專利名稱：初級(jí)部件和具有推力波動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹本€電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直線電動(dòng)才幾的一種初級(jí)部4牛，其中，該初級(jí)部4牛具 有用于產(chǎn)生第一》茲場(chǎng)的第一裝置和用于產(chǎn)生第二》茲場(chǎng)的第二裝置， 其中第一裝置和第二裝置設(shè)置成能夠使得第一磁場(chǎng)與第二磁場(chǎng)重 疊。此外，本發(fā)明還涉及一種具有這種初級(jí)部件的直線電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
直線電動(dòng)才幾具有初級(jí)部件和次級(jí)部件，其中，初級(jí)部件和次級(jí)
部件;波此相對(duì)地》丈置，并通過(guò)氣隙;波此間隔開(kāi)。該初級(jí)部件預(yù)-沒(méi)為 用于電^/t責(zé)電。
存在這樣的可能性，即不4又初級(jí)部件而且次級(jí)部件都具有用于 產(chǎn)生石茲場(chǎng)的有源裝置。在這種情況下，例如初級(jí)部件具有可々責(zé)電的
繞組并且次級(jí)部件具有7JC,茲體。
此外，還存在這樣的可能性，即初級(jí)部件具有多個(gè)用于產(chǎn)生》茲 場(chǎng)的有源裝置，并且次級(jí)部件不具有這樣的裝置。
由DE 10 2004 045 992 A1已知了一種電動(dòng)才幾，其中，初級(jí)部件 具有該電才幾的所有》茲源。例如，該初級(jí)部件具有一個(gè)可饋電的繞組 以及永》茲體，然而次級(jí)部件^f叉"f又例如i殳計(jì)為齒狀的4失反應(yīng)4九。
與旋轉(zhuǎn)工作的電機(jī)不同的是，直線電動(dòng)機(jī)自然地具有末端區(qū)域， 電機(jī)的電磁部分終止在該區(qū)域中。如果直線電動(dòng)機(jī)例如以短定子結(jié)構(gòu)形式來(lái)設(shè)計(jì)，也就是說(shuō)，該初級(jí)部件相對(duì)于較長(zhǎng)的次級(jí)部件設(shè)計(jì) 為較短的部件，對(duì)于初級(jí)部件來(lái)說(shuō)則產(chǎn)生兩個(gè)末端區(qū)域，后者位于 次級(jí)部件的影響區(qū)域中。初級(jí)部件的末端與次級(jí)部件這樣來(lái)相互作 用，即其對(duì)有源的推力波動(dòng)和無(wú)源的推力波動(dòng)，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(wú)源的推力波動(dòng)，其由于在初級(jí)部件和次級(jí) 部件之間的磁性的相互作用而出現(xiàn)。后果就是振動(dòng)、不平靜的運(yùn)轉(zhuǎn) 以及在加工過(guò)程中的滯后i吳差。
此外，感應(yīng)電壓，也就是說(shuō)電動(dòng)勢(shì)(EMK)在初級(jí)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(lái)i兌與在中間的線圏 中相比更少地呈現(xiàn)出來(lái)。這造成電才幾不具有對(duì)稱的感應(yīng)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(dòng)，這種推 力波動(dòng)稱為有源的推力波動(dòng)。
由DE 10 2005 004380 Al已知了 一種具有推力波動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹本€ 電動(dòng)機(jī)。為了在直線電動(dòng)機(jī)中獲得推力波動(dòng)補(bǔ)償，該電動(dòng)機(jī)配備了 具有可預(yù)設(shè)的寬度的推力波動(dòng)補(bǔ)償齒，該齒通過(guò)附加的氣隙與正常 的氣隙間隔開(kāi)并且相對(duì)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(jìn)一種具有多個(gè)用于產(chǎn)生》茲場(chǎng)的有源裝 置的初纟及部件，以及改進(jìn)一種具有這種初級(jí)部4牛的直線電動(dòng)4幾，它 們具有減小的有源的和無(wú)源的推力波動(dòng)，也就是"i兌減d 、的定位力。
該目的通過(guò)權(quán)利要求1的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求給出了有 利的改進(jìn)方案。
5該初級(jí)部件具有用于產(chǎn)生第一磁場(chǎng)的第一裝置以及用于產(chǎn)生第 二磁場(chǎng)的第二裝置，其中，第一裝置和第二裝置設(shè)置成能夠使得第 一》茲場(chǎng)與第二f茲場(chǎng)重疊。
才艮據(jù)本發(fā)明，初級(jí)部件在其一個(gè)和/或兩個(gè)端面上具有用于減小 推力波動(dòng)的導(dǎo)磁元件。有利的是，在初級(jí)部件的兩個(gè)端面上都設(shè)置 了導(dǎo)磁元件。該導(dǎo)磁元件設(shè)計(jì)為具有用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置，其中該 裝置與初級(jí)部件的用于產(chǎn)生i茲場(chǎng)的第 一或第二裝置相對(duì)應(yīng)。
通過(guò)安裝導(dǎo)^茲元件可以減小有源的以及特別是無(wú)源的推力波 動(dòng)，也就是i兌減小定位力。在初級(jí)部件的支撐繞組的端齒中的感應(yīng) 電壓^皮提高，其中在這里的目的是實(shí)現(xiàn)初級(jí)部件的繞組的盡可能統(tǒng)
一的電動(dòng)勢(shì)(EMK)。
有利的是，用于產(chǎn)生第 一磁場(chǎng)的第 一裝置設(shè)計(jì)為單相的或者多 相的繞組。特別;也，初級(jí)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(chǎng)的第二裝置設(shè)計(jì)為永磁材料， 特別是設(shè)計(jì)為 一體的或者多部分構(gòu)成的永,茲體。
在本發(fā)明的一個(gè)有利的i殳計(jì)方案中，初級(jí)部件可以借助于可預(yù) 設(shè)數(shù)量的齒模塊來(lái)形成，其中每個(gè)齒模塊都具有至少 一個(gè)永磁體以 及一個(gè)齒繞線圏。借助于單個(gè)的齒模塊，可以根據(jù)所期望的結(jié)構(gòu)形 式和長(zhǎng)度模塊化地來(lái)裝配初級(jí)部件。所期望數(shù)量的齒模塊例如借助 于夾子相應(yīng)地組合在一起。每個(gè)齒模塊特別通過(guò)電工鋼片形成為用 于減小初級(jí)部件中渦電流的疊片組。
位于初級(jí)部件的端面上的、用于減小4,力波動(dòng)的導(dǎo),茲元件設(shè)計(jì) 為端齒模塊并且具有至少一個(gè)永磁體。因此該端齒模塊在其結(jié)構(gòu)形 式上與初級(jí)部件的其余的齒才莫塊相對(duì)應(yīng)。它們的區(qū)別^f又在于，端齒 模塊并不承載繞組，也就是說(shuō)其不具有齒繞線圈。本發(fā)明的目的通過(guò)位于初級(jí)部件的兩個(gè)末端上的兩個(gè)附加的齒 模塊、端齒模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些端齒模塊具有與初級(jí)部件的承載繞組 或者說(shuō)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(jí)部件區(qū)域的延續(xù)部分i殳置在兩個(gè)末端上。
在端齒才莫塊中的永》茲材料或者說(shuō)永;茲體的幾何形狀和/或^茲化 強(qiáng)度尤其對(duì)于定位力的4卜償來(lái)說(shuō)是決定性的。
在用于補(bǔ)償4,力波動(dòng)的第一個(gè)變體中，初級(jí)部件的永^茲體具有 可預(yù)設(shè)的磁化強(qiáng)度或者說(shuō)磁場(chǎng)強(qiáng)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(qiáng)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(shuō)，端齒模塊中的永磁體設(shè)計(jì)得較 小，或者說(shuō)在端齒模塊中設(shè)置了較少的永磁材料。例如，相對(duì)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(gè)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(dòng)才幾的軌3巨。
在用于補(bǔ)償4,力波動(dòng)的第二個(gè)變體中，初級(jí)部件的永,茲體具有 可預(yù)設(shè)的磁化強(qiáng)度，其中，齒模塊的永磁體相對(duì)于在端齒模塊中的 永磁體具有較高的磁化強(qiáng)度。這就是說(shuō)，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(shuō)相同的體積，然而它們的磁化強(qiáng) 度不同，也就是說(shuō)，相對(duì)于齒模塊，在端齒模塊中設(shè)置了不同的磁 性材料。已知應(yīng)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(qiáng)度， 這例如通過(guò)》茲性參H如剩余》茲感應(yīng)或者矯頑/磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)表4正。例
如，與沒(méi)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(yīng)得出減少了 4到5個(gè)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(dòng)機(jī)，其具有在初級(jí)部件中 的永萬(wàn)茲體勵(lì)》茲以及無(wú)源的、例如成齒狀4失結(jié)構(gòu)的次級(jí)部件。如在所有直線電動(dòng)才幾或者"i兌直線電才幾中那4羊，在兩個(gè)初級(jí)部件的末端上的 電磁的不連續(xù)性產(chǎn)生了干擾電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的定位力。
才艮據(jù)本發(fā)明的直線電動(dòng)才幾具有才艮據(jù)本發(fā)明的初級(jí)部件以及次級(jí) 部件，后者不具有用于產(chǎn)生;茲場(chǎng)的裝置。有利的是次級(jí)部件設(shè)計(jì)為 具有多個(gè)齒和槽的齒狀4失反應(yīng)部件。有利地，次級(jí)部件由鋼片制成， 也就是說(shuō)通過(guò)多個(gè)單個(gè)的電工鋼片來(lái)形成，從而避免渦電流損失。 然而，可替換地，次級(jí)部件也可以設(shè)計(jì)為大的、齒狀的鐵反應(yīng)軌。 直線電動(dòng)才幾尤其i殳計(jì)為同步直線電動(dòng)才幾。
電片幾的這種構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)在于，電才幾的次級(jí)部件不具有用于產(chǎn)生 》茲場(chǎng)的有源裝置。次級(jí)部件^f又具有用于對(duì)^磁場(chǎng)進(jìn)^f亍導(dǎo)向的裝置，并 且因此可以簡(jiǎn)單且價(jià)廉地制造。
借助于相對(duì)于其余的齒模塊具有修改的永磁材料的端齒模塊來(lái) 減小定位力，產(chǎn)生多個(gè)優(yōu)點(diǎn)
-改善了電機(jī)、特別是直線電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的特性，例如，更 好的同步性、更高的標(biāo)稱功率、更高的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，以及沒(méi)有由于定 位力造成的停止的電動(dòng)才幾的"幽靈運(yùn)動(dòng)"(Geisterbewegung );
-改善了在傳動(dòng)系統(tǒng)中的特性(例如西門(mén)子Sinamics傳動(dòng)系 統(tǒng))，例如，通過(guò)直線電動(dòng)^/L的減小的電,茲不對(duì)稱性(末端效應(yīng))獲 得更準(zhǔn)確的才及4立置識(shí)另iJ ( Pollageidentifikation )。


在下面的說(shuō)明中，參考附圖借助實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的其它特征和 細(xì)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步描述。同時(shí)，在單獨(dú)的變體中描述的特征和內(nèi)在聯(lián) 系基本上可凈皮應(yīng)用于所有的實(shí)施例。附圖示出了圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的直線電動(dòng)機(jī)； 圖2是在第一個(gè)設(shè)計(jì)方案中的根據(jù)本發(fā)明的直線電動(dòng)機(jī)； 圖3是在第二個(gè)設(shè)計(jì)方案中的根據(jù)本發(fā)明的直線電動(dòng)機(jī)； 圖4是在第三個(gè)設(shè)計(jì)方案中的根據(jù)本發(fā)明的直線電動(dòng)機(jī)； 圖5是在不同的直線電動(dòng)才幾中定位力曲線的圖示。
具體實(shí)施例方式
圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不包含用于減小推力波動(dòng)的導(dǎo)磁元件 的直線電動(dòng)4幾1。該直線電動(dòng)才幾1具有初級(jí)部件2和次級(jí)部件3。該 初纟及部^牛2通過(guò)齒才莫塊4形成。#4居圖1，該初級(jí)部件2由六個(gè)齒 模塊4形成，其中每個(gè)齒模塊4借助于鐵制疊片組5來(lái)實(shí)現(xiàn)。
每個(gè)齒模塊4都具有一個(gè)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(jí)部件2的朝向 氣隙S的面上設(shè)置在齒模塊4上。永磁體6例如具有剩余磁感應(yīng)BR =1.2T。
此外，每個(gè)齒模塊4具有齒繞線圏7,其中六個(gè)齒繞線圈7形 成了初級(jí)部件2的繞組。該繞組i殳計(jì)為具有u， v, w三相，從而對(duì) 應(yīng)于每個(gè)相位 u， v， w設(shè)計(jì)有兩個(gè)齒繞線圈7。 齒繞線圈7位于初 級(jí)部4牛2的才曹9中。
圖2示出在^4居本發(fā)明的第 一個(gè)設(shè)計(jì)方案中的直線電動(dòng)才幾10。 除了六個(gè)齒模塊4外，初級(jí)部件2還具有兩個(gè)附加的端齒模塊11, 其中分別在初級(jí)部件2的端面上i殳置有一個(gè)端齒才莫塊11。每個(gè)端齒模塊11具有相對(duì)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(yīng)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(shuō)它^皮設(shè)計(jì)得較小，以最優(yōu)化地減小定 位力。例如，對(duì)一個(gè)具體的直線電動(dòng)機(jī)布置來(lái)說(shuō)，通過(guò)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(dòng)機(jī)齒槽定位力(例如，減小5個(gè)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(duì)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(gè)設(shè)計(jì)方案中的直線電動(dòng)機(jī)IO。 該直線電動(dòng)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(duì)應(yīng)。 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(shuō)它設(shè)計(jì)得較小。
然而，相對(duì)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(shè)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(shuō)遠(yuǎn)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(duì)于ho來(lái)說(shuō)特別適 用的是0<h?！?05，由此可以達(dá)到4,力波動(dòng)補(bǔ)償效應(yīng)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(yīng)用 于不同結(jié)構(gòu)尺寸的直線電動(dòng)才幾或者也能夠應(yīng)用于不同4九3巨的直線電
動(dòng)才幾，并且能夠通過(guò)分別調(diào)整高度ho來(lái)相應(yīng)地調(diào)整推力波動(dòng)補(bǔ)償效應(yīng)。圖4示出在根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)設(shè)計(jì)方案中的直線電動(dòng)機(jī)10。 除了六個(gè)齒才莫塊4外，初級(jí)部件2還具有兩個(gè)附加的端齒才莫塊11， 其中分別在初級(jí)部件2的端面上i殳置有端齒才莫塊11。
每個(gè)端齒才莫塊11具有相對(duì)于永萬(wàn)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(qiáng)度。例如永》茲體6具有剩余》茲感應(yīng)BR = 1.2T,與 之相對(duì)，永》茲體13具有剩余,茲感應(yīng)BR = 0.3T。與才艮據(jù)圖1的、不 包含端齒模塊的電機(jī)1的定位力相比， 一個(gè)這樣的減小至約25 %的 剩余》茲感應(yīng)B^吏直線電動(dòng)才幾20獲得了減小了 4-5個(gè)系凄t的定位 力。
圖5示出了不同的直線電動(dòng)機(jī)的定位力曲線。標(biāo)號(hào)14示出了根 據(jù)圖1的電動(dòng)機(jī)l，也就是說(shuō)不包含用于減小推力波動(dòng)的導(dǎo)磁元件 的電動(dòng)才幾的定位力的4展幅。與此相對(duì)地，標(biāo)號(hào)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(dāng)設(shè)置了用于減小定位力的相應(yīng)的元件時(shí)，只產(chǎn)生4艮小的 定位力。
權(quán)利要求
1.直線電動(dòng)機(jī)(1，10，20)的一種初級(jí)部件(2)，其中，所述初級(jí)部件(2)具有-用于產(chǎn)生第一磁場(chǎng)的第一裝置，-用于產(chǎn)生第二磁場(chǎng)的第二裝置，-其中，所述第一裝置和所述第二裝置設(shè)置成能夠使得所述第一磁場(chǎng)與所述第二磁場(chǎng)重疊，其特征在于，在所述初級(jí)部件(2)的一個(gè)或兩個(gè)端面上設(shè)置有一個(gè)用于減小推力波動(dòng)的導(dǎo)磁元件，其中，用于減小推力波動(dòng)的所述導(dǎo)磁元件設(shè)計(jì)為端齒模塊(11)并且具有至少一個(gè)永磁體(12，13)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的初級(jí)部件(2),其特征在于，用于產(chǎn)生 所述第 一磁場(chǎng)的所述第 一裝置設(shè)計(jì)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(jí)部件(2 ),其特征在于，用于 產(chǎn)生所述第二^P茲場(chǎng)的所述第二裝置設(shè)計(jì)為永z磁材料。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的初級(jí)部件(2 )，其特征在于， 用于減小推力波動(dòng)的所述導(dǎo)石茲元件具有用于產(chǎn)生場(chǎng)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(xiàng)所述的初級(jí)部件(2 )，其特征在于， 所述初級(jí)部件(2)可以借助于可預(yù)設(shè)數(shù)量的齒才莫塊(4)來(lái)形 成，其中，每個(gè)齒模塊(4)都具有至少一個(gè)永;茲體(6)和一 個(gè)齒繞線圈(7)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的初級(jí)部件(2)，其特征在于，所述初級(jí) 部件(2)的所述永磁體(6, 12)具有可預(yù)定的^茲化強(qiáng)度，特 別是具有剩余磁感應(yīng)，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(qiáng)度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的初級(jí)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(jí)部件(2)，其特征在于，所述初級(jí) 部件(2)的所述永f茲體(6, 13)具有可預(yù)定的^茲化強(qiáng)度，特 別是具有剩余i茲感應(yīng)，其中，相對(duì)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(qiáng)度。
9. 一種直線電動(dòng)機(jī)(10, 20)，具有根據(jù)權(quán)利要求1至8中的一 項(xiàng)或多項(xiàng)設(shè)計(jì)的初級(jí)部件(2)以及具有次級(jí)部件(3)，所述 次級(jí)部件不具有用于產(chǎn)生》茲場(chǎng)的裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的直線電動(dòng)機(jī)(10, 20),其特征在于， 所述次級(jí)部件(3)具有齒狀的鐵結(jié)構(gòu)，所述鐵結(jié)構(gòu)具有多個(gè) 齒和槽。
11. 才艮據(jù)權(quán)利要求9或11所述的直線電動(dòng)才幾(10， 20),其特征在 于，所述電機(jī)(IO, 20)設(shè)計(jì)為同步直線電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及直線電動(dòng)機(jī)(1，10，20)的一種初級(jí)部件(2)，其中初級(jí)部件(2)具有用于產(chǎn)生第一磁場(chǎng)的第一裝置；用于產(chǎn)生第二磁場(chǎng)的第二裝置，其中，第一裝置和第二裝置設(shè)置成能夠使得第一磁場(chǎng)與第二磁場(chǎng)重疊，其中，在初級(jí)部件(2)的一個(gè)和/或兩個(gè)端面上設(shè)置了用于減小推力波動(dòng)的導(dǎo)磁元件。
文檔編號(hào)H02K1/27GK101515731SQ200910009530
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)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(qǐng)人:西門(mén)子公司