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Die
Erfindung betrifft ein Primärteil für eine elektrische
Maschine mit zumindest einem Blechpaket, wobei in Nuten des Blechpakets
eine ein- oder mehrphasige Wicklung angeordnet ist, und wobei jede
Nut einen Nutgrund und Nutflanken aufweist. Ferner betrifft die
Erfindung einen Linearmotor mit einem derartigen Primärteil.
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Elektrische
Maschinen weisen ein Primärteil und ein Sekundärteil
auf. Das Sekundärteil ist beispielsweise ein Läufer
einer rotatorisch arbeitenden elektrischen Maschine oder auch ein
bewegtes Teil eines Linearmotors. Das Primärteil ist beispielsweise als
Ständer bzw. als feststehendes Teil mit einer ein- oder
mehrphasigen Wicklung ausgebildet. Bei Linearmotoren kann sowohl
das Primärteil als auch das Sekundärteil als bewegtes
Teil ausgebildet sein.
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Bei
linear ausgeführten elektrischen Maschinen steht dem Primärteil
das Sekundärteil gegenüber, wobei Primärteil
und Sekundärteil durch einen Luftspalt voneinander beabstandet
sind. Sowohl das Primärteil als auch das Sekundärteil
weisen magnetische Mittel zur Generierung und/oder Führung
magnetischer Felder auf.
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Um
den magnetischen Fluss zu führen, werden beim wicklungstragenden
Teil eines Linearmotors (Primärteil) üblicherweise
gezahnte Bleche verwendet. In den Nuten des Primärteils
ist eine ein- oder mehrphasige Wicklung angeordnet.
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Die
Wicklung eines Primärteils eines Linearmotors wird häufig
als Zahnspulenwicklung ausgeführt, da Zahnspulen einfach
und kostengünstig zu fertigen sind. Insbesondere ist eine
große Zahnteilung, d. h. eine große Zahnbreite,
vorteilhaft, da so die Anzahl der Zähne und somit der Zahnspulen
gering gehalten werden kann, wodurch ebenso Kosten reduziert werden
können.
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Ferner
kann mittels einer großen Zahnteilung die Grundfrequenz
des bewegten Primärteils bei hohen Geschwindigkeiten begrenzt
werden. Bei einer großen Zahnteilung und somit einem großen Zahnspulenquerschnitt
sind jedoch besondere Anforderungen an die Entwärmung der
Wicklung gestellt, da die entstehende Verlustwarme aus der Mitte
des Zahnspulenquerschnitts einen weiteren Weg bis zur Nutflanke
als Kühlfläche überbrücken muss.
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Es
ist bekannt, zur Wärmeabfuhr mit Kühlflüssigkeit
durchströmte Kühlrohre im Grunde der Nuten anzuordnen,
die die Primärteilwicklung enthalten. Diese Einlegeart
ist jedoch zeitaufwändig und sehr schwierig durchzuführen,
wenn die Nutöffnungen Verengungen aufweisen.
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Aus
der
DE-A-23 39 318 ist
ein linearer Wanderfeldinduktor bekannt, welcher in Nuten eines
Induktorblechpakets Wärmeableitkörper aufweist.
Der Wärmeableitkörper ist zwischen den Seitenflachen zwei
benachbarter Einzelwicklungen eingefügt und mit einer die
Nutöffnung abschließenden Nutabschlussplatte wärmeleitend
verbunden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kühlsystem
für ein Primär- oder Sekundärteil bereitzustellen,
welches in den Nuten angeordnet ist und die anfallende Verlustwärme
möglichst schnell und direkt abführt und einfach
herzustellen ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und
14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Ein
erfindungsgemäßes Primärteil für
eine elektrische Maschine umfasst zumindest ein Blechpaket, wobei
das Blechpaket Nuten und Zähne aufweist und aus mehreren
parallel angeordneten Blechen zusammengefügt ist. Die Bleche,
beispielsweise Elektrobleche, sind mit kammartigen Ausstanzungen
versehen, so dass nach Zusammenfügen der einzelnen Bleche
sich am Blechpa ket Nuten und Zähne ausbilden. Jede Nut
weist einen Nutgrund auf, welcher seitlich durch zwei Nutflanken
begrenzt wird. In den Nuten ist eine ein- oder mehrphasige Wicklung angeordnet.
Die Wicklung ist beispielsweise aus Zahnspulen aufgebaut, wobei
um einen Zahn jeweils eine Zahnspule angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist am
Nutgrund einer Nut ein Wärmeleitblech angeordnet.
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Vorteilhafterweise
weist das Wärmeleitblech in einem Querschnitt eine T-Form
auf. Die T-Form des Wärmeleitblechs wird durch einen Querschenkel und
einen Längsschenkel gebildet. Der Querschenkel des Wärmeleitblechs
liegt am Nutgrund an.
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Der
Längsschenkel ist mittig am Querschenkel, insbesondere
in einem rechten Winkel (90°), angeordnet und zwischen
zwei benachbarten Zahnspulen positioniert. Die Länge des
Längsschenkels entspricht im Wesentlichen der Länge
der Nutflanken. Die thermische Anbindung des Wärmeleitblechs
erfolgt durch den Querschenkel am Nutgrund. Durch diese Ausbildung
und Anordnung der Wärmeleitbleche wird die Wärme
direkt aus der Nut und der Wicklung, aus dem so genannten „Hot
Spot" der Nut, an das Blechpaket abgleitet. Dazu ist das Wärmeleitblech
vorteilhafterweise thermisch an das Blechpaket gekoppelt. Das Blechpaket
ist gegenüber den Zahnspulen als Wärmesenke ausgebildet,
wobei das Blechpaket selbst eine Kühleinrichtung aufweisen kann.
Derartig ausgebildete Wärmeleitbleche sind insbesondere
für eine Zahnspulenwicklung vorteilhaft, da die wärmeableitenden
Bleche direkt zwischen zwei Zahnspulen angeordnet werden können.
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Das
Wärmeleitblech kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet
sein. Beispielsweise ist das eine T-Form aufweisende Wärmeleitblech
aus zwei Teilblechen, die jeweils eine L-Form aufweisen, zusammengefügt,
wie beispielsweise verklebt.
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Das
Wärmeleitblech weist vorteilhafterweise Material auf, welches
sehr gut wärmeleitfähig ist. Dieses Material ist
bei spielsweise Kupfer oder Aluminium. Es kann aber auch jedes andere
geeignete wärmeleitfähige Material eingesetzt
werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Primärteil eine
Kühleinrichtung auf. Die Kühleinrichtung ist beispielsweise
als Kühlplatte ausgebildet, welche auf der, den Nuten gegenüberliegenden
Seite, ebenen Rückenfläche des Blechpakets befestigt ist.
Die Kühlplatte dient zur Entwärmung des Blechpaktes
des Primärteils und ist beispielsweise aus massivem Aluminium
hergestellt und beispielsweise mit dem Blechpaket verschraubt. Die
Kühlplatte ist beispielsweise als Plattenwärmetauscher
ausgebildet, wobei die Wärme beispielsweise an die Umgebung
abgegeben wird. Weiterhin kann die Kühlplatte mit einen
Kühlkreislauf bildenden Kühlrohren durchsetzt
sein.
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Vorzugsweise
ist das Wärmeleitblech über den gesamten Nutgrund
einer Nut angeordnet. Das Wärmeleitblech könnte
aber auch nur über Teilbereiche einer Nut angeordnet sein.
Die Größe des Wärmeleitblechs kann entsprechend
der abzuführenden Wärme gewählt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Wärmeleitblech
derart ausgebildet, dass es über den Nutgrund seitlich
aus dem Blechpaket herausragt. Das Wärmeleitblech ist demnach
in seiner axialen Ausdehnung länger als die Nut des Blechpakets
ausgebildet, wobei die axiale Ausdehnung des Wärmeleitblechs
die Ausdehnung quer zur Bewegungsrichtung des Primärteils
ist. Mittels der überstehenden Abschnitte ist das Wärmeleitblech
thermisch mit der Kühleinrichtung oder auch mit einem Gehäuse
der elektrischen Maschine verbunden bzw. gekoppelt. Die Kühleinrichtung
bzw. mehrere Kühleinrichtungen sind dazu vorzugsweise seitlich
am Blechpaket angeordnet.
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Das
beschriebene Wärmeleitblech und die beschriebene Kühleinrichtung
sind sowohl für ein Primärteil als auch für
ein wicklungstragendes Sekundärteil einer elektrischen
Maschine, die rotatorisch oder linear ausgeführt ist, anwendbar.
Insbe sondere ist die elektrische Maschine als Linearmotor ausgeführt.
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Erfindungsgemäß werden
ein Primärteil und ein Linearmotor mit einem effektiven
Kühlsystem bereitgestellt. Durch die Anordnung der einzelnen
Wärmeleitbleche wird die Wärme direkt von der
Wicklung bzw. den einzelnen Zahnspulen abgeleitet und dadurch seine
Ausnutzung deutlich verbessert. Weiterhin sind derartige Wärmeleitbleche
einfach zu fertigen und wartungsfrei. Gleichzeitig wirken die Wärmeleitbleche,
die vorteilhafterweise in jeder Nut angeordnet sind, einer Nutquerflussstreuung
entgegen.
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Linearmotoren
werden bei modernen Produktionsmaschinen aufgrund ihrer besonderen Schnelligkeit
und Präzision immer häufiger anstelle von konventionellen
Rotationsmotoren und deren mechanischen Transmissionsgliedern verwendet, wobei
in der Regel das Primärteil des Linearmotors direkt an
das zu bewegende Maschinenteil angekoppelt ist.
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden weitere Merkmale und Einzelheiten
der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand
von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei
sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge
grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Wärmeleitblech in einer ersten Ausgestaltung;
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2 ein
Wärmeleitblech in einer zweiten Ausgestaltung;
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3 ein
erfindungsgemäßes Primärteil in einer
ersten Ausgestaltung;
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4 ein
erfindungsgemäßes Primärteil in einer
zweiten Ausgestaltung.
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1 zeigt
ein Wärmeleitblech 1 in einer perspektivischen
Ansicht. Das Wärmeleitblech 1 weist in einem Querschnitt
eine T-Form auf. Die T-Form des Wärmeleitblechs wird durch
einen Querschenkel 1a und einen Längsschenkel 1b gebildet. Das
Wär meleitblech 1 ist einteilig, beispielsweise
aus Aluminium, ausgebildet. Der Längsschenkel 1b ist mittig
am Querschenkel 1a, vorteilhafterweise in einem rechten
Winkel, angeordnet.
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2 zeigt
ein zweiteilig ausgebildetes Wärmeleitblech 1.
Das Wärmeleitblech 1 ist aus zwei Teilblechen,
welche jeweils eine L-Form aufweisen, ausgebildet.
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3 zeigt
ein erfindungsgemäßes Primärteil 10 in
einer ersten Ausgestaltung in einer Seitenansicht, insbesondere
in einer Seitenansicht parallel zur Bewegungsrichtung R des Primärteils 10.
Das Primärteil 10 für eine elektrische
Maschine umfasst zumindest ein Blechpaket 2, wobei das
Blechpaket 2 Nuten 7 und Zähne 8 aufweist
und aus mehreren parallel angeordneten Blechen zusammengefügt,
beispielsweise stanzpaketiert, ist. Die einzelnen Bleche, beispielsweise
Elektrobleche, sind mit kammartigen Ausstanzungen versehen, so dass
nach Zusammenfügen der einzelnen Bleche sich am Blechpaket 2 Nuten 7 und
Zähne 8 ergeben. Jede Nut 7 weist einen Nutgrund 7a auf,
welcher seitlich durch zwei Nutflanken 7b begrenzt wird.
In den Nuten 7 ist eine ein- oder mehrphasigen Wicklung,
welche Zahnspulen 3 aufweist, angeordnet. Eine Zahnspule 3 ist
dabei jeweils um einen Zahn 8 gewickelt und weist die Hauptisolation 4 auf.
Am Nutgrund 7a ist das Wärmeleitblech 1 angeordnet.
Der Längsschenkel 1b ist mittig am Querschenkel 1a angeordnet
und zwischen zwei benachbarten Zahnspulen 3 positioniert.
Die Länge des Längsschenkels 1b entspricht
im Wesentlichen der Länge der Nutflanken 7b. Das
Wärmeleitblech 1 ist beispielsweise von außen
seitlich in die Nut 7 eingeschoben. Die thermische Anbindung
des Wärmeleitblechs 1 erfolgt durch den Querschenkel 1a am Nutgrund 7a an
das Blechpaket 2. Durch diese Ausbildung und Anordnung
der Wärmeleitbleche 1 wird die Wärme
direkt aus der Nut 7 und der Wicklung, aus dem so genannten „Hot
Spot" der Nut 7, an das Blechpaket 2 abgleitet.
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4 zeigt
ein erfindungsgemäßes Primärteil 10 in
einer zweiten Ausgestaltung in einer Seitenansicht, insbesondere
in einer Stirnseitenansicht quer zur Bewegungsrichtung R des Primärteils 10. Das
Wärmeleitblech 1 ist derart ausgebildet, dass
es über den Nutgrund (nicht gezeigt) seitlich aus dem Blechpaket 2 herausragt.
Das Wärmeleitblech 1 ist demnach in seiner Ausdehnung
quer zur Bewegungsrichtung R des Primarteils 10 länger
als die Nut (nicht gezeigt) des Blechpakets 2 ausgebildet
und kühlt somit zusätzlich den aus dem Blechpaket 2 ragenden
Wickelkopf 3a. Weiterhin weist das Primärteil 10 eine
oder mehrere Kühleinrichtungen 5 auf, welche seitlich
am Primärteil 10 in axialer Richtung (in Bewegungsrichtung
R) des Primärteils 10 angeordnet sind. Mittels
seiner überstehenden Abschnitte 1c ist das Wärmeleitblech 1 thermisch
mit der Kühleinrichtung 5 oder auch mit einem
nicht gezeigten Gehäuse der elektrischen Maschine verbunden.
Des Weiteren weisen die Kühleinrichtungen 5 jeweils
einen Kühlkanal 6 auf. Die einzelnen Kühlkanäle 6 erstrecken
sich in Bewegungsrichtung R und können mittels flexibler
oder vorgefertigter Verbindungsstücke (nicht gezeigt) miteinander
verbunden sein. Dadurch kann ein Kühlkreislauf mit einem
durch die Kühlkanäle 6 fließenden
Kühlmittel realisiert werden. Die Kühleinrichtungen 5 können
aber auch ohne Kühlkanäle, beispielsweise aus
massivem Aluminium, ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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