DE102007035169A1

DE102007035169A1 - Primärteil mit verklebten Polzähnen

Info

Publication number: DE102007035169A1
Application number: DE200710035169
Authority: DE
Inventors: Michael Menhart; Hubert Schedler
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-01-29
Also published as: WO2009015937A3; WO2009015937A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Primärteil (1) für eine elektrische Maschine (10), wobei das Primärteil (1) einen Basiskörper (2) aufweist, an welchem mehrere Polzähne (3) angeordnet sind, wobei die Polzähne (3) und der Basiskörper (2) stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem derartigen Primärteil (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Primärteil für eine elektrische Maschine, wobei das Primarteil einen Basiskörper aufweist, an welchem mehrere Polzähne angeordnet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem derartigen Primärteil.
Elektrische Maschinen weisen ein Primärteil und ein Sekundärteil auf, wobei das Primarteil und das Sekundarteil Mittel zur Erzeugung und/oder Führung magnetischer Felder und Flüsse aufweisen. Das Primärteil ist dabei das Teil, welches elektrisch bestrombare Wicklungen aufweist. Das Sekundärteil weist in der Regel Permanentmagnete auf, kann aber stattdessen auch eine bestrombare Wicklung aufweisen. Ferner besteht die Möglichkeit, dass das Primärteil zwei aktive Mittel zur Erzeugung magnetischer Felder aufweist, wie beispielsweise eine Wicklung und Permanentmagnete, wobei das Sekundärteil in diesem Fall frei von aktiven Mitteln zur Erzeugung magnetischer Felder ist und beispielsweise nur eine gezahnte Eisenreaktionsschiene aufweist.
Das Primarteil ist beispielsweise als Stator einer rotatorisch arbeitenden elektrischen Maschine oder als bewegtes Teil einer linear arbeitenden elektrischen Maschine mit einer ein- oder mehrphasigen Wicklung ausgebildet. Das Sekundärteil ist beispielsweise ein Rotor einer rotatorisch arbeitenden elektrischen Maschine oder ein feststehendes Teil eines Linearmotors. Bei Linearmotoren kann sowohl das Primarteil als auch das Sekundärteil als bewegtes Teil ausgebildet sein.
Primarteil und Sekundärteil für elektrische Maschinen weisen in der Regel ein Blechpaket, bestehend aus einzelnen Elektroblechen auf, wobei am Blechpaket die Wicklung oder auch Permanentmagnete zur Generierung magnetischer Felder angeordnet sind. Die Einzelbleche werden in der Regel einzeln gestanzt und beispielsweise über Stanzpaketieren, Schweißen, Klammern oder Nieten zu Blechpaketen zusammengefügt.
Um den magnetischen Hauptfluss zwischen Primärteil und Sekundärteil zu führen, sind die einzelnen Elektrobleche üblicherweise gezahnt ausgeführt, d. h. es sind abwechselnd Zähne und Nuten vorhanden. Um jeweils einen Zahn und somit in den zwei benachbarten Nuten des Zahns des Primärteils und/oder Sekundärteils ist eine Spule angeordnet, wobei sämtliche Spulen die Wicklung bilden. Derartige spulentragende oder auch magnettragende Zähne werden als Polzähne bezeichnet.
Der Aufbau von Zahnmodulen bzw. Polzähnen, welche eine Spule und Permanent- bzw. Dauermagnete aufweisen, erfordert die Integration von Permanentmagneten in den Polzahn. Ein derartiger Polzahn ist dadurch besonders aufgebaut und relativ filigran. Die Polzähne sind meist in großer Stückzahl einzeln am Gehäuse zu befestigen und müssen hohe Kräfte übertragen können.
Aus der DE 10 2005 045 348 A1 ist ein Zahnmodul für ein Primärteil einer elektrischen Maschine bekannt, wobei das Zahnmodul einen Permanentmagneten und eine Spule aufweist. Mittels derartiger Zahnmodule lässt sich ein Primärteil einer elektrischen Maschine modular aufbauen. Weiterhin zeigt das Zahnmodul Befestigungsnuten, welche beispielsweise zum Einschub eines Nutensteines vorgesehen sind. Somit werden die Zahnmodule formschlüssig an einem anderen Teil, wie beispielsweise einem Gehäuse, angebracht.
Es ist bekannt, derartige Zähne oder Zahnmodule über Nutensteine einzeln mit Schrauben an einem Gehäuse eines Primärteils oder einer elektrischen Maschine zu befestigen. Derartige Nutensteine beanspruchen jedoch relativ viel Bauraum und sind aufwändig herzustellen. Außerdem erfolgt die Kraftübertragung von einem solchen Polzahn lediglich abschnittsweise, insbesondere, linienförmig über den Nutenstein. Oft ist jedoch eine größere Kraftübertragung gewünscht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Polzahn bereitzustellen, welcher eine große Kraftübertragung bei relativ kleinem Bauraum gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Primärteil für eine elektrische Maschine weist einen Basiskörper auf, an welchem mehrere Polzähne angeordnet sind. Das Primärteil ist dabei insbesondere als bewegtes Teil eines Linearmotors ausgeführt und weist beispielsweise sieben Polzähne auf.
Erfindungsgemäß sind die Polzähne und der Basiskörper stoffschlüssig miteinander verbunden. Insbesondere sind die Polzahne und der Basiskörper ausschließlich stoffschlüssig miteinander verbunden. Die Polzähne weisen keine weiteren Befestigungsmittel, wie beispielsweise mechanische Befestigungsmittel, zu Anordnung am Basiskörper auf.
Stoffschlüssige Verbindungen entstehen beispielsweise durch Löten, Schweißen, Kleben, Vulkanisieren oder Pressen. Stoffschlüssige Verbindungen sind alle diejenigen Verbindungen, bei denen die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Sie sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Polzähne mit dem Basiskörper des Primärteils verklebt. Durch Auswahl eines geeigneten Klebstoffs bleibt die stoffschlüssige Verbindung über die Lebensdauer des Primärteils elastisch. Die Polzähne sind speziell auf die Anforderungen des Klebens ausgebildet. Geeignete Klebstoffe sind vorzugsweise auf der Basis von Epoxid, Polyurethan, Silikon oder Acrylat oder auch einer beliebigen Kombination bzw. Mischung der genannten Stoffe ausgebildet.
Vorteilhafterweise sind die Polzähne flächig verklebt, so dass eine große Kraftübertragung über die gesamte Klebefläche von den Polzähnen an den Basiskörper erfolgen kann. Eine große Kraftübertragung verbessert die elektromagnetische Wirkung bzw. die Führung des Hauptflusses in der elektrischen Maschine und verbessert somit den Wirkungsgrad. Der Basiskörper ist als Jochrücken des Primärteils ausgebildet und somit ein elektromagnetisch aktives Bauteil. Die elektromagnetischen Flüsse im Primärteil fließen über die Polzähne und den Basiskörper, d. h. den Jochrücken, und somit auch über die stoffschlüssigen Verbindungen zwischen Polzähnen und Basiskörper.
Vorzugsweise weist jeder Polzahn eine Klebefläche mit mehreren Nuten auf. Erste Nuten sind dafür vorgesehen, einen definierten Klebespalt auszubilden. Zweite Nuten sind dafür vorgesehen, ein oder mehrere Klebstoffdepots auszubilden, um anfallenden überschüssigen Klebstoff aufzunehmen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Basiskörper gleichzeitig als Gehäuse für das Primärteil oder auch als Gehäuse für eine elektrische Maschine ausgebildet. Ist der Basiskörper gleichzeitig als Gehäuse ausgebildet, werden die Polzähne somit direkt am Gehäuse angeklebt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist jeder Polzahn so ausgebildet, dass er eine Spule und zumindest einen Permanentmagneten trägt. Jeder Polzahn ist somit derart ausgebildet, dass er zwei aktive Mittel zur Erzeugung magnetischer Felder aufweist. Die Spulen bilden insgesamt die Wicklung, wobei insbesondere eine dreiphasige Wicklung zum Anschluss an ein Drehstromnetz vorgesehen ist. Die Permanentmagnete sind beispielsweise in ein oder mehreren Ausnehmungen am Polzahn angebracht oder in den Polzahn integriert. Sie können aber auch beispielsweise am Polzahnende, welches an den Luftspalt zwischen Primärteil und Sekundärteil grenzt, angeordnet sein.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist ein Primärteil und ein Sekundärteil auf, wobei Primärteil und Sekundär teil durch einen Luftspalt voneinander beabstandet sind. Das Primärteil ist insbesondere als bewegtes Teil ausgeführt und weist mehrere Polzähne, beispielsweise sieben, auf, welche stoffschlüssig, insbesondere ausschließlich stoffschlüssig, an einem Basiskörper des Primärteils angeordnet sind. Insbesondere ist der Basiskörper als Gehäuse des Primärteils ausgebildet und die Polzähne sind mit dem Basiskörper bzw. Gehäuse verklebt.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist insbesondere als permanenterregter Synchronlinearmotor ausgebildet. Die Polzähne des Primärteils weisen jeweils zwei aktive Mittel zur Erzeugung magnetischer Felder auf, nämlich jeweils eine Spule und ein oder mehrere Permanentmagnete. Das Sekundärteil ist frei von aktiven Mitteln und als Eisenreaktionsschiene ausgebildet. Eine derartige Eisenreaktionsschiene weist mehrere Zähne aus Eisen auf, welche dazu dienen, den magnetischen Hauptfluss zu führen. Ferner besteht die Möglichkeit, das Sekundärteil als bewegtes und das Primärteil als feststehendes Teil auszubilden.
Erfindungsgemäß ist eine stoffschlüssige Befestigung von Polzähnen bereitgestellt, wobei die Polzähne speziell für eine Klebeverbindung ausgestaltet sind. Durch die entsprechende Ausgestaltung der Polzähne entfällt der Bauraum für den Nutenstein, wodurch der Polzahn kleiner und leichter ausgebildet werden kann. Weiterhin wird eine großflächige Kraftübertragung vom Polzahn an den Basiskörper bzw. das Gehäuse gewährleistet. Derartige Klebeverbindungen zur Kraftübertragung sind auch bei anderen Zahnformen, wie beispielsweise Halbzahn oder Mehrfachzahn, und für andere Motorbauformen anwendbar.
In der nachfolgenden Beschreibung werden weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Ausgestaltung eines Polzahns und
2 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Primärteils und einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
1 zeigt einen Polzahn 3, welcher so ausgestaltet ist, dass er speziell durch Kleben, d. h. durch eine stoffschlüssige Verbindung, an einem anderen Teil angebracht werden kann. Der Polzahn 3 weist die Klebefläche 4 auf, welche durch Nuten 5a und 5b gekennzeichnet ist. Die Nuten 5a sind dafür vorgesehen, einen definierten Klebespalt auszubilden und Klebstoff entsprechend großflächig aufzunehmen. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind zwei derartige Nuten 5a abgebildet. Weiterhin sind zweite Nuten 5b zu sehen, welche Klebstoffdepots für überschüssigen Klebstoff ausbilden. Insbesondere sind vier Nuten 5b ausgebildet, wobei jeweils zwei Nuten 5b benachbart zu einer Nut 5a ausgebildet sind. Somit kann überschüssiger Klebstoff, welcher für die Nuten 5a vorgesehen ist, benachbart in die Nuten 5b eintreten. Weiterhin sind die Ausnehmungen 8 dargestellt, welche insbesondere dafür vorgesehen sind, Permanentmagnete aufzunehmen bzw. anzuordnen.
2 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 10 sowie eines erfindungsgemäßen Primärteils 1. Das Primärteil 1 weist einen Basiskörper 2 auf, an welchem mehrere Polzähne 3 angeordnet sind. Die Polzähne sind in Bewegungsrichtung 12 des bewegten Primärteils 1 nebeneinander angeordnet. Die Polzähne 3 sind mit dem Basiskörper 2 verklebt. In den Nuten 5a und 5b ist der Klebstoff 13 gezeigt. Vorteilhafterweise ist der Basiskörper 2 gleichzeitig als Gehäuse des Primärteils 1 ausgebildet. Die Polzähne 3 sind nur durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere Kleben, am Basiskörper 2 befestigt. Weitere Befestigungsmittel sind nicht notwendig.
In den Ausnehmungen 8 eines jeden Polzahns 3 sind vier Teilmagnete angeordnet, welche insgesamt einen Permanentmagneten des Polzahns bilden. Weiterhin sind Spulen 6 dargestellt, wo bei jeweils eine Spule 6 an einem Polzahn 3 angeordnet ist. Die Spulen 6 bilden insgesamt die Wicklung des Primärteils 1, wobei die Wicklung insbesondere als dreiphasige Wicklung ausgebildet ist.
Das Sekundärteil 11 ist derart ausgebildet, dass es eine gezahnte Struktur aufweist. Insbesondere weist es die Zähne 14 auf, wobei das Sekundärteil 11 lediglich die Zähne 14 zur Führung der magnetischen Flüsse zwischen Primarteil 1 und Sekundärteil 11 aufweist. Das Sekundärteil 11 ist beispielsweise aus Eisen hergestellt. Primärteil 1 und Sekundarteil 11 sind durch den Luftspalt 9 voneinander beabstandet. Das Primarteil 1 ist als bewegtes Bauteil ausgeführt, wobei die Bewegungsrichtung mittels des Pfeils 12 angegeben ist. Es könnte aber auch das Sekundärteil 11 bewegt und das Primarteil 1 feststehend ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005045348 A1 [0007]

Claims

Primärteil (1) für eine elektrische Maschine (10), wobei das Primärteil (1) einen Basiskörper (2) aufweist, an welchem mehrere Polzähne (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Polzähne (3) und der Basiskörper (2) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Primärteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polzähne (3) mit dem Basiskörper (2) verklebt sind.
Primärteil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff (13) auf der Basis von Epoxid, Polyurethan, Silikon oder Acrylat oder einer beliebigen Kombination bzw. Mischung der genannten Stoffe ausgebildet ist.
Primärteil (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polzähne (3) flächig verklebt sind, so dass eine möglichst große Kraftübertragung von den Polzähnen (3) an den Basiskörper (2) erfolgt.
Primärteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Polzahn (3) eine Klebefläche (4) mit Nuten (5a, 5b) aufweist.
Primärteil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass erste Nuten (5a) einen definierten Klebespalt ausbilden.
Primärteil (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Nuten (5b) ein oder mehrere Klebstoffdepots für überschüssigen Klebstoff ausbilden.
Primärteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ba siskörper (2) als Gehäuse für das Primärteil oder eine elektrische Maschine (20) ausgebildet ist.
Primärteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Polzahn (3) eine Spule (6) und zumindest einen Permanentmagneten (7) aufweist. 10. Elektrische Maschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (10) ein Primärteil (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (10) als permanenterregter Synchron-Linearmotor mit einem bewegbaren Primärteil (1) und einem feststehenden Sekundärteil (11) ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärteil (11) als Eisenreaktionsschiene ohne aktive Mittel zur Erzeugung magnetischer Felder ausgebildet ist.