DE102010047295A1

DE102010047295A1 - Stator segment for stator arrangement of hybrid reluctance machine, has dipole strand providing magnetic field and comprising magnetically conductive teeth aligned transverse to movement axis, where teeth are phase-shifted to each other

Info

Publication number: DE102010047295A1
Application number: DE102010047295A
Authority: DE
Inventors: Dr. Hartramph Ralf; Peter Löbelenz; Frank Maschkiwitz
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-03-29

Abstract

The segment (1) has a base body (4), and a dipole strand (3) fixed to the base body. The dipole strand provides magnetic field, and has magnetically conductive teeth aligned transverse to a movement axis (2). The teeth are arranged equidistantly within a tooth group (8) along the movement axis. A permanent magnet arrangement is attached to the dipole strand for providing constant magnetic field to the tooth group, and a coil and a coil carrier are attached to the dipole strand for providing adjustable magnetic field to the tooth group, where the teeth are phase-shifted to each other.

Description

Die Erfindung betrifft ein Statorsegment für eine Hybridreluktanzmaschine, mit einem Grundkörper und wenigstens einem am Grundkörper festgelegten Dipolstrang, der zur Bereitstellung eines Magnetfelds ausgebildet ist und der quer zu einer Bewegungsachse ausgerichtete, magnetisch leitfähige Zähne aufweist, die jeweils derart zu Zahngruppen zusammengefasst sind, dass die Zähne innerhalb einer jeweiligen Zahngruppe längs der Bewegungsachse äquidistant angeordnet sind, sowie mit dem Dipolstrang zugeordneten ersten Magnetmitteln für die Bereitstellung eines ersten, konstanten Magnetfelds an jeweils zugeordnete Zahngruppen und mit dem Dipolstrang zugeordneten zweiten Magnetmitteln für die Bereitstellung eines zweiten, einstellbaren Magnetfelds an die jeweils zugeordneten Zahngruppen. Ferner betrifft die Erfindung eine aus wenigstens zwei Statorsegmenten gebildete Statoranordnung.The invention relates to a stator segment for a hybrid reluctance machine, having a base body and at least one dipole strand fixed to the base body, which is designed to provide a magnetic field and which has magnetically conductive teeth aligned transversely to a movement axis, which are each combined into groups of teeth such that the Teeth are arranged equidistantly within a respective group of teeth along the axis of movement, as well as associated with the dipole strand first magnetic means for providing a first, constant magnetic field to respective associated groups of teeth and associated with the dipole strand second magnetic means for providing a second, adjustable magnetic field to the respectively associated dental groups. Furthermore, the invention relates to a stator arrangement formed from at least two stator segments.

Aus der DE 10 2004 045 992 A1 ist eine elektrische Synchronmaschine bekannt, welche ein Primärteil und ein Sekundärteil aufweist, wobei das Primärteil ein erstes Mittel zur Erzeugung eines ersten magnetischen Feldes sowie zumindest ein weiteres Mittel zur Erzeugung eines weiteren magnetischen Feldes aufweist. Das Sekundärteil weist ein Mittel zur Führung des magnetischen Feldes auf. Das erste Mittel zur Erzeugung des ersten magnetischen Feldes ist derart zu den weiteren Mitteln zur Erzeugung des weiteren magnetischen Feldes angeordnet, dass eine Überlagerung des ersten magnetischen Feldes mit dem weiteren magnetischen Feld ermöglicht ist. Eine derartige elektrische Maschine, bei der wenigstens zwei unterschiedliche Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Felds im Primärteil angeordnet sind, wird auch Hybridreluktanzmaschine genannt.From the DE 10 2004 045 992 A1 a synchronous electrical machine is known, which has a primary part and a secondary part, wherein the primary part has a first means for generating a first magnetic field and at least one further means for generating a further magnetic field. The secondary part has a means for guiding the magnetic field. The first means for generating the first magnetic field is arranged in such a way to the further means for generating the further magnetic field that a superposition of the first magnetic field with the further magnetic field is made possible. Such an electric machine, in which at least two different means for generating a magnetic field are arranged in the primary part, is also called a hybrid reluctance machine.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Statorsegment für eine Hybridreluktanzmaschine bereitzustellen, das eine vereinfachte Aufbauweise und einen verbesserten elektrischen Wirkungsgrad aufweist.The object of the invention is to provide a stator segment for a hybrid reluctance machine, which has a simplified construction and an improved electrical efficiency.

Diese Aufgabe wird für ein Statorsegment der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Zähne benachbarter Zahngruppen phasenversetzt zueinander angeordnet sind.This object is achieved for a stator segment of the aforementioned type with the features of claim 1. It is provided that the teeth of adjacent groups of teeth are arranged out of phase with each other.

Als Phasenversatz wird bei einer Hybridreluktanzmaschine eine Beabstandung zwischen benachbarten Zahngruppen des Statorsegments verstanden, die derart gewählt ist, dass Teilungsraster der Zähne der nachfolgenden Zahngruppe nicht in Überdeckung mit dem Teilungsraster der Zähne der vorausgehenden Zahngruppen angeordnet ist. Exemplarisch können die benachbarten Zahngruppen dabei jeweils die gleiche Zahnteilung aufweisen. Die Zähne der nachfolgenden Zahngruppe sind trotz der gleichen Zahnteilung nicht im Teilungsraster der vorausgehenden Zahngruppe angeordnet, vielmehr entspricht ein Abstand zwischen gleichsinnig ausgerichteten Zahnflanken der Zähne der beiden benachbarten Zahngruppen nicht einem ganzzahligen Vielfachen (1 bis n) der Teilung t. Hierdurch wird bei Beaufschlagung der beiden benachbarten Zahngruppen mit den Magnetfeldern der ersten und zweiten Magnetmittel für einen dem Statorsegment gegenüberliegend angeordneten Läufer, der Zähne in gleicher Teilung aufweist und der vorzugsweise frei von Magnetmitteln ist und lediglich als Magnetfeldleiter dient, eine längs der Bewegungsachse wirkende Vortriebskraft bewirkt. Diese Vortriebskraft kann eine Relativbewegung zwischen Statorsegment und Läufer bewirken. Durch den Phasenversatz der Zahngruppen innerhalb eines Dipolstrangs kann der Läufer besonders einfach aufgebaut werden und das Statorsegment weist ebenfalls einen einfachen Aufbau auf.A phase shift in a hybrid reluctance machine is understood to be a spacing between adjacent groups of teeth of the stator segment, which is selected so that the pitch pattern of the teeth of the subsequent group of teeth is not arranged in coincidence with the pitch pattern of the teeth of the preceding groups of teeth. By way of example, the adjacent tooth groups may each have the same tooth pitch. The teeth of the following group of teeth are not arranged in the pitch pattern of the preceding group of teeth despite the same tooth pitch, but a distance between the same direction aligned tooth flanks of the teeth of the two adjacent tooth groups does not correspond to an integer multiple (1 to n) of the pitch t. As a result, when the two adjacent groups of teeth are acted upon by the magnetic fields of the first and second magnet means for a rotor arranged opposite the stator segment, which has teeth in the same pitch and which is preferably free of magnetic means and serves only as a magnetic field, a driving force acting along the axis of motion causes , This propulsive force can cause a relative movement between the stator segment and rotor. Due to the phase offset of the tooth groups within a dipole strand, the rotor can be constructed particularly simply and the stator segment also has a simple structure.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Zweckmäßig ist es, wenn der Dipolstrang jeweils wenigstens vier benachbart längs der Bewegungsachse angeordnete Zahngruppen umfasst und dass einander benachbarte Zahngruppen des Dipolstrangs bezogen auf ihre Anordnung längs der Bewegungsachse jeweils um 180 Grad phasenversetzt angeordnet sind. Der Phasenversatz der benachbarten Zahngruppen zueinander ergibt sich durch eine entsprechende Beabstandung der Zahngruppen längs der Bewegungsachse. Hierdurch kann eine kompakte Aufbauweise des Dipolstrangs und eine effiziente Aus- und Einkopplung der örtlich unterschiedlichen Magnetfelder an den gegenüberliegend anzuordnenden Läufer erreicht werden. Während bei einer zweisträngigen Verschaltung der Dipolstränge ein Phasenversatz von 180 Grad zwischen den Zahngruppen des Dipolstrangs bevorzugt wird, ist bei einer dreisträngigen Verschaltung der Dipolstränge ein Phasenversatz von 120 Grad vorteilhaft, bei einer viersträngigen Verschaltung hingegen ein Phasenversatz von 90 Grad.It is expedient if the dipole strand in each case comprises at least four tooth groups arranged adjacently along the movement axis and that adjacent tooth groups of the dipole strand are arranged offset in phase with respect to their arrangement along the movement axis by 180 degrees. The phase offset of the adjacent tooth groups to each other results from a corresponding spacing of the tooth groups along the axis of motion. As a result, a compact construction of the dipole strand and an efficient decoupling and coupling of the locally different magnetic fields to the rotor to be arranged opposite can be achieved. Whereas in the case of a double-stranded interconnection of the dipole strands, a phase offset of 180 degrees between the groups of teeth of the dipole strand is preferred, a phase offset of 120 degrees is advantageous in the case of a three-stranded interconnection of the dipole strands, whereas a phase shift of 90 degrees is advantageous in the case of a four-strand interconnection.

Vorteilhaft ist es, wenn die Zahngruppen eine einheitliche Zahnteilung aufweisen und/oder wenn Zahnlücken zwischen benachbarten Zähnen in der jeweiligen Zahngruppe mit einer Zahnlückenteilung ausgebildet sind, die der Zahnteilung der Zähne der Zahngruppe entspricht. Hierdurch werden unerwünschte Inhomogenitäten in der Verteilung der von den Dipolsträngen abgegebenen Magnetfelder zumindest weitestgehend vermieden. Dies ermöglicht die Bereitstellung von Magnetfeldern, durch die eine kontinuierliche und zumindest nahezu ruckfreie Bewegung des Läufers längs der Bewegungsachse ermöglicht wird.It is advantageous if the tooth groups have a uniform tooth pitch and / or if tooth gaps between adjacent teeth in the respective tooth group are formed with a tooth gap pitch that corresponds to the tooth pitch of the teeth of the tooth group. As a result, unwanted inhomogeneities in the distribution of the magnetic fields emitted by the dipole strands are at least largely avoided. This makes it possible to provide magnetic fields which enable a continuous and at least almost jerk-free movement of the rotor along the axis of movement.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Dipolstrang wenigstens zwei quer zur Bewegungsachse ausgerichtete, beabstandet zueinander angeordnete Spulenträger umfasst, die an einer Oberseite mit den Zähnen der jeweiligen Zahngruppen versehen sind und die jeweils eine quer zur Bewegungsachse verlaufende schlitzförmige Ausnehmung zur Aufnahme eines Spulenabschnitts aufweisen. Die Aufgabe der Spulenträger besteht zum Einen in der mechanischen Fixierung der Spulenwindungen und zum Anderen in der effizienten Aus- und Einkopplung des von der Spule des Dipolstrangs bei Bestromung abgegebenen Magnetfelds. Bevorzugt entspricht die Breite der schlitzförmigen Ausnehmung im jeweiligen Spulenträger zumindest im Wesentlichen der Drahtstärke der Spule, wodurch ein zumindest nahezu vollständiges Umschließen des Spulenabschnitts durch den Spulenträger gewährleistet ist. Die Zahngruppen des Spulenträgers sind beidseitig der schlitzförmigen Ausnehmung angeordnet, die Zähne verlaufen parallel zur schlitzförmigen Ausnehmung. Die durch die schlitzförmige Ausnehmung getrennten und mit den jeweiligen Zahngruppen versehenen Oberflächenbereiche des Spulenträger werden auch als magnetische Arme bezeichnet, die zur Aus- und Einkopplung der in Flussdichte und Ausrichtung unterschiedlichen Magnetfelder zum bzw. vom Läufer ausgebildet sind. Die auf den unterschiedlichen magnetischen Armen ausgebildeten Zahngruppen weisen einen Phasenversatz auf. In a development of the invention, it is provided that the dipole strand comprises at least two coil carriers oriented transversely to the axis of movement spaced apart from one another, which are provided on an upper side with the teeth of the respective groups of teeth and which each have a slot-shaped recess extending transversely to the axis of movement for receiving a coil section exhibit. The task of the coil support consists on the one hand in the mechanical fixation of the coil windings and on the other in the efficient decoupling and coupling of the magnetic field emitted by the coil of the dipole strand during energization. Preferably, the width of the slot-shaped recess in the respective coil carrier at least substantially the wire thickness of the coil, whereby at least almost completely enclosing the coil portion is ensured by the bobbin. The groups of teeth of the bobbin are arranged on both sides of the slot-shaped recess, the teeth run parallel to the slot-shaped recess. The separated by the slot-shaped recess and provided with the respective groups of teeth surface areas of the bobbin are also referred to as magnetic arms, which are designed for coupling and decoupling of different in flux density and orientation magnetic fields to or from the rotor. The tooth groups formed on the different magnetic arms have a phase shift.

Bevorzugt sind einander gegenüberliegende Zahnflanken von am Spulenträger ausgebildeten, benachbart angeordneten Zahngruppen des Dipolstrangs und/oder von Zahngruppen benachbart angeordneter Spulenträger des Dipolstrangs um ein ganzzahliges Vielfaches der Zahnteilung voneinander beabstandet, um den Phasenversatz von 180 Grad zu gewährleisten. Dafür ist bei identischer Zahnteilung der beiden benachbarten Zahngruppen und bei gleicher Teilung von Zähnen und Zahnlücken ein Versatz zwischen den beiderseits der schlitzförmigen Ausnehmung angeordneten Zahngruppen um eine Zahnteilung oder ein ganzzahliges Vielfaches einer Zahnteilung jeweils zuzüglich einer halben Zahnteilung vorzusehen. Dementsprechend sind die gegenüberliegenden Zahnflanken um ein ganzzahliges Vielfaches der Zahnteilung zueinander beabstandet.Preferably, opposing tooth flanks of adjacent tooth groups of the dipole strand formed on the coil carrier and / or adjacent tooth carriers of the dipole strand are spaced from each other by an integer multiple of the pitch in order to ensure the phase offset of 180 degrees. For an identical pitch of the two adjacent groups of teeth and the same pitch of teeth and gaps between teeth on both sides of the slot-shaped recess arranged tooth groups by tooth pitch or an integral multiple of a tooth pitch each plus a half pitch provided. Accordingly, the opposite tooth flanks are spaced from each other by an integral multiple of the tooth pitch.

Zweckmäßig ist es, wenn einander gegenüberliegende Zahnflanken einander benachbarter Zahngruppen benachbart angeordneter Dipolstränge um ein ganzzahliges Vielfaches der Zahnteilung zuzüglich oder abzüglich einer viertel Zahnteilung voneinander beabstandet sind, um einen Phasenversatz von 90 Grad zu gewährleisten. Für eine gleichmäßige Linearbewegung des Läufers längs des Statorsegments ist es bei einem zweisträngigen Aufbau des Statorsegments vorteilhaft, wenn die einander benachbart angeordneten Zahngruppen benachbarter Dipolstränge um 90 Grad zueinander phasenversetzt angeordnet sind. Bei einem zweisträngigen Aufbau des Statorsegments ist jeder zweite Dipolstrang elektrisch mit der gleichen Spannungsquelle gekoppelt. Bei einem dreisträngigen Aufbau des Statorsegments ist jeder dritte Dipolstrang elektrisch mit der gleichen Spannungsquelle gekoppelt. Hier ist zwischen den Zahngruppen der einander benachbarten Dipolstränge ein Phasenversatz von 60 Grad einzuhalten.It is expedient if opposing tooth flanks of adjacent tooth groups of adjacently arranged dipole strands are spaced apart by an integer multiple of the tooth pitch plus or minus a quarter pitch, in order to ensure a phase offset of 90 degrees. For a uniform linear movement of the rotor along the stator segment, it is advantageous in a two-stranded structure of the stator segment, when the neighboring adjacent groups of teeth Dipolstränge are arranged 90 degrees out of phase with each other. In a two-stranded structure of the stator segment, every other dipole strand is electrically coupled to the same voltage source. In a three-stranded construction of the stator segment, every third dipole strand is electrically coupled to the same voltage source. Here a phase shift of 60 degrees is to be maintained between the groups of teeth of the adjacent dipole strands.

Vorteilhaft ist es, wenn der Spulenträger aus quer zur Bewegungsachse geschichtet angeordneten, insbesondere stoffschlüssig miteinander verbundenen, Blechelementen aufgebaut ist. Der Aufbau des Spulenträgers aus Blechelementen wird zur Vermeidung von Wirbelströmen bei Bestromung der Spule vorgesehen. Die Blechelemente können beispielsweise durch eine zwischen benachbarten Spulenträgern angeordnete Permanentmagnetanordnung zusammengehalten werden. Vorzugsweise werden die Blechelemente durch eine aushärtbare Vergußmasse, die zur Festlegung der Dipolstränge am Grundkörper eingesetzt wird, zueinander fixiert. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Blechelemente mit einer oder mehreren, vorzugsweise quer zur Bewegungsachse ausgerichteten, Schweißnähten stoffschlüssig miteinander verbunden.It is advantageous if the coil carrier is arranged in a layered arrangement, in particular cohesively interconnected, sheet metal elements arranged transversely to the axis of movement. The structure of the bobbin of sheet metal elements is provided to avoid eddy currents when energizing the coil. The sheet metal elements can be held together, for example, by a permanent magnet arrangement arranged between adjacent coil carriers. Preferably, the sheet metal elements are fixed to each other by a curable potting compound, which is used to fix the dipole strands on the base body. In an advantageous embodiment of the invention, the sheet metal elements with one or more, preferably aligned transversely to the axis of movement, welds are materially connected to each other.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten Magnetmittel als permanentmagnetische Leiste oder Anordnung von Permanentmagneten ausgebildet und zwischen den zwei benachbarten Spulenträgern des Dipolstrangs angeordnet sind, wobei die ersten Magnetmittel an einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Spulenträger anliegen, insbesondere magnetisch anhaften. Die Funktionsweise eines Hybridreluktanzmotors beruht unter Anderem darauf, dass ein erstes Magnetfeld, welches die Zahngruppen des Dipolstrangs durchsetzt, mit Hilfe eines zweiten Magnetfelds lokal zumindest teilweise verdrängt wird, wodurch es zu einer bereichsweisen Addition und zu einer bereichsweisen Subtraktion der magnetischen Feldkräfte kommt. Hierdurch werden die gewünschten Antriebskräfte auf das Läufer bereitstellen. Vorzugsweise wird das erste Magnetfeld durch einen oder mehrere Permanentmagnete bereitgestellt, die zwischen zwei benachbart angeordneten Spulenträgern eingesetzt werden. Der oder die Permanentmagnete weisen exemplarisch eine quaderförmige Hüllkurve auf und erstrecken sich zumindest nahezu über die gesamte Breite der Spulenträger. Besonders bevorzugt ist die Dicke/lineare Erstreckung der Permanentmagnete längs der Bewegungsachse derart gewählt, dass die Permanentmagnete den Abstand zwischen den beiden Spulenträgern des entsprechenden Dipolstrangs vorgeben.In a further development of the invention it is provided that the first magnetic means are formed as a permanent magnetic strip or arrangement of permanent magnets and disposed between the two adjacent coil carriers of the dipole strand, wherein the first magnetic means abut against opposite side surfaces of the coil carrier, in particular adhere magnetically. The mode of operation of a hybrid reluctance motor is based inter alia on the fact that a first magnetic field, which penetrates the groups of teeth of the dipole strand, is locally displaced at least partially with the aid of a second magnetic field, which leads to an area-wise addition and to an area-wise subtraction of the magnetic field forces. This will provide the desired driving forces to the runner. Preferably, the first magnetic field is provided by one or more permanent magnets which are inserted between two adjacent coil carriers. The one or more permanent magnets have an exemplary cuboid envelope curve and extend at least almost over the entire width of the coil carrier. Particularly preferably, the thickness / linear extent of the permanent magnets along the movement axis is selected such that the permanent magnets specify the distance between the two coil carriers of the corresponding dipole strand.

Bevorzugt ist bei einem zweisträngig verschalteten Statorsegment ein Abstand zwischen einer normal zur Bewegungsachse ausgerichteten ersten Stirnfläche des Grundkörpers und einer benachbarten ersten Zahnflanke sowie ein Abstand zwischen einer normal zur Bewegungsachse ausgerichteten zweiten Stirnfläche des Grundkörpers und einer benachbarten letzten Zahnflanke derart gewählt ist, dass bei einer Aneinanderreihung gleichartig ausgebildeter Statorsegmente ein 90-Grad Phasenversatz zwischen dem letzten Zahn des vorausgehenden Statorsegments und dem ersten Zahn des nachfolgenden Statorsegments gewährleistet ist. Dadurch wird bei linearer Kopplung zweier oder mehrerer zweisträngig ausgebildeter Statorsegmente, bei der sich jeweils die zweite Stirnfläche des vorausgehenden Statorsegments und die erste Stirnfläche des nachfolgenden Statorsegments gegenüberliegen, zwischen den jeweils benachbarten Statorsegmenten ein Abstand eingestellt, der exemplarisch einem Phasenversatz von 90 Grad zwischen den Zahngruppen der jeweils endseitig und benachbart an gegenüberliegenden Statorsegmenten angeordneten Dipolstränge entspricht. Exemplarisch sind die einander gegenüberliegenden Zahnflanken der benachbarten Statorsegmente um die 1,75-fache Zahnteilung voneinander beabstandet, so dass gleichsinnig ausgerichtete Zahnflanken dieser Zähne um das 2.25-fache der Zahnteilung voneinander beabstandet sind, was bei zweisträngiger Verschaltung dem gewünschten Phasenversatz von 90 Grad entspricht. Preferably, in the case of a stator segment connected in a double-stranded manner, a distance between a first end face of the base body oriented normal to the movement axis and an adjacent first tooth flank, and a distance between a second end face of the base body aligned normal to the movement axis and an adjacent last tooth flank are chosen such that when stacked one after the other similarly formed stator segments a 90-degree phase offset between the last tooth of the preceding stator and the first tooth of the subsequent stator segment is ensured. As a result, in the case of linear coupling of two or more stator segments formed in a double-stranded manner, in which the second end face of the preceding stator segment and the first end face of the following stator segment lie opposite one another, a distance is set between the respectively adjacent stator segments, for example a phase offset of 90 degrees between the groups of teeth which corresponds in each case to end-side and adjacent dipole strands arranged on opposite stator segments. By way of example, the opposing tooth flanks of the adjacent stator segments are spaced apart by 1.75 times the tooth pitch, so that tooth faces of these teeth aligned in the same direction are spaced apart by 2.25 times the tooth pitch, which corresponds to the desired phase offset of 90 degrees in the case of two-stranded interconnection.

Bei einem dreisträngig verschalteten Statorsegment ist der Abstand zwischen der letzten Zahnflanke der letzten Zahngruppe und der Stirnfläche derart gewählt, dass sich ein Phasenversatz von 60 Grad zwischen den benachbarten Zähnen der aneinandergereihten Statorsegmente vorliegt.In a three-stranded interconnected stator segment, the distance between the last tooth flank of the last group of teeth and the end face is selected so that there is a phase shift of 60 degrees between the adjacent teeth of the juxtaposed stator segments.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind am Grundkörper mehrere Ausnehmungen zur Aufnahme von Dipolsträngen vorgesehen und zwischen benachbarten Ausnehmungen sind, insbesondere einstückig am Grundkörper angeformte, Stege ausgebildet, um eine Beabstandung benachbarter Dipolstränge gemäß der Zahnteilung zu gewährleisten. Die Ausnehmungen am Grundkörper sind vorzugsweise alle in die gleiche Oberfläche des Grundkörpers eingebracht, beispielsweise durch ein spanendes Fertigungsverfahren wie Fräsen. Die Aufgabe der Ausnehmungen und der zwischen den Ausnehmungen angeordneten Stege besteht darin, die Dipolstränge aufzunehmen und eine vorgebebene Anordnung der Dipolstränge sicherzustellen. Bevorzugt ist die dicke der Stege zwischen den Ausnehmungen angeordnet auf den Phasenversatz zwischen den benachbarten Zahngruppen abgestimmt.In a further embodiment of the invention a plurality of recesses for receiving dipole strands are provided on the base body and between adjacent recesses, in particular integrally formed on the base body, webs formed to ensure a spacing of adjacent Dipolstränge according to the tooth pitch. The recesses on the base body are preferably all introduced into the same surface of the base body, for example by a machining production method such as milling. The task of the recesses and the webs arranged between the recesses is to receive the dipole strands and to ensure a predetermined arrangement of the dipole strands. Preferably, the thickness of the webs between the recesses arranged on the phase offset between the adjacent groups of teeth is tuned.

Die Erfindung betrifft auch eine Statoranordnung für eine Hybridreluktanzmaschine mit wenigstens zwei, vorzugsweise jeweils gleichartig geformten, Statorsegmenten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei normal zur Bewegungsachse ausgerichtete Stirnflächen der Grundkörper benachbart angeordneter Statorsegmente jeweils einander gegenüberliegend angeordnet sind und dass einander unmittelbar gegenüberliegenden Zähne der aneinander aufgereihten Statorsegmente einen Phasenversatz nach der Gleichung p = 180/s aufweisen, wobei s der Anzahl der elektrisch unterschiedlich angeschlossenen Dipolstränge entspricht. Eine derartige Statoranordnung kann durch den modularen Aufbau unter Ausnutzung von gleichlangen oder unterschiedlich langen Statorsegmenten in vorteilhafter Weise an die Erfordernisse eines Transportsystems angepasst werden, mit dem beispielsweise auf Läufern angeordnete Werkstücke in einer linearen Bewegung zu verschiedenen Bearbeitungsstation gefördert werden können. Bei zweisträngigen Statorsegmenten (s = 2), bei denen die Dipolstränge jeweils abwechselnd an unterschiedliche Spannungsquellen angeschlossen werden, beträgt somit der Phasenversatz zwischen den Zähnen benachbart angeordneter Statorsegmente 90 Grad. Bei dreisträngigen Statorsegmenten (s = 3), bei denen jeweils jeder dritte Dipolstrang mit der gleichen Spannungsquelle verbunden ist, beträgt der Phasenversatz zwischen den Zähnen benachbart angeordneter Statorsegmente 60 Grad.The invention also relates to a stator assembly for a hybrid reluctance machine having at least two, preferably each identically shaped, stator segments according to one of the preceding claims, wherein aligned normal to the axis of movement end faces of the base body adjacent arranged stator segments are each arranged opposite each other and that directly opposing teeth of the juxtaposed Stator segments have a phase offset according to the equation p = 180 / s, where s corresponds to the number of electrically different connected Dipolstränge. Such a stator assembly can be adapted by the modular design using equal length or different lengths of stator segments in an advantageous manner to the requirements of a transport system with the example arranged on runners workpieces can be promoted in a linear movement to different processing station. In the case of two-stranded stator segments (s = 2) in which the dipole strands are in each case alternately connected to different voltage sources, the phase offset between the teeth of adjacently arranged stator segments is thus 90 degrees. For three-stranded stator segments (s = 3) where each third dipole strand is connected to the same voltage source, the phase offset between the teeth of adjacently arranged stator segments is 60 degrees.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:An advantageous embodiment of the invention is shown in the drawing. Showing:

1 eine Draufsicht auf ein Statorsegment mit mehreren jeweils benachbart angeordneten Dipolsträngen, 1 a top view of a stator segment with a plurality of respectively adjacent arranged dipole strands,

2 eine seitliche Schnittdarstellung des Statorsegments gemäß 1 und 2 a lateral sectional view of the stator according to 1 and

3 eine Detaildarstellung aus der 2. 3 a detailed representation of the 2 ,

In der 1 ist ein Statorsegment 1 für eine nicht näher dargestellte Statoranordnung gezeigt. Das Statorsegment 1 umfasst mehrere längs einer Bewegungsachse 2 aneinander gereihte Dipolstränge 3, die exemplarisch in zweisträngiger elektrischer Verschaltung angeordnet sind, weshalb die einzelnen Dipolstränge mit 3a und 3b bezeichnet sind. Bei der zweisträngigen Beschaltung der Dipolstränge 3 wird also jeder zweite Dipolstrang 3a/3b mit der jeweils gleichen, nicht dargestellten elektrischen Quelle verbunden, so dass insgesamt zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Dipolstranggruppen vorliegen. Die Bewegungsachse 2 repräsentiert den linearen Freiheitsgrad eines nicht dargestellten Läufers, auf den mittels des Statorsegments 1 bei entsprechender Bestromung der Dipolstränge 3 eine Vortriebskraft aufgeprägt werden kann, so dass der Läufer sich längs der Bewegungsachse relativ zum Statorsegment 1 bewegen kann.In the 1 is a stator segment 1 shown for a stator assembly not shown. The stator segment 1 includes several along a movement axis 2 strung together dipole strands 3 , which are arranged by way of example in zweisträngiger electrical interconnection, which is why the individual Dipolstränge with 3a and 3b are designated. In the double-stranded wiring of the dipole strands 3 So every second dipole strand becomes 3a / 3b connected to the same, not shown electrical source, so that there are a total of two independently drivable Dipolstranggruppen. The movement axis 2 represents the linear degree of freedom of a rotor, not shown, on the means of the stator segment 1 with appropriate energization of the dipole strands 3 a driving force can be impressed, so that the Runners along the axis of motion relative to the stator segment 1 can move.

Das Statorsegment 1 umfasst neben den Dipolsträngen 3 einen exemplarisch einstückig ausgebildeten Grundkörper 4, der vorzugsweise aus einem magnetisch und elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Metall, insbesondere Aluminium hergestellt ist. Die Dipolstränge 3 sind in Ausnehmungen 5 aufgenommen, die in den 2 und 3 näher dargestellt sind. Die Dipolstränge 3 sind in den Ausnehmungen 5 mittels einer nicht näher dargestellten Vergußmasse stoffschlüssig festgelegt, die beispielsweise als aushärtbare Kunststoffmasse ausgebildet sein kann. Zur korrekten Beabstandung der Dipolstränge 3 längs der Bewegungsachse sind am Grundkörper 4 Stege 6 ausgebildet, deren Haupterstreckungsrichtung quer zur Bewegungsachse 2 verläuft. Vorzugsweise sind die Stege 6 einstückig mit dem Grundkörper 4 ausgebildet. Hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit der Stege 6 und/oder der Dipolstränge 3 sind zumindest dann nicht erforderlich, wenn die nachstehend näher beschriebenen Zahngruppen 8 der Dipolstränge 3 in einem Fertigungsschritt nach der Festlegung der Dipolstränge 3 am Grundkörper 4 hergestellt werden.The stator segment 1 includes next to the dipole strands 3 an exemplary integrally formed body 4 , which is preferably made of a magnetically and electrically conductive material, for example metal, in particular aluminum. The dipole strands 3 are in recesses 5 taken in the 2 and 3 are shown in more detail. The dipole strands 3 are in the recesses 5 firmly bonded by means of a potting compound, not shown, which may be formed, for example, as a hardenable plastic compound. For correct spacing of dipole strands 3 along the axis of motion are on the body 4 Stege 6 formed, whose main extension direction transverse to the axis of movement 2 runs. Preferably, the webs 6 integral with the main body 4 educated. High demands on the dimensional accuracy of the webs 6 and / or the dipole strands 3 are at least not required if the groups of teeth described in more detail below 8th the dipole strands 3 in a manufacturing step after fixing the dipole strands 3 at the base body 4 getting produced.

Die Dipolstränge 3 sind als eigenständige Baugruppen ausgebildet und können abseits des Grundkörpers 4 vormontiert werden. Der Dipolstrang 3 umfasst jeweils zwei parallel zueinander ausgerichtete Spulenträger 7, deren Haupterstreckungsrichtung quer zur Bewegungsachse 2 verläuft. Der Spulenträger 7 kann exemplarisch aus Blechelementen aufgebaut sein, die insbesondere als Stanzteile ausgebildet sind und die eine Geometrie aufweisen, die der Schnittdarstellung der Spulenträger 7 in den 2 und 3 entspricht. Durch Aneinanderreihen der Blechelemente quer zur Bewegungsachse 2 wird der jeweilige Spulenträger 7 gebildet. An einer in der 1 sichtbaren Oberseite der Spulenträger 7 sind jeweils Zahngruppen 8 ausgebildet, die ihrerseits Zähne 10 umfassen, deren größte Oberflächen normal zur Bewegungsachse 2 ausgerichtet sind.The dipole strands 3 are designed as separate modules and can be off the main body 4 be pre-assembled. The dipole strand 3 each comprises two mutually parallel coil carrier 7 , The main extension direction transverse to the axis of movement 2 runs. The coil carrier 7 can be constructed by way of example from sheet metal elements, which are in particular formed as stampings and which have a geometry that the sectional view of the bobbin 7 in the 2 and 3 equivalent. By juxtaposing the sheet metal elements transversely to the axis of movement 2 becomes the respective coil carrier 7 educated. At one in the 1 visible top of the bobbins 7 are each groups of teeth 8th trained, which in turn teeth 10 include, whose largest surfaces normal to the axis of motion 2 are aligned.

Zwischen den jeweils zwei Spulenträgern 7 eines Dipolstrangs 3 ist jeweils eine Permanentmagnetanordnung 11 angeordnet. Vorzugsweise liegen normal zur Bewegungsachse 2 ausgerichtete größte Oberflächen der Permanentmagnetanordnung 11 flächig an gegenüberliegenden Seitenflächen der jeweiligen Spulenträger 7 an, wie dies beispielsweise aus der 3 hervorgeht. Die Permanentmagnetanordnung 11 kann als einstückige Leiste oder als Gruppe von quaderförmigen Permanentmagneten ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Spulenträger 7 und die an diesen Seitenflächen anliegende Permanentmagnetanordnung 11 derart ausgebildet, dass hierdurch eine korrekte Beabstandung der Spulenträger 7 gewährleistet ist. Diese Beabstandung muss zumindest dann keine besonders hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit erfüllen, wenn die Zähne 10 der Zahngruppen 8 an den Spulenträgern 7 erst nach Montage und Festlegung der Dipolstränge 3 an den Grundkörper 4, beispielsweise durch einen Fräsvorgang, strukturiert werden.Between each two bobbins 7 a dipole strand 3 is in each case a permanent magnet arrangement 11 arranged. Preferably lie normal to the axis of movement 2 aligned largest surfaces of the permanent magnet assembly 11 flat on opposite side surfaces of the respective bobbin 7 as, for example, from the 3 evident. The permanent magnet arrangement 11 may be formed as a one-piece bar or as a group of cuboid permanent magnets. Preferably, the opposite side surfaces of the coil carrier 7 and the voltage applied to these side surfaces permanent magnet assembly 11 designed such that thereby a correct spacing of the coil carrier 7 is guaranteed. This spacing must at least not meet particularly high dimensional accuracy requirements when the teeth 10 of the dental groups 8th on the bobbins 7 only after mounting and fixing the dipole strands 3 to the body 4 be structured, for example by a milling process.

In den Spulenträgern 7 ist jeweils eine quer zur Bewegungsachse 2 verlaufende, schlitzförmige Ausnehmung 12 vorgesehen, durch die nicht näher dargestellte Drahtwindungen einer Spule 9 in eine parallel zur Ausnehmung 12 verlaufende, exemplarisch mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildete, Spulenkammer 15 im Inneren des Spulenträgers 7 eingelegt werden können. Die Spule 9 koppelt jeweils zwei Spulenträger 7 zu einem Dipolstrang 3 und verfügt über nicht näher dargestellte Versorgungsleitungen, die zum Anschluss an eine ebenfalls nicht dargestellte Steuereinrichtung vorgesehen sind. Die Steuereinrichtung stellt die elektrische Energie zur Beaufschlagung der jeweiligen Spulen 9 zur Verfügung, um die gewünschten Magnetkräfte zur linearen Bewegung des nicht dargestellten Läufers bereitzustellen.In the coil carriers 7 is one each transverse to the axis of motion 2 extending, slot-shaped recess 12 provided by the not-shown wire windings of a coil 9 in a parallel to the recess 12 running, exemplarily formed with a circular cross-section, the coil chamber 15 inside the coil carrier 7 can be inserted. The sink 9 couples two bobbins each 7 to a dipole strand 3 and has supply lines, not shown, which are provided for connection to a control device, also not shown. The control device provides the electrical energy for acting on the respective coils 9 available to provide the desired magnetic forces for linear movement of the rotor, not shown.

Die Zähne 10 an den Spulenträgern 7 sind exemplarisch nach der Montage der Dipolstränge 3 an den Grundkörper 4, insbesondere durch einen Fräsvorgang, strukturiert. Dabei sind die Zähne 10 an den jeweiligen Spulenträgern 7 als Zahngruppen 8 ausgebildet. Innerhalb der Zahngruppen 8 sind die Zähne 10 jeweils mit konstanter Zahnteilung t, also einem für alle Zähne 10 der jeweiligen Zahngruppe 8 konstanten Abstand von zwei jeweils in gleicher Richtung ausgerichteten Zahnflanken 16 ausgebildet. An einem Spulenträger 7 ausgebildete, benachbarte Zahngruppen 8 sind jeweils um 180 Grad phasenversetzt angeordnet. Dies wird dadurch erreicht, dass die einander zugewandten Zahnflanken 18, 19 der gegenüberliegenden Zähne 10 der beiden Zahngruppen 8 um ein ganzzahliges Vielfaches s der Zahnteilung t zueinander versetzt sind (s = n·t mit n = 1, 2, 3, ...). Zahngruppen 8 benachbarter Spulenträger 7 eines Dipolstrangs 3 sind in gleicher Weise um 180 Grad phasenversetzt. Die entsprechenden Zahngruppen eines Dipolstrangs 3 sind in der 1 exemplarisch mit 8a bis 8d bezeichnet.The teeth 10 on the bobbins 7 are exemplary after the assembly of the dipole strands 3 to the body 4 , in particular by a milling process, structured. Here are the teeth 10 at the respective bobbins 7 as tooth groups 8th educated. Within the tooth groups 8th are the teeth 10 each with constant pitch t, so one for all teeth 10 the respective tooth group 8th constant distance from two aligned in the same direction tooth flanks 16 educated. On a coil carrier 7 trained, neighboring groups of teeth 8th are each arranged at 180 degrees out of phase. This is achieved in that the mutually facing tooth flanks 18 . 19 the opposite teeth 10 of the two groups of teeth 8th by an integer multiple s of the pitch t are offset from each other (s = n · t with n = 1, 2, 3, ...). dental Group 8th adjacent coil carrier 7 a dipole strand 3 are equally phase-shifted by 180 degrees. The corresponding tooth groups of a dipole strand 3 are in the 1 exemplary with 8a to 8d designated.

Zwischen zwei benachbarten Dipolsträngen 3 sind die Zähne hingegen um 90 oder 270 Grad phasenversetzt, was dadurch erreicht wird, dass die einander zugewandten Zahnflanken 20, 21 der gegenüberliegenden Zähne 10 der beiden Zahngruppen 8 mit einem Abstand u voneinander beabstandet sind, der ein ganzzahliges Vielfaches der Zahnteilung t abzüglich oder zuzüglich einer viertel Zahnteilung beträgt (u = n·t +/– 0,25·t mit n = 1, 2, 3, ...), wie dies in der 3 dargestellt ist.Between two adjacent dipole strands 3 In contrast, the teeth are out of phase by 90 or 270 degrees, which is achieved in that the mutually facing tooth flanks 20 . 21 the opposite teeth 10 of the two groups of teeth 8th spaced apart by a distance u which is an integer multiple of the tooth pitch t minus or plus a quarter pitch (u = n * t +/- 0.25 * t where n = 1, 2, 3, ...), like this in the 3 is shown.

Um eine Aneinanderreihung mehrerer Statorsegmente 1 längs der Bewegungsachse 2 zu einer nicht dargestellten Statoranordnung zu erleichtern, sind die jeweils ersten und letzten Dipolstränge 3 derart an dem Grundkörper 4 angeordnet, dass einander gegenüberliegende Zähne 29, 30 benachbart anzuordnender Statorsegmente 1 bei dem exemplarisch beschriebenen zweisträngig ausgebildeten Statorsegment 1 hinsichtlich der einander gegenüberliegenden Zahnflanken 16, 28 derart beabstandet sind, dass die einander gegenüberliegenden Zähne 29, 30 der beiden Statorsegmente 1 einen Phasenversatz von 90 Grad zueinander aufweisen. Dies wird exemplarisch wie in der 2 dargestellt dadurch erreicht, dass ein Abstand der ersten Zahnflanke 16 zur einer ersten Stirnfläche 22 mit der Zahnteilung t gewählt wird und ein Abstand einer letzten Zahnflanke 28 zu einer zweiten Stirnfläche 25 mit 1,25·t gewählt wird. Dadurch ergibt sich bei Aneinanderreihung von gleichartig gestalteten Statorsegmenten 1 ein Abstand von 2,25·t zwischen den sich gegenüberliegenden Zahnflanken 16 und 28 und somit ein Abstand von 2,75·t zwischen gleichsinnigen Zahnflanken des letzten Zahns 30 eines nicht dargestellten vorhergehenden Statorsegments 1 und des ersten Zahns 29 eines daran angereihten, ebenfalls nicht dargestellten nachfolgenden Statorsegments 1. Bei einer nicht dargestellten dreisträngigen Ausführungsform des Statorsegments sind die Zähne längs der Bewegungsachse 2 aneinandergereihter Statorsegmente mit einem Phasenversatz von 60 Grad zueinander angeordnet. Bei viersträngigen Statorsegmenten ist ein Phasenversatz von 45 Grad vorzusehen, bei fünfsträngigen Statorsegmenten ein Phasenversatz von 36 Grad. To string together several stator segments 1 along the axis of movement 2 to facilitate a stator assembly, not shown, are the respective first and last dipole strands 3 such on the body 4 arranged that opposing teeth 29 . 30 adjacent stator segments to be arranged 1 in the exemplary described two-stranded stator segment 1 with respect to the opposite tooth flanks 16 . 28 are spaced such that the opposing teeth 29 . 30 the two stator segments 1 have a phase offset of 90 degrees to each other. This becomes exemplary like in the 2 represented achieved by a distance of the first tooth flank 16 to a first end face 22 is selected with the tooth pitch t and a distance of a last tooth flank 28 to a second end face 25 with 1.25 × t is selected. This results in juxtaposition of identically designed stator segments 1 a distance of 2.25 * t between the opposing tooth flanks 16 and 28 and thus a distance of 2.75 × t between the same tooth flanks of the last tooth 30 a preceding stator segment, not shown 1 and the first tooth 29 a bayed thereto, also not shown subsequent stator segment 1 , In a three-stranded embodiment of the stator segment, not shown, the teeth are along the axis of movement 2 strung stator segments arranged with a phase offset of 60 degrees to each other. For four-stranded stator segments, a phase offset of 45 degrees is required, for five-stranded stator segments a phase offset of 36 degrees.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004045992 A1 [0002]

Claims

Stator segment for a hybrid reluctance machine, with a base body ( 4 ) and at least one on the main body ( 4 ) defined dipole strand ( 3 ), which is designed to provide a magnetic field and transverse to a movement axis ( 2 ) oriented, magnetically conductive teeth ( 10 ), which in each case to tooth groups ( 8th ) are summarized that the teeth ( 10 ) within a particular group of teeth ( 8th ) along the axis of motion ( 2 ) are arranged equidistantly, as well as with the dipole strand ( 3 ) associated first magnetic means ( 11 ) for providing a first, constant magnetic field to respectively assigned groups of teeth ( 8th ) and with the dipole strand ( 3 ) associated second magnetic means ( 7 . 9 ) for the provision of a second, adjustable magnetic field to the respectively assigned groups of teeth ( 8th ), characterized in that the teeth ( 10 ) of adjacent tooth groups ( 8th ) are arranged out of phase with each other.

Stator segment according to claim 1, characterized in that the dipole strand ( 3 ) at least four adjacent along the axis of motion ( 2 ) arranged tooth groups ( 8th ) and that neighboring tooth groups ( 8th ) of the dipole strand ( 3 ) related to their arrangement along the axis of motion ( 2 ) are each arranged 180 degrees out of phase.

Stator segment according to claim 1 or 2, characterized in that the groups of teeth ( 8th ) have a uniform tooth pitch (t) and / or tooth gaps ( 17 ) between adjacent teeth ( 10 ) in the respective tooth group ( 8th ) are arranged with a tooth gap division (z), the tooth pitch (t) of the teeth ( 10 ) of the tooth group ( 8th ) corresponds.

Stator segment according to one of the preceding claims, characterized in that the dipole strand ( 3 ) at least two transverse to the axis of motion ( 2 ) aligned, spaced apart coil carrier ( 7 ), which on an upper side with the teeth ( 10 ) of the respective groups of teeth ( 8th ) and each one transverse to the axis of motion ( 2 ) extending slot-shaped recess ( 12 ) for receiving a coil section.

Stator segment according to claim 4, characterized in that opposing tooth flanks ( 18 . 19 ) of the coil carrier ( 7 ) formed adjacent tooth groups ( 8th ) of the dipole strand ( 3 ) and / or groups of teeth ( 8th ) adjacent arranged coil carrier ( 7 ) of the dipole strand ( 3 ) are spaced apart by an integer multiple (n) of the tooth pitch (t) to ensure the 180 degree phase shift.

Stator segment according to claim 4 or 5, characterized in that opposing tooth flanks ( 20 . 21 ) of neighboring tooth groups ( 8th ) adjacent dipole strands ( 3 ) are spaced apart by an integer multiple of the tooth pitch (t) plus or minus a quarter tooth pitch (t) to provide a 90 degree phase shift.

Stator segment according to claim 6, characterized in that the coil carrier ( 7 ) from across the axis of motion ( 2 ) arranged in layers, in particular cohesively interconnected, sheet metal elements is constructed.

Stator segment according to claim 6 or 7, characterized in that the first magnetic means ( 11 ) formed as a permanent magnetic strip or arrangement of permanent magnets and between the two adjacent coil carriers ( 7 ) of the dipole strand ( 3 ) are arranged, wherein the first magnetic means ( 11 ) on opposite side surfaces of the bobbins ( 7 ), in particular adhere magnetically.

Stator segment according to one of the preceding claims, characterized in that, in the case of a stator segment connected in a double-stranded manner, a distance between a normal axis to the axis of movement ( 2 ) oriented first end face ( 22 ) of the basic body ( 4 ) and an adjacent first tooth flank ( 16 ) and a distance between a normal to the axis of movement aligned second end face ( 25 ) of the basic body ( 4 ) and a neighboring last tooth flank ( 28 ) is selected such that when lining up similarly formed stator segments, a 90-degree phase offset between the last tooth of the preceding stator segment and the first tooth of the subsequent stator segment is ensured.

Stator arrangement for a hybrid reluctance machine with at least two, preferably in each case identically shaped, stator segments (US Pat. 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that normal to the axis of movement ( 2 ) aligned faces ( 22 ) the basic body ( 4 ) adjacently arranged stator segments ( 1 ) are respectively arranged opposite one another and that directly opposite teeth ( 10 ) of the stator segments ( 1 ) have a phase offset (p) according to the equation p = 180 / s, where s is the number of electrically differently connected dipole strands ( 3 ) corresponds.