具有不同的磁化強度。例如永》茲體6具有剩余》茲感應BR = 1.2T,與 之相對，永》茲體13具有剩余,茲感應BR = 0.3T。與才艮據(jù)圖1的、不 包含端齒模塊的電機1的定位力相比， 一個這樣的減小至約25 %的 剩余》茲感應B^吏直線電動才幾20獲得了減小了 4-5個系凄t的定位 力。
圖5示出了不同的直線電動機的定位力曲線。標號14示出了根 據(jù)圖1的電動機l，也就是說不包含用于減小推力波動的導磁元件 的電動才幾的定位力的4展幅。與此相對地，標號15示出了4艮據(jù)圖2 的具有端齒才莫塊11的電才幾10的定位力的振幅。從圖4中可以明顯 看出，即當設置了用于減小定位力的相應的元件時，只產(chǎn)生4艮小的 定位力。
權(quán)利要求
1.直線電動機(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，-用于產(chǎn)生第二磁場的第二裝置，-其中，所述第一裝置和所述第二裝置設置成能夠使得所述第一磁場與所述第二磁場重疊，其特征在于，在所述初級部件(2)的一個或兩個端面上設置有一個用于減小推力波動的導磁元件，其中，用于減小推力波動的所述導磁元件設計為端齒模塊(11)并且具有至少一個永磁體(12，13)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的初級部件(2),其特征在于，用于產(chǎn)生 所述第 一磁場的所述第 一裝置設計為單相的或者多相的繞組。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的初級部件(2 ),其特征在于，用于 產(chǎn)生所述第二^P茲場的所述第二裝置設計為永z磁材料。
4. 根據(jù)前述權(quán)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石茲元件具有用于產(chǎn)生場的所述 第一裝置或所述第二裝置。
5. 根據(jù)前述權(quán)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)可以借助于可預設數(shù)量的齒才莫塊(4)來形 成，其中，每個齒模塊(4)都具有至少一個永;茲體(6)和一 個齒繞線圈(7)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的初級部件(2)，其特征在于，所述初級 部件(2)的所述永磁體(6, 12)具有可預定的^茲化強度，特 別是具有剩余磁感應，其中，所述齒模塊(4)的和所述端齒 才莫塊(11)的所述永》茲體(6, 12)具有相同的》茲化強度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的初級部件(2)，其特征在于，與所述齒 模塊(4)相比，所述端齒模塊(11 )具有體積較小的永磁體(12)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的初級部件(2)，其特征在于，所述初級 部件(2)的所述永f茲體(6, 13)具有可預定的^茲化強度，特 別是具有剩余i茲感應，其中，相對于在所述端齒模塊(11)中 的所述永f茲體(13)，所述齒才莫塊(4)的所述永》茲體(6)具 有較高的磁化強度。
9. 一種直線電動機(10, 20)，具有根據(jù)權(quán)利要求1至8中的一 項或多項設計的初級部件(2)以及具有次級部件(3)，所述 次級部件不具有用于產(chǎn)生》茲場的裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的直線電動機(10, 20),其特征在于， 所述次級部件(3)具有齒狀的鐵結(jié)構(gòu)，所述鐵結(jié)構(gòu)具有多個 齒和槽。
11. 才艮據(jù)權(quán)利要求9或11所述的直線電動才幾(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)明涉及直線電動機(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；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設置成能夠使得第一磁場與第二磁場重疊，其中，在初級部件(2)的一個和/或兩個端面上設置了用于減小推力波動的導磁元件。
文檔編號H02K1/27GK101515731SQ200910009530
公開日2009年8月26日 申請日期2009年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月18日
發(fā)明者澤利科·賈杰蒂克 申請人:西門子公司