DE102004045303A1

DE102004045303A1 - Direktantrieb mit großer Zahnteilung

Info

Publication number: DE102004045303A1
Application number: DE200410045303
Authority: DE
Inventors: Nils Dreifke
Original assignee: PASIM DIREKTANTRIEBE GmbH
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2004-09-18
Filing date: 2004-09-18
Publication date: 2006-04-06

Abstract

Die Erfindung betrifft Kernbleche und Spulenkörper für lineare und planare Direktantriebe, vorzugsweise für integrierte Luftlagerung, sowie Verfahren zur Herstellung von Spulenkörpern. Grundlegend sind dabei die optimale Gestaltung der Kernbleche bei großer Zahnteilungsperiode zur Erzielung hoher Schubkräfte, die Gestaltung des Kernbleches mit Zähnen als Stanzteil, die Anordnungsvarianten für Spulenkörper sowie der Verbund von Kernblechen als Stanzteil. Verschiedene Verbesserungen in der Konstruktion von Direktantrieben werden angegeben, die durch große Zahnteilung ermöglicht werden. Die Erfindung betrifft vorzugsweise luftgelagerte Servo-Direktantriebe, die mit geringem Geräusch große Fahrgeschwindigkeiten erreichen und preisgünstig gefertigt werden können.

Description

Ein Direktantrieb nach dem Prinzip des geregelten linearen Gleichstrommotors besteht aus einem Stator (Sekundärteil), einem Läufer (Primärteil) und Zubehör. Der Stator ist ein prismatisch geschliffener rostfreier Stahlkörper, der den Magnetfluss gut leitet und auf mindestens einer der Seitenflächen eine Zahnstruktur mit der Zahnteilungsperiode T_z aufweist. Unter Zahnteilungsperiode T_z versteht man die Summe aus Zahnbreite und Zahnlückenbreite. Bisher sind Direktantriebe mit T_z = 0,48mm, 0,64mm und 1,28mm bekannt. In der Regel ist bei linearen Direktantrieben die Zahnbreite etwas kleiner als die Zahnlücke, meist sind die Zähne rechteckförmig und im Stand der Technik etwa so tief wie breit angegeben.
Auf dem Stator lässt sich mindestens ein Läufer bewegen. Das Aktivteil des Läufers besteht aus einem Gehäuse mit Spulenkörpern mit Permanentmagneten, die durch eine Vergussmasse gehalten werden, und bei luftgelagerten Direktantrieben noch aus Luftdüsen. Ein Spulenkörper besteht aus 2 Kernblechpaketen, die mindestens eine Wicklung aufnehmen. Die Kernbleche ragen aus dem Vergussmaterial in die Funktionsfläche und sind ebenfalls mit einer Zahnstruktur versehen. Läufer und Stator besitzen die gleiche Zahnteilungsperiode T_z. Die Zahnabstände auf den Kernblechen sind in bekannter Weise in vorgeschriebenen Abständen angeordnet. Die Kernblechpakete sind im Gehäusekörper positioniert und fixiert. Die Zahnstruktur wird nachträglich durch mechanische Bearbeitung in die Kernblechpakete eingebracht. Wenn eine magnetisch vorgespannte Luftlagerung genutzt wird, so beträgt die Breite des Luftspaltes in der Funktionsfläche zwischen Stator und Läufer ca. 15μm. Die Schubkraft entsteht durch wechselnde Magnetfelder im Läufer und die Leitung des Magnetflusses durch die Läufer- und Statorzähne. Die Funktionsfläche ist das Produkt aus Statorbreite und Läuferlänge.
Der Stand der Technik wird hauptsächlich in den folgenden Erfindungen widergespiegelt. Die Erfindung EP 0986 854 „Verfahren zur Herstellung eines Spulenkörpers für einen Direktantrieb, sowie Kernblech für den Spulenkörper" zeigt eine optimale Kernblechform, wie sie aus Berechnungen und Experimenten erarbeitet wurde. Auf jedem Kernblechschenkel sind vorzugsweise 4 Zähne in der Zahnteilungsperiode von T_z = 1,28 mm angeordnet. Die Wicklungen werden durch einen Spalt im Kernblech eingelegt. Durch das Verdrehen der Kernblechpakete zueinander um jeweils 90° wird das Wickeln vereinfacht.
In der Erfindung DE 198 29 889 , die von oben genannter Kernblechform ausgeht, wird eine Montage-Positioniervorrichtung vorgeschlagen. Mit Hilfe dieser Vorrichtung werden die Spulenkörper auf einfache Weise exakt im Gehäusekörper positioniert, damit später alle Zähne vollständig auf das Kernblech passen. Weil die Position der Zähne auf dem Läufer für die Funktionsweise besonders wichtig ist, kann bei kleiner Zahnteilungsperiode die Zahnstruktur erst nach dem Fixieren der Spulenkörper eingebracht werden.
Die Verringerung der Ungleichmäßigkeit der Kraftwirkung in Bewegungsrichtung und senkrecht zur Funktionsfläche (zwischen Läufer und Stator) stellt bei Direktantrieben eine wichtige zu lösende Aufgabe dar. Die Schubkraft ergibt sich in 2-, 3- und mehrphasigen Motoren durch Überlagerung der Kräfte aus den Motorphasen. Die Summe der Kräfte ist mit zunehmender Phasenzahl gleichmäßiger. Verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung des Gleichlaufes wurden gefunden. Von großer Bedeutung ist die Wahl eines optimalen Verhältnis zwischen Zahnbreite k und Zahnlückenbreite f. Bei linearen Direktantrieben beträgt die Zahnbreite k = k₁·Tz, vorzugsweise mit k₁ = 0,42, die Zahnlückenbreite beträgt f = T_z – k. Bisher ist es nicht gelungen, diese Kraftschwankungen grundsätzlich zu verringern. Das Geräusch der Direktantriebe mit T_z = 1,28mm ist bereits ab einer Geschwindigkeit von 1 m/s belästigend, weshalb der Markteintritt der Direktantriebe in wichtigen Marktsegmenten behindert wird.
Vorurteile der Fachwelt gegen größere Zahnteilungsperiode:

1. Direktantriebe nach dem Prinzip des Hybridschrittmotors wurden bereits im Jahre 1961 von Herrn Sawyer erfunden und laufend weiter entwickelt, vorzugsweise für den Betrieb mit Schrittmotorsteuerungen in offener Steuerkette. Um einen gleichmäßigen Betrieb und eine hohe Auflösung zu erreichen, war eine kleine Zahnteilungsperiode erforderlich, meistens 0,48mm oder 0,64mm.
2. In einem umfassenden Forschungs- und Entwicklungsprojekt, das im Jahre 2001 abgeschlossen wurde, sind ausschließlich Direktantriebe mit Zahnteilungsperioden T_z = 0,64mm und 1,28mm untersucht worden. Für die Optimierung der magnetischen Kreise sowie die Modellerstellung erfolgte die Simulation des magnetischen Feldes und eine Dynamiksimulation, z.B. dargestellt in der Literatur Räumschüssel, E., Lipfert, R.: „Modellbildung und Simulation von Linearschrittmotor-Direktantrieben". Diese Modelle waren für die Auswahl, Dimensionierung und Optimierung der Regelung erforderlich und bildeten die Grundlage für die Simulation des dynamischen Verhaltens und zur Optimierung der luftgelagerten Direktantriebe mit und ohne Wegmess-Systeme. Sie waren ebenso notwendig zum Vergleich der erreichbaren dynamischen Eigenschaften mit verschiedenen Regelungen (Struktur, Parameter). Im vorliegenden Forschungsbericht „Nichtlineare Regelung ..." sind keine Untersuchungen oder Ergebnisse dargestellt, die auf Vorteile einer größeren Zahnteilungsperiode verweisen. Der Einfluss einer Änderung von Parametern der Spulenkörper, der Permanentmagnete, der Rückschlussplatte im Magnetfluss der Permanentmagnete und des Luftspaltes ist in diesem Bericht dargestellt. Im Ergebnis zeigt sich lt. Abschlussbericht „dass die im Moment eingesetzte Motorgeometrie dem Optimum sehr nahe kommt. Die berechneten Zunahmen in den Kraft-Weg-Kennlinien liegen in der Regel unter 5% und werden nur durch Erhöhung des Materialeinsatzes erzielt. Für eine abschließende Einschätzung ist dann aber noch eine Abschätzung auf das dynamische Verhalten des Motors durchzuführen. Eine Veränderung der Kernblechform sowie der Zahnteilungsperiode wurde nicht vorgenommen."
3. Ergänzend zum Forschungsbericht erfolgten statische Berechnungen mit Hilfe eines FEM-Rechenprogramms, wobei eine doppelt so große Zahnteilungsperiode untersucht wurde. Das Ergebnis wird wie folgt zusammengefasst: „Trägt man die maximale Kraft in Bewegungsrichtung in Abhängigkeit vom Phasenstrom eines Spulenkörpers auf, so zeigt sich ein Kraftverlust von mehr als 30% bei Erhöhung der Zahnteilungsperiode von 1,28mm auf 2,56mm. Darauf hin erfolgten keine genaueren Untersuchungen wegen der Annahme, dass mit noch größerer Zahnteilungsperiode die Kraft weiter wesentlich abnimmt und auch aufgrund der theoretisch zu begründenden Annahme, dass die Ungleichmäßigkeit der Kraftwirkung weiter zunimmt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, lineare und planare Direktantriebe mit geringeren Schwingungen, geringerem Motorgeräusch und besserem Gleichlauf vorzuschlagen. Dabei soll eine möglichst große Kraft bezogen auf die Funktionsfläche (Statorbreite·Läuferlänge) erreicht werden, d.h. der Verlust an Schubkraft bei großer Zahnteilungsperiode soll möglichst gering sein. Die Eigenmasse des Läufers bezogen auf die Schubkraft soll gering bleiben, um hohe Beschleunigungen zu erreichen. Die Kosten in der Serienfertigung sind zu hoch. Die Nachteile des Standes der Technik sollen durch die Erfindung vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem für lineare und planare Direktantriebe die Zahnstruktur für Läufer und Statoren mit einer Zahnteilungsperiode von größer als T_z = 1,28 mm eingesetzt werden, andere Fertigungsverfahren zur Herstellung von Kernblechen und Spulenkörpern zum Einsatz kommen und eine im Zusammenhang mit der größeren Zahnteilungsperiode veränderte Anordnung von Direktantrieben angegeben wird.
Der Direktantrieb mit geschliffenem Stator aus Stahl und Läufer im Gehäuse mit Kernblechen, Wicklungen und Permanentmagneten ist mit großer Zahnteilungsperiode als Summe aus Zahnbreite k und Zahnlückenbreite f auszuführen. Die Anwendung erfolgt hauptsächlich für Linearachsen im geregelten Betrieb, bei denen eine geringe Geräuschentwicklung und eine hohe Fahrgeschwindigkeit erforderlich sind.
Die Zahnteilungsperiode T_z ist erfindungsgemäß größer als 1,28mm und kleiner als 25mm auszuführen, vorzugsweise zwischen 1,29 mm und 10 mm.
Die Zahntiefe soll nach der Erfindung größer als 0,3 mm, vorzugsweise 0,7 mm betragen, unabhängig von der Größe der Zahnteilungsperiode.
Durch Verwendung einer größeren Zahnteilungsperiode lässt sich die Frequenz des etwa sin-förmig durch die Wicklungen eingeprägten Magnetflusses verringern, um gleiche Geschwindigkeit zu erzielen. Die Geschwindigkeit ist der Frequenz und der Zahnteilungsperiode proportional, d.h. man erreicht beispielsweise mit fünffach so großer Zahnteilungsperiode die gleiche Geschwindigkeit mit dem fünften Teil der Frequenz. Geräusche mit niedriger Frequenz sind weniger störend. Oft verwendete Frequenzen sind z.B. < 400 Hz gegenüber vorher < 2000 Hz. Andererseits lässt sich mit größerer Zahnteilungsperiode die maximale Geschwindigkeit von luftgelagerten Direktantrieben erhöhen. Bei geringeren Frequenzen arbeiten die Regler besser und die optimale Ansteuerfunktion lässt sich besser einprägen. Die Magnetflüsse in den Wicklungen lassen sich regeltechnisch perfekter beherrschen, d.h. der Magnetfluss verläuft exakter. Systembedingte, von der Stellung des Läufers zum Stator abhängige Änderungen der Schubkraft führen dann zu geringeren Geschwindigkeitsschwankungen in Bewegungsrichtung und damit zu weniger Geräusch.
Die Zahnstruktur mit größerer Zahnteilungsperiode lässt sich leichter fertigen. Bei der Herstellung der Zahnstruktur des Stators kann ein breiteres Werkzeug mit größerer Leistung eingesetzt und pro Zeiteinheit kann ein größeres Volumen ausgetragen werden. Somit können neben dem bisherigen Fräsen und Schleifen auch andere Technologien zum Einsatz kommen (z.B. Stoßen, Walzen, Pressen). Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, dass der Grund der Zahnlücke einen Radius aufweist.
Beim Läufer mit größerer Zahnteilungsperiode können nach der Erfindung die Zähne bereits beim Stanzen der Kernbleche eingebracht werden, indem das Stanzwerkzeug entsprechend gestalten wird. Damit kann die nachträgliche Bearbeitung nach dem Fixieren der Spulenkörper entfallen oder die nachträgliche Bearbeitung wird wesentlich reduziert.
Damit kann die Position der Zähne auf dem Kernblech optimal bestimmt und das Kernblechmaterial zur Leitung des Magnetflusses besser ausgenutzt werden. Erfindungsgemäß werden Kernbleche für lineare und planare Direktantriebe vorgeschlagen, bei denen das Eisen in der Funktionsfläche optimal ausgenutzt werden.
Die Zahnteilungsperiode T_z ergibt sich mit n = 2, 3 ... 30, vorzugsweise als gerade Zahl optimal zu T_z = B/n Gesamtbreite B des Kernbleches, wenn man davon ausgeht, dass Zahnbreite und Zahnlücke gleich sind, wie das meistens bei Planarmotoren gewählt wird. Die Kernblechbreite bestimmt wesentlich die Läuferlänge. Soll beispielsweise ein 2phasiger Läufer aus 4 Kernblechpaketen nicht länger als 70mm sein, so ergibt sich aus T_z = B/n mit beispielsweise n = 4 und einer Kernblechbreite von 12,8mm eine Zahnteilungsperiode von 3,2mm.
Berücksichtigt man, dass die Zahnbreite und die Zahnlücken beim linearen Direktantrieb vorteilhaft unterschiedlich sind, so lautet der Zusammenhang T_z = B/(n – 0,5 + k₁), mit n = 2, 3 ... 30, vorzugsweise eine gerade Zahl.
Die Jochmaße, die den Querschnitt für die Leitung des Magnetflusses durch das Kernblech bestimmen, und der Spalt zwischen den beiden Kernblechschenkeln werden in der Erfindung passend dazu angegeben.
Bei planaren Direktantrieben werden die Zahnbreite und die Zahnlücke etwa gleich groß ausgeführt.
Bei der Gestaltung der Kernbleche für lineare Direktantriebe ist zu berücksichtigt, dass in bekannter Weise die Zahnbreiten k = k₁·T_z auf dem Stator und auf dem Läufer kleiner sind als die Zahnlücken f = T_z – k. Dabei wird meistens k₁ = 0,42 gewählt.
Somit wird eine Reihe von Kernblechen der Breite B mit großer Zahnteilungsperiode T_z vorgeschlagen, bei denen nach der Erfindung gilt T_z = B/(n – 0,5 + k₁), wobei n = 2, 3 ... 30.
Eine Besonderheit bildet das Kernblech für den Fall n = 2. Neben der Anordnung des Kernbleches wird erfindungsgemäß auch ein Spulenkörper beschrieben und 2 Verfahren, wonach vorgefertigte elektrische Wicklungen verwendet werden, die mit Isolationsmaterial in die Aussparungen von 2 benachbarten Kernblechen eingelegt werden, um die Fertigung zu verbilligen.
Die Kernbleche sind mit Hilfe der aus dem Stand der Technik bekannten Montagevorrichtung zueinander zu positionieren. Dabei ist bei den neuartigen Kernblechen erfindungsgemäß der Abstand q zwischen 2 Kernblechpaketen eines Spulenkörpers und der Abstand p zwischen benachbarten Spulenkörpern einzuhalten.
Erfindungsgemäß wird für 3phasige Direktantriebe der Abstand zwischen den Mittellinien der Zahnteilungsperiode des 1. Spulenkörpers zum 2. Spulenkörper mit p₃₂ = i·T_z + 2/3·T_z und des 1. Spulenkörpers zum 3. Spulenkörper mit p₃₃ = i·T_z + 1/3·T_z gewählt, woraus sich der Abstand p zwischen den Kernblechen benachbarter Spulenkörper ergibt.
Nach der Erfindung wird ein Verbund von Kernblechen vorgeschlagen. Mit einem Verbindungsstück, dass nach der Montage entfernt wird, werden die Kernbleche eines Spulenkörpers auf dem vorgeschriebenen Abstand q = T_z(1,5 – k₁) gehalten und die Kernbleche benachbarter Spulenkörper auf dem Abstand p = T_z·(i₂ – 0,5 – k₁/2) bei 2phasigen Motoren bzw. bei den entsprechenden Abständen p zwischen den Spulenkörpern bei 3phasigen Motoren.
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Läuferaktivteils aus Stanzteilen angegeben. Dabei wird unterschieden in ein Verfahren, bei dem die gestanzten Kernbleche in einer Montagevorrichtung aufgenommen werden, die jedes einzelne Kernblech positioniert, und in ein anderes Verfahren, bei dem Kernbleche untereinander verbunden sind und in einer anderen Montagevorrichtung montiert werden.
In der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Zahnlücken im Zahngrund bei Kernblechen und/oder die Zahnlücken im Stator abgerundet sind, was auch andere Technologien der Zahnstrukturierung ermöglicht.
Während nach der Erfindung vorrangig die Verwendung fertig ausgestanzter Kernbleche in vorgeschriebenen Maßen vorgeschlagen wird, sind für Direktantriebe mit besonders hohen Anforderungen Patentansprüche angegeben, wo erfindungsgemäß vorgesehen wird, die Kernbleche oder den Verbund von Kernblechen mit Aufmass zu fertigen und mechanisch geringfügig nachzubearbeiten.
Für eine große Zahnteilungsperiode wird nach der Erfindung vorgeschlagen für lineare und planare Direktantriebe im geschlossenen Regelkreis eine speziellen Ansteuerfunktion für die Phasenströme zu verwenden, mit der ein gleichmäßigerer Geschwindigkeitsverlauf erreicht wird. Bei der durch große Zahnteilung geringeren Frequenz ist eine vom sin-förmigen Verlauf abweichende spezielle Ansteuerfunktion bei größerer Fahrgeschwindigkeit vorteilhaft. Vorteilhaft ist die Ansteuerung der Phasenströme in Abhängigkeit vom Phasenwinkel α etwa nach der Funktion I(α) = sin α + a·sin 3α, wobei a zwischen a = 0 und a = –0,16, vorzugsweise a = – 0,1 beträgt.
Zur Verbesserung des Gleichlaufes wird bei großer Zahnteilungsperiode für lineare und planare Direktantriebe, vorzugsweise für Luftlagerung, eine Schrägstellung der Zahnstruktur vorgeschlagen. Bei Verwendung einer großen Zahnteilungsperiode wird durch Schrägstellung der Läuferzähne gegenüber den Statorzähnen eine Verringerung des Geräusches bewirkt. Die Läuferzähne werden erfindungsgemäß gegenüber den Statorzähnen in einem Winkel β schräg angeordnet, wobei tan β größer als 0 und kleiner ist als die Zahnfußbreite f(11) dividiert durch die Breite der Zahnstruktur. Für planare Direktantriebe gilt das mindestens für eine Bewegungskoordinate.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Es zeigen:
1 einen Spulenkörper entsprechend dem Stand der Technik
2 ein Kernblech mit großer Zahnteilungsperiode vorzugsweise für planare Direktantriebe
3 ein Kernblech mit großer Zahnteilungsperiode für lineare Direktantriebe
4 ein Kernblech mit sehr großer Zahnteilungsperiode bezogen auf die Kernblechbreite
5 einen Verbund von Kernblechen mit Verbindungsstück als Stanzten
6 Zahnstruktur mit Abrundung in der Zahnlücke
7 Ansteuerfunktion für die Phasenströme
8 Zahnstruktur mit Zahnschrägstellung
Die 1 gibt den Stand der Technik wider. Gezeigt wird ein Spulenkörper 13 mit 2 Stück Kernblechpaketen 15, den Wicklungen 18 und den Permanentmagneten 21. Die Zahnung weist jeweils Teile einer Zahnlücke an den Rändern der Zahnstruktur auf, wodurch der magnetische Fluss im Eisenmaterial verringert wird.
Die 2 zeigt ein Kernblech mit großer Zahnteilungsperiode vorzugsweise für planare Direktantriebe. Zahnbreite 10 und Zahnfußbreite 11 sind etwa gleich groß. Die Zahnteilungsperiode T_z beträgt B/4. Das Eisenmaterial ist für die Leitung des Magnetflusses optimal ausgenutzt. Das dargestellte Kernblech ist mit der Zahnstruktur als Stanzteil auszuführen. Gezeigt wird der Raum 5 zwischen Kernblechen 1 eines Spulenkörpers 13 mit dem Abstand q = T_z und der Raum 9 zwischen Kernblechen 1 zweier benachbarter Spulenkörper 13 mit dem Abstand p = T_z·(i₂ – 0,75), hier mit i₂ = 2, also p = T_z + ¼T_z, gültig für 2phasige Motoren.
In der 3 wird ein Beispiel für ein Kernblech 1 mit großer Zahnteilungsperiode T_z für lineare Direktantriebe gezeigt. Die Zahnbreite 10 ist kleiner gewählt als die Zahnfußbreite 11. Die Zahnteilungsperiode T_z beträgt T_z = B/(n – 0,5 + k₁), wobei hier n = 6, k₁ = 0,42 gewählt wurde. Die Abstände a und j stehen mit der Zahnteilungsperiode im Zusammenhang. Die Breite des Spaltes 7 beträgt s = T_z·(i₁ + 0,5 – k₁), hier mit i₁ = 1 und k₁ = 0,42. Zusätzlich wurde der Abstand p₂ eingetragen. Das ist der Versatz der Zahnteilung zwischen den Mittellinien von Zahnteilungsperioden der Spulenkörper (13) in Bewegungsrichtung des Läufers bei 2phasigen Direktantrieben p₂ = i·T_z + ¼·T_z, wobei i = 7 beträgt.
Mit 4 wird ein anderes Beispiel für die Ausführung eines Kernbleches 1 für lineare Direktantriebe als Stanzteil gezeigt. Die Zahnteilungsperiode beträgt T_z = B/(n – 0,5 + k₁), wobei n = 2, k₁ = 0,42 gewählt wurde. Erkennbar ist der große Raum für die Wicklungen 18. In dieser Variante ist die Verwendung eines vorgefertigten Wicklungskörpers vorteilhaft, der in 2 Kernblechpakete mit Isolierkörper 23 einzusetzen ist. Der Raum 9 zwischen Kernblechen 1 benachbarter Spulenkörper 13 wird mit p = T_z·(i₂ – 0,75) angegeben, hier mit i₂ = 1, also p = ¼T_z, gültig für 2phasige Motoren.
Die 5 zeigt einen Verbund von Kernblechen 1 mit Verbindungsstück 22 als Stanzteil. Durch die Länge q des Verbindungsstückes 22 wird der Abstand im Raum 5 zwischen Kernblechen 1 eines Spulenkörpers 13 bestimmt. Das Verbindungsstück 22 und Teile der Zähne 10 werden nach der Montage im Gehäusekörper 19 abgetrennt.
In diesem Bild ist optional ein Permanentmagnet 21 dargestellt, dessen Breite q und dessen Kontaktflächen mit den Kernblechen sehr exakt sein müssen.
In der 6 werden 2 Beispiele für die Gestaltung der Zahnstruktur für Stator und Läufer mit Abrundung in der Zahnlücke 11 mit dem Radius r gezeigt.
Die 7 gibt eine grafische Darstellung der Funktion I(α) = sin α + a·sin 3α von einer günstigen Ansteuerfunktion für Phasenströme bei einem 2phasigen Motor mit der Zahnteilungsperiode T_z = 1,28 mm an.
Mit 8 wird die Schrägstellung von Läuferzähnen 10 gegenüber den Statorzähnen in einem Winkel β gezeigt, wobei tan β größer als 0 und kleiner ist als die Zahnfußbreite 11 dividiert durch die Breite der Zahnstruktur.

1: Kernblech
2: Joch Jochbereich
3: Polschenkel
4: Mittellinie vertikal
5: Raum zwischen Kernblechen eines Spulenkörpers
6: Aussparung
7: Spalt
8: Mittellinie horizontal
9: Raum zwischen Kernblechen benachbarter Spulenkörper
10: Zahnbreite
11: Zahnfußbreite oder Zahnlücke
12: Funktionsfläche
13: Spulenkörper
15: Kernblechpaket
16: Zahnstruktur des Stators
17: Distanzstück
18: Wicklungen
19: Gehäusekörper
20: Jochbrücke = oberer Jochbereich
21: Permanentmagnet
22: Verbindungsstück
23: Isolierkörper
24: Vergussmasse
25: Luftdüsenkörper

Claims

Luftgelagerter planarer Direktantrieb mit verringertem Motorgeräusch aus einem prismatisch geschliffenen Stator (Sekundärteil) aus Stahl und einem Läufer (Primärteil) mit Kernblechen (1), Wicklungen (18), Permanentmagneten (21) und Luftdüsenkörpern (23), die in einem Gehäuse (19) eingegossen sind, mit Polzähnen auf dem Stator und Läufer in einer Zahnteilungsperiode T_z = k + f als Summe aus Zahnbreite k und Zahnfußbreite f dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnteilungsperiode T_z größer als 1,28 mm und kleiner als 25 mm beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 1,29 mm und 10 mm.
Luftgelagerter planarer Direktantrieb mit verringertem Motorgeräusch aus einem prismatisch geschliffenen Stator (Sekundärteil) aus Stahl und einem Läufer (Primärteil) mit Kernblechen (1), Wicklungen (18), Permanentmagneten (21) und Luftdüsenkörpern (23), die in einem Gehäuse (19) eingegossen sind, mit Polzähnen auf dem Stator und Läufer in einer Zahnteilungsperiode T_z = k + f als Summe aus Zahnbreite k und Zahnfußbreite f nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass • die Zahntiefe größer als 0,3 mm, vorzugsweise 0,7 mm beträgt und • etwa unabhängig von der Größe der Zahnteilungsperiode T_z ist.
Linearer Direktantrieb mit verringertem Motorgeräusch aus einem prismatisch geschliffenen Stator (Sekundärteil) aus Stahl und einem Läufer (Primärteil) mit Kernblechen (1), Wicklungen (18) und Permanentmagneten (21), die in einem Gehäuse (19) eingegossen sind, mit Polzähnen auf dem Stator und Läufer in einer Zahnteilungsperiode T_z = k + f als Summe aus Zahnbreite k und Zahnfußbreite f dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnteilungsperiode T_z größer als 1,28 mm und kleiner als 25 mm beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 1,29 mm und 10 mm.
Linearer Direktantrieb mit verringertem Motorgeräusch aus einem prismatisch geschliffenen Stator (Sekundärteil) aus Stahl und einem Läufer (Primärteil) mit Kernblechen (1), Wicklungen (18) und Permanentmagneten (21), die in einem Gehäuse (19) eingegossen sind, mit Polzähnen auf dem Stator und Läufer in einer Zahnteilungsperiode T_z = k + f als Summe aus Zahnbreite k und Zahnfußbreite f nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass • die Zahntiefe größer als 0,3 mm, vorzugsweise 0,7 min beträgt und • etwa unabhängig von der Größe der Zahnteilungsperiode T_z ist.
Kernblech (1) für einen Spulenkörper (13), insbesondere für luftgelagerte planare Direktantriebe, bei denen die Zahnbreite k und die Zahnfußbreite f etwa gleich groß sind, mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt mit einer Gesamtbreite B, einer Gesamthöhe H und einer Dicke D, bestehend aus • einem Jochbereich (2) mit einer Höhe j im Bereich einer durch das Kernblech verlaufenden Symmetrieachse (4), • 2 Polschenkeln (3), die parallel zur Symmetrieachse (4) verlaufen, – mit je einem oberen Ende, welches in den Jochbereich (2) übergeht, – mit je einem mittleren Bereich der Breite a, – mit je einem unteren Ende, welches eine Breite b besitzt, – die an diesem unteren Ende einen Abstand aufweisen mit dem Spalt (7) der Breite s, – welche die seitliche Begrenzung einer mittig im Kernblech (1) angeordneten Aussparung (6) bilden, – die der Aufnahme des Wicklungsdrahtes (18) dient, – die mindestens im Jochbereich (2) einen kreisrunden Querschnitt mit dem Durchmesser d oder einen elliptischen Querschnitt mit den Durchmessern d1 und d2 besitzt und – in welche der sich bis zum unteren Ende der Polschenkel (3) erstreckende Spalt (7) mündet. dadurch gekennzeichnet, dass • sich die Zahnteilungsperiode T_z aus dem n-ten Teil der nutzbaren Gesamtbreite B des Kernbleches (1) ergibt, also T_z = B/(n – 0,5 + k₁), wobei n eine der natürlichen Zahlen 2, 3 ... bis 30, vorzugsweise eine gerade Zahl ist, • der Jochbereich (2) im mittleren Bereich eine Breite a < n/4·T_z und am oberen Ende eine Höhe j kleiner als n/4·T_z besitzt, • der Jochbereich (2) im mittleren Bereich eine Breite a und am oberen Ende eine Höhe j genügend groß ist zur Realisierung des Einbauvolumens für die Wicklungen, • die Breite s des Spaltes (7) s = i₁·T_z beträgt, wobei i₁ eine der natürlichen Zahlen 1, 2, 3 bis 20, vorzugsweise 1 oder 2 ist.
Kernblech (1) für einen Spulenkörper (13), insbesondere für lineare Direktantriebe mit großer Zahnteilungsperiode T_z, bei denen die Zahnbreite k = k₁·T_z und die Zahnfußbreite f = (1 – k₁)·T_z beträgt mit k₁ gleich oder kleiner 0,5, vorzugsweise k₁ = 0,42, mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt mit einer Gesamtbreite B, einer Gesamthöhe H und einer Dicke D, bestehend aus • einem Jochbereich (2) mit einer Höhe j im Bereich einer durch das Kernblech verlaufenden Symmetrieachse (4), • 2 Polschenkeln (3), die parallel zur Symmetrieachse (4) verlaufen, – mit je einem oberen Ende, welches in den Jochbereich (2) übergeht, – mit je einem mittleren Bereich der Breite a, – mit je einem unteren Ende, welches eine Breite b besitzt, – die an diesem unteren Ende einen Abstand aufweisen mit dem Spalt (7) der Breite s, – welche die seitliche Begrenzung eines mittig im Kernblech (1) angeordneten Aussparung (6) bilden, – die der Aufnahme des Wicklungsdrahtes (18) dient, – die mindestens im Jochbereich (2) einen kreisrunden Querschnitt mit dem Durchmesser d oder einen elliptischen Querschnitt mit den Durchmessern d1 und d2 besitzt und – in welche der sich bis zum unteren Ende der Polschenkel (3) erstreckende Spalt (7) mündet. dadurch gekennzeichnet, dass • sich die Zahnteilungsperiode T_z aus der nutzbaren Gesamtbreite B des Kernbleches (1) ergibt aus T_z = B/(n – 0,5 + k₁), wobei n eine der natürlichen Zahlen 2, 3 ... bis 30 vorzugsweise eine gerade Zahl ist, • der Jochbereich (2) im mittleren Bereich eine Breite a < n/4·Tz und am oberen Ende eine Höhe j kleiner als n ·/4·Tz besitzt, • der Jochbereich (2) im mittleren Bereich eine Breite a und am oberen Ende eine Höhe j genügend groß ist zur Realisierung des Einbauvolumens für die Wicklungen, • die Breite s des Spaltes (7) etwa s = T_z·(i₁ + 0,5 – k₁) beträgt, wobei i₁ eine der natürlichen Zahlen 1, 2, 3 bis 20, vorzugsweise 1 oder 2 ist.
Spulenkörper (13), insbesondere für luftgelagerte, planare Direktantriebe nach einem oder mehreren der Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass • der Raum zwischen den Kernblechen (1) benachbarter Spulenkörper (13) den Abstand p = T_z·(i₂ – 0,75) aufweist, wobei i₂ eine der natürlichen Zahlen 1, 2, 3 bis 20, vorzugsweise 1 oder 2 ist, • der Versatz der Zahnteilung zwischen den Mittellinien von Zahnteilungsperioden der Spulenkörper (13) in Bewegungsrichtung des Läufers bei 2phasigen Direktantrieben p₂ = i·T_z + ¼·T_z beträgt, wobei i eine der natürlichen Zahlen 1, 2, 3 bis 20, vorzugsweise 1 oder 2 ist, • der Versatz der Zahnteilung zwischen den Mittellinien von Zahnteilungsperioden der Spulenkörper (13) in Bewegungsrichtung des Läufers zwischen dem 1. und dem 2. Spulenkörper eines 3phasigen Direktantriebs p₃₂ = i·T_z + 2/3·T_z beträgt, woraus sich der Abstand p des Raumes (9) zwischen den Kernblechen (1) zwischen dem 1. und 2. Spulenkörper (13) ergibt und • der Versatz der Zahnteilung zwischen den Mittellinien von Zahnteilungsperioden der Spulenkörper (13) in Bewegungsrichtung des Läufers zwischen dem 1. und dem 3. Spulenkörper eines 3phasigen Direktantriebs p₃₃ = i·T_z + 1/3·T_z beträgt, woraus sich der Abstand p des Raumes (9) zwischen den Kernblechen (1) zwischen dem 1. und 2. Spulenkörper (13) ergibt.
Spulenkörper (13), insbesondere für lineare Direktantriebe nach den Ansprüchen 3, 4 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass • der Raum zwischen den Kernblechen (1) benachbarter Spulenkörper (13) bei 2phasigen Motoren den Abstand p = T_z·(i₂ – 0,5 – k₁/2) aufweist, wobei i₂ eine der natürlichen Zahlen 1, 2, 3 bis 20, vorzugsweise 1 oder 2 ist, • der Versatz der Zahnteilung zwischen den Mittellinien von Zahnteilungsperioden der Spulenkörpern (13) in Bewegungsrichtung des Läufers bei 2phasigen Direktantrieben p₂ = i·T_z + ¼·T_z beträgt, wobei i eine der natürlichen Zahlen 1, 2, 3 bis 20, vorzugsweise 1 oder 2 ist, • der Versatz der Zahnteilung zwischen den Mittellinien von Zahnteilungsperioden der Spulenkörper (13) in Bewegungsrichtung des Läufers zwischen dem 1. und dem 2. Spulenkörper eines 3phasigen Direktantriebs p₃₂ = i·T_z + 2/3·T_z beträgt, woraus sich der Abstand p des Raumes (9) zwischen den Kernblechen (1) zwischen dem 1. und 2. Spulenkörper (13) ergibt und • der Versatz der Zahnteilung zwischen den Mittellinien von Zahnteilungsperioden der Spulenkörper (13) in Bewegungsrichtung des Läufers zwischen dem 1. und dem 3. Spulenkörper eines 3phasigen Direktantriebs p₃₃ = i·T_z + 1/3·T_z beträgt, woraus sich der Abstand p des Raumes (9) zwischen den Kernblechen (1) zwischen dem 2. und 3. Spulenkörper (13) ergibt.
Kernblech (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 5 und 7 für den Fall n = 2, besonders für luftgelagerte, planare Direktantriebe dadurch gekennzeichnet, dass • die Zahnteilungsperiode T_z = B/n = B/2 beträgt, • im unteren Ende jedes Polschenkels (3) ein Zahn mit der Breite k = f = T_z/2 im Abstand des Spaltes (7) von etwa s = T_z eingebracht ist, • der Jochbereich (2) im mittleren Bereich eine Breite von etwa a = k und am oberen Ende eine Höhe von etwa j = k besitzt, • die Höhe H – j des Kernbleches genügend groß ist, um die Wicklungen aufzunehmen.
Kernblech (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 3, 4, 6 und 8 für den Fall n = 2, besonders für lineare Direktantriebe dadurch gekennzeichnet, dass • die Zahnteilungsperiode T_z = B/(1,5 + k₁) beträgt, • im unteren Ende jedes Polschenkels (3) ein Zahn mit der Breite k = k₁·T_z im Abstand des Spaltes (7) von etwa s = T_z·(1,5 – k₁) angeordnet ist, • der Jochbereich (2) im mittleren Bereich eine Breite von etwa a = k und am oberen Ende eine Höhe von etwa j = k besitzt, • die Höhe H – j des Kernbleches genügend groß ist, um die Wicklungen aufzunehmen.
Kernblech (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass • das Kernblech als Stanzteil ausgeführt ist, • und die vorgeschriebene Zahnbreite k (10), Zahnfußbreite f (11) und das Maß für den Spalt s (7) von vorn herein besitzt.
Spulenkörper (13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 für den Fall n = 2, insbesondere für luftgelagerte, planare Direktantriebe dadurch gekennzeichnet, dass • der Querschnitt des Wicklungsraumes rechteckig ist, • die Breite des Wickelraumes (6) etwa s = T_z(1,5 – k₁) beträgt mit etwa k₁ = 0,5, • die Höhe des Wicklungsraumes (6) etwa H – j = s beträgt und • der Abstand der untersten Windung im linken Kernblech (1) von der untersten Windung im rechten Kernblech (1) etwa 2·a + q = 2·k + s = T_z(1,5 + k₁) mit etwa k₁ = 0,5, zuzüglich der Dicke der Isolationsmaterialien für die Wicklungen (18) und der Drahtdicke beträgt.
Spulenkörper (13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 für den Fall n = 2, insbesondere für lineare Direktantriebe dadurch gekennzeichnet, dass • der Querschnitt des Wicklungsraumes rechteckig ist, • die Breite des Wickelraumes (G) etwa s = T_z(1,5 – k₁) beträgt mit etwa k₁ gleich oder kleiner 0,5, vorzugsweise k₁ = 0,42, • die Höhe des Wicklungsraumes (G) etwa H – j = s beträgt und • der Abstand der untersten Windung im linken Kernblech (1) von der untersten Windung im rechten Kernblech (1) etwa 2·a + q = 2·k + s = T_z(1,5 + k₁) mit etwa k₁ gleich oder kleiner 0,5, vorzugsweise k₁ = 0,42, zuzüglich der Dicke der Isolationsmaterialien für die Wicklungen (18) und der Drahtdicke beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Spulenkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 für n = 2, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) 2 Kernblechpakete (15) mit Kernblechen (1) werden im Abstand q = T_z(1,5 – k₁) angeordnet, b) in den Wicklungsraum (6) werden elektrische Wicklungen (18) eingelegt oder ein vorgefertigter Wicklungskörper wird montiert.
Spulenkörper (13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Raum (5) zwischen den Kernblechen (1) eines Spulenkörpers (9) im mittleren Bereich des Joches (2) ein quaderförmiger Permanentmagnet (21) angeordnet ist, • dessen Breite zwischen Nord- und Südpol q = T_z(1,5 – k₁) beträgt und • die Abweichung von q etwa +/– 0,05 mm oder geringer ist.
Spulenkörper (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass • im Raum (5) zwischen den Kernblechen (1) eines Spulenkörpers (9) ein Permanentmagnet (21) mit Distanzstück (17) aus Material, das den Magnetfluss gut leitet und geringen Restmagnetismus aufweist, angeordnet ist, • dessen Kontaktflächen mit dem Permanentmagnet (21) und dem Kernblech (1) sehr eben sind, etwa auf +/– 0,05 mm genau, • dessen Breite zwischen Nord- und Südpol des Permanentmagneten (21) inklusive der Breite des Distanzstückes (17) q = T_z(1,5 – k₁) beträgt und • die Abweichung von q etwa +/– 0,05 mm oder geringer ist.
Verbund aus Kernblechen (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass • 2 angrenzende Kernbleche (1) eines Spulenkörpers (13) am unteren Ende des Polschenkels (3) im Bereich der später geschliffenen Funktionsfläche (12) durch ein Verbindungsstück (22) aus Kernblechmaterial der Höhe von ca. 0,5 ... 1 mm verbunden sind, • das Verbindungsstück (22) außerhalb der Zahnstruktur angeordnet ist, • sich nicht im Raum zwischen den Kernblechen (1) eines Spulenkörpers (9) befindet, • sondern zwischen den angrenzenden vorzugsweise benachbarten Zähnen angeordnet ist und • der Abstand zwischen den Kernblechen (1) q = T_z(1,5 – k₁) gewährleistet wird.
Kernblech (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass • mindestens 2 Kernbleche benachbarter Spulenkörper (13) am unteren Ende des Polschenkels (3) im Bereich der später geschliffenen Funktionsfläche durch ein Verbindungsstück (22) aus Kernblechmaterial der Höhe von ca. 0,5 ... 1 mm verbunden sind, • das Verbindungsstück (22) zwischen den Kernblechen (1) benachbarter Spulenkörper (139 außerhalb der Zahnstruktur angeordnet ist, • sondern zwischen den angrenzenden vorzugsweise benachbarten Zähnen angeordnet ist, • der Raum zwischen den Kernblechen (1) benachbarter Spulenkörper (13) bei 2phasigen Motoren den Abstand p = T_z·(i₂ – 0,5 – k₁/2) aufweist, wobei i₂ eine der natürlichen Zahlen 1, 2, 3 bis 20, vorzugsweise 1 oder 2 ist, • der Versatz der Zahnteilung zwischen den Mittellinien von Zahnteilungsperioden der Spulenkörpern (13) in Bewegungsrichtung des Läufers bei 2phasigen Direktantrieben p₂ = i·T_z + ¼·T_z beträgt, wobei i eine der natürlichen Zahlen 1, 2, 3 bis 20, vorzugsweise 1 oder 2 ist, • der Versatz der Zahnteilung zwischen den Mittellinien von Zahnteilungsperioden der Spulenkörper (13) in Bewegungsrichtung des Läufers zwischen dem 1. und dem 2. Spulenkörper eines 3phasigen Direktantriebs p₃₂ = i·T_z + 2/3·T_z beträgt, woraus sich der Abstand p des Raumes (9) zwischen den Kernblechen (1) zwischen dem 1. und 2. Spulenkörper (13) ergibt und • der Versatz der Zahnteilung zwischen den Mittellinien von Zahnteilungsperioden der Spulenkörper (13) in Bewegungsrichtung des Läufers zwischen dem 1. und dem 3. Spulenkörper eines 3phasigen Direktantriebs p₃₃ = i·T_z + 1/3·T_z beträgt, woraus sich der Abstand p des Raumes (9) zwischen den Kernblechen (1) zwischen dem 2. und 3. Spulenkörper (13) ergibt.
Verbund aus Kernblechen (1) nach einem oder mehreren der Ansprüchen 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund aus Kernblechen (1) • als Stanzteil ausgeführt ist, • die vorgeschriebene Zahnbreite k (10) und Zahnfußbreite f (11) und • das Maß für den Spalt s (7) eingehalten wird sowie • mindestens ein Verbindungsstück (22) angeordnet ist, um mindestens einen der Abstände q und p zu gewährleisten.
Kernblech (1) mit abgerundeten Zahnlücken nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19 dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt mindestens einer der Zahnlücken im Grund der Zahnlücke mindestens eine Abrundung aufweist, vorzugsweise mit einem Radius nicht größer als die halbe Zahnfussbreite (11) f/2.
Verfahren zur Herstellung eines Läuferaktivteils aus Stanzteilen für lineare und planare Direktantriebe, vorrangig mit großer Zahnteilung, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Mit einem Stanzwerkzeug hoher Schnittqualität werden die Kernbleche (1) mit den Zähnen und Zahnlücken aus Stahlblech, das den Magnetfluss gut leitet und geringen Restmagnetismus aufweist, und ca. 0,2 bis 0,8 mm dick ist, vorzugsweise 0,35 mm, ausgestanzt. b) Die Kernbleche werden zu einem Kernblechpaket (15) dicht zusammengefasst, und ein Isolierkörper (23) wird eingelegt. c) In einer Wickeleinrichtung werden 2 Kernblechpakete (15) aufgenommen und mit Draht in vorgeschriebener Windungszahl (18) gewickelt. d) Mindestens 2 Spulenkörper (13) werden durch Montage der Permanentmagnete (21) fertig gestellt. e) Mindestens 2 Spulenkörper (13) werden in eine Positioniervorrichtung hoher Maßhaltigkeit und Stabilität eingelegt, um die Kernbleche (1) exakt zueinander auszurichten, die vorgeschriebenen Abstände q im Raum (5) zwischen Kernblechen eines Spulenkörpers (13) und p im Raum (9) zwischen Kernblechpaketen (1) benachbarter Spulenkörper (13) zu gewährleisten. f) Die Positioniervorrichtung mit den Spulenkörpern (13) wird mit den Zähnen nach oben in den schalenförmigen Hohlraum des Gehäusekörpers (19) vom Läuferaktivteil eingelegt, wobei die Zähne um ca. 0,1 bis 0,2 mm oberhalb des Gehäuserandes angeordnet sind und die Drähte der Wicklungen (18) an Anschlusspunkte verlegt sind. g) Der schalenförmige Hohlraum des Gehäusekörpers (19) wird mit Vergussmasse (24) soweit gefüllt, dass nach dem Einsetzen der Spulenkörper (13) der Hohlraum fast vollständig ausgefüllt ist. h) Nach dem Aushärten der Vergussmasse (24) wird die Positioniervorrichtung entfernt. i) Der verbleibende Hohlraum wird mit Vergussmasse (24) ausgefüllt. i) Die über den Rand des Gehäusekörpers (19) herausstehenden Zahnteile und die überstehende Vergussmasse (24) werden entfernt, vorzugsweise durch Schleifen der Funktionsfläche (12).
Verfahren zur Herstellung eines Läuferaktivteils aus Stanzteilen mit Nachbearbeitung für Direktantriebe nach einem Anspruch 21, gekennzeichnet durch folgende Änderung der Verfahrensschritte: Neu Punkt a) Mit einem Stanzwerkzeug werden die Kernbleche (1) mit den Zähnen (10) und Zahnlücken (11) aus Stahlblech, das den Magnetfluss gut leitet und geringen Restmagnetismus aufweist, und ca. 0,2 bis 0,8 mm vorzugsweise 0,35 mm dick ist, mit geringem Aufmass in der Kernblechbreite B, in den Zahnlücken (11) und im Spalt (7) ausgestanzt. Wie bisher b–h) Neu Punkt i) Die Zahnstruktur wird an den Zahnrändern mechanisch nachbearbeitet, vorrangig unter Verwendung eines Formfräsers. j) Der verbleibende Hohlraum wird mit Vergussmasse (24) ausgefüllt. h) Die über den Rand des Gehäusekörpers (19) herausstehenden Zahnteile und die überstehende Vergussmasse (24) werden entfernt, vorzugsweise durch Schleifen der Funktionsfläche (12).
Verfahren zur Herstellung eines Läuferaktivteils aus Stanzteilen im Verbund von Kernblechen (1) für Direktantriebe mit großer Zahnteilungsperiode nach einem oder mehreren der Ansprüche 21 und 22 gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Mit einem Stanzwerkzeug hoher Schnittqualität wird ein Verbund aus Kernblechen (1) mit den Zähnen und Zahnlücken sowie mindestens einem Verbindungstück (22) aus Stahlblech, das den Magnetfluss gut leitet und geringen Restmagnetismus aufweist, und ca. 0,2 bis 0,8 mm vorzugsweise 0,35 mm dick ist, mit geringem Aufmass in der Kernblechbreite B, in den Zahnlücken (11) und im Spalt (7) ausgestanzt. b) Der Verbund von Kernblechen (1) wird zu einem Kernblechpaket (15) dicht zusammengefasst, und ein Isolierkörper (23) wird eingelegt. c) In einer Wickeleinrichtung werden 2 Kernblechpakete (15) im Verbund aufgenommen und mit Draht in vorgeschriebener Windungszahl (18) gewickelt. d) Mindestens 2 Spulenkörper (13) werden durch Montage der Permanentmagnete (21) fertig gestellt. e) Mindestens 2 Spulenkörper (13) werden in eine Positioniervorrichtung hoher Maßhaltigkeit und Stabilität eingelegt, um die vorgeschriebenen Abstände q im Raum (5) zwischen Kernblechen eines Spulenkörpers und p im Raum (9) zwischen Kernblechpaketen benachbarter Spulenkörper zu gewährleisten, mindestens jedoch die Abstände zum Rand des Gehäusekörpers (19). f) Die Positioniervorrichtung mit den Spulenkörpern (13) wird mit den Zähnen nach oben in den schalenförmigen Hohlraum des Gehäusekörpers (19) vom Läuferaktivteil eingelegt, wobei die Zähne um ca. 0,1 bis 0,2 mm oberhalb des Gehäuserandes angeordnet sind und die Drähte der Wicklungen (18) an Anschlusspunkte verlegt sind. g) Der schalenförmige Hohlraum des Gehäusekörpers (19) wird mit Vergussmasse (24) soweit gefüllt, dass nach dem Einsetzen der Spulenkörper (13) der Hohlraum fast vollständig ausgefüllt ist. h) Nach dem Aushärten der Vergussmasse (24) wird die Positioniervorrichtung entfernt und der verbleibende Hohlraum wird mit Vergussmasse (24) ausgefüllt. i) Die über den Rand des Gehäusekörpers (19) herausstehenden Zähne, die überstehende Vergussmasse (24) und mindestens das eine Verbindungsstück (22) zwischen den Kernblechen (1) wird entfernt, vorzugsweise durch Schleifen der Funktionsfläche (12).
Verfahren zur Herstellung eines Läuferaktivteils aus Stanzteilen im Verbund von Kernblechen (1) mit Nachbearbeitung für luftgelagerte Direktantriebe mit großer Zahnteilungsperiode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19 mit folgenden Verfahrensschritten: a) Mit einem Stanzwerkzeug wird ein Verbund aus Kernblechen (1) mit den Zähnen und Zahnlücken sowie mindestens einem Verbindungstück (22) aus Stahlblech, das den Magnetfluss gut leitet und geringen Restmagnetismus aufweist, und ca. 0,2 bis 0,8 mm vorzugsweise 0,35 mm dick ist, mit geringem Aufmass in der Kernblechbreite B, in den Zahnlücken (11) und im Spalt (7) ausgestanzt. b) Der Verbund von Kernblechen (1) wird zu einem Kernblechpaket (15) dicht zusammengefasst, und ein Isolierkörper (23) wird eingelegt. c) In einer Wickeleinrichtung werden 2 Kernblechpakete (15) aufgenommen und mit Draht in vorgeschriebener Windungszahl (18) gewickelt. d) Mindestens 2 Spulenkörper (13) werden durch Montage der Permanentmagnete (21) fertig gestellt. e) Mindestens 2 Spulenkörper (13) werden in eine Positioniervorrichtung hoher Maßhaltigkeit und Stabilität eingelegt, um die die vorgeschriebenen Abstände q im Raum (5) zwischen Kernblechen eines Spulenkörpers und p im Raum (9) zwischen Kernblechpaketen benachbarter Spulenkörper zu gewährleisten. f) Die Positioniervorrichtung mit den Spulenkörpern (13) wird mit den Zähnen nach oben in den schalenförmigen Hohlraum des Gehäusekörpers (19) vom Läuferaktivteil eingelegt, wobei die Zähne um ca. 0,1 bis 0,2 mm oberhalb des Gehäuserandes angeordnet sind und die Drähte der Wicklungen an Anschlusspunkte verlegt sind. g) Der schalenförmige Hohlraum des Gehäusekörpers (19) wird mit Vergussmasse (24) soweit gefüllt, dass nach dem Einsetzen der Spulenkörper (13) der Hohlraum fast vollständig ausgefüllt ist. h) Nach dem Aushärten der Vergussmasse (24) wird die Positioniervorrichtung entfernt und die Zahnstruktur an den Zahnrändern mechanisch nachbearbeitet, vorrangig unter Verwendung eines Formfräsers. i) Der verbleibende Hohlraum wird mit Vergussmasse (24) ausgefüllt. j) Die über den Rand des Gehäusekörpers (19) herausstehenden Zähne, die überstehende Vergussmasse (24) und mindestens das eine Verbindungsstück (22) zwischen den Kernblechen (1) wird entfernt, vorzugsweise durch Schleifen der Funktionsfläche (12).
Zahnstruktur für lineare und planare Direktantriebes mit großer Zahnteilungsperiode T_z, vorzugsweise für Luftlagerung, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Zahnlücken auf Stator und/oder Läufer im Grund der Zahnlücken mindestens eine Abrundung aufweist, vorzugsweise mit einem Radius r nicht größer als die halbe Zahnfussbreite (11) f/2.
Ansteuerfunktion für die Phasenströme für lineare und planare Direktantriebe mit großer Zahnteilungsperiode T_z, vorzugsweise für Luftlagerung, dadurch gekennzeichnet, dass • die Ansteuerfunktion für die einzelnen Phasenströme gleich sind, • an die Zahnstruktur, vorzugsweise die Zahnteilungsperiode, experimentell angepasst ist, • in der Steuerung speziell für Direktantriebe mit der ausgewählten Zahnteilungsperiode abgelegt ist, • die spezielle Ansteuerfunktion verwendet wie bisher die sin-förmige Funktion, • die Ansteuerung der Phasenströme in Abhängigkeit vom Phasenwinkel α etwa nach der Funktion I(α) = sin α + a·sin 3α erfolgt, wobei a zwischen a = 0 und a = –0,16, vorzugsweise a = –0,1.
Linearer Direktantrieb mit großer Zahnteilungsperiode, vorzugsweise für Luftlagerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferzähne gegenüber den Statorzähnen in einem Winkel β schräg angeordnet sind, wobei tan β größer als 0 und kleiner ist als die Zahnfußbreite f (11) dividiert durch die Breite der Zahnstruktur.
Luftgelagerter planarer Direktantrieb mit großer Zahnteilungsperiode dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einer Bewegungskoordinate die Läuferzähne gegenüber den Statorzähnen in einem Winkel β schräg angeordnet sind, wobei tan β größer als 0 und kleiner ist als die Zahnfußbreite f (11) dividiert durch die Breite der genutzten Zahnstruktur in der betreffenden Bewegungskoordinate.