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Die
Erfindung betrifft ein Zahnmodul eines Primärteils einer permanentmagneterregten
elektrischen Maschine. Die permanentmagneterregte elektrische Maschine
ist insbesondere eine Synchronmaschine. Die Synchronmaschine ist
beispielsweise als eine rotatorische elektrische Maschine oder auch
als ein Linearmotor ausgebildet. Die permanentmagneterregte Synchronmaschine
weist einen Primärteil und
einen Sekundärteil.
Das Primärteil
ist aktiv und das Sekundärteil,
welches nach dem Stand der Technik die Permanentmagnete aufweist
wirkt passiv.
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In
unterschiedlichen Anwendungsfällen
der permanenterregten elektrischen Maschine ist oftmals eine hohe
Anpassung dieser Maschine an die jeweiligen Aufstellbedingungen
bzw. Einbaubedingungen notwendig. Dies betrifft insbesondere Direktantriebe, welche
beispielsweise sowohl als Linearmotor, wie auch als Torquemotor
ausbildbar sind. Die verschiedensten Anwendungsfälle erfordern es, dass verschiedenste
Modellvarianten eines Typs der elektrischen Maschine, welche sich
beispielsweise in den Abmessungen und/oder in der Leistung unterscheiden,
herzustellen sind. Der technologische aber auch technische Aufwand
insbesondere in der Fertigung der elektrischen Maschine steigt mit
der Vielfalt der unterschiedlichen Motortypen bzw. Baugrößen einer Produktreihe
der elektrischen Maschinen. Dennoch ist es nicht immer möglich einen
verfügbaren
Einbauraum für
die elektrische Maschine optimal auszunutzen, wenn die elektrische
Maschine als ein Komplettmotor ausgeführt ist. Dies betrifft insbesondere
Motoren, wie auch Generatoren, bei welchem ein Stator der elektrischen
Maschine aus einem Blechschnitt gefertigt ist. Hieraus können sich
nachteilige größere Abmessungen
einer elektrischen Maschine ergeben, welche beispielsweise aufgrund
der Leistung nicht notwendig wären.
Insbesondere durch die Abhängigkeit
des Aufbaus und/oder der Leistung der elektrischen Maschine von
der Größe eines
Blechschnittes eines Stators ergeben sich Nachteile bezüglich der Flexibilität bei Änderungen
in der Konstruktion der elektrischen Maschine, da eine Änderung
des Blechschnittes mit erheblichem Aufwand verbunden ist. Insbesondere
bei Linearmotoren sind eine Vielzahl unterschiedlicher Motorgrößen in kleineren
Stückzahlen,
insbesondere in der Losgröße 1, vermehrt eine
an diese gerichtete Anforderung.
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Bei
Direktantrieben, welche insbesondere permanentmagneterregte Synchronmaschinen
sind, werden oftmals für
spezielle Anforderungen mehrere Sonderausführungen von einzelnen Motoren
realisiert, indem der komplette Motor überarbeitet wird. Diese Überarbeitung
betrifft beispielsweise die Anschlusstechnik, den konstruktiven
Aufbau oder auch elektromagnetisch aktive Teile der elektrischen
Maschine.
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Nachteilig
ist aber, dass Primärteil
und Sekundärteil
neu konstruiert werden müssen,
um insbesondere eine neue, an eine neue Bauform angepassten permanentmagneterregten
Synchronmaschine herzustellen. Mögliche
Bauformen sind hierbei z.B. Linearmotoren oder rotatorische Motoren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung anzugeben,
bei welcher die Konstruktion der permanentmagneterregten elektrischen Maschine
vereinfacht wird. Dies betrifft insbesondere ein Primärteil dieser
Maschine, bzw. dessen Aufbau.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach
Anspruch 1. Des Weiteren wird die Aufgabe bei einem Primärteil mit
den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst. Weitere Lösungen ergeben
sich auch aus einem Verfahren mit dem Merkmalen nach Anspruch 12
oder 13. Die Unteransprüche
2 bis 8, 10, 11 und 14 sind vorteilhafte Weiterbildungen der beanspruchten
Gegenstände bzw.
des beanspruchten Verfahrens.
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Bei
einem Zahnmodul, welches für
die Ausbildung eines Primärteils
einer permanentmagneterregten elektrischen Maschine, vorgesehen
ist, ist das Zahnmodul derart ausgebildet, dass dieses zumindest
einen Permanentmagneten aufweist.
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Das
Primärteil
weist mehrere Zahnmodule auf, wobei mehrere Zahnmodule bewickelt
sind. In einer weiteren Ausführungsform
weist das Primärteil auch
unbewickelte Zahnmodule auf. Bewickelte und/oder unbewickelte Zahnmodule
weisen zumindest einen Permanentmagneten auf. Der Permanentmagnet
ist einteilig oder auch mehrteilig ausführbar. Die Zahnmodule des Primärteils sind
aneinander gereiht. Durch die Reihung bildet sich bei einer rotatorischen
elektrischen Maschine ein Kreis aus. Bei einer linearen elektrischen
Maschine bildet sich durch die Reihung eine lineare Bauform des
Primärteils
aus. Die elektrische Maschine ist insbesondere eine Synchronmaschine,
welche beispielsweise als Motor oder auch als Generator betreibbar
ist.
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Gemäß der Erfindung
lässt sich
das Primärteil
der elektrischen Maschine modular aufbauen. Die Modularität betrifft
dabei insbesondere den modularen Aufbau des Teils des Primärteils,
welcher der Führung
des magnetischen Flusses dient. Dies bedeutet, dass z.B. ein Blechpaket
des Primärteils
modular aufgebaut ist und zwar durch die Aufteilung des Blechpaketes
in Zahnmodule. Das Zahnmodul weist in einer Ausgestaltung also eine
Blechung auf. In einer weiteren Ausgestaltung weist das Zahnmodul keine
Blechung sondern einen monolitischen Aufbau auf, wobei hierfür beispielsweise
ein Kunststoff verwendbar ist, in welchen ein weichmagnetisches
Material integriert ist. Durch den modularen Aufbau können Primärteile in
modularer Bauweise für
z.B. unterschiedliche permanentmagneterregte Synchronmaschinen gefertigt
werden. Somit ist der Bau z.B. einer permanentmagneterregten Synchronmaschine
vergleichsweise kostengünstig
und schneller realisierbar. Mittels der modularen Aufbauweise des
Primärteils
aus wenigen Zahnmodulen können
also eine Vielzahl von Primärteilen
für permanentmagneterregte
Maschinen mit insbesondere permanent magnetfreiem Sekundärteil gebildet
werden. Damit werden vorteilhafter Weise die Fertigungskosten, wie
auch die Konstruktionszeiten von neuen permanentmagneterregten Maschinen
insbesondere mit permanentmagnetfreiem Sekundärteil verringert. Das Sekundärteil der
permanentmagneterregten elektrischen Maschine weist also entweder
keine Permanentmagnete auf oder es ist zumindest abschnittsweise
permanentmagnetfrei, wobei das Sekundärteil aus einer Struktur aus
Eisen mit zum Primärteil
weisenden aufeinander folgenden Zähnen aufgebaut ist und sich zwischen
Primärteil
und Sekundärteil
ein Luftspalt befindet. Es sind also Ausführungsformen des Sekundärteils denkbar,
bei denen Permanentmagnete auch im Sekundärteil verwendet werden, wobei
dann z.B. Bereiche des Sekundärteils,
die einem Polteilungswinkel entsprechen, permanentmagnetfrei bleiben.
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Das
erfindungsgemäße Zahnmodul
weist ein Zahnende auf. Das Zahnende ist der Teil des Zahnes, welcher
an den Luftspalt grenzt, also dem Sekundärteil der elektrischen Maschine
im Einbauszustand gegenüber
liegt. In einer Ausgestaltung des Zahnmoduls weist das Zahnende
einen Permanentmagneten auf. Der Permanentmagnet ist folglich derart
am Zahnmodul anbringbar, dass dieser an den Luftspalt zwischen dem
Primärteil
und dem Sekundärteil
grenzt. Dies hat den Vorteil einer einfachen Montagemöglichkeit
des Permanentmagneten.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des Zahnmoduls weist dieses einen Bereich
für die
Positionierung einer Wicklung auf. Das Zahnmodul kann also bewickelt
werden, bzw. eine Wicklung kann z.B. durch Aufstecken an dem Zahnmodul
angebracht werden. In dem Bereich, wo sich hiernach die Wicklung
befindet weist das Zahnmodul vorteilhaft den Permanentmagneten auf.
Durch diese Positionierung des Permanentmagneten ergibt sich vorteilhaft
eine Flusskonzentration.
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Vorteilhafter
Weise ist das Zahnmodul im Bereich der Positionierung der Wicklung
tailliert. Ein Querschnitt des Zahnmoduls, welcher im Einbauzustand
des Zahnmoduls in die Maschine in etwa parallel zum Luftspalt verläuft ist
im Bereich der Positionierung der Wicklung des Zahnmoduls verjüngt.
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Das
Zahnmodul ist in einer weiteren Ausgestaltung auch derart ausbildbar,
dass es einen Bereich zur Kontaktierung eines weiteren Zahnmoduls oder
eines weiteren Elementes des Primärteils aufweist, wobei im Bereich
der Kontaktierung der Permanentmagnet positioniert ist. Vorteilhaft
ist es, wenn der Permanentmagnet des Zahmoduls selbst zur Kontaktierung
eines weiteren Zahnmoduls vorgesehen ist. Unter dem Begriff der
Kontaktierung ist zumindest eine Kontaktierung zweier Zahnmodule
im magnetischen Sinn zu verstehen. Dies bedeutet, dass eine mechanische
Berührung
benachbarter Kontaktflächen
nicht zwingend notwendig ist, jedoch vorteilhaft vorgesehen werden
kann.
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Der
Permanentmagnet des Zahnmoduls kann Beispielsweise auch in einer
Aufnahmenut des Zahnmoduls eingebracht sein. Durch die Verwendung
einer Aufnahmenut, welche in das Zahnmodul integriert ist, lässt sich
der Permanentmagnet in einfacher Weise positionieren. Vorteilhafter
Weise befindet sich die Aufnahmenut zumindest in einem Bereich zur
Positionierung der Wicklung. Derart wird der Permanentmagnet zumindest
teilweise von der Wicklung des Zahnmoduls umfasst. Die Aufnahmenut weist
dabei eine Längsrichtung
auf, welche in etwa senkrecht zum Luftspalt steht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das Zahnmodul mehrteilig aufgebaut, wobei das
Zahnmodul im Bereich der Positionierung der Wicklung zwei oder mehrere
Zahnmodulteile aufweist. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn z.B.
zur Positionierung der Wicklung die Zahnmodulteile zueinander bewegbar
sind. Somit kann z.B. der Querschnitt des Zahnmoduls im Bereich
der Positionierung der Wicklung verkleinert und auch vergrößert werden,
indem beispielsweise ein dort befindlicher Zwischenraum verkleinert
bzw. vergrößert wird.
Bei verkleinerten Zwischenraum kann z.B. eine Wicklung auf den Zahn
gesteckt werden, wobei danach in den Zwischenraum ein Permanentmagnet
positioniert wird.
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Das
erfindungsgemäße Zahnmodul
ist auch dahingehend erweiterbar, dass es eine Befestigungsnut aufweist.
Mit Hilfe der Befestigungsnut können die
Zahnmodule z.B. untereinander befestigt werden, oder es kann das
Zahnmodul an einer Befestigungseinrichtung für mehrere Zahnmodule befestigt
werden. Die Befestigungsnut lässt
sich durch die Blechschnittform des Zahnmoduls realisieren. Es sind
insbesondere zwei Positionen der Befestigungsnuten realisierbar,
eine seitliche Position und eine mittige Position bezüglich des
Zahnmoduls.
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Ein
Primärteil
einer permanentmagneterregten elektrischen Maschine, ist derart
ausbildbar, dass dieses mehrere Zahnmodule aufweist. Die elektrische
Maschine ist insbesondere eine Synchronmaschine, wobei Synchronmaschinen
beispielsweise sowohl aus Linearmotoren wie auch als Torquemotoren
ausbildbar sind. Das Primärteil
weist Permanentmagnete auf. Die Zahnmodule des Primärteils weisen
Wicklungen auf. Die elektrische Maschine welche ein derartiges Primärteil aufweist,
weist auch ein Sekundärteil
auf, welches vorteilhafter Weise keine aktiven Mittel zur Ausbildung
eines magnetischen Feldes aufweist. Beispiele für derartige aktive Mittel sind
Permanentmagnete oder bestrombare Wicklungen.
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Dadurch,
dass das Primärteil
u.a. aus mehreren Zahnmodulen ausgebildet ist können Anforderungen bezüglich einer
flexiblen Anpassung einer elektrischen Maschine z.B. an Einbauerfordernisse leichter
erfüllt
werden. Dies betrifft nicht nur Direktantriebe, sondern auch Sondermotoren.
Der modulare Aufbau magnetisch aktiver Teile der elektrischen Maschine
erleichtert die Planung und Fertigung neuer Motortypen und Varianten.
Dies betrifft insbesondere eine elektrische Maschine, wie diese
in der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen
10 2004 045 992.4 beschrieben ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich, wenn die Zahnmodule zu
einem Primärteil eines
Segmentmotors, Torque-Motors
oder auch eines Ringmotors zusammen fügbar sind. Ein Segmentmotor
zeichnet sich dabei dadurch aus, dass er einen ringförmigen Läufer aufweist,
der Stator jedoch nur aus Segmenten aufgebaut ist, welche zusammen genommen
den Läufer
nicht ganz umfassen. So könnte
ein Segmentmotor zwei Stator-Segmente
aufweisen, welche z.B. je nur 30° des
Läufers
abdecken statt den Läufer
zu 360° in
Rotationsrichtung zu umgeben. Dabei können die Segmente aus Primärteilen gebildet
werden und das Sekundärteil
bildet den ringförmigen
Läufer.
Bei einem Ringmotor sind dagegen Läufer und Stator ringförmig ausgebildet.
Ein Torque-Motor zeichnet sich dagegen dadurch aus, dass das an
der Motorwelle anliegende Drehmoment ohne Übersetzung durch ein Getriebe
für die
jeweilige Anwendung verwendet wird. Das Sekundärteil kann generell als Innenläufer oder
auch als Außenläufer ausgeführt sein.
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Zur
Ausbildung des Primärteils
weisen die Zahnmodule insbesondere eine oder mehrere Kontaktflächen zur
Kontaktierung eines weiteren Zahnmoduls auf. Damit lassen sich in
einfacher Weise Zahnmodule nebeneinander positionieren, wobei bei der
Kontaktfläche
das magnetische Feld aus einem Zahnmodul austritt und in das nächstliegende
Zahnmodul eintritt.
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Die
Zahnmodule des Primärteils
können
den obig beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen von Zahnmodulen
entsprechen, wobei dies auch die nachfolgend beschriebenen Verfahren
zur Herstellung eines Zahnmoduls betrifft.
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Bei
einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines bewickelten Zahnmoduls wird das Zahnmodul
in einem Bereich der Positionierung einer Wicklung in seinem Querschnitt
verkleinert. Der Querschnitt des Zahnmoduls betrifft dabei einen
Querschnitt welcher in etwa parallel zum Luftspalt einer endmontierten
elektrischen Maschine verläuft.
Nach der Verkleinerung des Querschnitts wird die Wicklung im Bereich
der Positionierung der Wicklung positioniert. Dieser Bereich der
Positionierung weist vorteilhaft eine Taillierung auf. Nach der Positionierung
kann der Querschnitt des Zahnmoduls wieder vergrößert werden. Die Vergrößerung erfolgt beispielsweise
durch den Einschub eines Permanentmagneten bzw. eines magnetischen
Werkstoffes in eine Nut des Zahnmoduls. Der Einschub des Permanentmagneten
bzw. des Magnetwerkstoffes kann auch in einen Zwischenraum erfolgen,
welcher von zwei Teilen eines Zahnmoduls gebildet wird, wobei der
Zwischenraum von der Wicklung zumindest teilweise umfasst wird.
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Bei
einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines Zahnmoduls, welches einen Permanentmagneten
aufweist, weist das Zahnmodul ein Material zur Aufmagnetisierung
auf. Dieses Material zur Aufmagnetisierung ist ein Magnetwerkstoff,
welcher noch zu magnetisieren ist. Das Zahnmodul weist also einen
Magnetwerkstoff auf, wobei sich dieser insbesondere an den Positionen befindet,
an welchen wie obig beschrieben das Zahnmodul einen Permanentmagneten
aufweisen kann. Nach der Erfindung wird der Magnetwerkstoff des Zahnmoduls
aufmagnetisiert. Die Magnetisierung findet also nicht vor der Anbringung
der Permanentmagnete am Zahnmodul statt, sondern zusammen mit dem
Zahnmodul. Da Zahnmodule durch ihre Größe leichter zu handhaben sind
als einzelne Permanentmagnete und da die Zahnmodule einzeln oder
auch in Gruppen magnetisierbar sind, kann ein permanentmagneterregtes
Primärteil
leichter hergestellt werden. Die Magnetisierung des Zahnmoduls betrifft dabei
stets die Magnetisierung des Magnetwerkstoffes, welches das Zahnmodul
aufweist.
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Mehrere
Zahnmodule können
durch verschiedene Hilfsvorrichtungen entweder nur temporär (d.h.
während
der Motorfertigung) oder dauerhaft (d.h. als endgültige Montagelösung) zusammengehalten
werden. Dies kann z.B. durch:
- • geeignete
Klammern,
- • formpassende
Verbindungsstücke
zwischen zwei benachbarten Zahnmodulen,
- • formschlüssige Konturgebung
der Kontaktflächen
der benachbarten Zahnmodule und/oder durch
- • anziehende
Kräfte
der dazwischen eingesetzten Permanentmagnete
erfolgen.
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Vorteilhaft
werden Zahnmodule direkt an eine tragende Konstruktion (z.B. dem
Motorgehäuse) befestigt,
weil damit gleichzeitig auch die Übertragung der elektromagnetischen
Antriebskraft des Motors sichergestellt werden kann.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
gemäß den Merkmalen der
Unteransprüche
werden im folgenden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen
in der Zeichnung näher
erläutert,
ohne dass dadurch eine Beschränkung
der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele
erfolgt; es zeigt:
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1 ein
erstes Zahnmodul mit einem zentral angeordneten Permanentmagneten
-
2 ein
weiteres Zahnmodul mit einem zentral angeordneten Permanentmagneten;
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3 ein
Zahnmodul mit Permanentmagneten am Zahnende;
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4 ein
Zahnmodul mit einer Wicklung;
-
5 eine
Aneinanderreihung von Zahnmodulen;
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6 ein
Zahnmodul mit innen liegenden Befestigungsnuten;
-
7 eine
Aneinanderreihung von Zahnmodulen aus 6;
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8 eine
permanentmagneterregte elektrische Maschinen;
-
9 eine
rotatorische permanentmagneterregte elektrische Maschine;
-
10 eine
Detailansicht eines Primärteils und
-
11 Montageschritte
bei einem Zahnmodul.
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Die
Darstellung gemäß 1 zeigt
ein geblecht ausgeführtes
Zahnmodul 1. Das Zahnmodul 1 weist ein erstes
Zahnmodulteil 51 und ein zweites Zahnmodulteil 53 auf.
Beide Zahnmodulteile 51, 53 sind geblecht ausgeführt. Die
Zahnmodulteile 51, 53 dienen der Ausbildung eines
Zahnes 39. Zwischen den beiden Zahnmodulteilen 51 und 53 befindet
sich ein Permanentmagnet 23. Das Zahnmodul 1 weist am
Ende des Moduls ein Zahnende 27 auf. Das Ende des Moduls
ist der Teil, welcher beim bestimmungsgemäßen Einsatz des Zahnmoduls 1 dem
Primärteil zugewandt
ist. Das Zahnende 27 befindet nach einen bestimmungsgemäßen Einbau
des Zahnmoduls 1 gegenüber
einem Sekundärteil.
Das Zahnende 27 grenzt also an einem Luftspalt zwischen
dem Primärteil
und dem Sekundärteil
an. Das Sekundärteil
ist in der 1 nicht dargestellt. Das Zahnmodul 1 weist einen
taillierten Bereich 43 auf. Das Zahnende 27 ist gegenüber dem
taillierten Bereich 43 verbreitert. Der taillierte Bereich 43 befindet
sich zwischen dem Ende 27 und einen Bereich zur Kontaktierung 45.
Der Bereich zur Kontaktierung 45 ist zur Kontaktierung
eines weiteren Zahnmoduls bzw. eines Zwischenelementes zwischen
zwei Zahnmodulen vorgesehen, wobei das Zwischenelement nicht dargestellt
ist. Die Kontaktierung betrifft hierbei neben einer möglichen
mechanischen Kontaktierung insbesondere auch eine Kontaktierung
im magnetischen Sinn zur Führung des
magnetischen Flusses. Im Bereich der Taillierung 43 ist
eine Wicklung 31 positionierbar, wobei diese Wicklung 31 in
der 1 nicht dargestellt ist. Eine Darstellung der
Wicklung 31 erfolgt beispielsweise in 4.
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Das
Zahnmodul 1 weist an dem Ende, welches dem Zahnende 27 gegenüberliegt,
Befestigungsnuten 49 auf. Diese Befestigungsnuten 49 sind beispielsweise
zum Einschub eines Nutsteines vorgesehen, welcher sowohl in ein
erstes Zahnmodul 1 wie auch in ein zweites Zahnmodul, welches
wie der Nutstein in der 1 nicht dargestellt sind, eingreift.
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Durch
die Anbringung des Permanentmagneten 23 in der Mitte zwischen
den Zahnmodulteil 51 und 53 wird eine Flusskonzentration
der Permanentmagneterregung erreicht, indem die senkrechte Querschnittsfläche des
Permanentmagneten 23 (Höhe
x Tiefe) größer ist
als die zum Luftspalt ausgerichtete Zahnfläche 27 einer Hälfte des
Zahnmoduls 51 bzw. 53.
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Im
Bereich der Taillierung 43 ist ein Querschnitt 55,
welcher senkrecht zur Ausrichtung des Permanentmagneten 23 ausgerichtet
ist, gezeigt. Ein Querschnitt, welcher im Bereich des Zahnendes 27 gelegt
wäre, ist
größer als
im Bereich der Taillierung 43. Auch ein entsprechender
Querschnitt im Bereich der Kontaktierung 45 ist größer als
der Querschnitt 55 im Bereich der Taillierung 43.
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Die
Darstellung gemäß der 2 zeigt
gegenüber
der 1 ein Zahnmodul 3, welches nur ein Zahnmodulteil 54 aufweist.
Das Zahnmodulteil 54 integriert die Zahnmodulteile 51 und 53 aus 1 in
einem Zahnmodulteil 54. Das Zahnmodulteil 54 weist eine
Aufnahmenut 47 auf. Diese Aufnahmenut 47 ist ein
Schlitz für
die Aufnahme eines Permanentmagneten, welcher jedoch in 2 nicht
dargestellt ist. Das Zahnmodul 3 kann also neben dem Zahnmodulteil 54 auch
einen Permanentmagneten und beispielsweise auch eine Wicklung aufweisen,
wobei sowohl die Wicklung wie auch der Permanentmagnet in 2 nicht
dargestellt sind.
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Bei
den Ausführungsvarianten
gemäß 1 und 2 weist
das Zahnmodul 1, 3 einem innenliegenden Permanentmagneten 23 in
einer Hochkantanordnung auf. Der Zahn 39 des Zahnmoduls 1 ist
in zwei Hälften
getrennt. Dies bedeutet, dass das Zahnmodul 1 zumindest
drei geteilte Baugruppen (zwei Zahnhälften 51, 53 und
einen dazwischen liegenden Permanentmagneten 23) die zusammengefügt werden
müssen,
aufweist. Dadurch ist die Motorfertigung relativ aufwendig und die
erforderliche Zahngeometrie durch Montagetoleranzen beeinflusst.
Hieraus kann sich eine negative Auswirkung auf Motorkenndaten ergeben.
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Gemäß 2 ist
das Zahnblech einteilig ausgeführt,
wobei der Blechschnitt einen Längsschlitz
in der Zahnmitte aufweist. Die aus der 1 bekannten
Zahnmodulteile, also die Zahnhälften, sind
gemäß 2 einteilig
ausgeführt.
Beim Paketieren der Zahnbleche wird eine Tasche im Zahn gebildet,
in welche Permanentmagnete sehr einfach einschiebbar sind. Hieraus
ergibt sich der Vorteil, einer einfachen und schnellen Ferti gung
bzw. Handhabung der Zahnmodule da die Anzahl der Baugruppen, sprich
der Zahnmodulteile, reduziert ist. Die Montage der Permanentmagnete
ist einfacher, weil der Einschub eines Permanentmagneten und seine
dauerhafte Fixierung in die Tasche, z.B. durch Kleben oder Vergießen zusätzlich durch
die Wirkung magnetischer Kräfte
unterstützt
wird, wenn der Magnet schon magnetisiert ist. Der Permanentmagnet
ist in der 2 nicht dargestellt. Durch die
hohe Genauigkeit der realisierbaren Zahngeometrie, welche nur durch die
Stanzgenauigkeit des Zahnbleches vorgegeben ist, ergeben sich verbesserte
Toleranzen der Motorkenndaten.
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Die
Darstellung gemäß 3 zeigt
ein weiteres Beispiel für
ein Zahnmodul 5. Das Zahnmodul 5 unterscheidet
sich von den Zahnmodulen 1 und 3 gemäß den 1 und 2 dadurch,
dass der Permanentmagnet 23 an einem anderen Ort angeordnet
ist. Gemäß 3 befinden
sich Permanentmagnete 23 am Zahnende 27. Die Permanentmagnete 23 grenzen
also in einem Einbauzustand des Zahnmoduls 5 in einer elektrischen
Maschine an einen Luftspalt an bzw. bilden diesen zusammen mit einem
gegenüberliegenden
Sekundärteil,
welches in 3 nicht dargestellt ist, aus.
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Die
Darstellung gemäß 4 zeigt
ein Zahnmodul 1 gemäß 1,
wobei dieses Zahnmodul 1 eine Wicklung 31 aufweist.
Diese Wicklung 33 wird als Zahnspule bezeichnet, da diese
Wicklung 33 um einen Zahn verläuft, wobei der Zahn zumindest
von der Taillierung ausgebildet ist. Gemäß der Darstellung nach 4 weist
auch hier jedes Zahnmodulteil 51, 53 eine Befestigungsnut
auf. Die Zahnmodulteile 51, 53 sind insbesondere
geblecht ausgeführt.
Durch die geblechte Ausführung
wird eine Reduzierung von Wirbelstromverlusten erreicht.
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Die
Darstellung gemäß 5 zeigt
eine Aneinanderreihung von Zahnmodulen 1. Die Zahnmodule 1 kontaktieren
sich in den Bereichen zur Kontaktierung 45. Durch die Aneinanderreihung
der Zahnmodule 1 ist zumindest ein wesentlicher Teil des
Primärteils
einer elektrischen Maschine aufbaubar. Die elektrische Maschine
ist insbesondere eine Synchronmaschine, wobei das Primärteil insbesondere ein
Primärteil
einer linearen Synchronmaschine betrifft. Lineare Synchronmaschinen
sind insbesondere Linearmotoren.
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Die
Darstellung gemäß 6 zeigt
ein weiteres Zahnmodul 7, welches ebenso wie das Zahnmodul 1 nach 1 Zahnmodulteile 51 und 53 aufweist. Im
Gegensatz zum Zahnmodul nach 1 weist
das Zahnmodul in 6 Befestigungsnuten 50 auf,
welche zu einem inneren Zentrum des Zahnmoduls 7 hin geöffnet sind.
Die Befestigungsnuten 49 gemäß 1 sind nach
außen
geöffnet.
Dies bedeutet, dass die Öffnung
der Befestigungsnut 49 zu einem weiteren Zahnmodul gerichtet
ist, welches bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Zahnmoduls
bei einer Aneinanderreihung der Zahnmodule dem gegenüberliegenden
Zahnmodul gegenüberliegt.
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Zwischen
den Zahnmodulteilen 51 und 53 befindet sich ein
Magnetwerkstoff 25. Dieser Magnetwerkstoff 25 ist
aufmagnetisierbar. Durch die Aufmagnetisierung erhält man einen
Permanentmagneten. Das Zahnmodul kann also zuerst zusammengesetzt werden,
wonach der Magnetwerkstoff 25 des Zahnmoduls 7 magnetisiert
wird, wonach die Zahnmodule 7 zu einem Primärteil zusammengefasst
werden. Dieses Verfahren kann auch bei Permanentmagneten eines Zahnmoduls
angewandt werden, bei welchen eine andere Positionierung der Permanentmagnete
vorgesehen ist. Der Magnetwerkstoff 25 ragt stirnseitig über die
Zahnmodulteile 51 und 53. Durch diesen Überstand 59 lässt sich
das Zahnmodul 7 leichter montieren. Dies gilt insbesondere
für ein
geblecht ausgeführte
Zahnmodulteile.
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Die
Darstellung gemäß 7 zeigt
eine Aneinanderreihung von Zahnmodulen 7 gemäß 6. Diese
Darstellung zeigt ferner, dass auch die Zahnmodule 7 gemäß 6 eine
Wicklung 31 aufweisen können.
Die Wicklung 31 ist im Bereich einer Taillierung positioniert.
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Die
Darstellung gemäß 8 zeigt
eine permanentmagneterregte elektrische Maschinen 19 als einen
Linearmotor. Die permanentmagneterregte elektrische Maschine 19 weist
ein Sekundärteil 33 und
ein Primärteil 13 auf.
Das Primärteil 13 weist
aneinander gereihte Zahnmodule 1 gemäß 4 auf. Die
Anzahl der Zahnmodule 1 kann variiert werden. Vorteilhafter
Weise weist der Bereich zur Kontaktierung 45 auch einen
Montagespalt auf, in welchen Hall-Sensoren 57 einführbar sind.
Mit Hilfe der Hall-Sensoren 57 lässt sich das magnetische Feld bzw.
der magnetische Fluss in einem Jochbereich 58 des Primärteils 13 messen.
Die Hall-Sensoren werden beispielsweise zur Signalgewinnung für eine Pol-Lageidentifikation
herangezogen.
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Die
Darstellung gemäß 9 zeigt,
im Gegensatz zu 8, in welcher ein Linearmotor 19 dargestellt
ist, eine rotatorische permanentmagneterregte elektrische Maschine.
Bei der rotatorischen permanenterregten elektrischen Maschine 21 sind
zum Aufbau des Primärteils 17 Zahnmodule 9 verwandt. Die
Zahnmodule 9 sind derart aufgebaut, dass durch diese jeweils
zwei halbe Zähne 40 ausgebildet
sind. Zwischen den halben Zähnen 40 ist
der Permanentmagnet 23 positioniert. Durch die Aneinanderreihung der
Zahnmodule 9 wird jeweils ein ganzer Zahn ausgebildet.
Der Bereich 45 zur Kontaktierung betrifft beim Primärteil 17 gemäß 9 zunächst die
Kontaktierung des Permanentmagneten 23 und danach die nachfolgende
Kontaktierung eines weiteren Zahnmoduls 9. Das Zahnmodul 9 weist
zwei Bereiche zur Kontaktierung 45 auf. Bei Linearmotoren
sind diese Bereich 45 derart angeordnet, dass sich eine
lineare Aneinanderreihung von Zahnmodulen ergibt. Da es sich bei
der elektrischen Maschine gemäß 9 um
eine rotatorische Maschine handelt, sind die Bereiche zur Kontaktierung 45 bei
den Zahnmodulen 9 zueinander derart angeordnet, dass diese
zueinander nicht parallel verlaufen. Die durch die Bereiche zur
Kontaktierung aufgespannten Ebenen weisen einen Winkel auf, der
beispielsweise in einen Bereich von 1 bis 90°C liegt. Die Zahnmodule 19 sind konzentrisch
um eine Rotationsachse 56 angeordnet. Die Darstellung gemäß 9 zeigt
neben den Primär teil 17 auch
ein zugehöriges
Sekundärteil 35. Das
Sekundärteil 35 weist
Zähne 37 auf.
Der prinzipielle Aufbau des Sekundärteils 37 ist bereits
aus dem Aufbau des Sekundärteils 33,
welches ebenfalls Zähne 37 aufweist,
aus der 8 bekannt.
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Die
Darstellung gemäß 10 zeigt
ein weiteres Beispiel für
eine permanentmagneterregte elektrische Maschine 19, welche
ein Primärteil 15 und
ein Sekundärteil 33 aufweist.
Sowohl das Sekundärteil 33 wie
auch das Primärteil 15 sind
geblecht ausgeführt.
Die Darstellung gemäß 10 zeigt
ein Primärteil,
welches Zahnmodule 5 aufweist, deren Permanentmagnete 23 im
Bereich des Luftspaltes 28 angeordnet sind. Ein Zahnmodul
gemäß 10 weist
einen Zahn 39 auf. Jeder Zahn weist eine Wicklung 31 auf.
Die Wicklungen 31 sind beispielsweise mit unterschiedlichen
Phasen U, V, W bestrombar.
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Die
Darstellung gemäß 11 zeigt
ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnmoduls 1. Bei diesem
Verfahren werden die Zahnmodulteile 51 und 53 entsprechend
der Richtungspfeile, welche einen ersten Fertigungsschritt 61 andeuten,
zusammengeführt.
Sind die Zahnmodulteile 51 und 53 nahe genug beisammen,
kann eine Wicklung 31 in einem nächsten Schritt 62 auf
die Zahnmodulteile 51 und 53 gesteckt werden,
wobei die Positionierung im Bereich der Taillierung 43 erfolgt.
Befindet sich die Wicklung 31 im Bereich der Taillierung 43 so
werden die Zahnmodulteile 51 und 53 entsprechend
in die Gegenrichtung der durch die Pfeile 61 dargestellten
Richtung voneinander entfernt, so dass in einen dadurch entstehenden
Spalt in einem nächsten
Schritt 63 der Permanentmagnet 23 einführbar ist.
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Durch
den obig beschriebenen modularen Aufbau der elektrischen Maschine
mittels von Zahnmodulen als eine Art Grundbaustein der elektrischen Maschine
ergeben sich Vorteile von den einige beispielhaft im Folgenden aufgeführt sind:
- • Zahnmodule
eignen sich sehr gut für
eine Automatisierung der Fertigung;
- • eine
einfache und vollständige
Aufmagnetisierung des Magneten im gewickelten Zahnmodul ist realisierbar
(dies ermöglicht
eine Vereinfachung der Fertigungsschritte, weil die Permanentmagnete
erst zum Ende des Fertigungsprozesses aufmagnetisiert werden);
- • durch
variable Anzahl der Zahnmodule, die für die elektrische Maschine
verwendet werden, ist eine flexible Anpassung der Motorlänge an Einbaubedingungen
für verschiedene
Anwendungen mit geringem Aufwand realisierbar;
- • ein
Montagespalt zwischen zwei benachbarten Zahnmodulen ermöglicht die
einfache Signalgewinnung mit einem Hall-Pollagesensor.