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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit polygonartigem
Querschnitt. Die elektrische Maschine ist zur Ausübung einer
Linearbewegung vorgesehen. Ein Linearmotor ist folglich ein Beispiel
für eine
derartige elektrische Maschine. Da ein Linearmotor auch als Generator
einsetzbar ist betrifft die elektrische Maschine also auch einen
Lineargenerator. Die elektrische Maschine weist einen Primärteil und
einen Sekundärteil
auf. Unter einer elektrischen Maschine wird im folgenden eine elektrische
Maschine verstanden deren Primärteil
zum Sekundärteil
bzw. umgekehrt linear bewegbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin
auch ein Primärteil
polygonartigen Querschnitts einer elektrischen Maschine.
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Im
Maschinen- und Anlagenbau haben Linearmotoren als elektrische Direktantriebe
eine große Bedeutung
gewonnen. Ihre Vorteile, wie die erreichbare Regeldynamik, die hohe
Positioniergenauigkeit, die möglichen
Beschleunigungen und Geschwindigkeiten sowie die großen Verfahrwege,
machen sie anderen Antrieben überlegen.
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Das
Primärteil
der elektrischen Maschine weist Wicklungen auf, wobei mittels stromdurchflossener
Wicklungen ein variables Magnetfeld erzeugbar ist, das durch Wechselwirkung
mit einem Erregerfeld eine Bewegung des Primärteils gegen das Sekundärteil oder
umgekehrt ermöglicht.
Das Erregerfeld wird beispielsweise durch Permanentmagnete erzeugt,
welche am Sekundärteil
und/oder am Primärteil
angebracht sind.
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Für manche
Anwendungen von Linearmotoren wird zum Teil eine erhöhte Schubkraft
verlangt. Eine Methode zur Erhöhung
der Schubkraft besteht darin, einen Einzelkammlinearmotor durch
die Verwendung eines zweiten Primärteils zu einem Doppelkammlinearmotor
zu erweitern, der die doppelte Schubkraft erreicht. Ein Vorteil
der Verwendung zweier Primärteile
liegt darin, dass sich die Schubkraft verdoppelt, ohne dass sich
die Baulänge
vergrößert.
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Aus
der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 103
29 651.4 ist beispielsweise ein Linearmotor bekannt, welcher einen polygonförmigen Querschnitt
aufweist. Mit dieser Bauform ist eine hohe Schubkraft bei kompakter
Bauweise möglich.
Das Primärteil
des Linearmotors weist mehrere polygonartig angeordnete Blechpakete
und umlaufende Wicklungsspulen auf. Die bei dieser Konstruktion
auf das Blechpaket wirkenden Normalkräfte sind von einer das Blechpaket
umgebenden Trägerstruktur
aufzufangen. Der Aufbau der Trägerstruktur
ist aufwendig und vergrößert den
Bauraum der elektrischen Maschine. Die Blechpakete können modulartig
zu Primärteilen
aus unterschiedlich vielen Blechpaketen zusammengefügt werden,
so dass auf einfache Weise verschiedene Motoren unterschiedlicher
Leistungen hergestellt werden können.
Diese Linearmotoren zeichnen sich durch hohe Schubkraft bei kurzer
Bauform aus.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine,
welche kompakt aufbaubar ist bzw. die obig genannten Nachteile minimiert, anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer
elektrischen Maschine mit den Merkmalen nach Anspruch 1 bzw. 8 gelöst. Die
Unteransprüche
2 bis 7 und 9 bis 11 geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
an. Eine Lösung
der Aufgabe gelingt ferner mittels der Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 12,
16, 20 und 21. Die Unteransprüche
13 bis 15, 17 bis 19 und 22 und 23 geben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung an.
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Mit
Hilfe der Erfindung ist es möglich,
eine elektrische Maschine, welche insbesondere ein Linearmotor ist,
mit einer hohen Leistung bei geringer Baulänge bereitzustellen, wobei
auf einfache und kostengünstige
Weise eine Motorpalette mit einem breiten Leistungsbereich realisierbar
ist. Durch die Stapelhöhe
des Blechpakets sind mit einer Blechschnittgeometrie beispielsweise
verschiedene Motorlängen
und damit verschiedene Leistungen erreichbar.
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Bei
einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
welche insbesondere ein Linearmotor ist, welche ein Primärteil und
ein Sekundärteil
aufweist, wobei das Primärteil
Wicklungen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes aufweist und
das Sekundärteil
ein Mittel zur Führung
eines magnetischen Flusses aufweist und wobei zwischen dem Primärteil und
dem Sekundärteil
eine Luftspaltfläche
ausgebildet ist, sind die Wicklungen des Primärteils und/oder die Luftspaltflächen polygonförmig angeordnet.
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Die
elektrische Maschine weist vorteilhafter Weise zumindest zwei magnetisch
aktive Luftspaltflächen
auf, wobei jeder magnetisch aktiven Luftspaltfläche eine oder mehrere Wicklungen
zugeordnet werden können
bzw. zugeordnet sind. Eine magnetisch aktive Luftspaltfläche ist
zur Führung
eines Nutzflusses vorgesehen und ist auch zur Ausbildung eine Schubkraft
vorgesehen. Die Zuordnung betrifft die Führung des mit der Wicklung
des Primärteils
gekoppelten magnetischen Flusses. Die betrachteten Luftspaltflächen sind
also insbesondere magnetisch aktiv und dienen mit zur Ausbildung
einer Kraft. Die Luftspaltfläche
ist vorteilhafterweise eine Ebene, also eine Fläche, welche keine Krümmung aufweist.
Da das Primärteil
vom Sekundärteil über einen
Luftspalt voneinander getrennt sind und der Luftspalt vorteilhafter
Weise zumindest bezüglich
einer Polygonseite und in einer Längsrichtung – entspricht
der Bewegungsrichtung – eine
zumindest im Wesentlichen gleiche Weite aufweist ergeben sich hieraus Luftspaltfläche. Die
Luftspaltfläche
betrifft dabei sowohl die Seite des Primärteils im Luftspalt als auch die
Seite des Sekundärteils
im Luftspalt. Die verschiedenen Luftspaltflächen sind polygonartig angeordnet.
Ein Beispiel für
ein Mittel zur Führung
des magnetischen Feldes ist ein Blechpaket.
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Die
elektrische Maschine weist auch ein weiteres Mittel zur Erzeugung
eines magnetischen Feldes auf, wobei dieses weitere Mittel zur Erzeugung eines
Erregerfeldes dient. Das weitere Mittel ist entweder am Primärteil oder
am Sekundärteil
angeordnet. Das Erregerfeld und somit ein Erregerfluss der elektrischen
Maschine wird beispielsweise mittels Permanentmagnete erzeugt. Die
Permanentmagnete sind beispielsweise am Sekundärteil der elektrischen Maschine
angebracht. In einer weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine
sind die Permanentmagnete am Primärteil der elektrischen Maschine
angebracht. Sowohl das Primärteil
als auch das Sekundärteil
können
also Permanentmagnete bzw. das weitere Mittel zur Erzeugung eines
Erregerfeldes aufweisen.
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Die
polygonförmige
Anordnung der Wicklungen und/oder der Luftspaltflächen des
Primärteils
ist vorteilhafter Weise durch einen dafür geeigneten Blechschnitt eines
Blechpaketes des Primärteils
realisiert. Die Polygonförmigkeit
hat den Vorteil, dass magnetische Anziehungskräfte im Luftspalt vom Blechpaket
aufgenommen werden können.
Ist für
ein Blech im Blechschnitt ein einteiliger Aufbau vorgesehen, so
hat dies weitere Vorteile bezüglich
eine hohen mechanischen Steifigkeit einer geschlossenen Struktur
der Form des Blechschnittes.
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Neben
Blechpaketen, welche als Bleche im Querschnitt einteilig ausgeführte Bleche
aufweisen sind auch Querschnitte ausführbar welche im Querschnitt
mehrere Bleche aufweisen. Ein sich hieraus ergebender Vorteil ist
beispielsweise, dass das Primärteil
einfacher bewickelbar ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das Polygon offen, wobei sich hieraus
ein offenes Blechpaket des Primärteils
ergibt, so dass die offene Seite des Polygons bzw. des Blechpakets
beispielsweise für eine
Führung
oder eine Aufständerung
des Sekundärteils
nutzbar ist.
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Bei
diesen beschriebenen Ausgestaltungen des polygonförmigen Anordnung
der Wicklungen des Primärteils
und/oder der Luftspaltflächen
des Primärteils
ergibt sich vorteilhafter Weise ein Vorteil dahingehend, dass sich
Anziehungskräfte
zumindest teilweise kompensieren.
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Die
erfindungsgemäße elektrische
Maschine ist derart ausführbar,
dass entweder
- a) das Primärteil in einem äußeren Bereich
der elektrischen Maschine angeordnet ist und das Sekundärteil in
einem inneren Bereich der elektrischen Maschine angeordnet ist oder
dass
- b) das Primärteil
in einem inneren Bereich der elektrischen Maschine angeordnet ist
und das Sekundärteil
in einem äußeren Bereich
der elektrischen Maschine angeordnet ist.
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Bei
der Ausführungsform
a) umgibt das Primärteil
zumindest teilweise das Sekundärteil.
Bei der Ausführungsform
b) umgibt das Sekundärteil
zumindest teilweise das Primärteil.
Da die elektrische Maschine zur Ausübung einer Linearbewegung vorgesehen
ist, betrifft das Umgeben des Primärteils bzw. des Sekundärteils jeweils
nur einen Teilbereich einer Längsausdehnung
der elektrischen Maschine. Bei beiden Ausführungsformen a) und b) ist
es möglich, dass
entweder das Primärteil
zur Ausübung
einer Linearbewegung vorgesehen ist oder dass das Sekundärteil zur
Ausübung
einer Linearbewegung vorgesehen ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das Erregerfeld auch mittels stromdurchflossener
Spulen bzw. Wicklungen erzeugbar.
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Bei
der polygonartigen Anordnung der Wicklungen sind diese Wicklungen
vorteilhaft insbesondere derart positioniert, dass ein magnetischer
Nutzfluss ganz oder zumindest überwiegend
in einer quer zu einer Bewegungsrichtung eines Teils der elektrischen
Maschine ausgerichteten Ebene geführt ist. Hieraus ergibt sich
eine Querfluss-Anordnung. Die Bewegungsrichtung eines Teils der
elektrischen Maschine ist entweder die Bewe gungsrichtung des Primärteils gegenüber dem
Sekundärteil
oder die Bewegungsrichtung des Sekundärteils gegenüber dem Primärteil, es
ist also zumindest eine Relativbewegung.
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Im
Gegensatz zu einer elektrischen Maschine welche eine polygonförmige Längsfluss-Anordnung
aufweist können
sich bei einer polygonförmigen Querfluss-Anordnung
Kräfte,
welche auf das Blechpaket des Primärteils wirken und durch die
bestromten Wicklungen des Primärteils
und/oder Erregerfeldes der Permanentmagnete hervorgerufen werden, innerhalb
des Blechschnitts aufheben. Die Längsfluss-Anordnung zeichnet
sich dadurch aus, dass die magnetischen Felder sich nicht quer zur
Bewegungsrichtung des Primärteils
bzw. des Sekundärteils schließen sondern
längs der
Bewegungsrichtung des Primärteils
bzw. längs
der Bewegungsrichtung des Sekundärteils.
Der magnetische Fluss, welcher in einer Ebene geführt ist,
die parallel zur Bewegungsrichtung orientiert ist, ist bei der Längsfluss-Anordnung
der magnetische Nutzfluss. Der magnetische Nutzfluss ist der magnetische
Fluss, welcher mit den Wicklungen des Primärteils gekoppelt ist. Dieser
derart ausgerichtete magnetische Nutzfluss bildet einen Längsfluss-Magnetkreis aus.
Die Stapelrichtung der Bleche des Blechpaketes des Primärteils einer
elektrischen Maschine in Längsfluss-Anordnung
ist parallel zur Bewegungsrichtung. Die auftretenden Normalkräfte können nicht
allein durch die Motorbleche aufgefangen werden. Daher müssen die
polygonförmig angeordneten
Blechpakete durch eine umgebende Trägerstruktur gehalten werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine
wird eine Querfluss-Anordnung gewählt. Die Querfluss-Anordnung
zeichnet sich dadurch aus, dass die magnetischen Felder sich nicht
längs zur Bewegungsrichtung
des Primärteils
bzw. des Sekundärteils
schließen
sondern quer zur Bewegungsrichtung des Primärteils bzw. quer zur Bewegungsrichtung
des Sekundärteils.
Der magnetische Fluss, welcher in einer Ebene geführt ist,
die quer zur Bewegungsrichtung orientiert ist, ist bei der Querfluss-Anordnung
der magnetische Nutzfluss. Der magne tische Nutzfluss ist der magnetische
Fluss, welcher mit den Wicklungen des Primärteils gekoppelt ist. Dieser derart
ausgerichtete magnetische Nutzfluss bildet einen Querfluss-Magnetkreis aus.
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Neben
eines klassischen Aufbaus eines Linearmotors, wie dieser beispielhaft
in der
DE 100 03 851 offenbart
ist, gibt es den erfindungsgemäßen polygonförmigen Aufbau.
Mit diesem Aufbau lässt
sich ein Linearmotor realisieren, bei welchem eine Führung des
Primärteils
in Bezug auf das Sekundärteil und/oder
umgekehrt, mit in diese Teile integriert ist. Die Führung ist
erfindungsgemäß also mit
in das Primärteil
und/oder mit in das Sekundärteil
integriert.
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Direktantriebe
wie Linearmotoren oder Torquemotoren benötigen zur Führung beispielsweise eine Linearführung oder
ein für
Rotationsbewegungen ausgelegtes Lager. Bei der Montage des Direktantriebes
an einer Maschine sind dann oftmals mehrere Komponenten, wie der
Linearmotor selbst mit seinem Primärteil und seinem Sekundärteil, eine Führung und
z.B. auch ein Messsystem miteinander zu kombinieren. Direktantriebe
sind demzufolge meist Einbaumotoren. Bei einem Linearmotor werden
beispielsweise mittels 2 Führungen
die Komponenten Primärteil
und Sekundärteil
auf Abstand gehalten, wobei sich das Primärteil und das Sekundärteil zwischen
den beiden Führungen
befindet.
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Dieser
Aufbau ist sehr komplex und benötigt auch
einen großen
Einbauraum. Nachfolgend wird ein verbesserter Aufbau einer elektrischen
Maschine beschrieben, welche insbesondere ein Linearmotor ist.
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Eine
elektrische Maschine, welche ein Primärteil, ein Sekundärteil und
eine Führung
aufweist, ist derart ausbildbar, dass die Führung zumindest teilweise in
das Primärteil
und/oder in das Sekundärteil integriert
ist. Hierdurch lässt
sich eine sehr kompakte Bauweise realisieren. Dies betrifft insbesondere
Linearmotoren.
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Vorteilhafter
Weise wird als Führung
eine Profilschiene als eine Führungsschiene
verwendet, wobei mit dieser zugleich auch das Sekundärteil der elektrischen
Maschine ausgebildet ist.
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Ein
verbesserter Aufbau ist auch bei einer elektrischen Maschine erzielbar,
welche ein Primärteil
und ein Sekundärteil
aufweist, wobei:
- a) das Primärteil zumindest
einen Teil des Sekundärteils
nur teilweise umschließt
oder
- b) das Sekundärteil
zumindest einen Teil des Primärteils
nur teilweise umschließt,
wobei
insbesondere eine Führung,
wie z.B. eine Führungsschiene,
zumindest teilweise in das Primärteil
und/oder in das Sekundärteil
integriert ist. Durch das teilweise Umschließen ist ein kompakter Aufbau realisierbar.
Der Aufbau ist allerdings auch dahingehend vorteilhaft nutzbar,
dass durch dieses teilweise Umschließen eine Führungsfunktion realisierbar
ist. Die Führung
betrifft eine Relativbewegung des Primärteils in Bezug auf das Sekundärteil der
elektrischen Maschine.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Maschine trägt das Sekundärteil zumindest mit
zu einer Aufständerung
des Primärteils
bei. Somit lässt
sich das Primärteil
beispielsweise an einer Maschine (z.B. eine Werkzeugmaschine oder
eine Produktionsmaschine) anbringen, ohne daß eine Vorabmontage von Führungen
an der Maschine für
den Linearmotor notwendig wäre.
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Durch
die Kombination bzw. Integration von Einzelkomponenten, wie z.B.
einer Führung
und einem Sekundärteil,
kann eine komplette elektrische Maschine geschaffen werden, welche
insbesondere sowohl das Primärteil,
das Sekundärteil
und auch die Führung
der beiden Teile (Primärteil
zum Sekundärteil
bzw. umgekehrt) aufweist. Auch ein Meßsystem zur Bewegungsmessung
ist vorteilhafter Weise mit in diese elektrische Maschine integriert.
Somit lässt sich
ein Komplettmotor herstellen. Das Meßsystem ist dabei in einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mit in die Führung integriert.
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Der
beschriebene Aufbau des Linearmotors hat den Vorteil, dass die Führung in
das Primärteil bzw.
in das Sekundärteil
mit integriert ist. Vorteilhafter Weise kann durch diese Integration
auch auf eine Magnetspur für
das Meßsystem
verzichtet werden, da Permanentmagnete z.B. auf dem Sekundärteil als Magnetspur
verwendet werden können.
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Ein
Primärteil
einer elektrische Maschine, welche das Primärteil und ein Sekundärteil aufweist, wobei
das Primärteil
Wicklungen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes aufweist und
das Sekundärteil
ein Mittel zur Führung
eines magnetischen Flusses aufweist, ist in einer Ausführungsform
erfindungsgemäß derart
ausbildbar, dass mittels des Primärteils eine nutartige Aufnahme
ausgebildet ist, wobei die nutartige Aufnahme zur Aufnahme zumindest eines
Teils des Sekundärteils
vorgesehen ist. Die Gestalt des Primärteils und die Gestalt des
Sekundärteils
ist also derart aufeinander abgestimmt, dass das eine Teil eine
positive Form und das andere Teil eine hierzu entsprechende negative
Form aufweist und diese Formen in der elektrischen Maschine zueinander
weisend angeordnet sind.
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Vorteilhafter
Weise dient die nutartige Aufnahme als ein Führungsmittel zur Führung des
Primärteils
in Bezug auf das Sekundärteil.
Die Führung kann
dabei derart ausgebildet sein, dass das Primärteil in eine Rollenumlaufeinheit
und/oder in eine Kugelumlaufeinheit einer Linearführung integriert
ist.
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Basiert
die Führung
nicht auf einem Lager mit beweglichen Teilen wie Rollen oder Kugeln,
kann die Führung
auch mittels eines Gleitlagers realisiert sein. Bei dieser Variante
weist das Primärteil
einen Kontaktbereich zum Sekundärteil
auf, wobei sich der Kontaktbereich insbesondere im Bereich der nutartigen
Aufnahme befindet und z.B. das Primärteil im Kontaktbereich eine
gleitfördernde
Oberfläche
aufweist. Alternativ dazu kann auch das Sekundärteil die gleitfördernde
Oberfläche
aufweisen. In einer weiteren Ausgestaltung weisen sowohl das Primärteil wie auch
das Sekundärteil
gleitfördernde
Oberflächen auf.
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Anstelle
des Primärteils
ist jedoch in einer weiteren Ausgestaltung auch das Sekundärteil einer elektrischen
Maschine analog zum Primärteil
ausformbar. Hierbei weist das Sekundärteil eine nutartige Aufnahme
auf, wobei die nutartige Aufnahme zur Aufnahme zumindest eines Teils
des Primärteils
vorgesehen ist.
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Analog
zum Primärteil
ist auch beim Sekundärteil
die nutartige Aufnahme als ein Führungsmittel zur
Führung
des Primärteils
in Bezug auf das Sekundärteil
vorteilhaft verwendet.
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In
weiteren Ausgestaltungen ist in das Sekundärteil eine Rollenumlaufeinheit
und/oder eine Kugelumlaufeinheit einer Linearführung integriert. Dies ist
einer kompakten Bauweise dienlich.
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Ist
die Rollenumlaufeinheit oder auch die Kugelumlaufeinheit nicht in
das Primärteil
oder das Sekundärteil
integriert, dann ist das Primärteil
bzw. auch das Sekundärteil
beispielsweise auch zwischen zwei Rollenumlaufeinheiten oder zwischen
zwei Kugelumlaufeinheiten positionierbar. Dies erhöht zwar
den Bauraum, hat allerdings den Vorteil eines einfacheren Aufbaus.
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Ein
einfacher Aufbau ergibt sich, wie bereits beim Primärteil beschrieben,
durch die Verwendung eines Gleitlagers. Das Gleitlager weist zumindest eine
gleitfördernde
Oberfläche
auf. Diese gleitfördernde
Oberfläche
befindet sich beispielsweise am Primärteil und/oder am Sekundärteil und
betrifft den Kontaktbereich.
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Weist
also das Sekundärteil
einen Kontaktbereich zum Primärteil
aufweist, wobei sich der Kontaktbereich im Bereich der nutartigen
Aufnahme befindet so befindet sich die gleitfördernde Oberfläche z.B.
des Sekundärteils
im Kontaktbereich zwischen Primärteil
und Sekundärteil.
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Die
gleitfördernden
Oberfläche,
welche beispielsweise durch eine Gleitschicht oder auch durch einen
Gleitfilm ausgebildet ist, erfüllt
in vorteilhafter Weise neben der Funktionalität als Lager auch noch eine
weitere Funktion. Diese weitere Funktion ist die Funktion als Luftspalt.
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Elektrische
Maschinen weisen ein Primärteil und
ein Sekundärteil
auf. Primärteil
und Sekundärteil sind
nach dem Stand der Technik zueinander derart positioniert, dass
sich zwischen dem Primärteil
und dem Sekundärteil
ein Luftspalt ausbildet. 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 natürlich
auch elektrische Maschinen darstellen, 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.
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Da
der Luftspalt sehr klein ist, ist es z.B. auch nötig, dass Maßnahmen
getroffen werden, dass zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil, also
in den Luftspalt, keine störenden
Fremdkörper
gelangen. 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
im Vergleich zu einer rotatorischen elektrischen Maschine, welche
einen Ständer und
einen Rotor aufweist, der Luftspalt in einer exponierteren Position
ist.
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Will
man nun 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, reduzieren so gelingt dies 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, dadurch, dass das Primärteil zumindest
teilweise an dem Sekundärteils in
einem Kontaktbereich anliegt. 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.
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Die
zum Austritt und/oder Eintritt von magnetischen Feldern vorgesehenen
Seiten des Primärteils bzw.
des Sekundärteils
sind magnetisch aktive Seiten. Eine elektrische 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.
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Die
elektrische Maschine ist derart ausbildbar, dass das Primärteil Wicklungen
aufweist und das Sekundärteil
Permanent magnete 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.
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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. Entweder
weist die dem Sekundärteil
zugewandte Seite des Primärteils
eine gleitfördernde
Oberfläche
auf und/oder es weist die dem Primärteil zugewandte Seite des
Sekundärteils
eine gleitfördernde
Oberfläche
auf. Zur Ausbildung der gleitfördernden
Oberfläche
dient beispielsweise eine Gleitschicht oder ein Gleitfilm, wobei
der Luftspalt ganz oder teilweise durch eine Gleitschicht bzw. den
Gleitfilm 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 in der Funktion
eines Luftspaltes vorteilhafter Weise einen ähnlichen Wert μR wie
der mit Luft gefüllte
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 Gleiteigen schaft aufweist
und insbesondere auch druckstabil und verschleißarm ist.
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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.
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Weist
das Primärteil
Wicklungen auf, welche zur Ausbildung von Kräften in Vorzugsrichtungen vorgesehen
sind, kann vorteilhafter Weise mittels einer gezielten Ausnutzung
einer definiert einstellbaren einseitigen magnetischen Anziehungskraft
des Primärteils
an das Sekundärteil,
das Gleitverhalten des Primärteils
zum Sekundärteil
in geeigneter Weise eingestellt werden. Die Einstellung erfolgt
beispielsweise durch die Auswahl unterschiedlicher Dicken der Gleitschicht.
Ist eine Gleitschicht auf einer ersten Fläche zwischen dem Primärteil und
dem Sekundärteil
dünner
als eine Gleitschicht zwischen einer weiteren Fläche zwischen dem Primärteil und
dem Sekundärteil,
so ist die magnetische Anziehungskraft im Bereich der ersten Fläche größer als
im Bereich der weiteren Fläche.
Somit ergibt sich hieraus eine vorgegebene Positionierung des Primärteils zum
Sekundärteil,
da es unterschiedliche Anziehungskräfte gibt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Linearmotors weist die die nutartige Aufnahme einen polygonartigen
Querschnitt aufweist. Dabei weist entweder das Primärteil des
Linearmotors oder das Sekundärteil
des Linearmotors die nutartige Aufnahme auf. Für den Fall, dass das Primärteil die
nutartige Aufnahme aufweist ist die Form des Sekundärteils derart
gestaltet, dass dieses in die nutartige Aufnahme derart passt, dass
zwischen dem Primärteil
und dem Sekundärteil
ein Luftspalt ausgebildet ist. Für den
Fall dass das Sekundärteil
die nutartige Aufnahme aufweist, ist die Form des Primärteils derart
gestaltet, dass dieses in die nutartige Aufnahme derart passt, dass
zwischen dem Primärteil
und dem Sekundärteil
ein Luftspalt ausgebildet ist. Der Luftspalt weist entweder tat sächlich Luft
auf und/oder er weist ein Material auf, welches den elektromagnetischen Eigenschaften
von Luft in etwa entspricht, damit die Funktionalität des Luftspaltes
erhalten bleibt.
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Die
nutartige Aufnahme weist eine Öffnung auf,
wobei sich diese Öffnung
bei einem Linearmotor linear zur möglichen Bewegungsrichtung des
Linearmotors erstreckt. Diese Öffnung
kann auch als Nutöffnung
bezeichnet werden. Eine weitere Ausgestaltung der elektrischen Maschine,
insbesondere des Linearmotors, ergibt sich dadurch, dass die Öffnung eine
Breite aufweist, welche kleiner ist als die Hälfte der äußeren Länge des Querschnitts der nutartigen Aufnahme.
Die Breite der Nutöffnung
betrifft dabei die Breite der Öffnung
des Querschnitts der nutartigen Aufnahme, also der Breite der Öffnung quer
zu der Längsausdehnung
der nutartigen Aufnahme. Die äußere Länge des
Querschnitts, betrifft den Querschnitt der nutartigen Aufnahme quer
zu deren Längsausdehnung.
Dabei ist die Länge
von der Außenkontur
dieses Querschnitts bestimmt.
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Die
erfindungsgemäße elektrische
Maschine ist derart aufbaubar, dass entweder das Sekundärteil und/oder
das Primärteil
zu einer ortsunveränderlichen
Anbringung vorgesehen ist.
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Die
elektrische Maschine, welche eine in das Primärteil und/oder in das Sekundärteil integrierte nutartige
Aufnahme aufweist, ist bezüglich
ihres elektromagnetischen Aufbaus verschiedenartig gestaltbar. Wie
in dieser Schrift bereits obig beschrieben ist das Sekundärteil z.B.
derart ausgeführt,
dass dieses Permanentmagnete aufweist. In einer weiteren Variante
weist das Sekundärteil
anstelle der Permanentmagnete Riegel aus, welche z.B. geblecht ausgeführt sind.
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Im
folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Zeichnungen
näher beschrieben.
Dabei zeigt:
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1 eine
elektrische Maschine, welche zur Ausübung einer Linearbewegung vorgesehen
ist, wobei die elektrische Maschine eine polygonförmige Anordnung
von vier Luftspaltflächen
bzw. zwei Wicklungen aufweist,
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2 eine
elektrische Maschine für
eine polygonförmige
Anordnung mit vier Wicklungen, wobei ein Blechpaket eines Primärteils der
elektrischen Maschine im Blechschnitt Teilbleche aufweist,
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3 eine
elektrische Maschine für
eine polygonförmige
Anordnung mit vier Wicklungen, wobei das Blechpaket des Primärteils der
elektrischen Maschine im Blechschnitt einteilig ausgeführt ist,
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4 einen
Blechschnitt für
das Primärteil der
elektrischen Maschine,
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5 eine
elektrische Maschine für
eine polygonförmige
Anordnung von drei Luftspaltflächen bzw.
drei Wicklungen,
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6 eine
elektrische Maschine für
eine polygonförmige
Anordnung von drei Wicklungen, wobei das Blechpaket des Primärteils der
elektrischen Maschine im Blechschnitt einteilig ausgeführt ist,
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7 ein
Sekundärteil
mit Permanentmagneten und ein zugehöriges Primärteil mit gezahntem Blechpaket
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8 einen
Schnitt durch Primärteil
und Sekundärteil
gemäß 7,
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9 ein
Sekundärteil
mit Permanentmagneten und ein zugehöriges Primärteil mit geblechten Einzelzähnen
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10 einen
Schnitt durch Primärteil
und Sekundärteil
gemäß 9,
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11 ein
Primärteil
und ein Sekundärteil der
elektrischen Maschine, wobei das Sekundärteil frei von magnetischen
Quellen zur Ausbildung eines Erregerfeldes ist,
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12 einen
Schnitt durch Primärteil
und Sekundärteil
gemäß 11,
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13 eine
elektrische Maschine welche drei polygonförmig angeordnete Luftspaltflächen und drei
Strangwicklungen aufweist,
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14 eine
elektrische Maschine welche drei polygonförmig angeordnete Strangwicklungen aufweist,
wobei das Blechpaket des Primärteils
im Blechschnitt Teilbleche aufweist,
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15 eine
elektrische Maschine welche Strangmodule aufweist,
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16 eine
elektrische Maschine, welche eine offene polygonförmige Anordnung
aufweist und
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17 eine
elektrische Maschine in einer Ausführung als Außenläufer.
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18 eine
elektrische Maschine gemäß 16,
wobei das Primärteil
und das Sekundärteil voneinander
getrennt dargestellt sind,
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19 eine
elektrische Maschine, welche ein einteiliges Sekundärteil aufweist,
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20 eine
Gleitschicht zwischen dem Primärteil
und dem Sekundärteil
der elektrischen Maschine
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21 einen
mittels Luft ausgeführten Luftspalt
zwischen dem Primärteil
und dem Sekundärteil
der elektrischen Maschine
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22 eine
elektrische Maschine, welche eine Kugelumlaufeinrichtung aufweist,
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23 eine
elektrische Maschine, welche ein Sekundärteil mit einer nutartigen
Aufnahme aufweist,
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23 eine
elektrische Maschine, welche ein Sekundärteil aufweist, welches eine
nutartige Aufnahme für
ein Primärteil
aufweist,
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24 ein
in eine Rollenumlaufeinrichtung integriertes Primärteil, wobei
in eine Profilschiene ein Sekundärteil
integriert ist und
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25 den
Querschnitt der Profilschiene gemäß 24.
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Hierbei
geben die Darstellungen gemäß den 7 bis 12 u.a.
auch prinzipielle elektromagnetische Aufbauformen eines Linearmotors
an, welche für
unterschiedliche konstruktive Aufbauformen, wie diese beispielsweise
in den 16 bis 23 dargestellt
sind. Generell sind in den Figuren unterschiedliche Merkmale erfindungsgemäßer elektrischer
Maschinen offenbart, welche untereinander auch kombinierbar sind,
wobei die vielfältigen
unterschiedlichen Kombinationen nicht dargestellt sind.
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Die
Darstellung gemäß 1 zeigt
eine elektrische Maschine 1, welche einen Primärteil 4 und
einen Sekundärteil 8 aufweist.
Zwischen dem Primärteil 4 und
dem Sekundärteil 8 befindet
sich ein Luftspalt 27, dessen Luftspaltflächen 50, 51 polygonartig
angeordnet sind. Die Luftspaltflächen 50 und 51 entsprechen
den Seiten 50 und 51 eines Polygons. Die Polygonseiten
des Primärteils 4 sind
mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet und die Polygonseiten des
Sekundärteils 8 sind
mit 51 bezeichnet. Die elektrische Maschine 1 ist
zur Ausführung
einer linearen Bewegung vorgesehen und folglich entweder ein Linearmotor
und/oder ein Lineargenerator. Abhängig davon ob das Primärteil oder
das Sekundärteil
stationär
positioniert ist führt
entweder das Sekundärteil oder
das Primärteil
eine Linearbewegung aus. Nach 1 ist eine
Linearbewegung des Sekundärteils 8 vorgesehen,
wobei ein Doppelpfeil mögliche
lineare Bewegungsrichtungen 25 des Sekundärteils 8 angibt.
Das Primärteil 4 ist
derart ausgebildet, daß dieses
zur Aufnahme von Wicklungen 16 vorgesehen ist. Ein Wickelkopf 17 ist
symbolisch durch einen Strich angezeigt, wobei der Strich zwischen
zwei Kreisen angeordnet ist, welche ein Kreuz und einen Punkt zur
Andeutung einer Stromrichtung aufweisen. In 1 ist zur
besseren Veranschaulichung des Aufbaus der elektrischen Maschine 1 nur
eine Wicklung 16 gezeigt. Das Primärteil 4 weist ein
Blechpaket 12 auf. Der Blechschnitt des Blechpaketes 12 ist gemäß der Frontansicht
der elektrischen Maschine 1 aus 1 ausgeführt und
weist in Bewegungsrichtung 25 hintereinander liegende Bleche
auf. Diese hintereinander liegenden Bleche sind einteilig ausgeführt. Durch
den Blechschnitt weist das Primärteil 4 Nuten 20 und 21 auf.
Die Nuten 21 sind beispielhaft bereits mit einer Wicklung 16 belegt.
Auch die Nuten 20 sind mit einer Wicklung zu belegen, wobei
dies in der 1 nicht dargestellt ist. Die
Wicklung 16 in den Nuten 21 ist eine Strangwicklung.
Die Nuten 21 sind mit einer weiteren Wicklung (Strangwicklung)
zu belegen. Die Wicklung in den Nuten 21 und die in 1 nicht
dargestellte Wicklung in den Nuten 20 bilden Spulen aus.
Durch die Position der Nuten 20 und 21 ergibt
sich eine polygonförmige
Anordnung der Wicklungen beim Primärteil 4. Das ausgebildete
Polygon weist 4 Seiten 50 auf. Eine erste Seite des Polygons wird
durch die Wicklung 16 in den Nuten 21 ausgebildet.
Eine zweite Seite des Polygons wird durch die nicht dargestellte
Wicklung in den Nuten 20 ausgebildet. Da nun die zwei dargestellten
Nuten 20 von den zwei dargestellten Nuten 21 beabstandet
sind bildet sich ein Polygon aus. Das Polygon weist n = 4 Seiten auf,
wobei im vorliegenden Beispiel die Seiten in etwa gleicher Länge sind.
Vorteilhaft weist das Sekundärteil 8 im
Querschnitt eine der Anordnung der Wicklungen entsprechende Form
auf. Das Sekundärteil 8 in 1 weist
4 Seiten 51 auf, welche den Seiten 50 des Primärteils 4 zugewandt
sind. Die vier Seiten 51 des Sekundärteils 8 bilden den
polygonförmigen
Querschnitt des Sekundärteils 8.
Das Sekundärteil 8 ist
in 1 schematisiert dargestellt, so dass dessen Aufbau
im Detail nicht dargestellt ist. Eine detailliertere Darstellung
des Sekundärteils
ist in den 7 bis 12 gegeben.
In den 7 bis 12 sind neben verschiedenen
Typen von Sekundärteilen auch
dazugehörige
Primärteile
dargestellt. Sowohl die elektrische Maschine gemäß 1 als auch
die in den nachfolgend beschriebenen 2, 3, 5, 13, 14, 15 und 16 elektrischen
Maschinen sind gemäß den Typen
in den 7 bis 12 ausgestaltbar. Dabei ist
die Verwendung dieser Typen nicht auf die in den Figuren beispielhaft
herangezogenen Polygonarten mit vier Polygonseiten bzw. mit drei
Polygonseiten beschränkt,
so dass auch Polygone mit mehr als vier Seiten möglich, jedoch nicht dargestellt
sind.
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In
einer elektrischen Maschine 1 gemäß 1 sind magnetische
Felder in einer quer zur Bewegungsrichtung 25 ausgerichteten
Ebene geführt. Hieraus
ergibt sich ein Querfluss-Magnetkreis. Diese quer zur Bewegungsrichtung 25 geführten magnetischen
Felder betreffen magnetische Nutzfelder, also insbesondere die magnetischen
Felder, welche von einer Erregung herrühren und mit der Wicklung des Primärteils 4 gekoppelt
sind. Das Erregerfeld ist beispielsweise durch Permanentmagnete
erzeug bar. Die Permanentmagnete sind in der 1 nicht
dargestellt, jedoch ist in den 7 bis 12 eine
mögliche
Positionierung der Permanentmagnete gezeigt. Das Sekundärteil 8 ist
also beispielsweise derart ausgeführt, dass dieses Permanentmagnete
aufweist oder das es als eine Art Eisen-Reaktionsstange dient.
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Gemäß 1 sind
Einzelbleche des Blechpaketes 12 in der Bewegungsrichtung 25 der
elektrischen Maschine 1 gestapelt. Eine aktive (kraftbildende)
Fläche
der elektrischen Maschine 1 ist in der Form eines Polygons
mit n = 4 Seiten 50, 51 ausgeführt.
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Die
Darstellung gemäß 2 zeigt
eine elektrische Maschine 1, welche wie in 1 eine
Polygonform mit vier Seiten 51 aufweist, wobei die Polygonform
sowohl das Sekundärteil 8 wie
auch das Primärteil 4 betrifft.
Beim Primärteil 4 ergibt
sich die Polygonform durch die polygonförmige Anordnung von vier Wicklungen 16.
Die Wicklungen 16 sind in Nuten 20 aufgenommen,
wobei die Nuten 20 durch Teilbleche 30, 31, 32 und 33 ausgebildet
sind. Jedes Teilblech 30, 31, 32 und 33 weist
eine Wicklung 16 auf. Durch die Nuten 20 haben
die Teilbleche 30, 31, 32 und 33 die
Form des Buchstabens E. Mit Hilfe eines jeden Teilbleches 30, 31, 32 und 33 ist
eine Seite des vierseitigen Polygons ausgebildet. Durch die Verwendung
der Teilbleche 30, 31, 32 und 33 ist
die Befüllung
der Nuten 20 vereinfacht durchführbar, da diese vor dem Zusammenbau
des Blechpaketes erfolgen kann. Die Teilbleche 30, 31, 32 und 33 schließen an Zwischenstücken 35 an.
Das Blechpaket 13 ist im Querschnitt (quer zur Bewegungsrichtung 25) derart
aufgebaut, dass es mehrere Teile aufweist. Diese Teile sind die
Teilbleche 30, 31, 32 und 33 sowie
die Zwischenstücke 35,
mit denen die Teilbleche konstruktiv verbunden sind.
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Die
Darstellung gemäß 3 zeigt
eine elektrische Maschine 1 welche einen ähnlichen
Aufbau wie die elektrische Maschine 1 gemäß 2 aufweist.
Im Unterschied zu 2 weist die elektrische Maschine 1 in 3 ein
Blechpaket 12 auf, welches aus einteiligen Einzelblechen
aufgebaut ist. Dies hat den Vorteil eines einfacheren Aufbaus. Aus
Gründen der Übersichtlichkeit
ist nur eine Wicklung 16 gezeigt. Im Blechschnitt des Primärteils 4 ist
auch eine bestimmte Eckkontur 42 zwischen den Seiten der
polygonförmigen Öffnung des
Primärteils 4,
welche für das
Sekundärteil
vorgesehen ist, gezeigt. In die Eckkontur 42 können beispielsweise
Linearführungen
integriert werden.
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Die
Darstellung gemäß 4 zeigt
einen zu 3 ähnlichen Blechschnitt 39.
In 4 sind auch die Polygonseiten 50 der
polygonförmigen Öffnung des
Primärteils 4,
welche für
das Sekundärteil
vorgesehen ist mit Bezugszeichen versehen. Der Blechschnitt nach 4 zeigt
zur besseren Übersichtlichkeit
der vorangegangenen 1 bis 3 erst hier mit
Bezugszeichen versehene Zähne 22.
Die Zähne 22 sind
zur Führung
eines magnetischen Nutzflusses vorgesehen.
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Die
Darstellung gemäß 5 zeigt
eine elektrische Maschine 2 welche ein Primärteil 5 und ein
Sekundärteil 9 aufweist,
wobei beide Teile eine polygonförmige
Struktur aufweisen, welche drei Polygonseiten 50 aufweist.
Abflachungen 53 der Bereiche in welchen die Polygonseiten 50 zusammenfallen
beeinflussen die grundsätzlichen
Polygone dreiseitige Form nicht. Die elektrische Maschine 2 der 5 unterscheidet
sich von der elektrischen Maschine 1, welche z.B. aus der 1 bekannt
ist im wesentlichen durch die dreiseitige Polygonform. Die Luftspaltflächen 50, 51 und
die dazugehörigen
Wicklungen 16 sind im Primärteil 5 also derart
positioniert, dass diese ein Polygon mit drei Polygonseiten 50 bzw. 51 ausbilden.
Die Polygonseiten 50 und 51 betreffen dabei neben
den Kanten des Polygons in einer zweidimensionalen Betrachtung auch
die polygonartige Anordnung der zugehörigen Flächen bezüglich der Erstreckung der elektrischen
Maschine in deren potentiellen Bewegungsrichtung.
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Die
Darstellung gemäß 6 zeigt
den Blechschnitt 40 des Blechpaketes 12 aus der 5.
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Die
Darstellungen gemäß den 7 bis 12 zeigen
Primärteile 3, 6 und 7 und
Sekundärteile 10 und 11.
In diesen Darstellungen ist immer nur eine Polygonseite einer elektrischen
Maschine 1, 2 gezeigt, welche beispielhaft in
den 1, 2, 3, 5, 13, 14, 15 und 16 dargestellt
ist. Die 7 bis 12 dienen
der Veranschaulichung des Wirkprinzips der elektrischen Maschine.
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Die
Darstellung gemäß 7 zeigt
ein Primärteil 6 und
ein durch einen Luftspalt 27 davon beabstandetes Sekundärteil 10.
Das Sekundärteil 10 weist
einen Träger 46 auf,
auf welchem Permanentmagnete 44 angebracht sind. Die Permanentmagnete
weisen abwechselnd unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen 48 auf
und dienen der Bildung eines Erregerfeldes. Der Träger 46 weist
vorteilhafter Weise ein weichmagnetischen Material auf und kann geblecht
oder massiv ausgeführt
werden. Das Primärteil 6 weist
eine Wicklung 16 und ein Blechpaket 12 auf. Das
Blechpaket 12 weist über
die Bewegungsrichtung 25 Zähne 23 auf. Das Primärteil 6 weist
also eine luftspaltseitig gezahnte Blechpaketstruktur auf. Ein Joch 14 weist
ein durchgehendes Blechpaket auf. Die Zähne 23 weisen voneinander den
selben Abstand auf, wie die Permanentmagnete 44 mit gleicher
Magnetisierungsrichtung 48.
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In
der 7 ist auch noch die Position der Permanentmagnete 43 und 45 im
Bereich einer zweiten und dritten Polygonseite des Sekundärteils z.B. für eine dreisträngige elektrische
Maschine gemäß 5, 13, 14 oder 16 dargestellt.
Die Permanentmagnete 43 der zweiten Polygonseite sind um
120° elektrisch
versetzt. Um weitere 120° sind
die Permanentmagnete 45 der dritten Polygonseite versetzt.
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Die
Darstellung gemäß 8 zeigt
einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß 7. Dabei
ist der Querschnitt durch einen Zahn 23 geführt. Aus 8 ist
ersichtlich, dass das Sekundärteil 10 quer
zur Bewegungsrichtung 25 Permanentmagnete 44 mit
abwechselnd unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen 48 aufweist.
Den Permanentmagneten 44 gegenüber befinden sich weitere Zähne 22 des
Primärteils 6.
Die 8 dient auch der Veranschaulichung der Querfluss-Anordnung.
Durch die Permanentmagnete 44 wird ein Erregerfluss aufgebaut,
dessen Verlauf durch magnetische Feldlinien 70 in der Figur
dargestellt ist. Dieser Verlauf der magnetischen Feldlinien 70 verläuft quer
zu der potentiellen Bewegungsrichtung 25. Ein magnetischer
Nutzfluss ist in einer quer zu einer Bewegungsrichtung 25 ausgerichteten
Ebene geführt.
Der magnetische Nutzfluss ist der magnetische Fluss, welcher mit
der Wicklung 16 gekoppelt bzw. verkettet ist. Dieser derart
ausgerichtete magnetische Nutzfluss bildet einen Querfluss-Magnetkreis
aus. Hieraus ergibt sich der Begriff Querfluss-Anordnung. Auch in 8 ist
ein Schnitt geführt,
wobei dieser durch den mittleren Zahn 22 verläuft. Dieser
Schnitt ist in 7 dargestellt.
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Die
Darstellung gemäß 9 zeigt
eine Anordnung von Primärteil 7 und
Sekundärteil 10 ähnlich wie
in 7. Im Unterschied zu 7 weist
das Primärteil 7 aus 9 Einzelzähne 24 auf,
welche die Aufgabe der Zähne 23 aus 7 haben.
Die Einzelzähne 24 sind
beispielsweise über
einen nicht dargestellten nicht magnetischen Rahmen miteinander verbunden.
In 9 ist also eine Ausführungsform ohne einem Joch
aus weichmagnetischem Material (Blechpaket) gezeigt. Die Einzelzähne 24 sind
beispielsweise mittels von E-förmigen
Blechpaketen ausgebildet. Der Querschnitt aus 10 zeigt
den E-förmigen
Aufbau. Die Einzelzähne 24 weisen
voneinander den selben Abstand auf wie die Permanentmagnete 44 mit
gleicher Magnetisierungsrichtung 48.
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Der
für eine
dreisträngige
elektrische Maschine, also eine elektrische Maschine, welche für den Betrieb
mit drei Phasen U, V und W vorgesehen ist, erforderliche Phasenversatz
kann beispielsweise durch einen entsprechenden Versatz der Permanentmagnete 44,
wie dies in 7 angedeutet ist realisiert
werden. Eine andere Möglichkeit
der Realisierung des Versatzes besteht darin die Zahnstruktur verschiedener
Stränge,
also Phasen, am Primärteil zu
versetzen. Ist die Zahnstruktur von Strängen (Wicklungen) verschiedener
Phasen versetzt, ist es nicht notwendig die Permanentmagnete einer
Polygonseite des Sekundärteils
in Bezug auf eine andere Polygonseite des Sekundärteils zu versetzen.
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Die
Darstellung gemäß 10 zeigt
einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß 9. Dabei
ist der Querschnitt durch einen Einzelzahn 24 geführt. Auch
aus 10 ist ersichtlich, dass das Sekundärteil 10 quer
zur Bewegungsrichtung 25 Permanentmagnete 44 mit
abwechselnd unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen 48 aufweist.
Auch in 10 ist ein Schnitt geführt, wobei
dieser durch den mittleren Zahn 22 verläuft. Dieser Schnitt ist in 9 dargestellt.
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Die
Darstellung gemäß 11 zeigt
ein Primärteil 3 und
ein Sekundärteil 11.
Das Sekundärteil 11 ist
frei von magnetischen Quellen wie z.B. Permanentmagneten. Das Sekundärteil weist
einen Träger 46 auf.
Auf dem Träger
befinden sich Riegel 19, so dass sich eine luftspaltseitige
gezahnte Struktur ergibt. Die Riegel 19 sind quer zur Bewegungsrichtung 25 geblecht
ausgeführt.
Das Primärteil 3 weist
sowohl eine Wicklung 16 als auch Permanentmagnete 44 zur
Erzeugung eines Erregerfeldes auf. Die Magnetisierungsrichtungen 48 der
Permanentmagnete 44 wechseln alternierend.
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Die
Darstellung gemäß 12 zeigt
einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß 11. Auch
in 12 ist ein Schnitt geführt, wobei dieser durch den
mittleren Zahn 22 verläuft.
Dieser Schnitt ist in 11 dargestellt.
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Die
Darstellung gemäß 13 zeigt
eine elektrische Maschine 2. Diese elektrische Maschine 2 entspricht
von ihrem Aufbau der elektrischen Maschine 2 aus 5.
In 13 ist zusätzlich
gezeigt wie die Wicklungen 16 bestrombar sind. Die Wicklungen 16 jeweils
einer Polygonseite 50 sind mit unterschiedlichen Phasen
U, V und W eines Drehstromsystems bestromt.
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Die
Darstellung gemäß 14 zeigt
eine elektrische Maschine 2 welche ein Primärteil aufweist,
wobei dieses Primärteil 5 ein
Blechpaket 13 aufweist, welches aus verschiedenen Teilblechen 30, 31 und 32 zusammengesetzt
ist. Dies entspricht vom Grundsatz der in 2 beschriebenen
Konstruktionsweise. Die Zwischenbleche sind nicht notwendiger Weise
aus einem Blech bzw. einem weichmagnetischen Material zu fertigen.
Die Zwischenbleche können
beispielsweise auch aus einem Kunststoff bestehen bzw. einen solchen
aufweisen. Die Wicklungen 16 sind zur Bestromung mit einer
Phase U, V und W vorgesehen. Von den Wicklungen der Phasen U, V
und W bzw. den entsprechenden Luftspaltflächen ist also das Polygon aufgespannt.
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Die
Darstellung gemäß 15 zeigt
eine weiter mögliche
Bauform der erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine. Die elektrische Maschine 2 gemäß 15 ist
modular aufgebaut. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die elektrische Maschine 2 drei
Module 61, 62 und 63 auf. Die Module 60, 61 und 62 entsprechen
in ihrem konstruktiven Aufbau der elektrischen Maschine 2 in 14. Im
Gegensatz zur 14 sind in 15 die
Wicklungen 16 eines Moduls mit nur einer Phase U oder V oder
W bestromt. Die Module 60, 61 und 62 sind
in Bewegungsrichtung hintereinander positioniert. Die Positionierung
erfolgt derart, dass die Module hintereinander Versetzt angeordnet
sind. Vorteilhaft ist dabei ein Versatz von elektrischen 120°.
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Auch
mehrere Ausführungsformen
gemäß 13 oder 14 können als
Module hintereinander angeordnet werden um die Schubkraft zu erhöhen. Dabei
ist ein Versatz von elektrischen 120° nicht notwendig, da jedes Modul
für den
Anschluss an alle drei Phasen U, V und W eines Drehstromes vorgesehen
ist. Dieses Beispiel eines modularen Aufbaus ist in den Figuren
nicht dargestellt. Der zur Ausübung
einer Bewegung benötigte
Versatz zwischen den Phasen U, V und W ist in den Ausführungsformen
gemäß 13 und 14 durch
die Ausgestaltung des Sekundärteils
gegeben, wie dies in 7 auch beschrieben ist.
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Die
Darstellungen gemäß 13, 14 und 15 zeigen,
das die Wicklungen 16 der elektrischen Maschinen vorteilhafter
Weise drei Stränge aufweisen.
Jeder Strang weist eine Wicklung 16 auf, welche zur Betromung
mit einer Phase vorgesehen ist. Bei einem dreiphasigen Drehstromsystem
sind dies die Phasen U, V und W. Die Stränge der elektrischen Maschine
können
am Umfang des Polygons und/oder in einer Längsrichtung (Bewegungsrichtung)
der elektrischen Maschine, welche insbesondere ein Linearmotor ist,
verteilt sein. Jede Wicklung eines Stranges weist zumindest eine
Spule auf.
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Die
Darstellung gemäß 16 zeigt
eine elektrische Maschine 2 welche ein Primärteil 4 und ein
Sekundärteil 8 aufweist.
Das Sekundärteil 8 ist über einen
Schuh 57 mit einer Führungsleiste 55 verbunden.
Durch den Schuh 57 bildet sich bezüglich des Primärteils 4 mit
den Wicklungen 16 ein offenes Polygon aus. Die elektrische
Maschine 2 ist folglich bezüglich ihres elektrischen Aufbaus
korrespondierend zu den elektrischen Maschinen in den 5, 13, 14 oder 15 aufgebaut,
weist allerdings eine Polygonstruktur mit vier Polygonseiten 50 auf.
Durch die Polygonseite 50 beim Schuh 57 ergibt sich
eine Art Aufständerung
der elektrischen Maschine 2. Diese Polygonseite weist keinen
magnetisch aktiven Luftspalt auf und bildet daher keine Schubkraft.
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Der
Primärteil
eines erfindungsgemäßen Linearmotors
lässt sich
modular aus mehreren Blechpaketen aufbauen, sodass auf einfache
Weise aus einer überschaubaren
Zahl von Bauteilen verschiedene Motoren unterschiedlicher Schubkraft
gefertigt werden können.
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Die
Darstellungen gemäß den 1 bis 3, 5 und 13 bis 16 zeigen
elektrische Maschinen 1, 2 bei welchen das Sekundärteil 8, 9 in
einem inneren Bereich der elektrischen Maschine 1, 2 angeordnet
ist, wobei das Primärteil 4, 5 in
einem äußeren Bereich
der elektrischen Maschine 1, 2 angeordnet ist.
Bei einer derartigen Anordnung ist das das Sekundärteil 8, 9 zumindest
teilweise vom Primärteil 4, 5 umgeben.
Die Darstellung gemäß 17 zeigt
eine elektrische Maschine 2 mit einer dazu inversen Anordnung.
Bei dieser inversen Anordnung in 17 ist
das Sekundärteil 9 im äußeren Bereich
der elektrischen Maschine positioniert, wobei das Primärteil 5 im
inneren Bereich der elektrischen Maschine angeordnet ist. Das Sekundärteil 9 umgibt also
das Primärteil 5,
welches die Wicklungen 16 aufweist, zumindest teilweise.
Es sind also zwei zueinander inverse Anordnungen von Primär- und Sekundärteil möglich. In 17 sind
auch mögliche
Positionen von Permanentmagneten 44 dargestellt. Durch deren
Position und der Position der Wicklungen 16 ist ersichtlich,
dass diese elektrische Maschine 2 in 17 drei
magnetisch aktive Polygonseiten und drei magnetisch nicht aktive
Polygonseiten aufweist.
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Die
Darstellung gemäß 5 zeigt
eine elektrische Maschine 2 welche ein Primärteil 5 und ein
Sekundärteil 9 aufweist,
wobei beide Teile eine polygonförmige
Struktur aufweisen, welche drei Polygonseiten 50 aufweist.
Abflachungen 53 der Bereiche in welchen die Polygonseiten 50 zusammenfallen
beeinflussen die grundsätzlichen
Polygone dreiseitige Form nicht. Die elektrische Maschine 2 der 5 unterscheidet
sich von der elektrischen Maschine 1, welche z.B. aus der 1 bekannt
ist im wesentlichen durch die dreiseitige Polygonform. Die Luftspaltflächen 50, 51 und
die dazugehörigen
Wicklungen 16 sind im Primärteil 5 also derart
positioniert, dass diese ein Polygon mit drei Polygonseiten 50 bzw. 51 ausbilden.
Die Polygonseiten 50 und 51 betreffen dabei neben
den Kanten des Polygons in einer zweidimensionalen Betrachtung auch
die polygonartige Anordnung der zugehörigen Flächen bezüglich der Erstreckung der elektrischen
Maschine in deren potentiellen Bewegungsrichtung.
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Die
Darstellung gemäß 18 zeigt
die elektrische Maschine 1 gemäß 16, wobei
in 18 das Primärteil 4 und
das Sekundärteil 8 getrennt
voneinander dargestellt sind. Mittels der getrennten Darstellung
wird die polygonartige Gestalt sowohl des Primärteils 4, wie auch
des Sekundärteils 8 verdeutlicht.
Die polygonartige Gestalt betrifft jeweils den Querschnitt zu einer
Längsrichtung,
welche durch strichlinierte Fortsetzungen der Kontur in 18 dargestellt
ist. Durch die Darstel lung wird ferner verdeutlicht, dass das durch
die Polygonseiten 50 aufgespannte Polygon nicht nur gegenständliche Seiten
des Primärteils 4 und
des Sekundärteils 8 betreffen,
sondern auch die durch eine gepunktete Linie dargestellte gedachte
Polygonseite 50. Die Darstellung in 18 zeigt
ein Polygon mit 4 Polygonseiten. Nicht dargestellt sind Ausführungsformen,
welche ein Polygon mit weniger als 4 Polygonseiten oder auch mit
mehr als 4 Polygonseiten aufweisen. Wird die Anzahl der Polygonseiten
bis ins Unendliche erhöht,
ist es auch möglich
eine kreisartige Form auszubilden, welche jedoch nicht dargestellt
ist. 18 zeigt ferner eine nutartige Aufnahme 68 und
eine Öffnung 69. Das
Primärteil
weist drei Wicklungen 16, 17 und 18 auf.
Jede Wicklung 16, 17 und 18 ist einer
Polygonseite des Primärteils 4 zugeordnet.
Ein Primärteil
ist auch derart aufbaubar, dass dieses z.B. nur eine Wicklung 16 auf
einer Polygonseite 50 aufweist. Diese Variante ist in 18 jedoch
nicht dargestellt.
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Die
Darstellung gemäß 19 zeigt
wie 16 eine elektrische Maschine 1 im Querschnitt, also
quer zu einer Bewegungsrichtung 56. Unterschiedliche entgegengesetzte
Bewegungsrichtungen 56 sind durch einen Punkt bzw. durch
ein Kreuz in einem Kreis angedeutet. Eine Bewegung ist längs der Führungsleiste 55 vorgesehen.
Bei der elektrischen Maschine 1 in 19 ist
im Unterschied zur 16 das Sekundärteil 8,
der Schuh 57 und die Führungsleiste 55 einteilig
ausgeführt.
Die Führungsleiste 55 weist
Befestigungslöcher 59 auf.
In diese Befestigungslöcher 59 sind
beispielsweise Schrauben einführbar,
welche der Befestigung der gesamten elektrischen Maschine 1 z.B.
an einer Werkzeugmaschine dienen. Der Schuh 57 dient der
Aufständerung des
Sekundärteils 8 und
somit der Aufständerung
der elektrischen Maschine 1. In der Darstellung nach 19 wird
auch Bezug genommen auf die 20 und 21.
Diese Figuren betreffen die Darstellung von Abständen zwischen dem Primärteil 4 und
dem Sekundärteil 8,
welche z.B. in der 16 und 19 nicht
im Detail dargestellt sind. Die Abstände zwischen dem Primärteil 4 und
dem Sekundärteil 8 bilden
einen Luftspalt aus. Der Luftspalt ist entweder mit Luft gefüllt oder
auch mit einem Material, welches ähnliche elektrische und/oder
magnetische Eigenschaften aufweist wie Luft.
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Die
Darstellung gemäß 20 zeigt
eine erste Art eines Luftspaltes 70 zwischen dem Primärteil 4 und
dem Sekundärteil 8,
welcher eine Gleitschicht 72 aufweist. Über die Gleitschicht 72 bildet sich
ein Kontaktbereich zwischen dem Primärteil 4 und dem Sekundärteil 8 aus.
Die Gleitschicht 72 weist eine gleitfördernde Oberfläche auf,
wobei die Gleitschicht 72 entweder am Primärteil 4 und/oder am
Sekundärteil 8 anhaftet.
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Die
Darstellung gemäß 21 zeigt
eine zweite Art eines Luftspaltes 70 zwischen dem Primärteil 4 und
dem Sekundärteil 8,
welcher Luft 74 zur Ausbildung des Luftspaltes 70 aufweist.
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Eine
elektrische Maschine kann als Luftspalt nur eine Art des Luftspaltes
gemäß den 20 und 21 aufweisen,
oder auch beide Arten von Luftspalten.
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Die
Darstellung gemäß 22 zeigt
im Querschnitt ein in die elektrische Maschine 1 integriertes
Kugelrollenlager 61. Ferner zeigt diese Darstellung ein
Blechpaket 12, welches in drei Teilblechpakete 63, 65 und 67 unterteilt
ist. Die Teilblechpakete schließen
aneinander an und bilden somit ein gemeinsames Blechpaket. Jedes
Teilblechpaket weist eine eigene Wicklung 16, 17 und 18 auf.
Dies dient insbesondere einer einfacheren Fertigung, da die Wicklungen 16, 17 und 18 getrennt
voneinander in die Teilblechpakete 63, 65 und 67 eingebracht
werden können
und danach erst die polygonartige Form durch die Anordnung der Teilblechpakete 63, 65 und 67 ausgebildet
wird.
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Die
Darstellung gemäß 23 zeigt
eine elektrische Maschine 1, bei welcher durch das Sekundärteil 8 die
nutartige Aufnahme 68 ausgebildet ist, wobei das Primärteil 4 Aufnahme
in der nutartigen Aufnahme findet. Da das Primärteil 4 gemäß 23 kompakt
aufgebaut ist, weist dieses zur magnetischen Abgrenzung der Wicklungen 16, 17 und 18 Aussparungen 76 auf.
Diese Aussparungen 76 sind beispielsweise Ausstanzungen
aus dem Blechpaket, welches das Primärteil 4 aufweist.
Die Aussparungen 76 sind vorteilhafter Weise mit Luft gefüllt.
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Die
Darstellung gemäß 24 zeigt
eine elektrische Maschine 1, welche ein in eine Rollenumlaufeinrichtung 82 integriertes
Primärteil 4 zeigt.
Die Rollenumlaufeinrichtung 82 ist auf eine Profilschiene 84 gesetzt.
Die Profilschiene 84 weist Permanentmagnete 44 auf.
Somit ist die Profilschiene 84 als Sekundärteil 8 der
elektrischen Maschine 1 ausgebildet.
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Die
Darstellung gemäß 25 zeigt
einen Querschnitt der Profilschiene 84, wobei zusätzlich zur
Veranschaulichung des Aufbaus Rollen 80, welche in der
aus 24 bekannten Rollenumlaufeinrichtung 84 laufen,
dargestellt sind.