DE102006009439A1 - Elektrische Maschine mit Einschubeinrichtung für einen Dauermagneten zwischen Polzahnhälften und entsprechendes Herstellungsverfahren - Google Patents

Abstract

Der Fertigungsaufwand beim Herstellen elektrischer Maschinen mit Polzähnen, die mit Dauermagneten bestückt sind, soll vereinfacht werden. Hierzu ist vorgesehen, die Dauermagnete erst am Ende der Fertigung in die Polzähne einzufügen, die jeweils aus zwei Polzahnhälften (1, 2) bestehen. Eine Einschubeinrichtung (3), die rahmenförmig ausgebildet sein kann, wird zwischen den Polzahnhälften (1, 2) angeordnet. Die Einschubeinrichtung (3) dient dazu, bei der Montage einen Raum für die einzelnen Dauermagnete freizuhalten. So können beispielsweise die Polzähne bewickelt werden, ohne dass Dauermagnete diesen Fertigungsschritt stören. Schließlich werden Dauermagnete in die Einschubeinrichtungen eingefügt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem ersten Aktivteil, das mindestens einen Polzahn aufweist, welcher mit einem Dauermagneten bestückt ist, und einem zweiten Aktivteil, das mit dem ersten Aktivteil zur Bewegung relativ zueinander in magnetischer Wirkverbindung steht. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen eines Polzahns einer elektrischen Maschine. Unter dem Betriff „Aktivteil" wird hier beispielsweise ein Primärteil oder ein Sekundärteil eines Linearmotors oder aber auch ein Stator oder Rotor eines Torquemotors verstanden. Die Problematik und die Lösung der vorliegenden Erfindung werden hier jedoch vornehmlich an einem Linearmotor dargestellt.
• Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 045 992.4 ist beispielsweise ein Synchronlinearmotor mit permanentmagnetlosem Sekundärteil bekannt. Die Permanentmagnete sind dort an dem Primärteil des Synchronlinearmotors angebracht, so dass das Sekundärteil nicht selbst zur Erzeugung eines Magnetfelds beisteuert. Der Aufbau von Linearmotoren dieser Bauform erfordert die Integration starker Dauermagnete in das Primärteil. Die Handhabung von starken Dauermagneten während der einzelnen Fertigungsstufen ist jedoch fertigungstechnisch äußerst schwierig. Zudem besteht durch schwere, stark magnetisierte Teile ein hohes Verletzungsrisiko.
• Es sind Synchronlinearmotoren mit im Luftspalt angeordneten Magneten bekannt. Darüber hinaus wurden auch Synchronlinearmotoren entwickelt, bei denen die Magnete in die Polzähne des Primärteils eingebettet werden. Ein nachträgliches Magnetisieren der Magnetrohlinge führt zu einem erhöhten fertigungstechnischen Aufwand. Es sind also fertigmagnetisierte Dauer magnete zu verwenden. Um diese Dauermagnete möglichst spät in den Fertigungsprozess zu integrieren, ist ein geänderter Schnitt der Motorbleche erforderlich. Nachteilig an derartigen Synchronlinearmotoren mit eingebetteten Dauermagneten ist jedoch, dass die Fertigung mit sehr großer Sorgfalt und hohem Aufwand erfolgen muss.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Aufbau einer elektrischen Maschine und ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen von Polzähnen zu finden, mit denen es möglich ist, die Dauermagnete so spät wie möglich in den Fertigungsprozess zu integrieren.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektrische Maschine mit einem Polzahn, der mit einem Dauermagneten bestückt ist, wobei der Polzahn zwei Polzahnhälften aufweist, eine Einschubeinrichtung zwischen den Polzahnhälften angeordnet ist und ein Dauermagnet in die Einschubeinrichtung eingeschoben ist.
• Darüber hinaus ist erfindungsgemäß bereitgestellt ein Verfahren zum Herstellen eines Polzahns einer elektrischen Maschine durch Bereitstellen von zwei Polzahnhälften, Einfügen einer Einschubeinrichtung zwischen die beiden Polzahnhälften und Einfügen eines Dauermagneten in die Einschubeinrichtung.
• In vorteilhafter Weise kann somit die Montage der Zähne und das Bewickeln der Zähne bzw. das Aufbringen von Spulen auf die Zähne deutlich vereinfacht werden, da die Polzähne bei diesen Fertigungsschritten noch unmagnetisch sind.
• Vorzugsweise besteht die Einschubeinrichtung aus einem holzylindrischen Rahmen rechteckigen Querschnitts. Dieser Rahmen dient nicht nur zur Einhaltung des Abstands der Polzahnhälften bei der Montage, sondern vorzugsweise auch zum spielfreien Fixieren des Dauermagneten in der Tasche bzw. dem Spalt zwischen den Polzahnhälften.
• Die Einschubeinrichtung kann unmagnetisch sein. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn sie aus Kunststoff gefertigt ist. Somit lässt sie sich als günstiges Kunststoffspritzgussteil herstellen, wobei gleichzeitig enge Toleranzen eingehalten werden können.
• Des Weiteren kann es von Vorteil sein, wenn die Einschubeinrichtung zumindest teilweise eine Außenfläche einer Polzahnhälfte bedeckt. Damit kann die Einschubeinrichtung nicht nur zum Schutz der Polzahnhälften bzw. Blechpakte, sondern auch beispielsweise als Wicklungsträger dienen.
• Bei einer speziellen Ausgestaltung können Einschubrahmen für mehrere Polzähne einteilig miteinander verbunden sein. Auf diese Weise können günstig zu montierende Zahnmodule erstellt werden.
• Die erfindungsgemäße elektrische Maschine kann als Linearmotor ausgestaltet sein, wobei der Polzahn an dem Primärteil ausgebildet ist. Somit lassen sich die Primärteile von Linearmotoren kostengünstig herstellen, bei denen die Sekundärteile aus unmagnetisierten Zahnstangen bestehen.
• Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die eine perspektivische Ansicht eines Polzahns mit eingefügtem Einschubrahmen zeigt.
• Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
• Grundsätzlich können die Vorteile der Erfindung für alle elektrischen Maschinen ausgenutzt werden, die über Polzähne verfügen. Typischerweise sind Torquemotoren, Linearmotoren und Generatoren am Aktivteil und/oder Passivteil bzw. am Primärteil und/oder Sekundärteil mit Polzähnen ausgestattet. Die folgenden Ausführungsbeispiele beziehen sich exemplarisch lediglich auf Linearmotoren.
• Der in der Figur wiedergegebene Polzahn besteht aus zwei Polzahnhälften 1 und 2. Diese Polzahnhälften 1, 2 sind hier als Blechpakete ausgeführt. Sie besitzen im Querschnitt etwa eine C-förmige Gestalt. In ihrem Mittelbereich 10, 20 sind die Polzahnhälften 1, 2 plattenförmig ausgestaltet. Die einen Enden 11, 21 der Polzahnhälften bilden zusammen den Polzahnkopf und die anderen Enden 12, 22 der Polzahnhälften bilden zusammen den Polzahnschuh. Der taillierte Bereich in der Mitte 10, 20 dient zur Aufnahme einer Wicklung, die aus Gründen der Übersicht in der Figur jedoch nicht dargestellt ist.
• Zwischen den beiden Polzahnhälften 1, 2 befindet sich ein Einschubrahmen 3. Dieser Einschubrahmen 3 bildet in seiner Außenkontur einen Quader. Innen ist er hohl und nach unten, d. h. beim Polzahnschuh 12, 22, der zum Sekundärteil des Linearmotors zeigt, offen. Von dieser Seite lässt sich dann ein Dauermagnet, der ebenfalls nicht dargestellt ist, in den Hohlraum des Einschubrahmens 3 einfügen. Gegebenenfalls ist der Einschubrahmen auch zum Zahnkopf hin offen, so dass der Dauermagnet von dort einschiebbar ist. Der Einschubrahmen 3 erstreckt sich über die gesamte Fläche einer Polzahnhälfte 1, 2, die der jeweils anderen Polzahnhälfte zugewandt ist. In dem Ausführungsbeispiel der Figur ist lediglich eine Nut in dem Polzahnkopf 11, 21 davon ausgenommen. Diese Nut 4 dient zur Befestigung des Polzahns an einem entsprechenden Träger.
• Der beispielsweise aus Kunststoff bestehende, unmagnetische Einschubrahmen 3 im Blechpaket ermöglicht die Ausführung der Mehrzahl der Fertigungsschritte für das Primärteil, ohne die bzw. den Permanentmagneten bereits in das Blechpaket bzw. den Zahn des Primärteils integrieren zu müssen. Vielmehr erfolgt der Zusammenbau des Zahns zunächst unter Einbau des Rahmens ohne den Magneten. Die nachfolgenden Fertigungsschritte, nämlich die Spulenmontage oder die Bewicklung der Zähne sowie die Montage der Zähne erfolgen dann mit eingebautem Rahmen 3. Der durch den Rahmen 3 geschaffene Hohlraum bleibt während der Fertigung erhalten. Zu einem späteren Fertigungszeitpunkt, beispielsweise nach der Zahnmontage oder nach der Be wicklung, werden dann in den Rahmen 3 der Magnet bzw. die Magnete eingeschoben.
• Als eine weitere Ausführungsform kann eine Kunststoffummantelung mit dem Einschubrahmen 3 einteilig gegossen werden. Diese Kunststoffummantelung umgibt die beiden Polzahnhälften zumindest im taillierten Mittelbereich 10, 20. Für die Fertigung werden die Blechpakete der Polzahnhälften in eine Spritzgießmaschine eingelegt. In dem entsprechenden Werkzeug werden die Bleche umgossen. Der Rahmen kann als separates Teil montiert werden oder mit den Blechpakten in der Spritzgießmaschine eingegossen werden. Es entstehen so Einzelblechpakete, die über den Kunststoff zu einem oder mehreren Zähnen miteinander verbunden werden. Zwischen den jeweiligen Halbzähnen bleibt durch den Einschubrahmen jeweils ein Hohlraum erhalten, der dann wie oben weitergenutzt werden kann.
• Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Einschubeinrichtung über Fixierelemente verfügen, mit denen die Polzahnhälften an der Einschubeinrichtung befestigt werden können. Beispielsweise können Formelemente zum Stecken oder Schnappen an den Einschubrahmen angeformt werden, mit denen dann die beiden Polzahnhälften am Einschubrahmen zur Vereinfachung der Montage fixiert werden können.
• In vorteilhafter Weise lässt sich durch den erfindungsgemäßen unmagnetischen Rahmen 3, der einen Hohlraum beinhaltet, ein formstabiles Motorblechpaket aufbauen. Hierdurch wird die Handhabung der Montageeinzelteile, das Bewickeln der Blechpakete und das nachträgliche Fügen der Magnete erleichtert oder erst ermöglicht.

Claims (10)

1. Elektrische Maschine mit – einem Polzahn, der mit einem Dauermagneten bestückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Polzahn zwei Polzahnhälften (1, 2) aufweist, – eine Einschubeinrichtung (3) zwischen den Polzahnhälften (1, 2) angeordnet ist und – ein Dauermagnet in die Einschubeinrichtung (3) eingeschoben ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Einschubeinrichtung (3) aus einem holzylindrischen Rahmen rechteckigen Querschnitts besteht.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einschubeinrichtung (3) unmagnetisch ist.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, wobei die Einschubeinrichtung (3) aus Kunststoff gefertigt ist.
5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einschubeinrichtung (3) zumindest teilweise eine Außenfläche einer Polzahnhälfte (1, 2) bedeckt.
6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Einschubeinrichtungen (3) für mehrere Polzähne einteilig miteinander verbunden sind.
7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als Linearmotor ausgestaltet ist, wobei der Polzahn an dem Primärteil ausgebildet ist.
8. Verfahren zum Herstellen eines Polzahns einer elektrischen Maschine gekennzeichnet durch – Bereitstellen von zwei Polzahnhälften (1, 2), – Einfügen einer Einschubeinrichtung (3) zwischen die beiden Polzahnhälften (1, 2) und – Einfügen eines Dauermagneten in die Einschubeinrichtung (3).
9. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine durch Herstellen eines Polzahns nach Anspruch 8, wobei der Polzahn vor dem Einfügen des Dauermagneten mit einer Wicklung versehen wird.
10. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine durch Herstellen eines Polzahns nach Anspruch 8, wobei der Polzahn vor dem Einfügen des Dauermagneten an einen Träger montiert wird.