带有电磁能量传输的驱动系统技术方案

本发明专利技术涉及带有电磁能量传输的驱动系统(1)。所述系统(1)包括：包括多个定子(4)的轨道(3)，每个定子(4)具有至少一个绕组，所述绕组适于在被馈送变化的电流时产生具有基波(8)和至少一个另外的谐波(9)的磁场，和包括主磁性元件(5)的可移动元件(2)，所述主磁性元件(5)适于接收所述基波(8)以沿所述轨道驱动所述可移动元件(2)。所述系统(1)的特征在于，所述可移动元件(2)进一步包括次磁性元件(6a‑6c)，所述次磁性元件(6a‑6c)适于接收所述至少一个另外的谐波(9)以产生在所述可移动元件(2)上的功率。本发明专利技术还涉及一种线性分数槽同步电机和一种旋转同步电机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有电磁能量传输的驱动系统
本专利技术涉及一种带有电磁能量传输的驱动系统。本专利技术还涉及线性分数槽同步电机和旋转同步电机。其目的是在伺服无刷电机的可移动元件上进行能量采集，以根据应用在移动元件上产生用于不同用途的电功率。
技术介绍
在食品包装工业中，包装是在大型机器中制造和填充食品，该大型机器将包装材料转变成或者在包装形成期间或者在包装形成之后填充食物内容物的包装。在这些包装机中，包装和用于处理包装或包装材料的设备需要传送。WO2015/101492公开了一种用于关于将塑料物品模制到基于纸板的包装材料上以在包装材料被输送的同时形成包装的问题的解决方案。通过线性同步电动机沿着环形轨道拉动多个模制站，使得模制站在移动的包装材料片上对准。在一段时间内，移动的模制站与包装材料的区域对准，以在所述区域上模制物品。该解决方案的优点是，可以在包装机中不停止包装材料的供给的情况下对包装材料进行操作。另外，可以实现每个模制站与包装材料的相应区域的精确对准。在WO2015/101492中，模制站通过机械方式由凸轮操作。然而，在其他情况下，要在包装上执行的操作需要电功率。这种向运动物体传输的电功率传输传统上是用刷式连接器完成的。然而，刷式连接器是一种易受磨损并导致维护需求的机械解决方案。WO2006/048441示出了一种解决方案，其中刷式连接器已经被感应能量传递系统所替代，以提供密封钳口，所述密封钳口在包装机器中利用功率沿着链条移动，以进行感应加热操作。WO93/02888公开了使用同步线性电动机对载体(vehicle)进行线性驱动的进一步增强的系统，其中电功率利用感应被传输到每个移动载体。该解决方案使用与同步线性电机所使用来移动载体的电磁机构相同的电磁机构以传输电力。在同步线性电动机中，在与位于载体上的激励器部分相对的长定子的各个部分中产生行波场。行波场与通过直流电源与励磁绕组中产生的场合作，使载体向前移动。提供给定子部分以产生行波场的交流电流在励磁绕组中实际上不产生电压。为了确保感应能量传输，将较高频率的交流电流叠加在可用于产生行波场的交流电流上。较高频率的交流电流在励磁绕组中感应出高频电压，该电压可被认为是包括定子绕组和励磁绕组的变压器的次级绕组。然而，这种用于将电功率无线传输到移动载体的解决方案由于需要非标准电源或者使用多个电源来实现用于使载体移动的交流电流而变得复杂和昂贵，其中高频交流电流被叠加以传输电力。基于以上所述，需要一种用于向在线性同步电动机中的载体传输电功率的更简单的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是改进现有技术的现状，以解决上述问题并提供带有电磁能量传输的改进的驱动系统。根据本专利技术的第一方面，通过具有电磁能量传递的驱动系统完全地或者至少部分地实现这些和其它目的。该系统包括包含多个定子的轨道，每个定子具有至少一个绕组，所述绕组适合于在被馈送有具有选择的波形的变化的电流时产生具有基波、次谐波和高次谐波的移动(平移或旋转)磁场。该系统还包括可移动元件，该可移动元件包括适于接收所述基波以便沿着所述轨道驱动所述可移动元件的主磁性元件。该系统的特征在于，所述可移动元件还包括适于接收另外的谐波(优选次谐波)以产生在所述可移动元件上的功率(poweronboardofsaidmovableelement)的次磁性元件。变化的电流优选根据周期性波形周期性地变化。波形可以是正弦曲线、正方形或三角形、或者适合通过定子驱动同步电机的任何其他形状。变化的电流优选是交流电流，即方向周期性变化的电流，其中波形以电位零为中心。交流电优选地具有正弦波形，因为这是用于驱动同步电机的常规波形。主磁性元件旨在通过被多个定子产生的磁场拉动，从而移动可移动元件。主磁性元件可以是永磁体或电磁体或磁路。为了减少可移动元件所需的能量，主磁性元件优选是永磁体。次磁性元件可以是磁路。特别是，次磁性元件是由铜导线等具有高导电率的导线构成的绕组。次磁性元件的目的是从另一谐波，优选第一次谐波的磁场感应绕组的导线中的电流。绕组进一步优选缠绕若干匝以形成线圈，以用于增加由另外的谐波的磁场感应的电流。在本专利技术中，用于在例如同步线性电机中电磁能量传输的系统被解决，其采用了电机设计固有的气隙磁通势的次谐波。众所周知，分数槽同步电机在包括次谐波分量和高次谐波的气隙磁通势分布中产生高谐波含量。同步电机的移动元件与磁通势的基波相联系，并且它们具有相同的平移速度。所有其他谐波相对于与移动元件同步移动的基波具有不同的频率，因此具有不同的速度和方向。利用本专利技术，利用寄生效应来获得从定子到移动元件的能量传递。通过这种方式，移动元件正在利用定子的次谐波，以获取能量，并产生其上的功率。注意，不管怎样，次谐波作为运动控制系统的固有特性而存在，作为分数槽电机拓扑的结果，其用于在(同步电动机的)可移动元件中产生运动。本专利技术利用所述次谐波，以便在(无刷电机的)可移动元件上产生其上的电功率，否则这些电功率将完全不用并被认为是损失。谐波幅值随着谐波阶数的增加而减小。为此，优选地，仅使用次谐波以获得显着的能量传输效果。主要优点是系统能够产生在可移动元件上的功率，而不需要增加额外的主磁性元件、电路或高频谐波电流注入。次电磁性元件或电路可嵌入可移动元件中。除了上面介绍的优点，解决方案完全是无线的。可移动元件可以例如是在用于制造产品或处理材料或物品的机器中使用的独立小车。如
技术介绍
部分所述，独立小车通常通过现有技术中公知的线性同步电机方案来操作。现有技术中用于驱动小车的定子被优化以主要用基波产生磁场，其作为线性同步电机来驱动小车或载体。定子的所有其他谐波有意地通过设计被最小化以减少能量消耗。然而，不可能完全避免除基波之外的其他谐波，这会导致能量损失。本专利技术利用了同步电机的缺陷，并且使用了现有技术中没有用于任何事物的谐波中的至少一个谐波，以将能量传输给独立小车/载体。由于频率在基波以下的第一次谐波通常具有最高幅值，所以优选使用次谐波。次磁性元件，优选为感应线圈，被设计为从磁场感应出电流，磁场的频率等于次谐波的频率。以这种方式，在用于独立小车的线性同步电机驱动定子中的先前不需要的效果被用于向独立小车进行无线能量传输，使得电气设备可以用在独立小车上。根据本专利技术的另一方面，次磁性元件的绕组的宽度被选择为基本上根据基波与另外的谐波之间的频率比换算(scale)为随后的主磁性元件之间的距离。例如，如果第一次谐波具有基波的频率的一半的频率，则次磁性元件的绕组的宽度是后续主磁性元件之间的距离的两倍。这将导致相对于可移动元件的速度的接近次谐波的最佳同步，同时次级磁性元件的绕组可以被放置在主磁性元件之间的空间中。在本专利技术的一实施方式中，可移动元件包括由高磁导率材料(例如，铁)制成的可移动元件的一部分中的切口或槽。槽容纳次磁性元件，次磁性元件优选地是由诸如铜线之类的具有高导电率的材料线缠绕的线圈。槽是一种收集和集中次磁性元件绕组所产生的磁通量能量的方式，以提高次级谐波能量传输的效率。可移动元件还可以包括安装板，主磁性元件和次磁性元件安装在安装板上。用于容纳次磁性元件的槽在安装板中被制成切口。安装板优选由具有高磁导率的材料(如铁，优选纯铁)制成以获得高磁导率。安装板将用作次磁性元件的通量集中器，尤其是当次磁性元件容纳在本文档来自技高网...

【技术保护点】
带有电磁能量传输的驱动系统(1)，其包括：包括多个定子(4)的轨道(3)，每个定子(4)具有至少一个绕组，所述绕组适于在被馈送变化的电流时产生具有基波(8)和至少一个另外的谐波(9)的磁场，和包括主磁性元件(5)的可移动元件(2)，所述主磁性元件(5)适于接收所述基波(8)以沿所述轨道(3)驱动所述可移动元件(2)，其特征在于，所述可移动元件(2)进一步包括次磁性元件(6a‑6c)，所述次磁性元件(6a‑6c)适于接收所述至少一个另外的谐波(9)以产生在所述可移动元件(2)上的功率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.01 EP 15187836.01.带有电磁能量传输的驱动系统(1)，其包括：包括多个定子(4)的轨道(3)，每个定子(4)具有至少一个绕组，所述绕组适于在被馈送变化的电流时产生具有基波(8)和至少一个另外的谐波(9)的磁场，和包括主磁性元件(5)的可移动元件(2)，所述主磁性元件(5)适于接收所述基波(8)以沿所述轨道(3)驱动所述可移动元件(2)，其特征在于，所述可移动元件(2)进一步包括次磁性元件(6a-6c)，所述次磁性元件(6a-6c)适于接收所述至少一个另外的谐波(9)以产生在所述可移动元件(2)上的功率。2.根据权利要求1所述的驱动系统(1)，其中所述变化的电流是交流电流。3.根据权利要求1或2所述的驱动系统(1)，其中，所述至少一个另外的谐波(9)是次谐波。4.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统(1)，其中，所述主磁性元件(5)和/或所述次磁性元件(6a-6c)包括绕组。5.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统(1)，其中所述可移动元件(2)包括沿着所述可移动元件(2)交替布置的多个主磁性元件(5)和次磁性元件(6a-6c)。6.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统(1)，其中，所述次磁性元件(6a-6c)的所述绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：达维德·博尔吉，斯特凡诺·弗洛雷，克劳迪奥·比安基尼，马泰奥·达沃利，
申请(专利权)人：利乐拉瓦尔集团及财务有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH