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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Primärteil einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine mit einem derartigen Primärteil. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Primärteils. Das Primärteil einer elektrischen Maschine ist bekanntlich die Komponente, welche zumindest eine bestrombare Spule aufweist.
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Die
DE 10 2008 062 575 A1 zeigt eine Multilayerleiterplatte, welche vorzugsweise als Bauteil eines Printed Circuit-Board(PCB)-Motors Verwendung findet. Die Multilayerleiterplatte umfasst einen Toplayer, einen Bottomlayer, mindestens ein Zwischenlager sowie einen auf dem Zwischenlager aufgelöteten Sensor. Im Fall eines rotativen elektrischen Antriebs ist die Multilayerleiterplatte vorzugsweise ein bestrombarer Stator des Elektromotors. Der Rotor ist dagegen mit Permanentmagneten besetzt, so dass keine Stromzuführung zu rotierenden Teilen erforderlich ist. Bei linearen elektrischen Antrieben bildet die Multilayerleiterplatte dagegen den Läufer, welcher hierdurch gewichtssparend ausgelegt werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Primärteil für eine elektrische Maschine zur Verfügung zu stellen, welches einen einfachen Aufbau aufweist, aufwandsarm zu fertigen ist sowie einen geringen Bauraum benötigt. Weiterhin soll eine elektrische Maschine mit einem derartigen Primärteil zur Verfügung gestellt werden, welche insbesondere eine verbesserte Kraftdichte und eine möglichst geringe Masse aufweist. Schließlich soll auch ein Verfahren zur Herstellung eines Primärteils bereitgestellt werden.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient ein Primärteil gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
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Das erfindungsgemäße Primärteil besteht aus einer mehrschichtigen Platine. Die Platine umfasst mindestens zwei beabstandet übereinanderliegende, elektrisch leitende Schichten, wobei die elektrisch leitenden Schichten mindestens eine Spule ausbilden. Mindestens eine dielektrische Schicht ist zwischen den elektrisch leitenden Schichten angeordnet. Die Platine beinhaltet weiterhin mindestens zwei voneinander beabstandete, magnetisch leitende Schichten, wobei jede magnetisch leitende Schicht zumindest mittelbar angrenzend zu einer elektrisch leitenden Schicht angeordnet ist, sowie Verbindungsmittel aus einem magnetisch leitenden Material zur gezielten magnetischen Verbindung der magnetisch leitenden Schichten. Die vorzugsweise strukturierten, magnetisch leitenden Schichten sind dadurch magnetisch punktuell verbunden, wodurch der magnetische Fluss zwischen den magnetisch leitenden Schichten gezielt geführt werden kann.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Primärteils besteht darin, dass durch die vorgenommene Kombination einer elektrischen Platine mit magnetisch leitfähigen Strukturen ein Primärteil realisiert werden kann, welches sich durch eine kompakte, platzsparende Bauweise auszeichnet. Die feinschichtige Struktur, die durch den Wechsel zwischen den die Spulen tragenden elektrischen Schichten und magnetisch leitenden Schichten beim Schichten entsteht, kann als Zahnung genutzt werden, ohne dass zusätzliche Strukturierungen vorgenommen werden müssen. Auf diese Weise können insbesondere auch miniaturisierte elektrische Maschinen realisiert werden. Das Primärteil kann vollständig innerhalb einer üblichen elektrischen Platinenfertigung hergestellt werden. Hierbei kann auf bekannte und seit langem erprobte Technologien zur Fertigung elektrischer Platinen zurückgegriffen werden, wodurch eine hocheffiziente Produktion möglich ist. So kann die mehrschichtige Platine im Nutzen gefertigt werden. Bei der Fertigung im Nutzen ist eine Vielzahl von Einzelplatinen auf einer Platine nebeneinander angeordnet. Die Fertigung im Nutzen ermöglicht eine kosteneffiziente Herstellung mehrschichtiger Platinen. Dadurch, dass das Primärteil einstückig ist, bedarf es keiner Montage, wodurch sich vor allem bei großen Stückzahlen eine hohe Effizienz ergibt.
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Die Ausführung des Primärteils als Platine legt die Vorzugsrichtung der durch die elektrischen Schichten gebildeten Spulen (Windungen) in der Layerebene fest. Die Magnetspannung entsteht dementsprechend senkrecht zu der Layerebene der Platine. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Primärteils lassen sich somit besonders einfach scheibenförmige Motoren herstellen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Primärteil Motor- oder Generatorzähne aufweisen, die in Form von Klauenpolzähnen gestaltet sind. Ein solches Primärteil lässt sich bevorzugt zum Aufbau einer Transversalflussmaschine verwenden. Polbreiten und Pollängen sind dabei durch die Gestaltung der Platine in großen Bereichen frei wählbar. Ebenso ist eine Kaskadierung mehrerer Schichten (Zähne) zur Herstellung des Primärteils möglich.
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Zur Verbesserung der thermischen Stabilität hat sich eine symmetrische Abfolge der verschiedenen Schichten im mehrschichtigen Aufbau als zweckmäßig erwiesen. Bei einem derartigen Aufbau grenzt jede elektrisch leitende Schicht, welche als Spulenwicklung genutzt wird, an eine magnetische leitende Schicht. Zwischen elektrisch leitender Schicht und magnetisch leitender Schicht wird durch eine dielektrische Schicht eine elektrische Isolation erreicht. Die dielektrische Schicht hat eine geringe Dicke, beispielsweise etwa 100 µm. Der gleichmäßige geringe Abstand zwischen elektrisch leitender Schicht und magnetisch leitender Schicht bei gleichzeitig großem flächigem Kontakt erzeugt einen geringen thermischen Widerstand zwischen jeder einzelnen Spulenwicklung und jeder magnetisch leitenden Schicht. Die Wärmeabführung aus dem Primärteil ist dadurch gegenüber üblichen gewickelten Motoren wesentlich besser. Die magnetisch leitenden Schichten können gleichzeitig als Kühlbleche genutzt werden, um die Wärme aus der Spulenwicklung besser abführen zu können. Die realisierte Kühlmöglichkeit erlaubt die Erhöhung der Kraftdichte einer ein derartiges Primärteil nutzenden elektrischen Maschine.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Primärteil durch die Platine verlaufende Kühlkanäle auf. Die Kühlkanäle weisen vorzugsweise eine Kupferbeschichtung auf. Durch die Nutzung von Kühlkanälen kann die Wärmeabfuhr aus dem Primärteil weiter verbessert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Platine zumindest eine Trägerschicht mit Ausnehmungen zur Aufnahme von Permanentmagneten, wobei die Permanentmagnete unmittelbar an magnetisch leitende Schichten angrenzen. Auf diese Weise kann ein mit Permanentmagneten bestücktes Primärteil, beispielsweise eines linearen Reluktanzantriebs, realisiert werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Verbindungsmittel zum Herstellen der magnetischen Verbindung zwischen den magnetisch leitenden Schichten mittels magnetischer Durchkontaktierungen realisiert. Zur Fertigung der magnetischen Durchkontaktierungen werden in die Platine Ausnehmungen eingebracht, welche mit magnetisch leitendem Material verfüllt werden. Das magnetisch leitende Material kann beispielsweise ein pastenartiges Material sein, welches Ferromagnetpulver, wie beispielsweise Eisenpulver oder Ferritpulver verschiedener Legierungen enthält. Pastenartige Materialien lassen sich gut handhaben und aufwandsarm in die Ausnehmungen zur Herstellung magnetischer Durchkontaktierungen einbringen. Alternativ können jedoch auch Niete, Stifte oder Hülsen aus magnetisch leitendem Material Verwendung finden, welche in die Ausnehmungen eingebracht und mit der Platine auf geeignete Art und Weise verbunden werden. Bei alternativen Ausführungsformen kann das aus magnetisch leitendem Material bestehende Verbindungsmittel an der Platine mechanisch befestigt werden. Das Verbindungsmittel kann beispielsweise als Rückschlussblech ausgebildet sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bestehen die magnetisch leitenden Schichten aus ferromagnetpulvergefüllten Kunststofffolien oder ferromagnetischen Blechen. Als Ferromagnetpulver kann beispielsweise Eisenpulver oder Ferritpulver verschiedener Legierungen zum Einsatz kommen. Ferromagnetpulvergefüllte Kunststofffolien eignen sich besonders gut, da sie ähnlich wie FR4-Basismaterial bearbeitet werden können. FR4-Basismaterial wird häufig bei der elektrischen Platinenfertigung eingesetzt, so dass auf bewährtes Know-how zurückgegriffen werden kann. Darüber hinaus können auch verschiedenste Spezialfolienmaterialien eingesetzt werden, welche beispielsweise magnetflusssammelnde (Mumetall) oder schirmende Eigenschaften haben.
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Die elektrisch leitenden Schichten, welche mindestens eine Spule ausbilden, sind vorzugsweise über elektrische Durchkontaktierungen miteinander verbunden. Die elektrischen Durchkontaktierungen können zweckmäßigerweise über metallisierte Wandungen realisiert werden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin durch eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 6 gelöst. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst das bereits beschriebene Primärteil sowie ein gegenüberliegend zum Primärteil angeordnetes Sekundärteil, welches magnetisch leitfähige Komponenten aufweist. Primärteil und Sekundärteil sind durch einen Luftspalt voneinander getrennt. Die elektrische Maschine kann beispielsweise ein linearer Reluktanzantrieb, ein linearer Servomotor oder ein rotativer Antrieb sein.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient auch ein Verfahren gemäß Anspruch 7.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte: Zunächst wird eine mehrschichtige Platine hergestellt. Die Platine umfasst mindestens zwei voneinander beabstandete, elektrisch leitende Schichten, wobei die elektrisch leitenden Schichten mindestens eine Spule ausbilden, mindestens eine zwischen diesen angrenzenden elektrisch leitenden Schichten angeordnete dielektrische Schicht sowie mindestens zwei voneinander beabstandete, magnetisch leitende Schichten, welche jeweils zumindest mittelbar angrenzend zu einer der elektrisch leitenden Schichten angeordnet sind.
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Anschließend werden magnetische Verbindungen zwischen den magnetisch leitenden Schichten hergestellt. Hierfür können Ausnehmungen in die mehrschichtige Platine eingebracht werden, welche mit magnetisch leitfähigem Material verfüllt werden. Es können jedoch auch Verbindungsmittel aus einem magnetisch leitenden Material an der Platine mechanisch befestigt werden.
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Nachfolgend werden elektrische Verbindungen zwischen den elektrisch leitenden Schichten gefertigt. Hierfür werden vorzugsweise Ausnehmungen in die Platine eingebracht, deren Wandungen zur Erzeugung elektrischer Durchkontaktierungen metallisiert werden.
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In abgewandelten Ausführungen kann die Reihenfolge für die Herstellung der elektrischen und magnetischen Verbindungen anders gewählt werden. Beispielsweise können zuerst die elektrischen Verbindungen zwischen den elektrisch leitenden Schichten hergestellt werden, dann die Bohrungen für die magnetischen Verbindungen eingebracht und abschließend diese Bohrungen mit den ferromagnetischen Materialien gefüllt werden, um die magnetischen Verbindungen zu erzeugen.
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Die Fertigung der Platine erfolgt vorzugsweise im Nutzen. Die Erfindung führt zu dem Vorteil, dass der Einsatz ferromagnetischer Folien oder Bleche in der Platinenfertigung in Kombination mit den üblichen elektrischen Lagen möglich ist, zur Ausformung von Motorspulen und dem magnetflussleitenden Eisenkreis. Die hergestellten Primärteile des Motors sind einstückig und bedürfen keiner Montage. Vor allem bei großen Stückzahlen von Kleinteilen ergibt sich eine hohe Effizienz. Die erzeugten Teile können vor oder nach dem Laminieren wie üblich mit Fräsen, Bohren oder Laserschneiden strukturiert werden. Die gesamten verfügbaren Bearbeitungsmethoden der Platinenfertigung stehen auch für die magnetischen Funktionslagen zu Verfügung.
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Nach einer bevorzugten Ausführung kann die mehrschichtige Platine aus mehreren zweilagigen Platinen gefertigt werden. Zweilagige Platinen besitzen eine Trägerschicht und beidseitig eine Kupferschicht. In jede zweilagige Platine werden vorzugsweise die zur Realisierung der elektrischen Durchkontaktierungen erforderlichen Ausnehmungen eingebracht und deren Wandungen entsprechend metallisiert. Nachfolgend wird an jeder zweilagigen Platine als Deck- und Bodenschicht jeweils eine magnetisch leitende Schicht, beispielsweise in Form einer ferromagnetpulvergefüllten Kunststofffolie, mit den üblichen Technologien und Materialien befestigt. Die magnetisch leitende Schicht kann zum Beispiel auflaminiert werden. In die entstehenden Teilpakete aus jeweils zwei magnetisch leitenden Schichten und elektrisch leitenden Schichten können anschließend Ausnehmungen derart eingebracht werden, dass sie sich durch die magnetisch leitenden Schichten durchgehend erstrecken. Die Ausnehmungen werden mit magnetisch leitendem Material zur Realisierung der magnetischen Durchkontaktierungen verfüllt. Alternativ können die magnetisch leitenden Schichten auch nachdem alle Schichten der mehrschichtigen Platine miteinander verbunden worden sind, mittels eines an der Platine befestigten Verbindungsmittels magnetisch verbunden werden.
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Im nächsten Schritt werden die Teilpakete miteinander verbunden, wobei ggf. weitere Schichten in den Verbund integriert werden können, um beispielsweise Permanentmagnete in die Platine integrieren zu können.
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Alternativ kann die mehrschichtige Platine auch gefertigt werden, indem zunächst alle Teilpakete und ggf. weitere Schichten der Platine miteinander verbunden werden. In diesem Fall ist es zweckmäßig, zuerst die magnetischen Durchkontaktierungen zu fertigten und erst im Anschluss daran die elektrischen Durchkontaktierungen. Auch hier kann die Reihenfolge dieser Schritte variiert werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung eines linearen Reluktanzantriebs;
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2 die Fertigung eines Primärteils des linearen Reluktanzantriebs;
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3 eine Schnittdarstellung eines linearen Servomotors;
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4 eine Draufsicht auf den linearen Servomotor;
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5 ein Draufsicht auf das Primärteil eines rotativen Motors;
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6 eine Schnittdarstellung entlang einer Linie A-A in 5;
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7 eine Schnittdarstellung entlang einer Linie B-B in 5;
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1 zeigt eine Schnittdarstellung eines linearen Reluktanzantriebs 01. Der lineare Reluktanzantrieb 01 umfasst ein Primärteil 02 und ein Sekundärteil 03, welche durch einen Luftspalt 04 voneinander getrennt sind. Das Sekundärteil 03 weist an seiner Oberfläche magnetisch leitfähige Strukturen 05 auf. Es kann als geschichtetes Blechpaket ausgebildet sein. Die magnetisch leitfähigen Strukturen 05 sind über ein am Verbindungsmittel 26 aus einem magnetisch leitenden Material magnetisch miteinander verbunden. Das Verbindungsmittel 26 kann beispielsweise ein Rückschlussblech sein. Das Primärteil 02 besteht aus einer mehrschichtigen Platine 07. Die Platine 07 umfasst elektrisch leitende Schichten 08, dielektrische Schichten 09, welche zwischen den elektrisch leitenden Schichten 08 angeordnet sind, sowie magnetisch leitende Schichten 10. Jede magnetisch leitende Schicht 10 ist zumindest mittelbar angrenzend zu einer elektrisch leitenden Schicht 08 angeordnet. Die magnetisch leitenden Schichten 10 sind mit den elektrisch leitenden Schichten 08 vorzugsweise mittels einer Kleberschicht oder Prepreg (nicht dargestellt) mechanisch miteinander verbunden. Die Kleberschicht sorgt gleichzeitig für die elektrische Isolation.
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Die elektrisch leitenden Schichten 10 sind zur Ausbildung von Spulen als strukturierte Schichten ausgeführt. In der gezeigten Ausführungsform weist der Reluktanzantrieb 01 zwei Phasen auf, wobei erste Spulen 11 der Phase 1 in der oberen Hälfte der Platine 07 und zweite Spulen 12 der Phase 2 in der unteren Hälfte der Platine 07 realisiert sind. Es sind natürlich auch Reluktanzantriebe 01 mit einer oder mehr als zwei Phasen möglich.
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Mittels elektrischer Durchkontaktierungen 13 (siehe 2) sind die elektrisch leitenden Schichten 10 miteinander elektrisch verbunden. Zur Herstellung der elektrischen Durchkontaktierungen 13 werden Ausnehmungen 22 in die Platine 07 eingebracht, deren Wandungen vorzugsweise metallisiert werden. Alternativ können auch Niete, Stifte oder Hülsen aus einem elektrisch leitfähigen Material in die Ausnehmungen 22 eingebracht und mit der Platine 07 mechanisch verbunden werden. Je nach Verwendungszweck ist die Form und Größe der elektrischen Durchkontaktierungen 13 unterschiedlich. Kleinere elektrische Durchkontaktierungen 13 können beispielsweise gebohrt werden, während größere Durchkontaktierungen 13 vorzugsweise gefräst werden.
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Die magnetisch leitenden Schichten 10 sind bevorzugt als ferromagnetpulvergefüllte Kunststofffolien oder Bleche ausgeführt. Als Ferromagnetpulver kann zum Bespiel Eisenpulver oder Ferritpulver verschiedener Legierungen zum Einsatz kommen. Die magnetisch leitenden Schichten 10 sind über magnetische Durchkontaktierungen 14 miteinander verbunden. Auf diese Weise wird die magnetische Flussleitung gezielt in die dritte Dimension erweitert. Zum Erzeugen der magnetischen Durchkontaktierungen 14 werden Ausnehmungen 23 in die Platine 07 eingebracht. Die Ausnehmungen 23 können wiederum gebohrt oder gefräst werden. Die Ausnehmungen 23 durchdringen zumindest alle magnetisch leitenden Schichten 10. In die Ausnehmungen 23 wird magnetisch leitendes Material eingebracht. Das magnetisch leitende Material kann eine Paste sein, welche Ferromagnetpulver, wie Eisenpulver oder Ferritpulver verschiedener Legierungen enthält. Alternativ können jedoch auch Nieten, Stifte oder Hülsen aus magnetisch leitendem Material zum Einsatz kommen, welche in die Ausnehmungen 23 eingebracht und mit der Platine 07 mechanisch verbunden werden.
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Die Platine 07 umfasst weiterhin zwei Trägerschichten 15 zur Aufnahme von paarweise angeordneten Permanentmagneten 17 mit unterschiedlicher Polarität. Die Permanentmagnete 17 erzeugen in den Spulen 11, 12 einen magnetischen Fluss, welcher sich durch das elektromagnetische Feld der bestromten Spulen 11, 12 je nach Bestromung verstärkt oder abschwächt und der sich über die magnetisch leitfähigen Strukturen 05 des Sekundärteils 03 schließt.
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Das Primärteil 02 weist als Deck- und Bodenschicht je eine Hilfsschicht 19 auf, welche insbesondere das Primärteil 02 vor Umwelteinflüssen schützt. Mittig sind weitere Hilfsschichten 19 angeordnet, die in erster Linie der magnetischen Isolation der benachbarten magnetisch leitenden Schichten 10 dienen.
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Anhand von 2 soll anhand dargestellter Herstellungsphasen die Fertigung des Primärteils 02 des beschriebenen linearen Reluktanzantriebs 01 erläutert werden. Bei der gezeigten Ausführungsform werden zur Ausbildung der Spulen 11, 12 vier zweilagige Platinen 20 mit jeweils einer als Träger fungierenden dielektrischen Schicht 09 und einer beidseitig aufgebrachten elektrisch leitenden Schicht 08 verwendet. Es sind natürlich auch Ausführungen möglich, welche mehr als vier zweilagige Platinen 20 verwenden bzw. auf die Verwendung zweilagiger Platinen 20 verzichten.
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Zunächst erfolgt in den Schritten S1, S2 die Fertigung der elektrischen Durchkontaktierungen 13. Hierzu werden in die zweilagige Platine 20 Ausnehmungen 22 eingebracht, deren Wandungen nachfolgend metallisiert werden. Alternativ können auch Niete, Stifte oder Hülsen aus einem elektrisch leitfähigen Material in die Ausnehmungen 22 eingebracht und mit der Platine 07 mechanisch verbunden werden.
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Anschließend werden im Schritt S3 an der zweilagigen Platine 20 magnetisch leitende Schichten 10 als Deck- und Bodenschicht befestigt. Die magnetisch leitenden Schichten 10 können beispielsweise auflaminiert werden.
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Im Schritt S4 werden die zur Herstellung der magnetischen Durchkontaktierungen 14 benötigten Ausnehmungen 23 eingebracht.
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Als Deckschicht wird im Schritt S5 eine Hilfsschicht 19 an der oberen der beiden magnetisch leitenden Schichten 10 befestigt.
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Im Anschluss daran werden im Schritt S6 die magnetischen Durchkontaktierungen 14 fertig gestellt, indem in die Ausnehmungen 23 magnetisch leitendes Material eingebracht wird. Da die zur Realisierung der magnetischen Durchkontaktierungen 14 eingebrachten Ausnehmungen 23 erst nach dem Verbinden der Schichten eingebracht und dann mit magnetisch leitendem Material gefüllt werden, kann ein direkter großflächiger Kontakt zwischen den magnetischen Durchkontaktierungen 14 und den magnetisch leitenden Schichten 10 erreicht werden. Hierdurch gibt es keine Kleberschicht zwischen den magnetisch leitenden Schichten 10 und dem magnetisch leitenden Material in den Ausnehmungen 23. Die Kontaktfläche zwischen dem magnetisch leitenden Material in den Ausnehmungen 23 und den magnetisch leitenden Schichten 10 ist nicht nur kreisförmig sondern zylindrisch und somit stark vergrößert.
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Nachfolgend erfolgt im Schritt S7 die Erzeugung weiterer elektrischer Durchkontaktierungen 13, welche sich durch die nunmehr miteinander verbundenen Schichten erstrecken.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden parallel vier Teilpakete gefertigt, welche jeweils eine zweilagige Platine 20 mit an den Außenseiten der Platine 20 befestigten magnetisch leitenden Schichten 10 umfassen. An jedes der Teilpakete wird, wie in Schritt S5 beschrieben, als Deckschicht oder Bodenschicht eine Hilfsschicht 19 befestigt. Die Teilpakete werden im Schritt S8 miteinander verbunden, wobei zwei zusätzliche Trägerschichten 15 in den Verbund integriert werden. Die Trägerschichten 15 befinden sich jeweils zwischen zwei angrenzenden magnetisch leitenden Schichten 10. Sie weisen Aussparungen 24 zur Aufnahme der Permanentmagnete 17 auf, welche nachfolgend eingebracht werden.
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Alternativ kann die das Primärteil 02 bildende Platine 07 auch gefertigt werden, indem zunächst alle Teilpakete und weitere Schichten 15, 19 der Platine 07 miteinander verbunden werden. In diesem Fall müssen jedoch zuerst die magnetischen Durchkontaktierungen 14 gefertigt werden und erst im Anschluss daran die elektrischen Durchkontaktierungen 13.
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Ebenso sind Ausführungen möglich, welche keine zweilagigen Platinen 20 nutzen, sondern einzelne Schichten, welche miteinander zur mehrlagigen Platine 07 verbunden werden. Auch in diesem Fall müssen die magnetischen Durchkontaktierungen 14 zeitlich vor den elektrischen Durchkontaktierungen hergestellt werden. Wie oben bereits erläutert wurde, kann die Reihenfolge bei der Herstellung der elektrischen und magnetischen Verbindungen variiert werden.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung eines linearen Servomotors 25, während 4 eine Draufsicht auf den linearen Servomotor zeigt. Der lineare Servomotor 25 umfasst ein Primärteil 02 und ein Sekundärteil 03, die durch einen Luftspalt 04 voneinander getrennt sind. Das Sekundärteil 03 besteht aus magnetisch leitfähigem Material und weist an seiner Außenfläche eine Abfolge von Permanentmagneten 17 auf. Es kann als geschichtetes Blechpaket mit sich abwechselnden Schichten aus permanentmagnetischem Material und Ferromagnetpulver enthaltenem Material ausgeführt sein. Das ringförmige Primärteil 02 besteht wiederum aus einer mehrschichtigen Platine 07 mit elektrisch leitenden Schichten 08, zwischen den elektrisch leitenden Schichten 08 angeordneten dielektrische Schichten 09 sowie magnetisch leitenden Schichten 10. Die magnetisch leitenden Schichten 10 sind über ein am Außenumfang der Platine 07 angeordnetes Verbindungsmittel 26 aus einem magnetisch leitenden Material magnetisch miteinander verbunden. Das Verbindungsmittel 26 kann beispielsweise ein Rückschlussblech sein.
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Der dargestellte Servomotor 25 ist als zweipoliger dreiphasiger Motor ausgeführt. Die Spulen 11, 12 und 18 der Phase 1, 2 und 3 sind auf den elektrisch leitenden Schichten 08 ausgebildet. In die Platine 07 sind Kühlkanäle 27 zum gezielten Abführen von Betriebswärme eingebracht. Die Kühlkanäle 27 weisen vorzugsweise eine Kupferbeschichtung auf. Die während des Betriebs ausgeführte Linearbewegung des Sekundärteils 03 ist mittels Doppelpfeil entlang der Längsachse des Sekundärteils gekennzeichnet.
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5 zeigt eine Draufsicht auf das Primärteil 02 eines rotativen Motors, welcher als zweipoliger, dreiphasiger Motor ausgeführt ist. 6 zeigt eine Schnittdarstellung entlang einer Linie A-A in 5, während in 7 eine Schnittdarstellung entlang einer Linie B-B in 5 dargestellt ist. Das ringförmige Primärteil 02 ist ebenfalls aus einer mehrschichtigen Platine 07 mit dem bereits beschriebenen Schichtenaufbau aufgebaut. Auf den elektrisch leitenden Schichten 08 sind wiederum Spulen ausgebildet. Im Unterschied zu den bislang beschriebenen Ausführungen ist eine Zahnstruktur mit Zähnen 28, 29 ausgebildet, indem die am Innendurchmesser des Primärteils 02 befindlichen Endbereiche einiger magnetisch leitender Schichten 10 vertikal abgewinkelt sind. Das am Außenumfang der Platine 07 angeordnete Verbindungselement 26, beispielsweise ein Rückschlussblech, verbindet die magnetisch leitenden Schichten 10. In die Platine 07 sind wiederum Kühlkanäle 27, vorzugsweise mit einer Kupferbeschichtung, zum gezielten Abführen von Betriebswärme eingebracht.
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Die zuletzt beschriebene Primärteilausführung ermöglicht rotative Motoren mit von den Dicken der einzelnen Schichten unabhängiger Polbreite und Pollänge. Aufgrund der verwendeten Platinentechnik kommt es zur Ausbildung von Magnetspannungen (Motorkraft) in der Platinenebene, sodass müssen die Pole umgelenkt werden müssen. Dazu ist der Motor-(Generator-)Zahn ähnlich eines Klauenpolzahns ausgebildet. Das feldsammelnde Blech in der Layerebene ist um 90° abgewinkelt. Dadurch entsteht an durch die Platinengestaltung beliebig wählbarer Position ein Motorzahn mit um 90° abgelenkter Feldausbreitung. Durch geeignete Anordnung der abgewinkelten Blechteile entstehen Motorzähne mit frei wählbaren Polbreiten und Polabständen. Die Kaskadierung mehrerer Schichten (und Zähne) senkrecht zur Layerebene ermöglicht gleichzeitig die Herstellung eines Primärteils mit beliebiger Pollänge.
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Abschließend soll darauf hingewiesen werden, dass die gezeigten Ausführungen elektrischer Maschinen lediglich beispielhaften Charakter tragen. Darüber hinaus sind selbstverständlich weitere Ausführungen möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- linearer Reluktanzantrieb
- 02
- Primärteil
- 03
- Sekundärteil
- 04
- Luftspalt
- 05
- magnetisch leitfähige Komponenten
- 06
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- 07
- mehrschichtige Platine
- 08
- elektrisch leitende Schichten
- 09
- dielektrische Schichten
- 10
- magnetisch leitende Schichten
- 11
- Spulen Phase 1
- 12
- Spulen Phase 2
- 13
- elektrische Durchkontaktierungen
- 14
- magnetische Durchkontaktierungen
- 15
- Trägerschichten
- 16
-
- 17
- Permanentmagnete
- 18
- Spulen Phase 3
- 19
- Hilfsschicht
- 20
- zweilagige Platine
- 21
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- 22
- Ausnehmungen für elektrische Durchkontaktierungen
- 23
- Ausnehmungen für magnetische Durchkontaktierungen
- 24
- Ausnehmungen für Permanentmagneten
- 25
- linearer Servomotor
- 26
- Verbindungsmittel
- 27
- Kühlkanäle
- 28
- Zahn Pol 1
- 29
- Zahn Pol 2
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008062575 A1 [0002]
