DE102015225051A1

DE102015225051A1 - Befestigen von Magneten an einem Träger eines Läufers oder Ständers einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102015225051A1
Application number: DE102015225051.2A
Authority: DE
Inventors: Blaz Vidic; Primoz Benedik; Gregor Cernivec; Rado Lisjak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2017-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Ständer und einem Läufer (100), wobei ein Magnet (120) durch zwei Klemmelemente (140, 155) eingeklemmt ist, wobei die Klemmelemente (140, 155) form- und/oder kraftschlüssig mit einem Träger des Ständers bzw. Läufers (100) verbunden sind, und ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verklemmung von dem Magneten (120) an einem Träger eines Ständers und/oder Läufers (100), wobei der Magnet zwischen zwei Klemmelemente (140, 155) eingeklemmt wird und die zwei Klemmelemente (140, 155) form- und/oder kraftschlüssig an dem Träger des Ständers und/oder Läufers (100) befestigt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Läufer oder Ständer, auf dem ein Magnet durch zwei Klemmelemente eingeklemmt ist, und ein Verfahren zum Befestigen eines Magneten an einem Träger eines Ständers und/oder Läufers einer elektrischen Maschine.
Stand der Technik
Das Befestigen von Magneten auf Trägern von Läufern oder Ständern von elektrischen Maschinen, wie bspw. Generatoren oder Motoren, insbesondere Synchronmotoren (Linear-Synchronmotoren und Rotationssynchronmotoren), wird üblicherweise mittels einer Klebeverbindung mit bspw. Mehrkomponentenklebstoffen bereitgestellt. Darüberhinaus werden die Läufer bzw. Rotoren von Rotationsmaschinen gewöhnlich bandagiert, um die Magneten gegen ein Herausfallen während des Klebens und Aushärtens zu schützen.
Die DE 10 2007 033 214 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verkleben von Werkstücken. Der Klebstoff ist durch UV- oder Vis-Strahlung aktivierbar, wobei durch die Aktivierung Katalysatoren im Klebstoff gebildet werden, die die Aushärtung des Klebstoffes ohne weitere Bestrahlung einleiten. Das Verfahren ist insbesondere zum Verkleben von Permanentmagneten mit dem Träger eines Läufers bzw. Rotors oder dem Träger eines Ständers bzw. Stators eines Elektromotors geeignet.
Das Klebeverfahren erfordert definierte und gleichbleibende Parameter während des gesamten Klebevorgangs. Hierzu zählen eine gewisse Rauigkeit der zu verklebenden Flächen, absolute Sauberkeit der zu verklebenden Flächen sowie die Einhaltung der jeweils vorgeschriebenen Verfahren sowohl beim Auftrag des Klebstoffs als auch bei der Aushärtung. Zudem hat neben der Sauberkeit auch die relative Feuchte in der umgebenden Atmosphäre einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität der Klebeverbindung. Da die konstante Aufrechthaltung aller Parameter während der Herstellung oft nicht gewährleistbar ist, kann eine konstante Qualität der Klebeverbindungen und somit der Elektromotoren oft nicht sichergestellt werden. Die Strapazierfähigkeit bzw. Haltbarkeit der Klebeverbindung nimmt zudem weiter ab, wenn die Oberfläche der verklebten Flächen einer galvanischen oder chemischen Behandlung zur Herstellung eines Korrosionsschutzes unterzogen wird.
Darüber hinaus stellt das Klebeverfahren einen Engpass im Produktionsprozess dar, da während des Verklebens, Verfestigens und Aushärtens des Klebstoffs nachfolgende Prozessschritte nicht ausgeführt werden können.
Für bestimmte Anwendungen werden sehr hohe Drehzahlen des Rotors gefordert. Die Verklebung des Magneten kann sich bei hohen Drehzahlen durch die Fliehkraft lösen. Die üblicherweise bei hohen Drehzahlen auftretende Verlustleistung erwärmt den Motor zusätzlich und trägt damit weiter dazu bei, dass für hohe Drehzahlen eine Verklebung der Magnete nicht mehr ausreichend ist.
Die DE 34 01 623 A1 beschreibt eine elektrische Maschine mit einem Läufer bzw. Rotor und/oder Ständer bzw. Stator und mit am Joch befestigten Dauermagneten aus Barium-, Strontiumferrit oder ähnlichen Substanzen hoher Härte und niedriger Zähigkeit. Die Magneten sind direkt am Innenrand des Jochs oder am Außenrand des Jochs mit Hilfe einer zentrisch angeordneten Schraube befestigt.
Klebeverbindungen zwischen Magneten und Teilen einer elektrischen Maschine sind starken mechanischen Belastung ausgesetzt, was insbesondere während des Betriebs zu bauteilbedingten Ausfällen führen kann. Darüber hinaus kann die Befestigung des Magneten mittels eines Verbindungselements, wie bspw. eine Schraube, das Magnetfeld und somit den Betrieb der elektrischen Maschine beeinflussen.
Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren bereitzustellen, das ein reproduzierbares und definiertes Aufbringen eines Magneten ohne mechanische Beschädigung oder Beeinträchtigung auf Trägern eines Läufers oder Ständers einer elektrischen Maschine ermöglicht, und diese vor einem Ablösen unter Betriebsbedingungen schützt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Befestigen eines Magneten an einem Träger eines Ständers und/oder Läufers einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung schlägt eine elektrische Maschine mit einem Ständer und einem Läufer vor, wobei ein Magnet durch zwei Klemmelemente eingeklemmt ist, wobei die Klemmelemente form- und/oder kraftschlüssig mit einem Träger des Ständers und/oder Läufers verbunden sind.
Eine elektrische Maschine umfasst Generatoren oder Motoren, wie bspw. Synchronmotoren, wobei diese in Form einer linearen oder rotatorischen Maschine ausgebildet sind. Der Ständer bzw. Stator bildet den feststehenden Teil der elektrischen Maschine, wobei der Läufer bzw. Rotor das bewegliche bzw. bewegbare Teil darstellt. Sowohl Ständer als auch Läufer können mit Permanentmagneten ausgerüstet sein, die auf einem Träger des Ständers bzw. Läufers befestigt sind.
Ein Magnet bezeichnet in diesem Zusammenhang einen Permanentmagneten, der bspw. ferromagnetische Metalle wie Eisen, Kobalt, Nickel und/oder seltene Erden und/oder deren Legierungen aufweist. Unter Klemmelementen sei in diesem Zusammenhang ein Bauteil zum Klemmen bzw. Einklemmen bzw. in-Position-Halten von insbesondere Magneten verstanden. Diese Klemmelemente können einstückig als Bauteil oder mehrstückig als Baugruppe gefertigt sein.
Die feste Anbringung von Magneten auf einem Träger des Ständers bzw. Läufers einer elektrischen Maschine über Klemmelemente ist besonders vorteilhaft, da die Magneten keine Beschädigung durch mechanische Prozesse, die aus einer direkten Befestigung des Magneten auf dem Träger des Ständers und/oder Läufers, durch bspw. Bohren, Verschrauben oder Vernieten hervorgehen, erleiden. Vielmehr sind die Magneten durch die Klemmelemente dem jeweiligen Prozess anpassbar und einheitlich voneinander beabstandet, wobei hierdurch eine gleichbleibende, definierte und qualitativ hochwertige Ausführung der elektrischen Maschine gewährleistet wird. Die Magneten sind durch die Klemmelemente derart geklemmt bzw. befestigt, dass ein Ablösen unter Betriebsbedingungen verglichen zu mit Klebeverfahren befestigten Magneten verringert bzw. ausgeschlossen ist. Darüber hinaus entfallen ein Magnetklebeverfahren und damit eine teure Klebevorrichtung sowie das notwendige Bandagieren der Magneten. Zudem entfällt eine aufwendige und kostspielige Umsetzung von Sicherheits- und Umweltrichtlinien beim Umgang mit ausgasenden Klebstoffen, bei denen ein Absaugen von entstehenden Gasen oftmals unabdingbar ist. Vorteilhafterweise sind Parameter wie Lufttemperatur und/oder relative Feuchte bei dem Befestigungsverfahren von Magneten durch Klemmelemente nicht ausschlaggebend für die Qualität der Befestigung. Im Gegensatz zu Magnetklebeverfahren nimmt die Rauigkeit des Trägers des Ständers bzw. Läufers keinen Einfluss auf das Befestigungsverfahren, und ein evtl. Sandstrahlen oder andere Prozesse, die die Rauigkeit verringern, sind somit nicht nötig. Vielmehr ist die Befestigung eines Magneten durch Klemmelemente weitestgehend frei vom Einfluss der Oberflächeneigenschaften des Trägers, wie bspw. einer durch Schmutz oder Fett verunreinigten Oberfläche oder einem aufgetragenen Korrosionsschutz. Insbesondere kann der bei Klebeverfahren verwendete Korrosionsschutz (chemisches Vernickeln) durch den besseren und preiswerteren Korrosionsschutz des chemischen Verzinkens ersetzt werden. Der Magnetbefestigung folgende Arbeitsprozesse können ohne Zeitverzögerung aufgrund von bei Verklebung notwendigen Trocknungsprozessen durchgeführt werden, wodurch ein kostengünstigerer Arbeitsprozess resultiert. Mit anderen Worten kann eine mechanische Befestigung von Magneten auf dem Träger des Ständers bzw. Läufers über Verklemmung zwischen Klemmelementen schneller erfolgen und ist für eine Serienproduktion besser geeignet.
Bevorzugt ist der Magnet zwischen den zwei Klemmelementen angeordnet. Eine Anordnung des Magneten zwischen zwei Klemmelementen ermöglicht eine erhöhte und zwischen mehreren Seiten des Magneten gerichtete Klemmkraft. Hierdurch wird der Magnet sicher in seiner Position gehalten und ein Verrutschen aufgrund von im Prozess einwirkenden Kräften, wie bspw. Zentrifugalkräften, ist deutlich verringert bzw. ausgeschlossen.
Vorzugsweise berühren die Klemmelemente die Seitenflächen und/oder eine dem Ständer bzw. Läufer abgewandte Oberfläche des Magneten. Mit anderen Worten können die Klemmelemente den Magneten seitlich und/oder von oben einklemmen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Klemmelemente aus einem nicht-magnetischen Werkstoff, wie z.B. Metall (Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Messing usw.), Kunststoff (Polymer, Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polycarbonat, Polyoxymethylen und/oder aus einer Kombination der jeweiligen Kunststoffe bzw. Polymere), Keramik, gefertigt. Hierdurch nimmt das Klemmelement keinen Einfluss auf den Betrieb der elektrischen Maschine, wie bspw. bei Bestromung der Wicklungen bzw. Spulen und hierdurch verursachte Magnetfelder.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die den Magneten einklemmenden zwei Klemmelemente elastisch oder plastisch verformt. Eine insbesondere elastische Verformung der Klemmelemente während der Klemmung erlaubt die Übertragung einer großen und gerichteten Klemmkraft auf die Seiten und/oder Oberflächen des Magneten und ermöglicht darüber hinaus eine Anpassung auf verschiedene Formen und Ausprägungen des jeweiligen Magneten. Elastisch verformte Klemmelemente bieten zudem den Vorteil, dass sie bei einer Reparatur der elektrischen Maschine, wie bspw. ein Austausch eines Magneten, wiederverwendet werden können.
Darüber hinaus kann wenigstens eines der zwei Klemmelemente bevorzugt eine Querschnittsform mit zwei aufeinander zulaufenden Seiten, wie z.B. Dreieck oder Trapez, aufweisen, wodurch eine bessere Verklemmung und Kraftbeaufschlagung des Magneten erfolgen kann. Das Klemmelement weist somit eine Keilform auf.
Insbesondere sieht die vorliegende Erfindung vor, die zwei Klemmelemente durch wenigstens ein Verbindungselement mit dem Träger des Ständers bzw. Läufers zu verbinden. Durch eine Verbindung der Klemmelemente mit dem Träger wird keinerlei zusätzliche mechanische Belastung auf die Magnete ausgeübt, und eine feste und dauerhafte Verbindung der Magneten mit dem Träger wird sichergestellt.
Ein Verbindungselement umfasst dabei besonders eine Schraube und/oder einen Niet. Hierbei wird über ein entsprechendes Montageverfahren wie Pressen bzw. Einpressen, Schrauben bzw. Verschrauben und/oder Nieten bzw. Vernieten eine Verbindung zwischen den die Magneten klemmenden bzw. verklemmenden Klemmelementen und dem Träger des Ständers bzw. Läufers ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist das Verbindungselement aus einem nicht-magnetischen Werkstoff, wie oben erläutert, gefertigt. Hierdurch nimmt das Verbindungselement keinen Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften der elektrischen Maschine.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Magnet einen orthogonalen und/oder einen trapezförmigen Querschnitt auf. Verschiedene Formen des Magneten ermöglichen eine Anpassung des Magneten an die geometrischen Gegebenheiten des Trägers.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Magnet einen Vorsprung, eine Nut und/oder eine Aussparung auf. Durch diese Ausgestaltungen kann der Magnet besonders vorteilhaft zwischen den Klemmelementen geklemmt bzw. verklemmt werden. Darüber hinaus ist eine spezielle Ausfertigung von Klemmelementen möglich, die eine besonders große Klemm- bzw. Haltekraft zwischen Klemmelementen und Magnet erlaubt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Maschine eisenlos, oder weist einen weichmagnetischen Eisenkern auf. Eisenlose elektrische Maschinen weisen eine kompakte Bauweise und einen hohen Wirkungsgrad auf. Darüber hinaus weisen sie kein magnetisches Rastmoment auf, d.h., dass es dem Läufer in jeder beliebigen Position möglich ist, seine Translationsbewegung einzustellen bzw. zu ändern. Eine elektrische Maschine mit einem weichmagnetischen Eisenkern weist bei gleicher magnetischer Erregung bzw. Feldstärke eine erheblich größere magnetische Wirkung auf und ist somit für höhere Leistungen bzw. Lasten geeignet. Unter einem weichmagnetischen Eisenkern sei in diesem Zusammenhang ein Magnet mit geringer Koerzitivfeldstärke verstanden. Daher sind weichmagnetische Eisenkerne besonders geeignet, wenn eine temporäre Magnetisierung durch ein äußeres Magnetfeld nicht zu einer permanenten Magnetisierung führen soll.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Maschine ein Synchronmotor, insbesondere ein Synchron-Linearmotor oder Synchron-Rotationsmotor. Der Synchron-Linearmotor ist eine direkte Antriebsmaschine, die eine direkte Translationsbewegung von Objekten ermöglicht, und wird daher bevorzugt in Werkzeugmaschinen und/oder Positioniersystemen bzw. -geräten, wie bspw. Plasma-, Laser-, oder Wasserstrahlschneideanlagen, eingesetzt.
Darüber hinaus kann die elektrische Maschine bevorzugt als ein Rotationssynchronmotor ausgebildet sein. Der Läufer ist gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Rotor ausgebildet. Ein Rotationssynchronmotor mit nachgeschaltetem Rotations-Translations-Umwandler erlaubt einen kostengünstigen Einsatz bei größerer Förderleistung, da der Rotationssynchronmotor erst über ein Getriebe an das eigentliche Antriebsproblem, d.h. eine Translationsbewegung, angepasst wird, und somit eine indirekte Antriebsmaschine darstellt. Die indirekte Form des translativen Antriebs erlaubt einen erheblich geringeren konstruktiven Aufwand und dadurch einen kostengünstigeren Betrieb und Wartung.
Die Erfindung betrifft neben der oben beschriebenen Vorrichtung weiterhin ein Verfahren zum Befestigen eines Magneten durch zwei Klemmelemente an einem Träger eines Ständers bzw. Läufers einer elektrischen Maschine. Ausgestaltungen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der obigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in analoger Art und Weise.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung von für die Erfindung geeigneten Magneten in einer Querschnittansicht.
2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines Teils eines Läufers oder Ständers mit Magneten mit orthogonalem Querschnitt in einer Schnittansicht, einer Frontansicht und einer Draufsicht.
3 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Läufers oder Ständers mit Magneten mit trapezförmigem Querschnitt in einer Schnittansicht, Frontansicht und einer Draufsicht.
4 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Läufers oder Ständers mit Magneten mit einer Aussparung bzw. einem Vorsprung in einer Schnittansicht, Frontansicht und einer Draufsicht.
5 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Läufers oder Ständers mit Magneten mit einer Nut in einer Schnittansicht, Frontansicht und einer Draufsicht.
6 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines Rotors mit Magneten mit orthogonalem Querschnitt in einer Schnittansicht und Klemmelemente in einer perspektivischen Ansicht.
7 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Rotors mit Magneten mit einer Nut in einer Schnittansicht und Klemmelemente in einer perspektivischen Ansicht.
8 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Rotors mit Magneten mit orthogonalem Querschnitt in einer perspektivischen Ansicht und einer Schnittansicht.
In den Figuren sind zahlreiche unterschiedliche Magneten, Klemmelemente und Verbindungselemente gezeigt, von denen jedes für sich und unabhängig von anderen möglicherweise dargestellten Elementen eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darstellt. Die Magneten weisen unterschiedliche Formen auf. Die Klemmelemente weisen unterschiedliche Formen auf und/oder sind einstückig, bspw. als Einsatz, oder mehrstückig, bspw. mit einem Einsatz und einem Gegeneinsatz, ausgebildet. Die Verbindungselemente weisen unterschiedliche Formen auf, bspw. Schrauben, Nieten usw. Soweit nicht anders beschrieben, bestehen die Klemmelemente und die Verbindungselemente vorzugsweise aus nicht-magnetischem Werkstoff.
1 zeigt vier bevorzugte Ausgestaltungen der zu befestigenden Magneten 120, 220 (225), 320 (325), 420 jeweils in einer Querschnittsansicht. Der Magnet 120 weist einen orthogonalen Querschnitt und die Magneten 220 (225) weisen einen trapezförmigen Querschnitt mit schrägen bzw. aufeinander zulaufenden Seitenflächen 221 auf. Die Magneten 320 (325) weisen eine Aussparung bzw. einen Vorsprung 321 und der Magnet 420 weist eine Nut 421 auf. Die Magneten 120 und 420 weisen eine Achsensymmetrie in der Zeichenebene auf, und sind somit durch eine Drehung in die entsprechend gewünschte Polarität, d.h. Nordpol oder Südpol, an Oberseite bzw. Unterseite der Magneten überführbar. Diese Achsensymmetrie in der Zeichenebene ist bei den Ausführungsformen 220 bzw. 225 mit trapezförmigen Querschnitt und 320 bzw. 325 mit der Aussparung nicht gegeben. Lediglich der Vollständigkeit halber werden daher jeweils zwei Ausführungsformen 220 und 225 bzw. 320 und 325 mit unterschiedlichem Magnetfeldverlauf unterschieden.
2 zeigt ausschnittsweise einen Stator oder Läufer 100 mit einer Trägerplatte bzw. einem Träger 110 und mit Magneten 120, die jeweils einen orthogonalen Querschnitt aufweisen. In 2 sind unterschiedliche Klemmelemente und unterschiedliche Verbindungselemente dargestellt.
Der Stator oder Läufer 100 weist ein längliches begrenzendes Klemmelement 130 am Ende (in der Figur links) des Trägers 110 auf, an dem ein Positionierteil 131 ausgebildet und das mittels eines oder mehrerer Einpresszapfen 132 als Verbindungselement(e) in dem Träger 110 befestigt ist (z.B. eingepresst, eingeklebt oder eingeschraubt). Im Beispiel 130 sind demnach das Klemmelement 131 und das zugehörige Verbindungselement 132 einstückig ausgebildet.
Darüber hinaus sind in dem Träger 110 in einem Polabstand _m Positionierstifte 112 aus nicht-magnetischem Werkstoff in Löchern 113 befestigt (z.B. gepresst oder geschraubt), um die Magneten 120 und/oder die Klemmelemente auszurichten.
Die Klemmelemente sind länglich ausgebildet und befinden sich zwischen den Längsseiten von benachbarten Magneten. Die Klemmelemente umfassen Einsätze 140 und Gegeneinsätze 145, 155. Dabei werden die Gegeneinsätze 145, 155 durch Verbindungselemente 165, 175, 185, welche durch die Einsätze 140 reichen, im Träger 110 in dortigen Bohrungen 114, 115, 116. 117 mit oder ohne Gewinde befestigt. Als Verbindungselemente sind hier eine Senkkopfschraube 165, eine Rundkopfschraube 175 und ein Niet 185 dargestellt, wobei die zugehörigen Gegeneinsätze 145, 155 jeweils auf die Form des Verbindungselements abgestimmt sind.
Eine Klemmkraft wird dadurch erzeugt, dass die Ebenen der Einsätze 140, auf welchen die Gegeneinsätze 145, 155 aufliegen, nicht parallel verlaufen, sondern schief in einem Winkel > 0°, so dass durch Eindringen der Gegeneinsätze 145, 155 in die Einsätze 140 sich diese weiten und die seitlich benachbarten Magneten einklemmen.
3 zeigt ausschnittsweise eine weitere Ausgestaltung eines Stators oder Läufers 200 mit dem Träger 110 und mit Magneten 220, 225, die einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Die Seiten 221 (1) der Magneten 220, 225 sind um den Winkel geneigt. In 3 sind erneut unterschiedliche Klemmelemente und unterschiedliche Verbindungselemente dargestellt.
Der Stator oder Läufer 200 weist ein begrenzendes Klemmelement 230 am Ende (in der Figur links) des Trägers 110 auf, an dem ein Positionierteil 231 ausgebildet und das mittels eines hier als Senkkopfschraube 132 ausgebildeten Verbindungselements in eine entsprechende Aussparung des Träger 110 eingeschraubt ist. Da das Klemmelement 230 Material des Trägers 110 ersetzt, ist es zweckmäßigerweise aus demselben oder ähnlichen Material, z.B. weichmagnetischem Eisen, hergestellt. Im Beispiel 230 sind demnach das Klemmelement 231 und das zugehörige Verbindungselement 235 nicht einstückig ausgebildet. Das Positionierteil 231 weist eine schiefe Seitenfläche auf, welche um einen Winkel/2 gegen den benachbarten Magneten geneigt ist, um dessen Seitenfläche, die ebenfalls geneigt ist, bündig zu berühren.
Darüber hinaus sind in dem Träger 110 in einem Polabstand _m Positionierstifte 212 aus nicht-magnetischem Werkstoff in Löchern 113 befestigt, um die Magneten auszurichten. Als weitere Ausrichtmöglichkeit sind Fräskanten 111 dargestellt.
Die Klemmelemente sind länglich mit keiner (240) oder zwei (250, 260, 270) Öffnungen für Verbindungselemente ausgebildet und befinden sich zwischen den Längsseiten der Magneten. Die Klemmelemente umfassen hier Einsätze 240, 250, 260, 270 und Gegeneinsätze 253 und werden durch Verbindungselemente 242, 185, 165 und 195 im Träger 110 befestigt.
Der Einsatz 240 ist einstückig mit zwei als Einpresszapfen 242 ausgebildeten 242 ausgebildet, welche in zugehörige Öffnungen 117 im Träger 110 gepresst werden. Der Einsatz 240 weist Seitenflächen 241 auf, die die Seitenflächen 221 der benachbarten Magneten 220, 225 berühren. Die Seitenflächen 241 sind um einen Winkel ' geneigt, der gleich oder größer dem Winkel der Magnetseiten 221 ist. Die Seitenflächen 241 sind elastisch verformbar, um eine erhöhte Klemmkraft auf die benachbarten Magneten 220, 225 bereitzustellen. Für eine erhöhte Elastizität kann der Einsatz 240 eine keilförmige Nut 243 mit dem Winkel , der gleich oder größer als der Winkel ' ist, aufweisen.
Das nächste Klemmelement weist einen Einsatz 250, der die Form einer länglichen Wanne, d.h. mit einer durchgängig und mittig verlaufenden Nut auf der Oberseite hat, und zwei Gegeneinsätze 253 auf, die in Aussparungen 252 des Einsatzes 250 angeordnet sind. Dabei werden die Gegeneinsätze 253 durch Nieten als Verbindungselemente, welche durch den Einsatz 250 reichen, im Träger 110 befestigt. Jeder Gegeneinsatz 253 weist Seitenflächen 251 auf, die die Seitenflächen 221 der benachbarten Magneten 220, 225 berühren. Die Seitenflächen 251 sind um einen Winkel ' geneigt, der gleich oder größer dem Winkel der Magnetseiten 221 ist. Die Seitenflächen 251 sind elastisch verformbar, um eine erhöhte Klemmkraft auf die benachbarten Magneten 220, 225 bereitzustellen.
Der Einsatz 260 ist einstückig mit zwei Öffnungen für Verbindungselemente, um das Klemmelement mit zwei Verbindungselementen mit dem Träger 110 zu verbinden und dadurch eine Klemmkraft zu erzeugen, ausgebildet. Als Verbindungselemente sind hier Schrauben 165, genauer Senkkopfschrauben, eingesetzt. Der Einsatz 260 weist Seitenflächen 261 auf, die die Seitenflächen 221 der benachbarten Magneten 220, 225 berühren. Die Seitenflächen 261 sind um einen Winkel ' geneigt, der gleich oder größer dem Winkel der Magnetseiten 221 ist. Die Seitenflächen 261 sind elastisch verformbar, um eine erhöhte Klemmkraft auf die benachbarten Magneten bereitzustellen. Für eine erhöhte Elastizität kann das Klemmelement eine keilförmige Nut mit dem Winkel , der gleich oder größer als der Winkel ' ist, aufweisen.
Der Einsatz 270 ist einstückig in Form einer länglichen Wanne, d.h. mit einer durchgängig und mittig verlaufenden Nut auf der Oberseite des Klemmelements, mit zwei Öffnungen für Verbindungselemente, um das Klemmelement 270 mit zwei Verbindungselementen auf dem Träger 110 zu befestigen und dadurch eine Klemmkraft zu erzeugen, ausgebildet. Der Einsatz 270 ist dünnwandig, insbesondere aus dünnwandigem Blech, ausgebildet. Als Verbindungselemente sind hier Nieten 195 eingesetzt. Der Einsatz 270 weist Seitenflächen 271 auf, die die Seitenflächen 221 der benachbarten Magneten 220, 225 berühren. Die Seitenflächen 271 sind um einen Winkel '' geneigt, der größer als der Winkel der Magnetseiten 221 (1) ist. Die Seitenflächen 271 sind elastisch verformbar, um eine erhöhte Klemmkraft auf die benachbarten Magneten 220, 225 bereitzustellen.
4 zeigt ausschnittsweise eine weitere bevorzugte Ausgestaltung eines Stators oder Läufers 300 mit dem Träger 110 und mit Magneten 320, 325, die eine Aussparung bzw. einen Vorsprung 321 auf jeweils mittiger Höhe der beiden Seitenflächen aufweisen. In 4 sind erneut unterschiedliche Klemmelemente und unterschiedliche Verbindungselemente dargestellt.
Der Stator oder Läufer 300 weist ein längliches begrenzendes Klemmelement 330 am Ende (in der Figur links) des Trägers 110 auf, an dem ein Positionierteil 332 ausgebildet ist, und das mittels eines oder mehreren hier als Einpresszapfen 331 ausgebildeten Verbindungselementen in dem Träger 110 befestigt ist. Im Beispiel 330 sind demnach das Klemmelement und das zugehörige Verbindungselement 331 einstückig ausgebildet. Das Positionierteil weist eine zum angrenzenden Magneten kongruente Form inkl. eines Vorsprungs 333 auf mittiger Höhe der dem Magneten zugewandten Seitenfläche auf.
Die Klemmelemente sind länglich und mit zwei Öffnungen für Verbindungselemente ausgebildet und befinden sich zwischen den Längsseiten der Magneten 320, 325. Die Klemmelemente umfassen hier Einsätze 350, 360, welche jeweils durch ein oder mehrere (hier zwei) Verbindungselemente 165, 175 (siehe oben) in zugehörigen Öffnungen 114 im Träger befestigt werden.
Der Einsatz 350 weist an jeder Seitenfläche einen Vorsprung auf, der mit dem zugehörigen Vorsprung des Magneten 320, 325 wechselwirkt, um den Magneten 320, 325 einzuklemmen.
Der Einsatz 360 ist hier flach in Form einer Platte bzw. Scheibe ausgebildet, und wird von oben auf die Vorsprünge der Magneten 320, 325 gelegt, um den Magneten 320, 325 einzuklemmen.
Eine besonders große Klemmkraft wird dadurch erzeugt, dass die Einsätze 350, 360 somit auf den Magnetvorsprüngen 321 aufliegen und dadurch vorteilhaft die Magneten 320, 325 verklemmen.
5 zeigt ausschnittsweise eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Stators oder Läufers 400 mit dem Träger 110 und mit Magneten 420, die jeweils eine Nut 421 mit einer unteren Nutseite 422 auf den Seitenflächen aufweisen. Die Nut 421 ist mittig über die komplette Seitenlänge auf beiden Seiten des Magneten 420 ausgebildet.
Der Stator oder Läufer 400 weist ein längliches begrenzendes Klemmelement 430 am Ende (in der Figur links) des Trägers 110 auf, an dem ein Positionierteil 431 ausgebildet ist und das mittels eines hier als Einpresszapfen 132 ausgebildeten Verbindungselements in den Träger 110 eingepresst ist. Im Beispiel 430 sind demnach das begrenzende Klemmelement 430 und das zugehörige Verbindungselement 132 einstückig ausgebildet.
Die Klemmelemente sind länglich und mit zwei Öffnungen für Verbindungselemente ausgebildet und befinden sich zwischen den Längsseiten der Magneten 420. Die Klemmelemente umfassen hier Einsätze 450, welche jeweils durch ein oder mehrere (hier zwei) Verbindungselemente 175 (siehe oben) in zugehörigen Öffnungen 114 im Träger befestigt werden.
Der Einsatz 450 ist hier flach in Form einer Platte bzw. Scheibe ausgebildet und wird von oben auf die Nutseiten 422 der Magneten gelegt, um den Magneten 420 einzuklemmen.
Eine besonders große Klemmkraft wird dadurch erzeugt, dass die Einsätze 450 somit auf den Nutseiten 421 aufliegen und dadurch vorteilhaft die Magneten 420 verklemmen.
6 zeigt ausschnittsweise eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Läufers 500, der insbesondere als Rotor ausgebildet ist, mit einem Träger 510 (hohlzylinderförmig) und mit Magneten 120, die einen orthogonalen Querschnitt aufweisen. In 6 sind unterschiedliche Klemmelemente und unterschiedliche Verbindungselemente dargestellt.
Der Rotor 500 weist an dem Träger 510 im Polabstand Fräskanten 511 auf, um die Magneten 120 auszurichten. Darüber hinaus weist der Träger 510 Bohrungen 114, 115, 116 mit oder ohne Gewinde für die Verbindung der Klemmelemente mit dem Träger 510 mittels Verbindungselementen 165, 175, 185, 195 (Schrauben oder Nieten) auf.
Die Klemmelemente sind länglich mit zwei Öffnungen für Verbindungselemente 165, 175, 185, 195 ausgebildet und befinden sich zwischen den Längsseiten der Magneten 120. Die Klemmelemente umfassen hier Einsätze 550, 555, 560, 565, 570, 575, 580, 585, welche jeweils durch ein oder mehrere (hier zwei) Verbindungselemente 165, 175, 185, 195 (siehe oben) in zugehörigen Öffnungen 114, 115, 116 im Träger befestigt werden.
Die Einsätze 580, 585, 550, 555, 560, 565, 570, 575 sind jeweils keilförmig ausgebildet, d.h. mit geneigten Seitenflächen, um die Magnetseiten 121 (1) der orthogonalen Magneten 120 einzuklemmen. Die Seitenflächen der Einsätze 550, 555, 560, 565, 570, 575 sind durch massive Befestigungsbereiche (hier zwei), die parallele Seitenflächen und Bohrungen für die Verbindungselemente aufweisen, unterbrochen. Durch eine Befestigung der Einsätze 580, 585, 550, 555, 570, 575 auf dem Träger werden die geneigten Seitenflächen der Einsätze verbogen und klemmen somit die benachbarten Magneten 120 ein. Die massiven Befestigungsbereiche sind so ausgebildet, dass sie die Magneten 120 nicht einklemmen, sondern eine besonders robuste Aufnahme der Verbindungselemente 165, 175, 185, 195 und Befestigung der Klemmelemente am Träger ermöglichen.
Die Einsätze 585, 555, 575 weisen jeweils an einem Ende Begrenzungszungen bzw. -vorsprünge 586, 556, 576 auf, um eine Verschiebung endständiger Magneten 120 in vertikaler Richtung zur Zeichenebene zu verhindern.
Soweit die Einsätze jedoch keine endständigen Magneten einklemmen, weisen sie auch die Begrenzungszungen nicht auf. Die Einsätze 580, 550, 560, 570 dienen zur Befestigung von Magneten 120, die jeweils an ihren Enden durch einen weiteren Magneten 120 begrenzt sind, und sich daher nicht in vertikaler Richtung zu der Zeichenebene verschieben können. Sie entsprechen in ihrer Ausführung jeweils den Einsätzen 585, 555, 565 und 575, wobei keine Begrenzungszungen 586, 556, 576 ausgebildet sind.
Dier Einsätze 580, 585 ist hier insbesondere wannenförmig ausgebildet und insbesondere für eine Nietverbindung geeignet. Die Seitenflächen der Einsätze sind elastisch verformbar, um bei Befestigung auf dem Träger eine erhöhte Klemmkraft auf die Seitenflächen 121 (1) der benachbarten Magneten 120 bereitzustellen.
Die Einsätze 550, 555, 560, 565, 570, 575 sind im Gegensatz zu den Einsätzen 580, 585 durch einen dickere Wandstärke der Unterseite und der Seitenwände gekennzeichnet, wobei zusätzlich die zwei Befestigungsbereiche als massive Verstärkungen im Bereich der beiden Bohrungen, die sich über die komplette Höhe des Klemmelements erstrecken, ausgebildet sind (siehe oben).
Die Einsätze 550, 555 weisen weniger hohe Befestigungsbereiche als die Einsätze 560, 565 auf, so dass die Einsätze 550, 555 z.B. mittels Nieten 185 als Verbindungsmittel an dem Träger befestigt werden können, wohingegen die Befestigungsbereiche der Einsätze 560, 565 zur Aufnahme von Senkkopfschrauben ausgebildet sind, so dass die Einsätze 560, 565 z.B. mittels Senkkopfschrauben 165 als Verbindungsmittel an dem Träger befestigt werden können.
Die Einsätze 570, 575 weisen zusätzlich zu der Ausgestaltung der Einsätze 550, 555, 560, 565 Haltevorsprünge bzw. -ohren 577 auf, die die Oberseite der benachbarten Magneten berühren und somit die benachbarten Magneten gegen die Oberfläche des Trägers klemmen, was ein Ablösen der Magneten 120 noch besser verhindert. Die Befestigungsbereiche der Einsätze 570, 575 sind zur Aufnahme von Rundkopfschrauben ausgebildet sind, so dass die Einsätze 570, 575 z.B. mittels Rundkopfschrauben 175 als Verbindungsmittel an dem Träger befestigt werden können.
7 zeigt ausschnittsweise eine weitere bevorzugte Ausgestaltung eines Läufers 600, der insbesondere als Rotor ausgebildet ist, mit dem Träger 510 und mit Magneten 420 die eine Nut aufweisen. In 6 sind Einsätze 650, 655 aufweisende Klemmelemente und Verbindungselemente 175 dargestellt.
Der Träger 510 weist Bohrungen 114 mit Gewinde für die Verbindungselemente 175 auf. Die Verbindungselemente 175 sind als Rundkopfschrauben ausgebildet.
Die Einsätze 650, 655 sind länglich mit einer Öffnung für ein Verbindungselement ausgebildet und befinden sich zwischen den Längsseiten in den Nuten der Magneten 420. Die Einsätze 650, 655 sind durch die Verbindungselemente 175 im Träger 110 befestigt, und erzeugen hierdurch eine Klemmkraft auf die Nutseiten der Magneten.
Der Einsatz 655 ist plattenförmig ausgebildet und weist eine Begrenzungszunge bzw. -vorsprung 656 auf, um eine Verschiebung endständiger Magneten 120 in vertikaler Richtung zur Zeichenebene zu verhindern.
Der Einsatz 650 entspricht in seiner Ausführung dem Einsatz 655, wobei keine Begrenzungszunge 656 ausgebildet ist. Der Einsatz 650 dient zur Befestigung des Magneten 420, der jeweils an seinen Enden durch weitere Magneten 420 begrenzt ist, und sich daher nicht in vertikaler Richtung zu der Zeichenebene verschieben kann.
8 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung eines als Rotor ausgebildeten Läufers 700 mit dem Träger 510 und mit Magneten 120, die einen orthogonalen Querschnitt aufweisen. In 8 sind Einsätze 670 aufweisende Klemmelemente und Verbindungselemente 195, die als Niet ausgebildet sind, dargestellt.
Auf dem Träger 510 sind jeweils drei Magneten 120 in einer Reihe angeordnet und über zwei Einsätze 670 in einer Reihe, die mittels der Verbindungselemente an dem Träger 510 befestigt sind, eingeklemmt. Jeder Einsatz 670 ist mittels zweier Verbindungselemente 195 in zugehörigen Bohrungen im Träger 650 befestigt.
In der hier dargestellten Ausführungsform sind die Klemmelemente so ausgebildet und/oder angeordnet, dass jeweils ein Klemmelement mehr als zwei Magneten einklemmt (hier nämlich vier). Dies kann selbstverständlich für alle im Rahmen der Erfindung beschriebenen Klemmelemente realisiert sein.
Der Einsatz 670 weist Seitenflächen 671 auf, die die Seitenflächen 121 (1) der benachbarten Magneten 120 berühren. Die Seitenflächen 671 sind um einen Winkel ' geneigt, der gleich oder größer dem Winkel der Magnetseiten 121 ist. Im Bereich der Bohrungen für die Verbindungselemente weist der Einsatz 670 eine ebene Befestigungsfläche als Befestigungsbereich auf. Um die ebene Befestigungsfläche zu erhalten, sind Aussparungen 674 in den elastisch verformbaren Seitenflächen 671 vorgesehen. Durch eine Befestigung des Einsatzes 670 auf dem Träger 510 durch die Verbindungselemente 195 werden die Seitenflächen 671 durch die Berührung der benachbarten Magneten 120 nach innen gebogen und stellen somit eine erhöhte Klemmkraft auf die Seitenflächen der benachbarten Magneten 120 bereit.
Der wannenförmig ausgebildete Einsatz 670 weist an einem Ende beidseitig Begrenzungszungen bzw. -vorsprünge 673 auf, um eine Verschiebung endständiger Magneten 120 in vertikaler Richtung zur Zeichenebene zu verhindern. Am gegenüberliegenden Ende reicht der Einsatz über die endständigen Magneten hinaus bis zu den Magneten der zweiten Reihe, so dass für diese gegebenenfalls ein eigenes Klemmelement eingespart werden kann.
Das Klemmelement 670 weist zusätzlich Haltevorsprünge bzw. -ohren 672 auf, die die Oberseite der benachbarten Magneten 120 berühren und gegen die Oberfläche des Trägers 510 klemmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007033214 A1 [0003]
DE 3401623 A1 [0007]

Claims

Elektrische Maschine mit einem Ständer und einem Läufer (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700), wobei ein Magnet (120, 220, 225, 320, 325, 420) durch zwei Klemmelemente (130, 145, 140, 230, 240, 250, 260, 270, 330, 350, 360, 430, 450, 550, 555, 560, 565, 570, 575, 580, 585, 650, 655, 670) eingeklemmt ist, wobei die Klemmelemente (130, 145, 140, 230, 240, 250, 260, 270, 330, 350, 360, 430, 450, 550, 555, 560, 565, 570, 575, 580, 585, 650, 655, 670) form- und/oder kraftschlüssig mit einem Träger des Ständers bzw. des Läufers (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) verbunden sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der Magnet (120, 220, 225, 320, 325, 420) zwischen den zwei Klemmelementen (130, 145, 140, 230, 240, 250, 260, 270, 330, 350, 360, 430, 450, 550, 555, 560, 565, 570, 575, 580, 585, 650, 655, 670) angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zwei Klemmelemente Seitenflächen und/oder dem Ständer bzw. Läufer abgewandte Oberflächen des Magneten berühren.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zwei Klemmelemente (130, 145, 140, 230, 240, 250, 260, 270, 330, 350, 360, 430, 450, 550, 555, 560, 565, 570, 575, 580, 585, 650, 655, 670) elastisch oder plastisch verformt sind.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eines der zwei Klemmelemente (130, 145, 140, 230, 240, 250, 260, 270, 330, 350, 360, 430, 450, 550, 555, 560, 565, 570, 575, 580, 585, 650, 655, 670) eine Querschnittsform mit zwei aufeinander zulaufenden Seiten aufweist.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eines oder beide der zwei Klemmelemente (130, 145, 140, 230, 240, 250, 260, 270, 330, 350, 360, 430, 450, 550, 555, 560, 565, 570, 575, 580, 585, 650, 655, 670) aus einem nicht-magnetischen Werkstoff gefertigt sind.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eines oder beide der zwei Klemmelemente (130, 145, 140, 230, 240, 250, 260, 270, 330, 350, 360, 430, 450, 550, 555, 560, 565, 570, 575, 580, 585, 650, 655, 670) durch wenigstens ein Verbindungselement (132, 165, 175, 185, 195, 235, 242, 331) mit dem Träger des Ständers bzw. Läufers (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) verbunden ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei das wenigstens eine Verbindungselement (132, 165, 175, 185, 195, 235, 242, 331) einen Einpresszapfen (132, 242, 331), eine Schraube (165, 175, 235) und/oder einen Niet (185, 195) umfasst.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, wobei das wenigstens eine Verbindungselement (132, 165, 175, 185, 195, 235, 242, 331) aus einem nicht-magnetischen Werkstoff gefertigt ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Magnet (120, 220, 225, 320, 325, 420) einen orthogonalen Längsschnitt und/oder Querschnitt und/oder einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Magnet (120, 220, 225, 320, 325, 420) einen Vorsprung (321), eine Nut (421) und/oder eine Aussparung aufweist.
Verfahren zum Befestigen eines Magneten (120) an einem Träger (110) eines Ständers und/oder Läufers (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) einer elektrischen Maschine, wobei der Magnet zwischen zwei Klemmelementen (130, 145, 140, 230, 240, 250, 260, 270, 330, 350, 360, 430, 450, 550, 555, 560, 565, 570, 575, 580, 585, 650, 655, 670) eingeklemmt wird und die zwei Klemmelemente (130, 145, 140, 230, 240, 250, 260, 270, 330, 350, 360, 430, 450, 550, 555, 560, 565, 570, 575, 580, 585, 650, 655, 670) form- und/oder kraftschlüssig an dem Träger des Ständers und/oder Läufers (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) befestigt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zwei Klemmelemente (130, 145, 140, 230, 240, 250, 260, 270, 330, 350, 360, 430, 450, 550, 555, 560, 565, 570, 575, 580, 585, 650, 655, 670) mittels wenigstens eines Verbindungselements (132, 165, 175, 185, 195, 235, 242, 331) an dem Träger des Ständers und/oder Läufers (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) befestigt werden.