WO2009083143A1

WO2009083143A1 - Wicklungsträger für eine elektrische maschine

Info

Publication number: WO2009083143A1
Application number: PCT/EP2008/010729
Authority: WO
Inventors: Helmut Kunkel; Arno Hack; Detlef Witt; Rudolf Bodner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: DE102007062059A1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wicklungsträger zu realisieren, welcher eine optimale und sichere Isolierung von Rotorwicklungen untereinander gewährleistet. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Wicklungsträgers zur Anbringung an den Primärteilsegmenten eines mittels der Primärteilsegmente modular aufgebauten Primärteils eines Linearmotors oder eines rotationssymmetrischen Motors, wobei ein Primärteilsegment zumindest einen Jochabschnitt (1) und einen Zahnabschnitt (2) zur Anbringung einer Wicklung umfasst, wobei vom Wicklungsträger ein Isolationsmittel (4) umfasst ist, um den Zahnabschnitt (2) des Primärteilsegmentes zumindest teilweise zu umschließen, wobei am Isolationsmittel (4) zumindest ein erster Isolationsmittelerweiterungsabschnitt (3) vorgesehen ist, um den Jochabschnitt (1) des Primärteilsegmentes zumindest teilweise zu umschließen, wobei zusätzlich ein Isolationsfortsatz (5) umfasst ist, um eine am Isolationsmittel (4) anordenbare Wicklung gegenüber den Wicklungen benachbarter Primärteilsegmente elektrisch zu isolieren, wobei der Isolationsfortsatz (5) am Isolationsmittelerweiterungsabschnitt (3) angeordnet ist oder anordenbar ist. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass der ?erstellprozess der Primärteiles einer elektrischen Maschine vereinfacht wird.

Description

Wicklungsträger für eine elektrische Maschine

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wicklungsträger zur Anbringung an den Primärteilsegmenten einer elektrischen Maschine gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wicklungsträgers gemäß dem Anspruch 17.

Ein Primärteil einer elektrischen Maschine kann mittels einer Vielzahl von einzelnen Primärteilsegmenten realisiert sein. Diese Primärteilsegmente umfassen in der Regel einen Jochabschnitt, welcher zur Führung des beim Betrieb der Maschine entstehenden magnetischen Feldes bestimmt ist, und einen sogenannten Zahnabschnitt, an dem Wicklungen angeordnet werden können. Die zuvor erwähnten Primärteilsegmente werden in der Regel in Verbindung mit sogenannten konzentrierten Wicklungen eingesetzt. Bei diesem Verfahren verteilt sich eine Wicklung nicht auf mehrere Zähne, sondern sie ist auf einen einzigen Zahn beschränkt. Demgemäß können Primärteilsegmente zusammen mit der konzentrierten Wicklung als separates Modul hergestellt werden.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2004 025 105 Al zeigt den Stator einer mittels Statorsegmenten hergestellten elektrischen Maschine zusammen mit einem isolierenden

Spulenkörper. Es ist ein isolierender Spulenkörper gezeigt, welcher auf einem Zahn montiert ist, welcher sich von einem ringsegmentförmigen Joch eines Stators erstreckt, wobei ein Draht um den isolierenden Spulenkörper gewickelt ist.

In der japanischen Zusammenfassung mit der Veröffentlichungsnummer 2006 141 173 A ist ein einzelnes Statorsegment im Detail gezeigt. Dieses Segment besteht ebenfalls aus einem Joch und einem Zahn sowie einem dem Joch gegenüberliegenden Zahnerweiterungsabschnitt. Das Joch, der Zahnerweiterungsabschnitt und der Zahnabschnitt selbst bilden einen H- förmigen Querschnitt, wobei ein Raum zur Aufnahme einer Wicklung mittels des Querschnittes längsseitig in Axialrichtung des Stators realisiert wird. Die Wicklung ist mittels eines Isolationskörpers vom Material des Statorsegmentes isoliert. An den Stirnseiten des Jochs sind Befestigungsabschnitte gezeigt, mittels derer ein formschlüssiges aneinanderfügen mehrerer benachbarter Statorsegmente möglich wird, so dass die Anordnung in radialer Richtung fixiert ist.

Betrachtet man nochmals die DE 10 2004 025 105 Al, so fällt auf, dass die Jochabschnitte unmittelbar aneinander liegen, um den magnetischen Widerstand möglichst gering zu halten. Die an den in radialer Richtung ausgerichteten Zahnabschnitten vorhandenen

Zahnerweiterungsabschnitte stoßen dagegen nicht unmittelbar aneinander, um einem magnetischen Kurzschlusses in unmittelbarer Nähe des Rotors zu vermeiden.

Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Anordnungen bringen den Nachteil mit sich, dass zur Erzielung einer möglichst hohen Isolationsklasse bei der Konstruktion keine ausreichende Vorsorge getroffen wurde.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung Wicklungsträger für Primärteilsegmente elektrischer Maschinen zu konstruieren, sowie ein Herstellverfahren für derartige Wicklungsträger anzugeben, wobei eine möglichst effektive isolierende Wirkung zwischen Wicklung und Primärteil erzielt werden soll.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Wicklungsträgers zur Anbringung an den Primärteilsegmenten eines mittels der Primärteilsegmente modular aufgebauten Primärteils einer elektrischen Maschine mit zusätzlichem Sekundärteil, insbesondere eines Linearmotors oder eines rotationssymmetrischen Motors, wobei ein Primärteilsegment zumindest einen Jochabschnitt und einen Zahnabschnitt zur Anbringung einer Wicklung umfasst, wobei vom Wicklungsträger ein vorzugsweise spritzgusstechnisch realisiertes Isolationsmittel umfasst ist, um den Zahnabschnitt des Primärteilsegmentes zumindest teilweise zu umschließen, wobei am Isolationsmittel zumindest ein erster Isolationsmittelerweiterungsabschnitt vorgesehen ist, um auch den Jochabschnitt des Primärteilsegmentes zumindest teilweise zu umschließen. Unter Primärteil wird in diesem Zusammenhang die ortsfeste Komponente der elektrischen Maschine verstanden. Es kann sich dabei beispielsweise um den Stator einer rotationssymmetrischen Maschine handeln. Unter Sekundärteil wird in diesem Zusammenhang die bewegliche Komponente der elektrischen Maschine verstanden. Es kann sich dabei beispielsweise um den Rotor einer rotationssymmetrischen Maschine handeln. Ergänzend sei bemerkt, dass bei einem Linearmotor sowohl das Primärteil, als auch das

Sekundärteil beweglich angeordnet sein kann. In Verbindung mit Linearmotoren ist daher bei dem Begriff Primärteil nicht zwangsläufig auch von der ortsfesten Komponente einer elektrischen Maschine auszugehen, auch wenn das Primärteil aufgrund der erforderlichen Kabel- und Steuerzuleitungen häufig als ortsfeste Komponente realisiert wird. Ebenso gilt, dass in Verbindung mit Linearmotoren bei dem Begriff Sekundärteil nicht zwangsläufig auch von einer beweglichen Komponente einer elektrischen Maschine auszugehen ist, auch wenn das Sekundärteil häufig beweglich angeordnet wird. Bei Linearmotoren kann die den erfindungsgemäßen Wickelkörper umfassende Maschinenkomponente daher sowohl eine ortsfeste als auch eine nicht ortsfesten Maschinenkomponente darstellen.

Vorteilhaft an der Erfindung ist die verbesserte Zuverlässigkeit der Isolation zwischen Wicklung und Primärteilsegment aufgrund eines stabilen und kompakteren Wicklungsträgers, welcher keine aufwändige Montagearbeiten erfordert und dementsprechend eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit im späteren Betrieb der Maschine aufweist.

Vorteilhaft wird zusätzlich ein Isolationsfortsatz vom Wicklungsträger umfasst, um eine am Isolationsmittel anordenbare Wicklung gegenüber den Wicklungen benachbarter Primärteilsegmente elektrisch zu isolieren, wobei der Isolationsfortsatz am Isolationsmittelerweiterungsabschnitt angeordnet ist oder anordenbar ist. Der Vorteil dieser Lösung liegt insbesondere darin, dass anstatt der aufwändigen manuellen Einbringung zusätzlicher Isolationsmaterialien zwischen benachbarten Wicklungen bei der Herstellung des Primärteils, beispielsweise in Form von Isolationspapier, nun ein Isolator bereits bei der Herstellung des Wicklungsträger vorgesehen wird, indem der Isolationsfortsatz als fester Bestandteil des Wicklungsträgers vorgesehen ist, um benachbarte Wicklungen gegeneinander zuverlässig zu isolieren. Es ist daher sehr auch unwahrscheinlich, dass die Anbringen der Isolation zwischen den Phasen (Zwischenphasenisolation) beispielsweise während einer manuellen Montage übersehen wird. Sofern der Isolationsfortsatz im Sinne des obigen Wortlautes „angeordnet" ist, bezieht sich dies auf eine einstückige Realisierungsform des Wicklungsträgers und des Isolationsfortsatzes und sofern der Isolationsfortsatz im Sinne des obigen Wortlautes „anordenbar" ist, bezieht sich dies auf eine beispielsweise mehrstückige Realisierungsform des Wicklungsträgers und des Isolationsfortsatzes. Üblicherweise wurde bisher so vorgegangen, dass am Wicklungsträger ein Isolationsmittel aufgebracht wurde, welches sich über den Jochabschnitt hinaus und gegebenenfalls über vorhandene Zahnerweiterungsabschnitte hinaus erstreckte. Anschließend wurde die Wicklung am Zahn angebracht und das über den Jochabschnitt bzw. den gegebenenfalls vorhandenen Zahnerweiterungsabschnitt überstehende Isolationsmittel wurde anschließend zur äußeren Abdeckung der Wicklung verwendet. Um die zur Abdeckung gegenüber benachbarten

Wicklungen vorhandenen überstehenden Isolationsmittel zu fixieren, wurden beispielsweise an der Stirnseite des Primärteilmoduls Kunststoffkappen angebracht, in welche die überstehenden Isolationsmittel eingefädelt werden mussten. Ein äußerst schwer zu handhabender Vorgang, welcher bei fehlerhafter Ausführung zur Beschädigung der Wicklungen führen kann und zusätzlichen Aufwand bei der Montage bedeutete.

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Dieser Aspekt der Erfindung vermeidet diesen Nachteil, da bereits am Wicklungsträger das Isolationsmittel in Form des Isolationsfortsatzes vorgesehen ist, um den Schutz der zueinander benachbarten Wicklungen zu realisieren. Somit vereinfacht sich der Montageprozess und die Zuverlässigkeit der Anordnung während des Betriebes und die Lebensdauer der Anordnung erhöht sich.

Besonders bevorzugt ist der Isolationsfortsatz .derart gelenkig am Isolationsmittel fest angeordnet, dass das Isolationsmittel und der Isolationsfortsatz einen einstückigen Körper bilden. Dies verhindert, dass das Einbringen der Isolierung während des Zusammenbaus eines Primärteiles vom Monteur übersehen werden könnte, weil diese bereits fest am Wicklungsträger angeordnet und vorfixiert ist. Der Isolationsfortsatz ist nach der Bewicklung des Trägers lediglich mittels des Gelenkes umzuklappen, damit er die Wicklung in Umfangsseite bzw. in Bewegungsrichtung des Sekundärteiles abdeckt. Zusätzlich zum Gelenk könnten Schnappverschlüsse oder formschlüssige Verbindungen vorgesehen werden, um den Isolationsfortsatz an der der Gelenkseite gegenüberliegenden Seite des Wicklungsträgers zu arretieren. Alternativ zu der zuvor erwähnten Lösung könnten auch formflüssige Verbindungen oder Schnappverbindungen oder Nut-/Federverbindungen verwendet werden, um den Isolationsfortsatz am Isolationsmittel anzuordnen. Auf ein Gelenk könnte in diesem Falle vollständig verzichtet werden und es wäre möglich die Wicklungen auch nach dem eigentlichen Zusammenbau der Anordnung nachträglich noch durch einbringen des Isolationsfortsatzes gegeneinander elektrisch zu isolieren. Hierbei würde man dann den

Isolationsfortsatz senkrecht zur Bewegungsrichtung des Sekundärteiles zwischen den Spulen einbringen.

Vorzugsweise ist am Wicklungsträger ein zweiter Isolationsmittelerweiterungsabschnitt vorgesehen, welcher sich zumindest teilweise über die Stirnseiten eines Zahnabschnittes mit sekundärteilseitigem Zahnerweiterungsabschnitt erstrecken kann. Dieser Erweiterungsabschnitt kann zum einen zur Isolierung der Stirnseiten des Zahnerweiterungsabschnittes gegenüber benachbarten Zahnerweiterungsabschnitten dienen. Zum anderen kann er zur Aufnahme einer Führung bzw. eines Gelenkes zur Befestigung des Isolationsfortsatz dienen. Bei der Verwendung von zwei Erweiterungsabschnitten bietet sich sowohl die gelenkige Anbringung des Isolationsfortsatzes, als auch die Anbringung des Isolationsfortsatzes mittels formschlüssiger Verbindungen am Erweiterungsabschnitt an.

Die rotorseitigen Enden der erweiterten Zahnabschnitte sind, bei einem rotationssymmetrischen Motor in Rotationsrichtung betrachtet und bei einem Linearmotor in Bewegungsrichtung betrachtet, wie zum Beispiel aus dem weiter oben zitierten Stand der Technik ersichtlich, nicht unmittelbar miteinander verbunden und damit mechanisch kaum gegeneinander stabilisiert beziehungsweise fixiert. Dies ist .schon prinzipbedingt aufgrund des gewünschten rotorseitigen beziehungsweise sekundärteilseitigen Abstandes der Zahnerweiterungsabschnitte zueinander der Fall.

Während des Betriebes eines Motors wirken sehr hohe magnetische Kräfte auf das Primärteil. Speziell bei mittels Einzelsegmenten realisierten Motorkomponenten fuhren diese Kräfte zu mechanischen Schwingungen der Segmente, welche auf die fehlende Steifigkeit bzw. die fehlende Stabilisierung der Zahnabschnitte in unmittelbarer Nähe des Sekundärteiles zurückzuführen sind. Diese mechanische Schwingungen regen die aneinandergefügten Segmente in ihrer Eigenfrequenz an und fuhren zu akustisch hörbaren Schwingungen. Dies fuhrt zu starker Geräuschbelästigung, beispielsweise in Fertigungshallen. Außerdem wirken sich diese Schwingungen unmittelbar auf das von der Maschine erzeugte Drehmoment negativ aus, da sich die mechanische Begebenheiten abhängig von der Drehzahl des Motors ständig ändern können.

Gelöst wird dieses Problem vorzugsweise mittels eines erfindungsgemäßen Wicklungsträgers, wobei Verbindungsabschnitte umfasst sind und wobei gegenüberliegende Verbindungsabschnitte zueinander korrespondierend ausgebildet sind, so dass zueinander unmittelbar benachbarte Wicklungsträger formschlüssig miteinander verbindbar sind. Mittels der Verbindungsabschnitte können die Primärteilsegmente sowohl jochseitig als auch sekundärteilseitig gegeneinander fixiert werden. Sekundärteilseitig wird ein magnetischer Kurzschluss aufgrund dieser Fixierung dadurch umgangen, dass das magnetisch leitfähige Material nicht unmittelbar miteinander verbunden wird. Die Verbindung erfolgt mittelbar unter Verwendung des Wicklungsträgermaterials, welches das magnetisch leitfahige Material der aneinanderliegenden Primärteilsegmente gegeneinander sowohl elektrisch als auch magnetisch isoliert. Diese Verbindung trägt außerdem zur Arretierung der Gesamtanordnung in radialer Richtung bzw. bei einem Linearmotor senkrecht zur Bewegungsrichtung bei.

Vorzugsweise sind die Verbindungsabschnitte an der einem benachbarten Primärteilsegment zugewandten Stirnseite des ersten Isolationsmittelerweiterungsabschnittes derart angeordnet, dass im Falle des Aneinanderfugens von Isolationsmittelerweiterungsabschnitten unmittelbar benachbarter Primärteilsegmente ein im Vergleich zu plan aneinanderliegenden Stirnflächen verlängerter Luftspalt entlang der Stirnflächen entsteht. Dies bewirkt, dass im Falle des aneinanderfugens von Erweiterungsabschnitten benachbarter- Statorsegmente die Erweiterungsabschnittsstirnflächen nicht mehr Plan aneinander liegen, so dass sich ein nicht gewünschter relativ kurzer Luftspalt zwischen Jochunterseite und Wicklung ergibt. Stattdessen bewirkt die Erfindung aufgrund der zueinander korrespondierenden Verbindungsmittel, wie beispielsweise Nut- und Federverbindungen oder Schiebe- und Steckverbindungen oder Schnappverbindungen dass ein verlängerter Luftspalt entsteht, welcher die Spannungsfestigkeit der Anordnung entlang des Luftspaltes erhöht. Gleichzeitig bewirkt dieses ineinandergreifen eine höhere Stabilität der Anordnung. Dieser Aspekt der Erfindung gilt auch für Wicklungsträger mit und ohne erfindungsgemäßen Isolationsfortsatz. Besonders bevorzugt bildet das Isolationsmittel zusammen mit dem ersten

Isolationsmittelerweiterungsabschnitt ein T-förmiges Querschnittsprofil und zusammen mit dem ersten und der zweiten Isolationsmittelerweiterungsabschnitt ein H-förmiges Querschnittsprofil, wobei der Wicklungsträger Auflagefortsätze zur Auflage des Kopfes einer am Isolationsmittel anordenbaren Wicklung mit zumindest einer ersten Ausnehmung zur Drahtdurchführung umfasst. Das Profil stabilisiert den Wicklungsträger und die Drahtdurchführung erleichtert die Bewicklung.

Eine Begrenzung der Ausnehmung fluchtet bevorzugt mit einer Oberfläche des am Zahnabschnitt angeordneten Isolationsmittels und die Ausnehmung weist insbesondere einen Querschnitt auf, der ein Einführen eines Drahtes aus einer von der senkrechten Richtung, relativ zur Auflagefortsatzoberfläche betrachtet, abweichenden Richtung ermöglicht.

Die Anschlussdrähte werden somit nicht übermäßig durch Biegung oder Dehnung strapaziert und können zusammen mit den Anschlussdrähten weiterer Wicklungen leicht verschaltet werden. Der Vorteil dieser Lösung liegt außerdem darin, dass die ersten Drahtlagen auf dem Isolationsmittel derart ausführbar sind, dass Draht für Draht gleichmäßig nebeneinander zum liegen kommt, so dass in Verbindung mit weiteren Wicklungsschichten ein maximal möglicher Füllfaktor erreicht werden kann.

Ist die erste Drahtlage nämlich nicht wie vorher beschrieben ausgeführt, beispielsweise wenn sich einzelne Drähte überschneiden, so hat dies negative Auswirkungen auf alle folgenden Wicklungsschichten und es entstehen Lufteinschlüsse und Hohlräume, welche zu einem reduzierten Kupferführfaktor und damit zu einer reduziertenJKraftdichte führen können. Die erfindungsgemäß ausgeführte Ausnehmung vermeidet dies dadurch, dass der Draht bei Realisierung der ersten Wicklungsschicht gradlinig zwischen einer Begrenzung der

Ausnehmung und der Oberfläche des Isolationsmittels zum liegen kommt, ohne dass es erforderliche wäre den Draht zu verbiegen oder sonstige Richtungsänderungen vorzunehmen.

Aufgrund eines beispielsweise V-förmigen Querschnittes der Ausnehmung ist es möglich den Draht abhängig von der Art der Verdrahtung außerhalb des Primärteilsegmentes aus verschiedenen Richtungen von der senkrechten abweichend in den Wicklungsträger einzuführen, was dazu führt, dass auch hier keine massiven mechanischen Einwirkungen auf den Draht erforderlich werden. Vorzugsweise ist eine zweite Ausnehmung vom

Auflagefortsatz zur Drahtdurchführung umfasst. Somit kann die Spule mit ihren beiden Anschlüssen leicht verdrahtet werden.

Vorzugsweise ist am Wicklungsträger zumindest eine Ausnehmung zur Anordnung eines Befestigungsmittels für eine am Wickelkörper anordenbare Wicklung vorgesehen. Die

Ausnehmung ist derart realisiert, dass sie keinen Einfluss auf den Kupferfühlfaktor hat. Dies wird dadurch bewirkt, dass die Ausnehmung letztlich eine Vertiefung an der Oberfläche des Isolationsmittels darstellt, über die der Draht hinweggeführt werden kann. Die Wicklung kann somit beispielsweise mittels einer Schnur verknotet werden, um die Wickelköpfe zu arretieren.

Vorzugsweise wird ein Primärteilsegment für elektrische Maschinen, insbesondere Linearmotoren oder rotationssymmetrische Motoren, mit Jochabschnitt und mit Zahnabschnitt mit einem Wickelkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestattet, so dass der Wickelkörper sowohl den Zahnabschnitt als auch den Jochabschnitt zumindest teilweise formschlüssig umschließt. Primärteilsegment und Wicklungsträger bilden somit eine kompakte Einheit, die auch als solche verbaut bzw. verkauft werden kann. Montageseitig reduziert sich der Aufwand für die Anbringung des Wicklungsträgers am Primärteilsegment und für die Isolation der Wicklung. Dies führt zu einer Reduzierung der Herstellkosten bei der Herstellung der Maschine. Die Wickelkörper der benachbarten Primärteilsegmente greifen aufgrund der erfindungsgemäßen Verbindungsabschnitte ineinander und erhöhen somit die Stabilität der Anordnung. Insbesondere erhöhen die an den Erweiterungsabschnitten vorgesehenen Verbindungsabschnitte die Stabilität der Anordnung während des Betriebes und vermeiden die zuvor schon beschriebenen Schwingungen bzw. die aus den Schwingungen resultierenden Störgeräusche.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wicklungsträgers wird das Isolationsmittel und der Isolationsmittelerweiterung^'sabschnitt im Spritzgießverfahren derart hergestellt. Die unterschiedlichsten Formen sind damit leicht realisierbar. Auch die gewünschte Stabilität des Wicklungskörpers kann durch geeignete Konfiguration des Spritzgießvorganges beeinflusst werden.

Vorzugsweise wird das Verfahren derart ausgeführt, dass ein Isolationsfortsatz anordenbar ist, welcher geeignet ist einer am Isolationsmittel oder am Isolationsmittelerweiterungsabschnitt angeordnete Zahnwicklung gegenüber den Zahnwicklungen benachbarter Statorsegmente elektrisch zu isolieren. Ein solcher Isolationsfortsatz erhöht die Zuverlässigkeit der Maschine und vermeidet Kurzschlüsse innerhalb der konzentrischen Wicklungen.

Vorzugsweise wird der Isolationsfortsatz derart im Rahmen des bereits zuvor erwähnten Spritzgießverfahrens unmittelbar am Isolationsmittel oder am Isolationsmittelerweiterungsabschnitt angespritzt, dass Isolationsmittel bzw. Isolationsmittelerweiterungsabschnitt und Isolationsfortsatz eine einstückige und gelenkig miteinander verbundene Einheit bilden. Der Isolationsfortsatz bildet somit zusammen mit dem Isolationsmittel eine nicht trennbare Einheit und muss zwangsläufig bei der Montage berücksichtigt werden. Mittels einer Materialverjüngung zwischen Isolationsfortsatz und Isolationsmittel bzw. Isolationsmittelerweiterungsabschnitt kann ein leichtgängiges Folienscharnier realisiert werden.

Außerdem ist stets gewährleistet, dass der Isolationsfortsatz zumindest an einer seiner Seiten zuverlässig und sicher mit dem Isolationsmittel verbunden ist und somit nur noch an der dem Gelenk gegenüberliegende Seite arretiert werden muss, beispielsweise mittels einer Schnappverbindung oder dergleichen.

Besonders bevorzugt wird das Isolationsmittel unmittelbar auf einem Primärteilmodul, in der Regel bestehend aus verstanzten oder verschweißten Blechen oder aus Vollmaterial, im Rahmen eines Spritzgießverfahrens aufgespritzt, so dass eine unlösbare formschlüssige Verbindung zwischen Wicklungsträger und PrimärteilmoduLentsteht. Dies reduziert weiter die Montagekosten, da nun der Wicklungsträger nicht mehr manuell am Primärteilmodul aufgebracht werden muss.

Alternativ wäre es auch möglich den Wicklungsträger nach dem eigentlichen Spritzvorgang zur Herstellung des Wicklungsträgers auf den Zahnabschnitt eines Primärteilmoduls aufzuschieben. Diese Lösung hat wiederum den Vorteil, dass die Wicklung bereits am Wicklungsträger angebracht werden könnte, so dass Wicklungsträger und Wicklung eine Einheit bilden, welche dann als ganzes betrachtet am Primärteilmodul zu montieren wären. Im Folgenden werden nun anhand der Figurenbeschreibungen weitere Aspekte der Erfindung erläutert. Bei den Figuren handelt es sich um schematische Zeichnungen, welche nicht ausschließlich die wesentlichen Aspekte der Erfindung grafisch darstellen.

Figur 1 zeigt die Ansicht auf den ungeschnittenen Querschnitt eines mit einem erfindungsgemäßen Wicklungsträger versehenen Primärteilmoduls.

Figur 2 zeigt den längsförmigen Schnitt durch das in Figur 1 gezeigte Primärteilmodul aus Sicht des Sekundärteiles.

Figur 3 zeigt eine alternative Lösung zu der in Figur 1 gezeigten Lösung.

Deutlich ist in Figur 1 ist der H-förmige Aufbau des hier beispielhaft erläuterten Primärteilmoduls erkennbar. Dieser H-formige Aufbau ergibt sich aus einem Jochabschnitt 1 , einem Zahnabschnitt 2 (verdeckt durch das Isolationsmittel 4) und einem Erweiterungsabschnitt 2a. Da es sich bei der in Figur 1 dargestellten Primärteilmodulansicht nicht um einen tatsächlichen Schnitt durch dieses Modul handelt, sondern um die Ansicht der Stirnfläche eines solchen Moduls, ist überwiegend das Material des Wicklungsträgers zu sehen, nicht jedoch das Material des Primärteilmoduls selbst. Eine Ausnahme hiervon bildet der Zahnerweiterungsabschnitt 2a, welcher nur teilweise vom Isolationsmittelerweiterungsabschnitt 3 abgedeckt ist.

Ein solches Primärteilmodul wird in der Regel aus miteinander verstanzten oder verschweißten Blechen realisiert. Es ist auch möglich ein .solches Primärteilmodul aus Sintermaterial herzustellen, so dass es aus einem massiven Block besteht. Alle Primärteilmodulabschnitte sind in der Regel aus gleichem Material hergestellt und können ein einstöckiges oder auch mehrteiliges Modul bilden. Mehrteilig sind die Module dann, wenn beispielsweise Jochabschnitt 1 und Zahnabschnitt 2 mittels separater Teile hergestellt sind und mittels formschlüssiger Verbindungen miteinander verbunden sind.

Sowohl die stirnseitige Jochfläche, als auch die stirnseitige Zahnabschnittsfläche, als auch die stirnseitige Zahnabschnittserweiterungsfläche, wird von dem Wickelkörper vollständig oder teilweise abgedeckt. Diese Abdeckung erstreckt sich ebenfalls entlang der längsseitigen Stirnflächen des Zahnerweiterungsabschnittes 2a und entlang der längsseitigen Stirnflächen des Zahnabschnittes 2, nicht jedoch entlang der längsseitigen Stirnflächen des Jochabschnittes 1. Eine wesentliche Voraussetzung für die korrekte Funktion einer mittels des Primärteilmoduls realisierten elektrischen Maschine besteht darin, dass der Teil des Primärteilmoduls, an welchem die Wicklung angeordnet wird, von dem Isolationsmittel 4 vollständig abgedeckt ist. Dies soll gewährleisten, dass eine später aufgebrachte Wicklung, nicht in unmittelbaren Kontakt mit dem Material des Primärteilmoduls geraten kann. Die stirnseitige Isolation des Zahnabschnittes ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichnet. Das Bezugszeichen 3 kennzeichnet den Isolationsmittelerweiterungsabschnitt zur Abdeckung der Jochunterseite und der der Wicklung zugewandten Oberseite des sekundärteilseitigen Zahnerweiterungsabschnittes 2a. Die dem Sekundärteil zugewandte Unterseite des Zahnerweiterungsabschnittes 2a ist nicht von dem Isolationsmittel des Wicklungsträgers bedeckt. Diese Oberfläche kann jedoch mittels einer Isolationsschicht, beispielsweise mittels eines Harzes, überzogen sein. Um den Luftspalt zwischen sekundärteilseitiger Zahnoberfläche und Sekundärteil möglichst gering zu halten, ist es jedoch wesentlich, dass eine. ggf. vorhandene Isolierung sich nicht negativ auf die Dimensionierung des Luftspaltes auswirkt.

In Figur 1 ist ebenfalls der Isolationsfortsatz 5 dargestellt, welcher in diesem Beispiel an der längsseitigen Stirnfläche des Isolationsmittelerweiterungsabschnittes 3 gelenkig, beispielsweise mittels eines Folienscharniers, angebracht ist. Mittels dieses Folienscharniers ist der Isolationsfortsatz 5 beweglich gelagert und kann durch umbiegen oder umklappen derart in seiner Lage verändert werden, dass er im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Isolationsmittels 4 ausrichtbar ist, und damit eine am Isolatiβnsmittel aufgebrachte Wicklung zumindest teilweise abdecken kann. Vorzugsweise wird dieser Isolationsfortsatz am jochseitigen Isolationsmittelerweiterungsabschnitt 3 mittels Schnappverbindungen oder sonstiger lösbarer Verbindungen arretiert (hier nicht gezeigt).

Da Figur 1 die Ansichtsseite des Primärteilmoduls mit dem erfindungsgemäßen Wicklungsträger zeigt, ist hier auch deutlich zu erkennen, dass an den den benachbarten Primärteilmodulen zugewandten Längsseiten der Isolationsmittelerweiterungsabschnitte 3

Verbindungsmittel 4A, 4B vorhanden sind. Diese sich gegenüberliegenden Verbindungsmittel 4A, 4B sind unterschiedlich, aber korrespondierend zueinander ausgebildet. Beispielsweise zeigt das Verbindungsmittel 4A einen längsformigen Vorsprung wie beispielsweise die Feder einer Nut-/Federverbindung und das gegenüberliegende Verbindungsmittel 4B die zugehörige längsseitige Nut. Die wird aus den zu Figur 1 gehörenden Detailzeichnungen deutlich. In diesem Beispiel wurden dreieckförmige NuWFederverbindungen gewählt. Fügt man nun zwei aus Figur 1 bekannte Primärteilmodule längsseitig aneinander, so greift die Feder 4A der ersten Primärteilmoduls in die Nut 4B des zweiten Primärteilmoduls ein und bewirkt, dass sich innerhalb der Verbindung ein Luftspalt ausbildet, dessen im Querschnitt betrachtete Länge gegenüber der Länge von plan aneinander liegenden Stirnflächen ohne Nut- Federverbindung, vergrößert ist. Der Luftspalt verläuft in diesem Beispiel im Querschnitt betrachtet entlang der Dreieckförmigen Nut-/Federverbindung. Dieser verlängerte Luftspalt kann gegenüber plan anliegender Stirnflächen die Spannungsfestigkeit der Isolation zwischen Wicklung und Jochmaterial um 10 bis 50 % anheben. Je nach Ausführung der formschlüssigen Verbindung und nach Anforderungen im Betrieb im Detail kann der Luftspalt somit gezielt verlängert oder verkürzt werden.

Zusätzlich sind in der Figur 1 die Querschnitte von Ausnehmungen 8 A, 8B gezeigt, auf die im Rahmen der Erläuterung zu Figur 2 später näher eingegangen wird.

An einem erfindungsgemäßen Wicklungsträger ist entlang der querschnittseitigen Höhe des Wicklungsträgers eine Ausnehmung 9 vorgesehen, die eine Vertiefung in der Materialdicke des Wicklungsträgers darstellt. Diese Ausnehmung 9 dient zur Aufnahme eines

Befestigungsmittels, beispielsweise einer einfachen Schnur zur Fixierung des Wickelkopfes einer später aufzubringenden Wicklung. Der Wickelkopf liegt auf dem Fortsatz 7 auf und wird somit wirksam vor äußeren Auswirkungen geschützt.

In Figur 1 ist auch ersichtlich, dass die längsseitigen und nicht elektrisch leitfähigen

Stirnflächen des Joches ebenfalls mit Verbindungsmitteln IA, IB versehen sind, welche ähnlich wie die zuvor erwähnten Verbindungsmittel 4A, 4B mit korrespondierenden Verbindungsmitteln benachbarter Primärteilmodule zusammenwirken und eine mechanische Festigkeit der Anordnung gewährleisten. Diese Stirnflächen sind nicht von einem Isolationsmittel umfasst, um die magnetische Leitfähigkeit eines mittels der Primärteilmodule realisierten Primärteiljoches 1 nicht zu beeinflussen. Ebenso ist der sekundärteilseitige Isolationsmittelerweiterungsabschnitt 3 mit Verbindungsmitteln 4A, 4B ausgestattet. Diese Verbindungsmittel können identisch oder ähnlich zu den Verbindungsmitteln 4A, 4B des

Jochabschnittes oder des jochseitigen Isolationsmittelerweiterungsabschnittes 3 realisiert sein.

Der Vorteil speziell dieser sekundärteilseitigen Verbindungsmittel 4A, 4B liegt darin, dass bei aneinandergefügten Primärteilmodulen die Zahnabschnitte sekundärteilseitig im Gegenteil zu den aus dem zuvor erläuterten Stand der Technik bekannten Lösungen formschlüssig verbunden und press aneinander liegen, wodurch sich die mechanische Festigkeit der Gesamtanordnung erhöht, ohne einen sekundärteilseitigen magnetischen Kurzschluss zu bewirken. Dadurch sind während des Betriebes auftretende mechanische Kräfte nicht mehr in der Lage die Primärteilmodule in Eigenschwingung zu versetzen und die zuvor bereits erläuterten Geräuschemissionen zu verursachen. Wichtig und wesentlich ist jedoch hierbei, dass im Gegensatz zu den stirnseitigen Jochverbindungsmitteln IA, IB die stirnseitigen Verbindungsmittel der Erweiterungsabschnitte 3 nicht aus dem elektrisch und/oder magnetisch leitfähigen Jochmaterial 1 , sondern mittels des Isolationsmaterials des Wicklungsträgers realisiert sind. Eine sekundärteilseitige Verbindung zwischen dem leitfähigen Materialien benachbarter Primärteilmodule würde zu einem magnetischen Kurzschluss in der Anordnung führen würde.

In Figur 2 ist der Längsschnitt durch das bereits aus Figur 1 bekannte Primärteilmodul aus Sicht des Sekundärteiles gezeigt (siehe Pfeile in Figur 1). In Figur 2 ist deutlich der eigentliche Kern des Primärteilmoduls im Schnitt zu sehen (sekundarteilseitiger Längsschnitt durch den Zahnabschnitt 2 und Isolationsmittel 4). Der Zahnabschnitt 2 ist allseitig vom Isolationsmittel 4 umgeben, wobei in diesem Beispiel die Materialdicke des Isolationsmittels an zumindest einer Seite des Zahnabschnittes .derart realisiert ist, dass die Ausnehmung 9 zur Aufnahme einer Befestigung für eine einzubringende Wicklung realisierbar ist.

Weitere Ausnehmungen 8A, 8B sind dargestellt, welche letztlich zur Verdrahtung einer in den Wicklungsträger eingebrachten Wicklung dienen. Der Querschnitt dieser Ausnehmung ist, wie aus Figur 1 ersichtlich, in diesem Beispiel V-förmig ausgebildet, so dass ein Draht jochseitig aus unterschiedlichen Richtungen in den Wickelträger eingeführt werden kann, ohne diesen Draht massiven mechanischen Beanspruchungen auszusetzen, beispielsweise einer Biegebeanspruchung. Es würde auch genügen nur eine Kante abzuschrägen, so dass der Draht aus einer Richtung einführbar ist. Bei der V-förmigen Ausnehmung ist der Draht aus zwei Richtungen einführbar.

Zumindest eine Kante der V-förmigen Drahteinführung 8A fluchtet mit derjenigen Kante des Isolationsmittels 4, an welcher der Draht später aufgebracht wird. Ein Draht kann somit derart am Isolationsmittel 4 aufgebracht werden, dass eine möglichst großflächige Anlage zwischen Isolationsmittel 4 und Drahtoberfläche entsteht. Die Präzision, mit der diese erste Schicht der Wicklung ausgeführt wird, bestimmt wesentlich die Qualität der gesamten Wicklung und ist daher maßgeblich dafür verantwortlich, dass ein optimaler Kupferfüllfaktor erzielt wird.

Die erfindungsgemäße Anbringung dieser Ausnehmung 8A gemäß der schematisch dargestellten Figur 2 ermöglichst diesen Vorteil dadurch, dass wie bereits weiter oben beschrieben, zumindest eine Kante der Ausnehmung mit einer Oberfläche des Isolatiόnsmittels 4 fluchtet.

Die zweite Ausnehmung 8B dient dazu, den Draht nach der Aufbringung der Wicklung wieder aus dem Wicklungsträger herauszuführen, so dass die Wicklung am Primärteilmodul mit den Wicklungen anderer Primärteilmodule jochseitig durch leichte Zugänglichkeit der Wicklungsanschlussdrähte entsprechend einfach verschaltbar sind. Der in Figur 2 sichtbare jochseitige Erweiterungsabschnitt 3, auf dem später die Wicklung aufliegt, deckt das Joch zumindest derart ab, dass die später aufgebrachte Wicklung keinen unmittelbaren Kontakt zum leitfähigen Jochmaterial hat. Am jochseitigen Erweiterungsabschnitt 3 sind zusätzlich Auflagefortsätze 7 zum Schutz des Wickelkopfes angeordnet. Sekundärteilseitig kann die Wicklung zumindest teilweise auf dem sekundärseitigen Isolationsmittelerweiterungsabschnitt 3 aufliegen. .

Figur 3 ist im wesentlichen identisch mit Figur 1. Es gelten daher dieselben Aussagen wie zu Figur 1. Lediglich der Zwischenisolationsfortsatz 5 wurde jochseitig angeordnet.

Das in Figur 1 , 2 und 3 gezeigte Primärteilmodul kann nur durch unmittelbares Aufspritzen des Isolationsmittels 4 und der Isolationsmittelerweiterungsabschnitte 3 auf das Primärteilmodulrohmaterial (gestanztes oder (laser-)geschweißtes laminiertes Blech oder massive Ausführung) realisiert werden. Der Wicklungsträger ist damit zerstörungsfrei nicht lösbar mit dem Primärteilmodulrohmaterial verbunden. Gleiches gilt für den Isolationsfortsatz 5, welcher ebenfalls unmittelbar im Rahmen eines Spritzgieß Vorganges bei der Herstellung dieser Vorrichtung auf den Isolationsmittelerweiterungsabschnitt 3 aufgespritzt wird. Der Aufspritzvorgang erfolgt derart, dass entweder ein Folienscharnier realisiert wird oder dass zumindest eine gelenkige Lagerung 6 zwischen Isolationsfortsatz 5 und Isolationsmittelerweiterungsabschnitt 3 realisiert wird. Zur Abdeckung einer später einzubringenden Wicklung kann der Isolationsfortsatz 5 nach Aufbringung der Wicklung einfach in Richtung des jochseitigen Isolationsmittelerweiterungsabschnittes 3 mittels des Gelenkes 6 umgeklappt werden und ggf. am jochseitigen

Isolationsmittelerweiterungsabschnittes 3 mittels einer entsprechenden form schlüssigen Verbindung einrasten.

Claims

Patentansprüche

1. Wicklungsträger zur Anbringung an den Primärteilsegmenten eines mittels der Primärteilsegmente modular aufgebauten Primärteils einer elektrischen Maschine mit zusätzlichem Sekundärteil, insbesondere eines Linearmotors oder eines rotationssymmetrischen Motors, wobei ein Primärteilsegment zumindest einen Jochabschnitt (1) und einen Zahnabschnitt (2) zur Anbringung einer Wicklung umfasstj dadurch gekennzeichnet, dass vom Wicklungsträger ein insbesondere spritzgusstechnisch realisiertes Isolationsmittel (4) umfasst ist, um den Zahnabschnitt (2) des Primärteilsegmentes zumindest teilweise zu umschließen, wobei am Isolationsmittel (4) zumindest ein erster Isolationsmittelerweiterungsabschnitt (3) vorgesehen ist, um den Jochabschnitt (1) des

Primärteilsegmentes zumindest teilweise zu umschließen.

2. Wicklungsträger nach Anspruch 1, wobei zusätzlich ein Isolationsfortsatz (5) umfasst ist, um eine am Isolationsmittel (4) anordenbare Wicklung gegenüber den Wicklungen benachbarter Primärteilsegmente elektrisch zu isolieren, wobei der Isolationsfortsatz (5) am Isolationsmittelerweiterungsabschnitt (3) angeordnet ist oder anordenbar ist.

3. Wicklungsträger nach Anspruch 2, wobei der Isolationsfortsatz (5) derart gelenkig (6) am Isolationsmittel (4) fest angeordnet ist, dass das Isolationsmittel (4) und der Isolationsfortsatz (5) einen einstückigen Körper bilden.

4. Wicklungsträger nach Anspruch 2, wobei der Isolationsfortsatz (5) mittels einer formschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Schnappverbindung oder eine Nut- /Federverbindung, mit dem Isolationsmittels (4) verbindbar ist.

5. Wicklungsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein zweiter Isolationsmittelerweiterungsabschnitt (3) vorgesehen ist, welcher sich zumindest teilweise über die Stirnseiten eines Zahnabschnittes (2) mit sekundärteilseitigem Zahnerweiterungsabschnitt (2a) erstreckt.

6. Wicklungsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Verbindungsabschnitte (4a, 4b) umfasst sind und wobei sich gegenüberliegende Verbindungsabschnitte (4a, 4b) zueinander korrespondierend ausgebildet sind, so dass zueinander unmittelbar benachbarte Wicklungsträger formschlüssig miteinander verbindbar sind.

7. Wicklungsträger nach Anspruch 6, wobei die Verbindungsabschnitte (4a, 4b) an der einem benachbarten Primärteilsegment zugewandten Stirnseite des ersten Isolationsmittelerweiterungsabschnittes (3) derart angeordnet sind, dass im Falle des

Aneinanderfügens von Isolationsmittel erweiterungsabschnitten (3) unmittelbar benachbarter

Primärteilsegmente ein im Vergleich zu plan aneinanderliegenden

Isolationsmittelerweiterungsabschnitt-Stirnflächen (3, 4a,4b) verlängerter Luftspalt entlang der Stirnflächen entsteht.

8. Wicklungsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Isolationsmittel (4) zusammen mit einem ersten Isolationsmittelerweiterungsabschnitt (3) ein T-formiges Querschnittsprofil bildet und zusammen mit einem ersten und einem zweiten Isolationsmittelerweiterungsabschnitt (3) ein H-förmiges Querschnittsprofil bildet, wobei der Wicklungsträger Auflagefortsätze (7) zur Auflage des Kopfes einer am Isolationsmittel (4) anordenbaren Wicklung mit zumindest einer ersten Ausnehmung (8a) zur Drahtdurchführung umfasst.

9. Wicklungsträger nach Anspruch 8, wobei zumindest eine Begrenzung der Ausnehmung (8a) mit einer Oberfläche des Isolationsmittels (4) fluchtet und die Ausnehmung (8a) insbesondere einen Querschnitt aufweist, der ein Einführen eines Drahtes aus einer von der senkrechten Richtung, relativ zur Auflagefortsatzoberfläche betrachtet, abweichenden Richtung ermöglicht.

10. Wicklungsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9, wobei eine zweite Ausnehmung (8b) am Auflagefortsatz (7) zur Drahtdurchführung umfasst ist.

1 1. Wicklungsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Ausnehmung (9) zuf Anordnung eines Befestigungsmittels für eine am Winklungsträger anordenbare Wicklung angeordnet ist.

12. Primärteilsegment für elektrische Maschinen, insbesondere Linearmotoren oder rotationssymmetrische Motoren, mit Jochabschnitt (1) und mit Zahnabschnitt (2), wobei ein Wickelkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst ist.

13. Primärteilsegment nach Anspruch 12, wobei der Wickelkörper zusätzlich einen Zahnerweiterungsabschnitt (2a) des Zahnabschnittes (2) zumindest teilweise umschließt.

14. Primärteilsegment nach Anspruch 12 oder 13, wobei die jeweils den benachbarten Primärteilsegmenten zugewandten Stirnflächen der Jochabschnitte (1) Verbindungsabschnitte (Ia, Ib) umfassen, so dass benachbarte Primärteilsegmente derart formschlüssig ineinander greifen können, dass ein möglichst geringer magnetischer Widerstand entlang aneinanderliegender Jochabschnitte (1) resultiert.

15. Primärteil einer elektrischen Maschine, umfassend Primärteilsegmente nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12, 13 oder 14.

16. Linearmotor oder rotationssymmetrischer Motor mit Primärteil nach Anspruch 15.

17. Verfahren zur Herstellung eines Wicklungsträgers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Isolationsmittel (4) und der Isolationsmittelerweiterungsabschnitt (3) im Spritzgießverfahren hergestellt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Spritzgieß Vorgang derart erfolgt, dass ein Isolationsfortsatz (5) unmittelbar am Isolationsmittel (4) oder am Isolationsmittelerweiterungsabschnittes (3) anordenbar ist, welcher geeignet ist eine am Isolationsmittel (4) anordenbare Wicklung gegenüber den Wicklungen benachbarter Primärteilsegmente elektrisch zu isolieren.

19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Spritzgießvorgang derart erfolgt, dass ein Isolationsfortsatz (5) am Isolationsmittel (4) derart angeordnet wird, dass das Isolationsmittel (4) und der Isolationsfortsatz (5) eine einstückige und gelenkig miteinander verbundene Einheit bilden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Isolationsfortsatz (5) gelenkig mittels einer sich zumindest abschnittsweise entlang des Isolationsfortsatzes (5) erstreckenden Materialverjüngung am Isolationsmittel (4) angeordnet wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei das Isolationsmittel (4) zusammen mit dem Isolationsfortsatz (5) in einem Arbeitsgang zusammen mit dem Isolationsmittel (4) im Spritzgießverfahren hergestellt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei der Isolationsfortsatz (5) nach dem Spritzvorgang an zumindest einem Isolationsmittelerweiterungsabschnitt (3) eines Primärteilmoduls angeordnet wird.