-
Die
Erfindung betrifft eine elektrische Maschine bzw. ein Primärteil und/oder
ein Sekundärteil einer
elektrischen Maschine.
-
Die
elektrische Maschine weist ein Primärteil und ein Sekundärteil auf.
Das Primärteil
und das Sekundärteil
sind nach dem Stand der Technik zueinander derart positioniert,
dass sich zwischen dem Primärteil
und dem Sekundärteil
ein Luftspalt ausbildet. Die elektrische Maschine ist beispielsweise
ein Linearmotor, wobei das Primärteil
Wicklungen aufweist und das Sekundärteil Permanentmagnete aufweist. Zur
Ausbildung des Luftspaltes ist eine Führung des Primärteils und/oder
des Sekundärteils
notwendig. Mit Hilfe einer derartigen Führung, welche als Abstandshalterung
dient, ist das Primärteil
vom Sekundärteil
beabstandet. Dies ist bei rotatorischen elektrischen Maschinen beispielsweise
durch eine Lagerung des Rotors, welcher das Sekundärteil darstellt, möglich. An
die Führung
sind dabei sowohl bei rotatorischen elektrischen Maschine wie auch
bei Linearmotoren, welche auch elektrische Maschinen sind, hohe
Anforderungen bezüglich
der Fertigungstoleranzen gestellt, da der Luftspalt über den
gesamten Bereich der Bewegung des Sekundärteils zum Primärteil konstant
zu halten ist. Dies ist notwendig, damit die elektrische Maschine
unabhängig
von der Position des Sekundärteils
zum Primärteil
stets die gleichen Eigenschaften, insbesondere bezüglich der Entwicklung
einer elektromagnetischen Kraft EMK, aufweist. Die Gewährleistung
eines konstant großen Luftspaltes
ist aufwendig. Dies trifft insbesondere auf Linearmotoren zu, welche
auch lange Verfahrwege aufweisen können.
-
Da
der Luftspalt sehr klein ist, ist es nötig, dass Maßnahmen
getroffen werden, dass zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil also
in den Luftspalt keine störenden
Fremdkörper
ge langen. Ein Fremdkörper
ist insbesondere dann störend,
wenn dieser eine Größe aufweist,
welche in etwa der Größe des Luftspaltes
entspricht bzw. dessen Größe übertrifft.
Durch konstruktive Maßnahmen
wie z.B. durch Abdeckungen bzw. auch durch Kehreinrichtungen kann
erreicht werden, dass kein Fremdkörper in den Luftspalt gelangt.
Die Problematik von Fremdkörpern
im Luftspalt tritt insbesondere bei Linearmotoren auf, da bei diesen
der Luftspalt in einer exponierteren Stellung ist, wie vergleichsweise
bei einer rotatorischen elektrischen Maschine, welche einen Ständer und
einen Rotor aufweist.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es nun, die obig genannten Nachteile
zu überwinden, d.h.
entweder in einfacher Weise einen konstanten Abstand zwischen dem
Primärteil
und dem Sekundärteil
sicherzustellen und/oder auch eine Verschmutzung des Raumes zwischen
dem Primärteil und
dem Sekundärteil
also des Luftspaltes zu reduzieren.
-
Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt mittels einer elektrischen Maschine mit den
Merkmalen nach Anspruch 1 oder bei einer elektrischen Maschine mit den
Merkmalen nach Anspruch 3. Die Lösung
der Aufgabe gelingt weiterhin durch ein Primärteil nach Anspruch 9 und ein
Sekundärteil
nach Anspruch 11. Die Unteransprüche
2, 4 bis 8, 10 und 12 stellen erfinderische Weiterbildungen der
jeweiligen Vorrichtung dar.
-
Bei
einer elektrischen Maschine, welche ein Primärteil und ein Sekundärteil aufweist,
wobei das Primärteil
eine dem Sekundärteil
zugewandte Seite aufweist und das Sekundärteil eine dem Primärteil zugewandte
Seite aufweist, wobei diese Seiten zum Austritt und/oder Eintritt
magnetischer Felder vorgesehen sind, liegt das Primärteil zumindest
teilweise an dem Sekundärteils
in einem Kontaktbereich an. Der Kontaktbereich betrifft zumindest
eine der einander zugewandten Seiten des Primärteils und des Sekundärteils der
elektrischen Maschine, wobei zumindest eine dieser Seiten zum Austritt
und/oder Eintritt magnetischer Felder vorgesehen ist.
-
Die
zum Austritt und/oder Eintritt von magnetischen Feldern vorgesehenen
Seiten des Primärteils bzw.
des Sekundärteils
sind magnetisch aktive Seiten.
-
Eine
erfindungsgemäße elektrischen
Maschine ist also derart ausführbar,
dass das Primärteil zumindest
teilweise die magnetisch aktive Seite des Sekundärteils berührt, wobei das Sekundärteil beispielsweise
Permanentmagnete aufweist, welche immer magnetisch aktiv sind.
-
Die
elektrische Maschine ist derart ausbildbar, dass das Primärteil Wicklungen
aufweist und das Sekundärteil
Permanentmagnete aufweist. Sowohl durch die Wicklungen als auch
durch die Permanentmagnete sind magnetische Felder erzeugbar bzw.
erzeugt. Diese magnetischen Felder treten aus dem Primärteil und/oder
dem Sekundärteil
aus und/oder ein und schließen
sich jeweils über
das gegenüberliegende
Teil.
-
Bezüglich des
Primärteils
erfolgt die Berührung
zum Sekundärteil
z.B. zumindest teilweise in einem Bereich, welcher bestrombare Wicklungen
aufweist.
-
Durch
die Berührung
des Primärteils
und des Sekundärteils
in einem Kontaktbereich, welcher zum Eintritt bzw. Austritt magnetischer
Felder zur Gewinnung einer elektromagnetischen Kraft EMK vorgesehen
ist, ergibt sich eine einfache Möglichkeit
eine konstante Beanstandung zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil auszuführen.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Maschine weist
die dem Sekundärteil
zugewandte Seite des Primärteils
eine gleitfördernde Oberfläche auf.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Maschine,
weist die dem Primärteil zugewandte
Seite des Sekundärteils
eine gleitfördernde
Oberfläche
auf.
-
Die
gleitfördernden
Oberflächen
dienen zur Reduzierung der Reibung und zur Erhöhung des Wirkungsgrades der
elektrischen Maschine.
-
Die
Lösung
der Aufgabe gelingt weiterhin bei einer elektrischen Maschine, welche
ein Primärteil und
ein Sekundärteil
aufweist, wobei zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil ein
Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Luftspalt ganz oder teilweise durch
eine Gleitschicht ersetzt ist. Der Luftspalt ist der Bereich zwischen
dem Sekundärteil
und dem Primärteil
der elektrischen Maschine, welcher zur Ausbildung einer elektromagnetischen
Kraft EMK beiträgt.
Im Luftspalt verlaufen magnetische Felder, welche aus dem Sekundärteil bzw.
dem Primärteil
austreten und in das gegenüberliegende
andere Teil eintreten bzw. austreten. Die Gleitschicht hat vorteilhafter
Weise einen ähnlichen
Wert μR wie der Luftspalt. In einer Ausgestaltung
der Gleitschicht ist die Gleitschicht als eine Folie (Gleitfolie)
ausgeführt.
Dies hat den Vorteil, dass Folien bei Beschädigung in einfacher Weise durch
eine neue Folie ersetzt werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Gleitschicht eine Beschichtung
einer Seite. Ein mögliches Beschichtungsmaterial
ist beispielsweise Teflon. Die Gleitschicht sollte ein derartiges
Material aufweisen, welches eine gute Gleiteigenschaft aufweist
und insbesondere auch druckstabil und verschleißarm ist.
-
Bei
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine, ist die
gleitfördernde
Oberfläche
mit Hilfe einer Gleitschicht realisiert. Die Gleitschicht befindet
sich auf dem Primärteil
und/oder auf dem Sekundärteil.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Gleitschicht,
wie z.B. eine Gleitfolie, austauschbar, so dass die Gleitschicht
bei Verschmutzung oder bei einem Defekt leicht durch eine neue Gleitschicht
ausgewechselt werden kann.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Maschine
ist diese ein Linearmotor, wobei der Linearmotor insbesondere ein
erstes Primärteil
und ein zweites Primärteil
aufweist. Dem ersten Primärteil
und dem zweiten Primärteil
ist ein Sekundärteil
zugeordnet. Hieraus ergibt sich beispielsweise eine Anordnung eines
Doppelkammlinearmotors.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist diese
als Linearmotor ausgeführt, wobei
der Linearmotor zumindest drei Primärteile aufweist, welche einem
Sekundärteil
zugeordnet sind. Die Primärteile
sind in vorteilhafter Weise derart um das Sekundärteil gruppiert, dass sich
eine Eigenlagerung des Primärteils
zum Sekundärteil
ergibt. Die Eigenlagerung ergibt sich durch die Anziehung der Primärteile an
das Sekundärteil,
welches Permanentmagnete aufweist.
-
Mittels
einer gezielten Ausnutzung einer definiert einstellbaren einseitigen
magnetischen Anziehungskraft der Primärteile an das Sekundärteil, ist
ein Gleitverhalten des Primärteils
bzw. der Primärteile zum
Sekundärteil
in geeigneter Weise einstellbar. Die Einstellung erfolgt beispielsweise
durch die Auswahl unterschiedlicher Dicken der Gleitschicht. Ist
eine Gleitschicht zwischen einem ersten Primärteil und dem Sekundärteil dünner als
eine Gleitschicht zwischen einem zweiten Primärteil und dem Sekundärteil so
ist die magnetische Anziehungskraft zwischen dem ersten Primärteil und
dem Sekundärteil
größer als
zwischen dem zweiten Primärteil
und dem gleichen Sekundärteil.
Somit ergibt hieraus eine vorgegebene Positionierung der Primärteile zum
Sekundärteil,
da es unterschiedliche Anziehungskräfte gibt.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist
das Sekundärteil
dezentriert zwischen den Primärteilen
angeordnet. Die dezentrierte Anordnung der Primärteile zum Sekundärteil erfolgt
wie obig beschrieben beispielsweise durch unterschiedliche Dicken
der Gleitschichten. Die Gleitschichten sind dabei auf den Primärteilen
und/oder auf dem Sekundärteil
im Kontaktbereich zwischen Primärteil
und Sekundärteil
angebracht. Mittels der dezentrierten Anordnung ist eine Einstellung
und ein Einhalten von unsymmetrischen Abständen zwischen Primärteil und
einem Sekundärteil
erreichbar.
-
Je
geringer die Anziehungskraft zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil ist,
desto geringer ist die Beanspruchung der Gleitschicht. Eine Verringerung
der Beanspruchung der Gleitschicht ist auch dadurch möglich, dass
die Fläche
der Gleitschicht zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil möglichst
groß gewählt ist.
Vorteilhafter Weise werden als Gleitschicht Materialien verwendet,
welche kostengünstig
und langlebig sind. Ist eine Gleitschicht nicht für die gesamte
Lebensdauer der elektrischen Maschine ausgelegt, so ist darauf zu
achten, dass die Gleitschicht beispielsweise ein Gleitelement oder
eine Gleitfolie ist welche leicht austauschbar ist. Diese leichte
Austauschbarkeit ist insbesondere bei eigengelagerten Linearmotoren
von Vorteil, da diese sehr kompakt eingebaut sind.
-
Die
Eigenlagerung des Linearmotors ergibt sich aus den unterschiedlichen
magnetischen Anziehungskräften
zwischen den zumindest zwei Primärteilen
und dem einen Sekundärteil
des Linearmotors.
-
Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Vorrichtungen,
welche die elektrische Maschine oder das Primärteil bzw. das Sekundärteil betreffen, werden
anhand der beigefügten
Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 einen
Linearmotor mit einer Gleitschicht auf einem Primärteil,
-
2 einen
Linearmotor mit einer Gleitschicht auf einem Sekundärteil,
-
3 einen
Linearmotor mit Gleitschichten sowohl auf dem Primärteil als
auch auf dem Sekundärteil,
-
4 einen
Linearmotor mit Kufen,
-
5 ein
Primärteil
eines Linearmotors,
-
6 einen
weiteren Ausgestaltung eines Linearmotors,
-
7 einen
Feldverlauf zwischen Primärteil und
Sekundärteil,
-
8 einen
eigengelagerten Linearmotor mit vier Primärteilen,
-
9 eine
perspektivische Darstellung des Linearmotors nach 8,
-
10 einen
Linearmotor mit zwei Primärteilen
und
-
11 den
Linearmotor nach 10 in perspektivischer Darstellung.
-
Die
Darstellung gemäß 1 zeigt
einen Linearmotor 1. Der Linearmotor 1 ist eine
elektrische Maschine 1. Der Linearmotor 1 weist
ein Primärteil 21 und
ein Sekundärteil 10 auf.
Das Sekundärteil 10 weist
verschiedene Sekundärteilelemente 15, 16, 17 auf.
Zumindest der Sekundärteilelemente 15, 16, 17 ist
eine Laufbahn für
das Primärteil 21 vorgegeben. Das
Primärteil 21 weist
eine den Sekundärteil
zugewandte Seite 82 und eine dem Sekundärteil abgewandte Seite 84 auf.
Das Sekundärteil
seinerseits weist eine dem Primärteil
zugewandte Seite 83 und eine dem Primärteil 21 abgewandte
Seite 85 auf. Das Primärteil 21 weist
eine Gleitschicht 25 auf. Die Gleitschicht 25 ist
beispielsweise eine Gleitfolie. Die Gleitschicht 25 ist
derart zwischen dem Primärteil 21 und dem
Sekundärteil 10 angeordnet,
dass durch die Gleitschicht 25 zumindest teilweise oder
auch ganz der Luftspalt der nach dem Stand der Technik zwischen
dem Primärteil
und dem Sekundärteil
ausgebildet ist, durch die Gleitschicht 25 ersetzt ist.
Mittels der Gleitschicht 25 ist ein Gleitbereich 88 ausgebildet.
Der Gleitbereich erstreckt sich ebenso wie die Gleitschicht 25 nicht
nur in einer Längsrichtung
(Bewegungsrich tung), welche vom Sekundärteil 10 vorgegeben
ist, sondern auch über
eine Breite des Primärteils 2.
Die Breite des Primärteils
ist in der Darstellung gemäß 1 jedoch
nicht gezeigt.
-
Die
Darstellung gemäß 2 zeigt
einen Linearmotor 2, welcher im Unterschied zu dem Linearmotor 1 ein
Sekundärteil 10 aufweist,
welches die Gleitschicht 26 aufweist. Das Primärteil 21 nach 2 weist
keine Gleitschicht auf. Auch die Gleitschicht 26 auf dem
Sekundärteil 10 ist
beispielsweise als Gleitfolie ausgebildet.
-
Die
Darstellung gemäß 3 zeigt
einen Linearmotor 3, welcher ein Primärteil 21 und ein Sekundärteil 10 aufweist,
wobei sowohl das Primärteil 21 als
auch das Sekundärteil
Gleitschichten 25, 26 aufweisen. Das Primärteil 21 weist
also eine Gleitschicht 25 und das Sekundärteil 10 eine
Gleitschicht 26 auf, wobei diese Gleitschichten 25, 26 aufeinander
gleiten.
-
Die
Darstellung gemäß 4 zeigt
einen Linearmotor 4, welcher ein Primärteil 21 aufweist,
an welchen Kufen 30 angebracht sind. Die Kufen 30 befinden
sich in einem Bereich des Sekundärteils,
welcher zum Austritt und oder Eintritt magnetischer Felder vorgesehen
ist. Das Sekundärteil 10 weist
also beispielsweise Permanentmagnete auf, welche in 4 nicht
dargestellt sind, und in diesem Bereich der Permanentmagnete sind
die Kufen 30 derart positioniert, dass diese über die
Permanentmagnete gleiten. Zwischen der Kufe 30 und dem
Permanentmagnet kann sich beispielsweise noch eine Abdeckung 86 befinden.
Die Abdeckung 86 ist insbesondere dafür da, dass Stossstellen zwischen
den Sekundärteilelementen 15, 16 und 17 überdeckt
werden. In vorteilhafter Weise ist die Abdeckung 86 aus einem
weichmagnetischen Material, so dass die Abdeckung 86 von
dem in 4 nicht dargestellten Permanentmagneten des Sekundärteils angezogen wird.
Die Kufen 30 gleiten also auf der Abdeckung 86 über die
Permanentmagnete hinweg.
-
Die
Darstellung gemäß 5 zeigt
ein Sekundärteilelement 15.
Das Sekundärteilelement weist
Bohrlöcher 32 zur
Befestigung dieses Elementes auf. Weiterhin weist das Sekundärteilelement 15 Permanentmagnete 36.
Die Permanentmagnete 36 sind in einem Gleitbereich 38 angeordnet.
Der Gleitbereich 38 ist also der Bereich, in welchen eine
Gleitschicht positioniert ist. Die Gleitschicht befindet sich, wie
in 5 ersichtlich ist, in einem Bereich des Sekundärteils,
welcher zum Austritt und oder Eintritt magnetischer Felder vorgesehen
ist. Der Gleitbereich 38 ist abhängig von der Position eines
nicht dargestellten Primärteils
auch der Kontaktbereich zwischen Primärteil und Sekundärteil.
-
Die
Darstellung gemäß 6 zeigt
einen Linearmotor, welcher ein Primärteil 22 und ein Sekundärteil 11 aufweist.
Das Primärteil 22 weist
elektrische Anschlüsse 40 für Wicklungen
des Primärteils 22 auf,
wobei die Wicklungen in 6 nicht dargestellt sind. Das
Primärteil
weist weiterhin Überstände 42 und 43 auf.
Die Überstände greifen über ein
Sekundärteil 11.
Das Sekundärteil 11 weist
neben Permanentmagneten 36 ein Gleitschicht 27 auf.
Die Gleitschicht 27 befindet sich dabei nicht nur im magnetisch
aktiven Bereich zwischen Primärteil
und Sekundärteil,
sondern auch in einem Seitenbereich des Sekundärteils, welcher an die Überstände 42 und 43 angrenzt.
Durch die Anordnung gemäß der 6 ist eine
gezielte Führung
des Primärteils 22 auf
dem Sekundärteil 11 möglich.
-
Die
Darstellung gemäß 7 zeigt
Feldverläufe 45 zwischen
einem Primärteil 21 und
einem Sekundärteil 10.
Das Primärteil 10 weist
eine Gleitschicht 26 auf, wobei das Primärteil 23 direkt
auf der Gleitschicht 26 des Sekundärteils 10 aufliegt.
Die Darstellung gemäß 7 zeigt
auch Nuten 47, welcher zur Aufnahme von Wicklungen, welche
nicht dargestellt sind, dienen.
-
Die
Darstellung gemäß 8 zeigt
eine elektrische Maschine, welche ein Linearmotor 7 ist, welche
vier Primärteile 52, 53, 54 und 55 aufweist. Die
Primärteile 52, 53, 54 und 55 sind
an einem quadratischen Rahmen 70 befestigt. Die Primärteile 52-55 sind
derart positioniert, dass diese zu einem gemeinsamen Sekundärteil 12 ausgerichtet
sind. Die Primärteile
weisen Gleitschichten 64 und 66 auf. Diese Gleitschichten 64 und 66 sind
jedoch von unterschiedlicher Dicke. Die Gleitschicht 64,
welche an den Primärteilen 54 und 55 angebracht
ist, ist eine dünnere
Gleitschicht als die Gleitschicht 66, welche an dem Primärteilen 56 und 53 angebracht
ist. Durch die Verwendung der dünneren
Gleitschicht 64 ergibt sich eine höhere Anziehungskraft des Sekundärteils 12 zu
den Primärteilen 54 und 55.
Diese höhere
Anziehungskraft ist durch einen Pfeil 68 der die resultierenden
Anziehungskraft darstellt, angedeutet.
-
Durch
diesen Aufbau des Linearmotors 7 ergibt sich ein eigengelagerter
Linearmotor in einer umgreifenden Ausführung. Die umgreifende Ausführung ergibt
sich daraus, dass die vier Primärteile 52 bis 55 das
Sekundärteil 12 umgreifen.
Die Eigenlagerung ergibt sich wiederum aus der Tatsache, dass durch die
unterschiedlichen Gleitschichten unterschiedliche Anziehungskräfte zwischen
dem Primärteil 52 bis 55 und
dem Sekundärteil 12 wirken
und das Sekundärteil 12 demnach
eine Vorzugsposition bezüglich zweier
Primärteile,
nämlich
der Primärteils 54 und 55 einnimmt.
Da das Sekundärteil 12 Abdeckungen 62 aufweist
gleiten die Primärteile 52 bis 55 auf
den Abdeckungen des Sekundärteils 12.
-
Die
Darstellung gemäß 9 zeigt
den Linearmotor gemäß 7 in
einer perspektivischen Darstellung, wobei insbesondere hierbei durch
einen Doppelpfeil 50 die möglichen Bewegungsrichtungen des
Sekundärteils 12 oder
der Primärteile 52 bis 55 dargestellt
sind. Bezüglich
der Bewegungsrichtung 50 ist also anzumerken, dass der
Linearmotor gemäß 8 und 9 derart
ausbildbar ist, dass sich entweder die Primärteile bezüglich des Sekundärteils bewegen,
wobei das Sekundärteil 12 feststeht,
oder dass das Sekundärteil 12 sich
bezüglich
der Primärteile 52 bis 55 bewegt,
wobei die Primärteile 52 bis 55 feststehen.
-
Die 10 zeigt
einen Linearmotor 8, welcher zwei Primärteile 56 und 57 aufweist.
Die Primärteile 56 und 57 sind
an einen Rahmen 73 befestigt. Zwischen den Primärteilen 56 und 57 befindet
sich ein Sekundärteil 13.
Das Sekundärteil 13 weist
eine Magnetabdeckung 62 auf. Die Magnetabdeckung befindet
sich sowohl auf der dem Primärteil 56 zugewandten
Seite wie auch auf der dem Primärteil 57 zugewandten
Seite des Sekundärteils 13.
Das Primärteil 56 weist
eine dünne
Gleitschicht 64 auf. Das Primärteil 57 weist eine
dickere Gleitschicht 66 auf. Durch die unterschiedliche
Dicke der Gleitschichten 64 und 66 resultiert
eine Anziehungskraft 86 des Sekundärteils 13 zum Primärteil 56.
Hieraus ergibt sich, wie bei einem Linearmotor gemäß 8 und 9 wiederum
eine Eigenlagerung des Linearmotors, wobei gemäß 10 der
Linearmotor ein Doppelkammlinearmotor ist.
-
Die
Darstellung gemäß 11 zeigt
den Linearmotor 8 gemäß 10 in
einer perspektivischen Darstellung. Bei der perspektivischen Darstellung
ist besonders deutlich ersichtlich, dass das Primärteil 56 bzw. 57 auf
dem Sekundärteil 13 gleitet,
wobei die Gleitschichten 64 und 66 auf der Magnetabdeckung 62 des
Sekundärteils 13 anliegen.
Bezüglich
der Bewegungsrichtung 50 ist wiederum anzumerken, dass entweder
das Primärteil
bewegbar ist, wobei dabei das Sekundärteil ortsfest ist oder dass
die Primärteile 56 und 57 in
ihrem Rahmen 73 ortsfest sind und das Sekundärteil 13 die
Bewegungsrichtungen 50 auszuführen vermag.