专利名称：初级部件和具有推力波动补偿的直线电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及直线电机的 一种初级部件，其中该初级部件具有用 于产生第一磁场的第一装置和用于产生第二》兹场的第二装置，其中 第 一装置和第二装置这样来布置，即能够使得第一^兹场与第二/F兹场 相叠力口。此夕卜，本发明还涉及一种具有这种初级部件的直线电才几。
背景技术：
直线电才几具有初级部件和次级部件，其中初级部件和次级部件
相互面对地;故置，并通过气隙相互间隔开。该初级部件预-没为用于 电沪u^贵电。
存在着这冲羊的可能性，即初级部件和次级部件都具有用于产生 》兹场的有源的装置。在这种情况中，例如初级部件具有可々赍电的绕 组，和次级部件具有永磁体。
此外还存在着这样的可能性，即初级部件具有多个用于产生^兹 场的有源的装置，并且次级部件不具有这样的装置。
由DE 10 2004 045 992 Al已知了一种电才几，其中初级部件具有 该电才几的所有》兹源。例如，该初级部4牛具有一个可々贵电的绕组以及 永》兹体，然而次级部件^U又例如i殳计为齿状的4失反应4九。与旋转工作的电机不同的是，直线电机自然地具有端侧区域， 电才几的电》兹部分终止在该区i或中。如果直线电动^几例如以短定子结
构形式来i殳计，也就是i兌，该初级部件相对于4交长的次级部件i殳计 为4交短的部件，对于初级部件来"^兌则产生两个端侧区域，这两个端 侧区域位于次级部件的影响区域中。初级部件的端侧与次级部件这 样来相互作用，即这对于有源的推力波动和无源的推力波动，也称 为定位力，产生了决定性的影响。
寄生的定位力称为无源的推力波动，其由于初级部件和次级部 件之间的磁性的相互作用而出现。后果就是振动、不平静的运转以 及在加工过程中的随动i吴差(Schleppfehler )。
此外，由于缺少磁轭，故一般来说与在中间的线圈中相比，感 应电压，也就是说电动势(EMK)在初级部件的端面上的起始线圏 和末端线圈中较少呈现。这造成了电4几不具有对称的感应电压， 并且除了力损失之外，出现了附加的、依赖于电流的推力波动，这 种推力波动称为有源的推力波动。
例如由DE 10 2005 004380 Al已知了 一种具有4,力波动补偿的 直线电动才几。为了实现上述的推力波动补偿，在此建i义，在该直线
动补偿齿，其中该推力波动补偿齿通过一个附加的气隙与正常的气 隙间隔开并且与其相邻的齿之间具有一个间隔，该间隔与其余的齿 彼此之间的间隔是不同的。
发明内容
本发明的目的在于，改进一种具有多个用于产生》兹场的有源装 置的初级部件，以及改进一种具有这种初级部件的直线电机，它们 具有减小的有源的和无源的推力波动，也就是说定位力(Rastkraft )。该目的通过权利要求1的特征来实现。从属权利要求给出了有 利的改进方案。
该初级部件具有用于产生第一^l场的第一装置，和用于产生第 二磁场的第二装置，其中第 一装置和第二装置布置成能够使得第一 磁场与第二磁场相叠加。初级部件设置为与次级部件一起布置，其 中初级部^牛和次级部4牛通过第一气隙相互间隔开。
根据本发明，初级部件在其一个和/或两个端面上具有用于减小
推力波动的导》兹通(flussfuehrende)元件。特别地，在初级部件的 两个端面的每个端面上都布置了用于减小推力波动的导磁通元件。
该导》兹通元件设计为具有用于产生f兹场的装置，其中该装置与 初级部件的用于产生J兹场的第一或第二装置相对应。
通过布置导磁通元件可以减小有源的和特别是无源的推力波 动，也就是说定位力。提高在初级部件的支撑绕组的端侧齿中的感 应电压，其中在这里的目的是实现初级部件的绕组的尽可能均一的 电动势(EMK)。
有利的是，用于产生第一磁场的第一装置设计为单相的或者多 相的绕组。特别地，初级部件具有齿绕线圏形式的三相绕组用于连 接至三相电网。用于产生第二磁场的第二装置设计为永磁体材料， 特别是设计为一体的或者多部分构成的永f兹体。
在本发明的有利的i殳计方案中，初级部件可以借助于可预定的 数量的齿轮模块来形成，其中每个齿轮模块具有至少 一个永》兹体以 及一个齿绕线圈。借助于单个的齿轮模块，可以根据所期望的结构 形式和长度，模块化地来装配初级部件。所期望数量的齿轮模块例如借助于夹子相应地连接在一起。在初级部件中，每个齿轮模块特 别^f昔助于作为用于减小涡流的才反叠的电工钢片来i殳计。
位于初级部件的端面上的、用于减小推力波动的导》兹通元件设 计为端侧齿轮模块并且具有至少 一个永,兹体。该端侧齿轮模块在其 结构形式上基本上与初级部件的其余的齿4仑才莫块相对应。它们的区
别在于端侧齿轮模块不支撑绕组，也就是说其不具有齿绕线圈。
本发明通过位于初级部件的两个末端上的两个附加的齿4仑才莫 块，即端侧齿轮模块来实现该目的。这些端侧齿轮模块作为有源的 初级部件区域的延续部分而设置在两个末端上。
在本发明的第一个i殳计方案中，导,兹通元件除了第一气隙之外 还通过第二个气隙与次级部件间隔开。因此与在初级部件和次级部 件之间相比，在次级部件和导;兹通元件之间存在4交大的气隙，也就
是i兌间隔。
因为与在其余的初级部件和次级部^牛之间相比，在次级部件和 导磁通元件之间存在较大的气隙，也就是说间隔，由此端侧齿轮模 块的永磁体相应地设计成不同的，特别是其具有较小的体积。
初级部件的齿4仑才莫块相互间具有第 一齿距。在另 一 个用于补偿 推力波动的设计方案中，端侧齿轮模块通过可预定的第二齿距与齿 轮模块间隔开，其中第二齿距不等于第一齿距。然而优选地，第二 齿距设计为大于第一齿距。这就是说，即初级部件具有两个不同的 齿距。与其余的齿轮模块相互间的间隔相比，端侧齿轮模块与其相 邻的齿轮才莫块之间具有另 一个间隔。另 一 个用于补偿特别是定位力的可能性是端侧齿轮模块的几 何形状，该几何形状与其余的齿轮模块的几何形状有区别。特别是 端侧齿4仑才莫块的朝向于气隙的面和/或角以可预定的半径倒圆。
为了有效地减小推力波动(Kraftwelligkeit )，特别是定位力， 根据本发明给出了下述的可替换的方式，其中每个可替换的方式可 以单独实现，或者这些可替换的方式相互间的任意组合也可以实 现
_在初级部件和次级部件之间，导磁通元件除了标准的气隙S！之外
还具有附加的气隙52。有利;也，该气隙52这才羊来选择，即适用于
-相对于初级部件的齿距Tp导》兹通元件具有改变的齿距T2。有利 地，对于改变的齿距12来说适用的是0.6t《T2^2t!。
-导》兹通元件_没计为在其几<可形状有〗务改。
通过对上述参凄t的最优化的调整，可大大减小定位力，可实现
减小了大约2到3系数。
本发明特别地涉及多相的直线电动机，该电动才几具有在初级部 件中的永磁体励磁以及无源的、例如是齿状的铁结构的次级部件。 l象在所有直线电动才几或者i兌直线电才几中那才羊，通过电,兹的不连续
根据本发明的直线电机具有根据本发明的初级部件，以及具有 次级部件，后者不具有用于产生磁场的装置。有利的是次级部件设 计为具有多个齿和槽的齿状的铁反应部件。有利地，次级部件被制
成钢片，也就是iX/借助于多个单个的电工钢片来i殳计，乂人而避免涡 流损失。然而，可选择地，次级部件也可以设计为大的、齿状的4失
反应轨。直线电机特别地设计为同步直线电动机。电才几的这种构造的优点在于电才几的次级部件不具有用于产生 》兹场的有源装置。次级部件^又具有用于,兹场的导向的装置，并且因 此可以简单且价廉地制造。
借助于导》兹通元件来减小定位力，产生多个优点 -改善了电机，特别是直线电动机在运行中的特性，例如更好的同
步性、更高的标称力(Ne皿kraft)、更高的驱动动力，及没有由于
定^f立力而产生的4亭止的电动才几的"幽灵运动"(Geisterbewegung ); -改善了在传动系统中的特性(例如西门子Sinamics传动系统)，
例如，通过直线电动机的减小的电f兹不对称性(端侧效应)得到更
准确的招J立置i口、别。
在下面的描述中，联系附图根据实施例对本发明的其它特征和 细节进行详细说明。此外，在单独的变化方案中所描述的特征和内 在联系基本上可被应用于所有的实施例。图中示出
图1是根据现有技术的直线电机；
图2是在第一个设计方案中的根据本发明的直线电机；
图3是在第二个设计方案中的根据本发明的直线电机；
图4是在不同的直线电机中定位力变化的图示。
具体实施例方式
图1示出根据现有技术的不包含用于减小推力波动的导磁通元 件的直线电4几1。该直线电4几1具有初级部件2和次级部件3。该 初级部件2借助于齿轮才莫块4构造而成。根据图1，该初级部件由六个齿轮模块4构造而成，其中每个齿轮模块4借助于铁制板叠5实现。
初《及部件2和次级部4牛3通过第一气隙Si相互间隔开。
每个齿轮模块4具有永磁体6,后者集成在齿轮模块4中。然 而该永磁体6也可能例如是在齿轮模块4外部，靠近齿轮模块4而 i殳置在初纟及部^f牛2的朝向气隙&的侧面上。
此外，每个齿轮模块4具有齿绕线圈7，其中六个齿绕线圈7 构成初级部件2的绕组。该绕组，没计为具有相位u, v， w的三相绕 组，从而对应于每个相位u， v, w设计有两个齿绕线圈7。齿绕线 圏7位于初级部件2的槽9中。
图2示出在第一个冲艮据本发明的i殳计方案中的直线电积i 10。初 级部件2除了六个齿4仑才莫块4之外还具有附加的两个端侧齿4仑才莫块 11，其中在初级部件2的每一个端面上设置有端侧齿轮模块11。
每个端侧齿轮冲莫块11除了第一气隙^之外还通过第二气隙52 与次级部件3间隔开，/人而佳_得在次级部件3和端侧齿轮"漠块11 之间存在有气隙5!+52,该气隙与在其余的初级部件2和次级部件3 之间的气隙相比是扩大的。
基于在端侧齿4仑才莫块11和次级部件3之间的较大的气隙5!+S2， 端侧齿轮冲莫块11的永/磁体12相应地设计为4交小的，也就是i兌较短 的。端侧齿轮模块11不具有齿绕线圏。另外，齿轮模块4和端侧 齿轮模块11基本上设计为结构相同。
端侧齿轮模块11与齿轮模块4之间具有另一个齿距t2，该齿 距优选地与齿4仑才莫块4相互间的齿3巨相比是扩大的。第 一齿距n是初级部件2的标准的齿距，然而端侧齿轮—莫块11与其相邻的齿寿仑 才莫块4之间具有另 一个间隔T2。
图3示出在第二个才艮据本发明的i殳计方案中的直线电冲几20。初 级部件2除了六个齿轮模块4之外还具有附加的两个端侧齿轮模块 11,其中分别在初级部件2的端面上i殳置有端侧齿轮^莫块11。
直线电机20基本上与根据图2的实施例相符，然而每个端侧 齿轮模块11具有稍微修改了的几何形状。特别是端侧齿轮模块11 具有倒圓过的角13。
图4示出不同电机的定位力变化的图示。利用标号14示出根 据图l的电机l的，也就是说不包含用于减小推力波动的导磁通元 件的电机的定位力的振幅。与此相对地，利用标号15示出根据图2 的具有端侧齿轮模块11的电机10的定位力的振幅。在图4中可以 明显看出，即当布置了用于减小定位力的相应的元件时，则<又<又出 现4艮小的定位力。
权利要求
1.直线电机(1，10，20)的一种初级部件(2)，其中-所述初级部件(2)具有用于产生第一磁场的第一装置，-所述初级部件(2)具有用于产生第二磁场的第二装置，-所述第一装置和所述第二装置布置成能够使得所述第一磁场与所述第二磁场相叠加，-所述初级部件(2)设置为与次级部件(3)一起布置，其中所述初级部件(2)和所述次级部件(3)通过一个第一气隙(δ1)相互间隔开，以及用于产生第二磁场的所述第二装置设计为永磁体材料，其特征在于，-在所述初级部件(2)的一个和/或两个端面上设置有导磁通元件以用于减小推力波动，和-用于减小推力波动的所述导磁通元件具有用于产生磁场的所述第二装置。
2. 根据权利要求1所述的初级部件(2)，其特征在于， 用于产生第一磁场的所述第一装置设计为单相的或多相的绕组。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的初级部件(2 )，其特征在于， 所述初级部件(2)可以借助于可预定的数量的齿轮模块(4) 来形成，其中每个齿轮模块(4)具有至少一个永磁体(6)和 至少一个齿绕线圏(7)。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的初级部件(2 ),其特征在于， 用于减小推力波动的所述导磁通元件设计为端侧齿轮模块(11 )，并具有至少一个7Jc》兹体(12， 13 )。
5. 4艮据前述片又利要求中任一项所述的初级部件(2 ),其特征在于， 用于减小推力波动的所述导,兹通元件除了所述第一气隙(5!) 之外还通过第二气隙(S2)与所述次级部件(3)间隔开。
6. 4艮据4又利要求3， 4或5所述的初级部件(2)，其特征在于， 所述齿轮才莫块(4)相互间具有第一齿距(tJ，其中所述端侧 齿轮模块(11 )通过可预定的第二齿距(t2)与所述齿轮模块(4)间隔开，其中t^t2，特别是t!〈t2。
7. 根据权利要求3至6中任一项所述的初级部件(2 ),其特征在 于，与所述齿轮模块(4)相比，所述端侧齿轮才莫块(11)具 有不同的几《可形状。
8. 根据权利要求7所述的初级部件(2),其特征在于，所述端侧 齿轮模块(11)的朝向于所述气隙(Si, S2)的面和/或角以可 预定的半径倒圓。
9. 一种直线电才几(IO, 20),具有初级部件(2)，所述初级部 件才艮据4又利要求1至8中任一项或任几项形成；以及次级部件(3),所述次级部件不具有用于产生^f兹场的装置。
10. 根据权利要求9所述的直线电机(10， 20)，其特征在于，所 述次级部件(3)具有带有多个齿和槽的齿状的铁结构。
11. 根据权利要求9或IO所述的直线电机(10, 20),其特征在于， 所述电机(IO, 20)设计为同步直线电动机。
全文摘要
本发明涉及直线电机(1，10，20)的一种初级部件(2)，其中，初级部件(2)具有用于产生第一磁场的第一装置，初级部件(2)具有用于产生第二磁场的第二装置，第一装置和第二装置布置成能够使得第一磁场与第二磁场相叠加，初级部件(2)设置为与次级部件(3)一起布置，其中初级部件(2)和次级部件(3)通过一个第一气隙(δ<sub>1</sub>)相互间隔开，在初级部件(2)的一个和/或两个端面上设置有导磁通元件以用于减小推力波动。此外，本发明涉及一种具有这种初级部件的直线电机。
文档编号H02K1/27GK101515730SQ200910009529
公开日2009年8月26日 申请日期2009年2月17日 优先权日2008年2月18日
发明者克里斯蒂安·福尔默特, 格哈德·马奇埃科, 泽利科·贾杰蒂克 申请人:西门子公司