DE102017104925A1

DE102017104925A1 - Elektromotor und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102017104925A1
Application number: DE102017104925.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Nanowired GmbH
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-13

Abstract

Elektromotor (9) aufweisend zumindest ein Grundbauteil (8) mit einer Mehrzahl von Magneten (2), wobei die Magnete (2) jeweils mit dem Grundbauteil (8) verbunden sind, wobei eine Verbindung (1) zwischen jeweiligen Kontaktflächen (3) der Magnete (2) und des Grundbauteils (8) über eine Vielzahl von Nanodrähten (4) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und ein Herstellungsverfahren dafür.
Es sind verschiedenste Elektromotoren für die unterschiedlichsten Anwendungen bekannt. Insbesondere sind permanent erregte Elektromotoren bekannt. Permanent erregten Elektromotoren ist gemein, dass diese einen oder mehrere (Permanent-)Magnete aufweisen. Solche permanent erregten Elektromotoren werden hier betrachtet. Für manche Anwendungen kann es erforderlich sein, dass ein Elektromotor einen langen, dünnen (Permanent-)Magneten aufweist, der auf eine Fläche aufgebracht ist. Dabei bedeutet lang und dünn, dass eine Ausdehnung des Magneten senkrecht zu der Fläche deutlich kleiner ist als seine Ausdehnung in jeder Richtung quer zu der Fläche („dünn“), und dass der Magnete quer zu der Fläche zwei Ausdehnungen aufweist, von denen eine deutlich größer ist als die andere („lang“). Bei bekannten Lösungen kommt es vor, dass ein solcher langer, dünner Magnet bricht. Um dies zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, den Magneten in mehrere Teilmagnete zu unterteilen. Diese Teilmagnete werden einzeln auf die Fläche aufgeklebt. Dabei ist eine große Präzision erforderlich, damit die magnetischen Eigenschaften der mehreren Teilmagnete die gleichen sind wie die eines nicht geteilten Magneten. Es ist bekannt, die Teilmagnete mit einem Kleber aufzukleben. Dabei kommt es regelmäßig zu einem „Aufschwimmen“ der Teilmagnete. Das bedeutet, dass die Teilmagnete bis zum Aushärten des Klebers beweglich bleiben. Insbesondere aufgrund der gegenseitigen magnetischen Wechselwirkungen der Teilmagnete ist dies nachteilig und kann zu einem ungenauen Aufkleben der Teilmagnete führen. Alternativ zum Kleben der Teilmagnete können diese auch mit der Fläche z. B. verlötet, verschweißt, verschraubt oder mittels Kraftschluss (d.h. durch Druck) verbunden werden. Alle bekannten Verbindungen haben dabei zumindest einen der im Folgenden beschriebenen Nachteile.
Das Verfahren zur Ausbildung der Verbindung zwischen den Teilmagneten und der Fläche kann aufwendig sein (und z. B. komplexe Maschinen erfordern). Auch kann das Verfahren ausgeprägte Anforderungen an die zu verbindenden Bauteile stellen (z. B. hinsichtlich einer minimalen Materialstärke). Weiterhin sind solche Verbindungen oft nicht langzeitbeständig (d.h. sie zeigen unerwünschte Alterungserscheinungen wie z. B. Korrosion). Ein Nachteil, den viele Verbindungen zwischen den Teilmagneten und der Fläche gemäß Stand der Technik gemein haben, ist die mangelnde thermische Stabilität.
So gibt es Anwendungen, bei denen die maximale thermische Belastung eines Elektromotors nicht durch die einzelnen Komponenten limitiert wird, sondern durch die darin ausgebildeten Verbindungen. Hinsichtlich thermischer Belastung ist bei bekannten Verbindungen auch nachteilig, dass diese zum Teil unter hoher Temperatur ausgebildet werden. Dies ist beispielsweise beim Schweißen oder Löten der Fall. Auch wenn sowohl die Verbindung als auch die verbundenen Bauteile die thermischen Anforderungen einer Anwendung erfüllen, kann so ein Problem entstehen. Die zur Herstellung eines Elektromotors nötigen Verbindungen können nicht ausgebildet werden, weil die dazu nötige hohe Temperatur Schäden verursachen würde. Beispielsweise können sich zu verbindende Bauteile thermisch verziehen oder verformen. Auch haben viele bekannte Lösungen den Nachteil, dass die Verbindung über eine Fläche oft ungleichmäßig ausgeprägt ist.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu verringern. Es soll insbesondere ein Elektromotor vorgestellt werden, bei dem eine Mehrzahl von Magneten mit einem Grundbauteil verbunden ist, wobei die Verbindung einfach ausgebildet werden kann, geringe Anforderungen an die zu verbindenden Bauteile stellt, langzeitbeständig ist, einen besonders geringen thermischen Widerstand aufweist, thermisch beständig ist und über eine Fläche gleichmäßig ausgebildet werden kann. Weiterhin soll ein Herstellungsverfahren für einen solchen Elektromotor vorgestellt werden.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Elektromotor gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, mit einer Verwendung einer Folie gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 5 und mit einem Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Erfindungsgemäß wird ein Elektromotor aufweisend zumindest ein Grundbauteil mit einer Mehrzahl von Magneten vorgestellt, bei dem die Magnete jeweils mit dem Grundbauteil verbunden sind. Eine Verbindung zwischen jeweiligen Kontaktflächen der Magnete und des Grundbauteils ist über eine Vielzahl von Nanodrähten ausgebildet.
Unter einem Elektromotor wird hier ein permanent erregter Elektromotor verstanden, d.h. eine Vorrichtung aufweisend mindestens einen (Permanent-)Magneten, die dazu bestimmt und eingerichtet ist, elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln. Der Begriff des Elektromotors ist hier also weit auszulegen und insbesondere nicht hinsichtlich Konstruktionsmerkmalen (nicht weiter als explizit angegeben) einzuschränken. Beispielsweise kann der Elektromotor eine oder mehrere Spulen (optional mit einem Kern z.B. aus Eisen) als einen Rotor und einen oder mehrere (Permanent-)Magnete als Statoren aufweisen.
Bei den Magneten handelt es sich vorzugsweise um Permanentmagnete. Die Magnete sind vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material gebildet, insbesondere aus Eisen, Cobalt, Nickel oder einer diese Elemente enthaltenden Legierung. Besonders bevorzugt ist es, dass alle Magnete die gleiche Form aufweisen und/oder aus dem gleichen Material gebildet sind. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Magnete quaderförmig ausgebildet sind, dass die Magnete eine Ausdehnung senkrecht zur Oberfläche des Grundbauteils aufweisen, die (deutlich) kleiner ist als eine Ausdehnung in jeder Richtung quer zu dieser Oberfläche (d.h. dass die Magnete „dünn“ sind), und dass die Magnete zwei Ausdehnungen quer zu der Oberfläche des Grundbauteils aufweisen, von denen eine (deutlich) größer ist als die andere (d.h. dass die Magnete „lang“ sind). Jeder Magnet weist vorzugsweise eine Kontaktfläche auf. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Kontaktfläche eines jeden Magneten dessen gesamte Seitenfläche ausmacht, die von dessen längsten Kanten gebildet wird (d.h. die Fläche des Magneten, die der Oberfläche des Grundbauteils zugewandt ist, wenn der Magnet flach auf der Oberfläche des Grundbauteils aufliegt). Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Magnete eine makroskopische Größe aufweisen. Unter makroskopisch wird hier verstanden, dass die Magnete hinreichend groß sind, dass Effekte auf atomare Ebene nicht berücksichtigt werden müssen. Dabei kann es sich insbesondere um Effekte der Quantenmechanik handeln. Insbesondere sind makroskopische Magnete in Abgrenzung zu mikroskopischen Strukturen zu sehen, bei denen derartige Effekte auf atomarer Ebene berücksichtigt werden müssten. Bei mikroskopischen Strukturen kann es sich insbesondere um integrierte Schaltkreise z.B. auf einem Halbleiterchip oder um vergleichbar dimensionierte Bauteile oder Strukturen handeln.
Vorzugsweise weisen die Magnete in jeder Richtung eine Ausdehnung von mindestens 0,1 mm [Millimeter] auf. Darunter ist zu verstehen, dass z.B. ein quaderförmiger Magnet keine Kante mit einer Länge von weniger als 0,1 mm aufweist. Vorzugsweise weisen die Magnete in jeder Richtung sogar eine Ausdehnung von mindestens 0,2 mm [Millimeter], besonders bevorzugt mindestens 0,5 mm und ganz besonders bevorzugt mindestens 1 mm auf. Jedenfalls in diesen Fällen handelt es sich um makroskopische Magnete im oben definierten Sinne.
Bei dem Grundbauteil kann es sich um jeden Bestandteil des Elektromotors handeln, der eine Oberfläche aufweist, die zur Aufnahme der Mehrzahl von Magneten eingerichtet und bestimmt ist. Das bedeutet insbesondere, dass das Grundbauteil vorzugsweise mindestens eine Oberfläche aufweist, die eine hinreichende Größe aufweist und die hinreichend gerade (insbesondere völlig eben) ist. Diese Oberfläche weist vorzugsweise für jeden der Magneten eine Kontaktfläche auf.
Bei einer Kontaktfläche handelt es sich vorzugsweise um einen räumlich ausgezeichneten Bereich des jeweiligen Bauteils (d.h. eines Magneten bzw. des Grundbauteils). Beispielsweise kann eine Kontaktfläche als eine (Teil-)Fläche eines der Magneten ausgebildet sein. Alternativ ist es bevorzugt, dass die Kontaktflächen durch Ausbildung der Verbindung ausgezeichnet werden. Das bedeutet, dass die Kontaktfläche sich zunächst nicht von einer restlichen Fläche unterscheidet und erst durch Ausbilden der Verbindung derart hervortritt, dass die Kontaktfläche die Fläche ist, an der die Verbindung ausgebildet ist. In diesem Fall wird die Kontaktfläche gedanklich (d.h. ohne räumliche Auszeichnung) vom restlichen Teil der Fläche abgegrenzt. Dies trifft insbesondere auf die Kontaktfläche auf der Oberfläche des Grundbauteils zu. Die Oberfläche des Grundbauteils ist vorzugsweise gleichmäßig ausgebildet, d.h. dass eine Kontaktfläche des Grundbauteils erst durch Ausbildung einer jeweiligen Verbindung mit einem Magneten ausgezeichnet wird. Es ist bevorzugt, dass an der Verbindung genau zwei Kontaktflächen beteiligt sind (d.h. eine Kontaktfläche eines Magneten und eine Kontaktfläche des Grundbauteils).
Jede an der Verbindung beteiligte Kontaktfläche weist vorzugsweise einen Flächeninhalt von mindestens 0,01 mm² [Quadratmillimeter], besonders bevorzugt mindestens 0,25 mm² und ganz besonders bevorzugt mindestens 1 mm² auf. Wie bereits weiter oben beschrieben, treten bei einer entsprechend groß gewählten Verbindungsfläche keine mikroskopischen Effekte auf.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Nanodrähte über einen Teil der Oberfläche des Grundbauteils (insbesondere über die gesamte Oberfläche des Grundbauteils) vorgesehen werden. Nur ein Teil der so vorgesehenen Nanodrähte wird zum Ausbilden einer Verbindung mit einem Magneten verwendet. Das bedeutet, dass die Nanodrähte über eine Fläche vorgesehen werden, von der nur Teile als Kontaktflächen Verwendung finden. Bei den restlichen Teilen dieser Fläche bleiben die Nanodrähte ungenutzt.
Unter einem Nanodraht (engl. „nanowire“) wird hier jeder materielle Körper verstanden, der eine drahtähnliche Form und eine Größe im Bereich von wenigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern hat. Ein Nanodraht kann z.B. eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Insbesondere kann ein Nanodraht eine hexagonale Grundfläche aufweisen. Vorzugsweise sind alle an der Verbindung beteiligten Nanodrähte aus dem gleichen Material gebildet.
Bevorzugt weisen die Nanodrähte eine Länge im Bereich von 100 nm [Nanometer] bis 100 µm [Mikrometer], insbesondere im Bereich von 500 nm bis 30 µm auf. Weiterhin weisen die Nanodrähte bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 10 µm, insbesondere im Bereich von 30 nm bis 2 µm auf. Dabei bezieht sich der Begriff Durchmesser auf eine kreisförmige Grundfläche, wobei bei einer davon abweichenden Grundfläche eine vergleichbare Definition eines Durchmessers heranzuziehen ist. Es ist besonders bevorzugt, dass alle verwendeten Nanodrähte die gleiche Länge und den gleichen Durchmesser aufweisen.
Die Verbindung wird vorzugsweise dadurch ausgebildet, dass zwischen den jeweiligen zu verbindenden Kontaktflächen die Vielzahl der Nanodrähte vorgesehen wird. Aufgrund der Größe der Nanodrähte im Nanometer-Bereich ist die Oberfläche der Verbindung (d.h. die Fläche, über die Kräfte wie die Van-der-Waals-Kraft auf atomarer Ebene wirken) besonders groß. Aufgrund der großen Oberfläche der Verbindung kann eine thermische Leitfähigkeit der Verbindung besonders groß sein. Dies kann beispielsweise die Kühlung des Elektromotors verbessern.
Die beschriebene Verbindung kann weiterhin besonders einfach und ohne Werkzeug ausgebildet werden. Es müssen lediglich die zu verbindenden Kontaktflächen aneinander geführt werden. Ein Druck kann optional ausgeübt werden, ist aber nicht zwingend erforderlich.
Insbesondere kann die Verbindung instantan ausgebildet werden. Damit wird das weiter oben beschriebene Aufschwimmen bei Lösungen gemäß Stand der Technik vermieden. Die einzelnen Magnete können nacheinander auf das Grundbauteil aufgebracht werden, wobei ein einmal aufgebrachter Magnet instantan in seiner Position fixiert ist und nicht von einem nachfolgend aufgebrachten Magneten in seiner Position verändert werden kann. Damit kann eine besonders präzise Anordnung der Magnete auf dem Grundbauteil erreicht werden. Auch können so Abstände zwischen den Magneten besonders klein gewählt werden. Eine Wartezeit zwischen dem Aufbringen einzelner Magnete ist nicht erforderlich, was die Effizienz des Herstellungsprozesses steigern kann. Es ist besonders bevorzugt, dass die Magnete mit einer (insbesondere computergesteuerten) Ausrichtungsvorrichtung wie z.B. einem Greifer automatisiert positioniert werden.
Als Anforderung an die zu verbindenden Bauteile (d.h. an die Magnete und das Grundbauteil) ist hier lediglich zu beachten, dass die Vielzahl von Nanodrähten zwischen den jeweiligen Kontaktflächen bereitgestellt werden kann. Dies ist aber bei einer großen Zahl von Kontaktflächen-Materialien möglich. Auch zeigt die beschriebene Verbindung keine Alterungserscheinungen. Insbesondere ist die beschriebene Verbindung besonders gut gegen Korrosion geschützt. Die Verbindung kann zudem besonders thermisch stabil sein. Thermisch stabil bedeutet hier, dass die Verbindung auch unter Temperaturerhöhung bestehen bleibt und insbesondere auch nicht beschädigt wird. Der Grund für die thermische Stabilität liegt darin, dass die Verbindung ihre Stabilität über die große Kontaktoberfläche erlangt. Diese bleibt bei einer Temperaturänderung unverändert. Auch ist zur Ausbildung der hier beschriebenen Verbindung keine thermische Behandlung (wie z.B. beim Schweißen oder Löten) nötig. Damit können die weiter oben in diesem Zusammenhang beschriebenen Probleme vermieden werden. Weiterhin kann die beschriebene Verbindung über eine Fläche gleichmäßig ausgebildet werden. In Ermangelung etwa von Schweißpunkten werden so die weiter oben beschriebenen Nachteile einer ungleichmäßigen Verbindung umgangen. Auch kann über die beschriebene Verbindung ein hermetisches Abschließen zwischen den an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen erreicht werden. Auch dies ist mit der großen Oberfläche der Verbindung zu begründen. Insbesondere kann so ein Lufteinschluss zwischen einem Magneten und der Oberfläche des Grundbauteils vermieden werden.
Die beschriebene Verbindung kann besonders mechanisch stabil sein, was ebenfalls durch die sehr große Kontaktoberfläche der Nanodrähte zu erklären ist. Dabei meint mechanisch stabil insbesondere, dass keine zusätzlichen externen Maßnahmen getroffen werden müssen. Unter einer solchen Maßnahme würde hier verstanden, wenn z.B. ein Magnet zusätzlich mit einer Klammer oder einem Bügel gehalten würde. Nicht als eine solche zusätzliche externe Maßnahme soll hier eine adhäsive Verbindung (wie z.B. eine Klebe-Verbindung) zwischen einem Magneten und dem Grundbauteil verstanden werden (vgl. dazu auch die Beschreibung der adhäsiven Verbindung weiter unten). Eine solche adhäsive Verbindung wird hier als eine interne zusätzliche Maßnahme bezeichnet, weil diese am gleichen Ort ausgebildet werden kann wie die hier beschrieben Verbindung (bzw. gleichermaßen auch als ein Teil der hier beschriebenen Verbindung betrachtet werden kann). Die beschriebene Verbindung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese allein ausreicht, den jeweiligen Magneten und das Grundbauteil mechanisch zu verbinden. D.h., dass insbesondere vorzugsweise keine beschriebene zusätzliche externe Maßnahme notwendig ist. Eine zusätzliche interne Maßnahme hingegen ist möglich und sogar bevorzugt.
Weiterhin kann die beschriebene Verbindung Vibrationen und ähnliche mechanische Belastungen besonders gut dämpfen. Das liegt daran, dass die Verbindung nicht flächig zwischen den Kontaktflächen selbst ausgebildet wird, sondern mittelbar über die flexiblen Nanodrähte dazwischen. Damit bildet sich eine Zwischenschicht zwischen den starren Kontaktflächen, die mechanische Belastungen besonders gut ausgleichen kann. Die Verbindung ist insbesondere auch besonders langzeitstabil, weil ein Brechen einer starren Verbindung umgangen wird. Insbesondere die Länge der Nanodrähte und eine (optional) bei Ausbildung der Verbindung angewendete Presskraft (d.h. ein aufgebrachter Druck) können die Ausprägung dieser federnden Wirkung der Nanodrähte beeinflussen.
Vorzugsweise ist die Verbindung nicht-lösbar ausgeführt. Das bedeutet, dass die Verbindung unter normalen Umständen nicht gelöst werden kann. Nur unter Beschädigung der an der Verbindung beteiligten Bauteile kann die Verbindung zerstört werden (d.h. unter nicht normalen Umständen).
Die nicht-lösbare Ausführung der Verbindung kann auch insbesondere dazu führen, dass die instantan ausgebildete Verbindung auch zum Zwecke der Justierung der Position eines Magneten relativ zum Grundbauteil nicht mehr gelöst werden kann. Daher ist es bevorzugt, dass die Magnete (wie weiter oben bereits erwähnt) über eine Ausrichtungsvorrichtung wie z.B. einen Greifer automatisiert ausgerichtet werden. Dadurch kann insbesondere vermieden werden, dass die Verbindung z.B. durch thermische und/oder mechanische Einwirkung zu lösen versucht werden muss, um eine zunächst nicht korrekte Positionierung eines Magneten zu korrigieren. Insbesondere eine thermische Einwirkung ist wie oben beschrieben nachteilig. Auch eine mechanische Einwirkung kann nachteilig sein, insbesondere in Form einer Vibrations-Einwirkung (wie z.B. durch Ultraschall). Vorzugweise wird die Verbindung ohne jegliche thermische und/oder mechanische Einwirkung, insbesondere ohne jegliche Ultraschall- oder sonstige Vibrationseinwirkung ausgebildet.
Der Einsatz eines reduzierenden Mediums, welches die potentiell vorhandene Oxidschicht auf den Nanodrähten entfernt, und ebenfalls die Adhäsion zusätzlich unterstützt, kann je nach Festigkeitsanforderungen an die Verbindung erfolgen. Das adhäsive Verbinden kann auch als ein Verschmelzen der Nanodrähte zu einem geschlossenen Gefüge bezeichnet werden. Der Begriff Verschmelzen wird dabei aber lediglich als Analogie verwendet. Die Verbindung der Nanodrähte erfolgt so, als würden die Nanodrähte miteinander verschmelzen. Ein tatsächliches Schmelzen der Nanodrähte (und insbesondere eine Erwärmung über eine Schmelztemperatur der Nanodrähte) erfolgt vorzugsweise nicht. Eine mechanische Einwirkung kann ebenfalls zur Einstellung der gewünschten Festigkeit zusätzlich eingesetzt werden.
Die Nanodrähte können in beliebiger Orientierung zwischen den an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen ausgebildet sein. Beispielsweise können die Nanodrähte an jeder der an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen eine andere Orientierung haben, sodass die Nanodrähte z. B. schräg zueinander verhaken. Auch ist es möglich, dass eine Kontaktfläche in eine Mehrzahl von Teilbereichen unterteilt ist, wobei die Nanodrähte in den verschiedenen Teilbereichen verschieden orientiert sind. Damit kann eine besonders stabile Verbindung realisiert werden, die insbesondere auch Scherkräften besonders gut standhalten kann. Weiterhin ist es möglich, dass die Nanodrähte an den verschiedenen an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen verschieden ausgeführt sind, insbesondere hinsichtlich deren Länge, Durchmesser, Material und Dichte (wobei die Dichte der Nanodrähte angibt, wie viele Nanodrähte pro Fläche vorgesehen sind). Z.B. können so kleine Nanodrähte der einen Kontaktfläche in eine Struktur großer Nanodrähte der anderen Kontaktfläche eingreifen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors sind die Nanodrähte senkrecht zu mindestens einer der an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen orientiert.
Vorzugsweise sind an der Verbindung zwei Kontaktflächen beteiligt, die parallel zueinander orientiert sind. In dem Fall sind die Nanodrähte vorzugsweise senkrecht zu beiden Kontaktflächen orientiert. Durch die senkrechte Orientierung zu zumindest einer der Kontaktflächen kann die Verbindung über eine besonders große Oberfläche (der Nanodrähte) ausgebildet werden. Dadurch kann die Verbindung besonders stabil ausgebildet werden. Die oben beschriebenen Vorteile können in dieser Ausführungsform besonders gut erzielt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors ist zwischen den an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen zusätzlich eine adhäsive Verbindung ausgebildet.
Die adhäsive Verbindung kann z.B. mit einem Kleber oder einem Polymermaterial ausgebildet werden. Durch die zusätzliche adhäsive Verbindung kann die mechanische Stabilität der Verbindung besonders gestärkt werden. Vorzugsweise ist die adhäsive Verbindung als eine Kleberschicht ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors weist jede an der Verbindung beteiligte Kontaktfläche eine Vielzahl von Nanodrähten auf.
Die Verbindung wird in dieser Ausführungsform dadurch ausgebildet, dass auf jeder der beteiligten Kontaktflächen eine Vielzahl von Nanodrähten bereitgestellt wird, und dass die Nanodrähte durch Annähern der Kontaktflächen in Kontakt gebracht werden. Das bedeutet, dass die Verbindung zwischen den Nanodrähten der jeweiligen Kontaktflächen ausgebildet wird. Dadurch kann eine besonders große Kontaktoberfläche der Verbindung (d.h. der diese ausbildenden Nanodrähte) erzielt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung einer Folie zur Ausbildung einer Verbindung eines Magneten mit einem Grundbauteil eines Elektromotors, wobei die Verbindung zwischen jeweiligen Kontaktflächen des Magneten und des Grundbauteils über eine Vielzahl von Nanodrähten ausgebildet wird, wobei innerhalb der Folie eine Vielzahl von Nanodrähten eingeschlossen ist, und wobei die Folie zwischen jeweiligen Kontaktflächen des Magneten und des Grundbauteils eingeschlossen wird.
Vorzugsweise werden die Nanodrähte dadurch gebildet, dass sie in einer strukturierten Folie gewachsen werden. Dabei können z. B. galvanische Verfahren zum Einsatz kommen. Durch Auflösen der Folie (z. B. chemisch oder thermisch) können die gewachsenen Nanodrähte aus der Folie herausgelöst werden. Belässt man aber die Nanodrähte in der Folie, so kann diese Folie gemäß der hier beschriebenen Verwendung zur Ausbildung der Verbindung der Magnete mit dem Grundbauteil verwendet werden. Durch eine derartige Verwendung der Folie kann das Verfahren zur Ausbildung der Verbindung vereinfacht werden. Insbesondere können der Ort der Herstellung der Nanodrähte und der Ort der Ausbildung der Verbindung voneinander getrennt werden. Die einmal hergestellte Folie kann wie bekannte Klebestreifen verwendet werden. Auch kann die Folie auf eine Rolle aufgerollt bereitgestellt werden. Durch die Folie kann die hier beschriebene Verbindung durch einfaches Aufkleben der Folie auf die jeweiligen Kontaktflächen ausgebildet werden. Bevorzugt wird die Folie auf jede an der Verbindung beteiligte Kontaktfläche aufgebracht. Alternativ ist es bevorzugt, dass die Folie nur auf eine an der Verbindung beteiligte Kontaktfläche aufgebracht wird.
Die weiter oben beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale des Elektromotors sind auf die beschriebene Verwendung einer Folie anwendbar und übertragbar, und umgekehrt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Verwendung einer Folie ist der Elektromotor wie weiter oben beschrieben ausgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Verwendung einer Folie wird die Folie durch Erwärmen zumindest teilweise aufgelöst.
Nachdem die Folie zwischen den an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen angeordnet ist, und nachdem die Verbindung ausgebildet ist (ggf. unter Druckeinwirkung) wird die Folie nicht mehr benötigt und kann entfernt werden. Das Auflösen der Folie erfolgt vorzugsweise chemisch (z. B. durch eine Säure oder ein anderes Lösungsmittel, insbesondere durch ein organisches Lösungsmittel) oder thermisch (d.h. durch externes Erhitzen).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Verwendung einer Folie ist die Folie aus einem solchen Material gebildet ist, dass durch Erwärmen der Folie zwischen den an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen zusätzlich eine adhäsive Verbindung ausgebildet wird.
In dieser Ausführungsform wird die weiter oben bereits beschriebene adhäsive Verbindung aus dem Material der Folie erhalten. Dies kann das Verfahren zur Ausbildung der Verbindung vereinfachen, weil auf ein zusätzliches Aufbringen z. B. einer Kleber-Schicht verzichtet werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors aufweisend zumindest ein Grundbauteil mit einer Mehrzahl von Magneten, wobei die Magnete jeweils mit dem Grundbauteil verbunden sind, wobei eine Verbindung zwischen jeweiligen Kontaktflächen der Magnete und des Grundbauteils über eine Vielzahl von Nanodrähten ausgebildet ist, und wobei das Verfahren zumindest die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

a) Bereitstellen der Magnete und des Grundbauteils,
b) Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten auf mindestens einer der an der jeweiligen Verbindung beteiligten Kontaktflächen der Magneten und/ oder des Grundbauteils, und
c) mechanisches Verbinden von zumindest zwei jeweiligen der an der jeweiligen Verbindung beteiligten Kontaktflächen mittels der Vielzahl der Nanodrähte.

Die angegebenen Verfahrensschritte werden bevorzugt, aber nicht notwendig, in der angegebenen Reihenfolge durchlaufen.
Die weiter oben beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale des Elektromotors und der Verwendung einer Folie sind auf das beschriebene Verfahren anwendbar und übertragbar, und umgekehrt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist der Elektromotor wie weiter oben beschrieben ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird Schritt b) mindestens für eine der Kontaktflächen durch Wachsen der Nanodrähte auf der jeweiligen Kontaktfläche realisiert.
Das Wachsen der Nanodrähte wird vorzugsweise durch einen galvanischen Prozess realisiert. Dazu wird das entsprechende Bauteil (d.h. einer der Magnete bzw. das Grundbauteil) zumindest teilweise, d.h. insbesondere zumindest mit dessen zu bewachsender Kontaktfläche, in eine Vorrichtung zum Wachsen von Nanodrähten eingebracht. Bei der Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Vakuumkammer handeln, in der Nanodrähte durch einen galvanischen Prozess gewachsen werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in Schritt b) ein Schutz auf mindestens eine der Kontaktflächen aufgebracht, wobei in Schritt c) der Schutz vor dem Verbinden der Kontaktflächen zumindest teilweise entfernt wird.
Bei dem Schutz handelt es sich vorzugsweise um eine Schicht aus einem Material, das mit den Nanodrähten keine chemische Verbindung eingeht, das einen mechanischen Schutz für die Nanodrähte ausbildet, und dass ohne die Nanodrähte zu beschädigen wieder entfernt werden kann (z.B. chemisch oder thermisch). Insbesondere kann es sich bei dem Schutz um einen Lack (wie z.B. PMMA oder einen in der Nanotechnologie gebräuchlichen Sägelack) handeln. Der Schutz kann insbesondere bei einem Transport der Bauteile zwischen der Bereitstellung der Nanodrähte und der Ausbildung der Verbindung vorteilhaft sein. Der Schutz kann auch als Transportschutz bezeichnet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird Schritt b) für mindestens eine der Kontaktflächen dadurch realisiert, dass eine Folie auf die jeweilige Kontaktfläche aufgebracht wird, wobei die Vielzahl der Nanodrähte innerhalb der Folie eingeschlossen ist, und wobei die Folie den Schutz darstellt.
Insbesondere für diese Ausführungsform des Verfahrens sind die weiter oben beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale der Verwendung einer Folie anwendbar und übertragbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist der Schutz zumindest teilweise mit einem solchen Material gebildet, dass in Schritt c) zwischen den an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen zusätzlich eine adhäsive Verbindung ausgebildet wird.
In dieser Ausführungsform hat der Schutz die zusätzliche Funktion, die weiter oben beschriebene adhäsive Verbindung auszubilden. Dadurch kann das Verfahren vereinfacht werden, insbesondere kann auf einen zusätzlichen Verfahrensschritt etwa zum Aufbringen eines Kleber-Materials verzichtet werden, das der Ausbildung der adhäsiven Verbindung dient.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die adhäsive Verbindung durch Erwärmen des Schutzes ausgebildet.
Durch Erwärmen des Schutzes kann dieser sowohl zumindest teilweise entfernt werden als auch zumindest teilweise in die adhäsive Verbindung umgewandelt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in Schritt c) vor dem Verbinden der Kontaktflächen bei mindestens einer der Kontaktflächen eine Oxidschicht auf den Nanodrähten zumindest teilweise entfernt.
Auf den Nanodrähten kann sich eine (natürliche) Oxidschicht bilden. Diese kann die mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften der Verbindung verschlechtern. Durch Entfernen dieser Oxidschicht kann folglich die Qualität der Verbindung hinsichtlich der genannten Aspekte verbessert werden. Auch kann ein bei der Ausbildung der Verbindung notwendiger Druck durch Entfernen der Oxidschicht reduziert werden. Das Entfernen der Oxidschicht findet vorzugsweise durch Anwendung eines Flußmittels (wie z.B. einer Säure, insbesondere einer reduzierenden Säure, wie Salzsäure (HCl) oder Ameisensäure (CH₂O₂)) oder durch ein Plasma (z. B. ein Argon-Plasma) statt. Vorzugsweise enthält die verwendete Säure keine Sauerstoff-Atome (die durch chemische Reaktionen freigesetzt werden könnten, was zur erneuten Ausbildung der Oxidschicht beitragen könnte). Besonders bevorzugt trägt das Flußmittel auch zu der Ausbildung der adhäsiven Verbindung bei. Dies kann beispielsweise bei Akrylaten der Fall sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Oxid (insbesondere die Oxidschicht auf den Nanodrähten) durch ein reduzierendes Gas (z.B. durch ein Formiergas oder einen Ameisensäuredampf) entfernt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird Schritt b) für jede an der Verbindung beteiligte Kontaktfläche durchgeführt.
In dieser Ausführungsform wird die Verbindung zwischen den Nanodrähten ausgebildet. Dadurch kann eine besonders große Kontaktoberfläche der Verbindung (d.h. der diese ausbildenden Nanodrähte) erreicht werden.
Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen schematisch:

1: eine erste Ausführungsform einer Verbindung eines Magneten mit einem Grundbauteil,
2: eine zweite Ausführungsform einer Verbindung eines Magneten mit einem Grundbauteil,
3: eine dritte Ausführungsform einer Verbindung eines Magneten mit einem Grundbauteil,
4: ein zur Ausbildung einer Verbindung geeignetes Grundbauteil, und
5: einen Elektromotor aufweisend ein Grundbauteil mit einer Mehrzahl von Magneten.

1 zeigt eine Verbindung 1 eines Magneten 2 mit einem Grundbauteil 8, wobei die Verbindung 1 zwischen Kontaktflächen 3 des Magneten 2 und des Grundbauteils 8 über eine Vielzahl von Nanodrähten 4 ausgebildet ist. Dabei sind in dieser Ausführungsform die Nanodrähte 4 mit beiden an der Verbindung 1 beteiligten Kontaktflächen 3 verbunden. Die Verbindung 1 gemäß dieser Ausführungsform kann z. B. dadurch realisiert werden, dass das Grundbauteil 8 bereitgestellt wird, wobei an dessen Kontaktfläche 3 eine Vielzahl von Nanodrähten 4 vorgesehen ist, und dass das Grundbauteil 8 mit dem Magneten 2 verbunden wird, dessen Kontaktfläche 3 keine Nanodrähte aufweist.
2 zeigt eine Verbindung 1 eines Magneten 2 und eines Grundbauteils 8, bei der im Gegensatz zu der Ausführungsform in 1 beide an der Verbindung 1 beteiligten Kontaktflächen 3 jeweils eine Vielzahl von Nanodrähten 4 aufweisen.
Das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel ist dem aus 2 sehr ähnlich. Hier ist lediglich eine zusätzliche adhäsive Verbindung 5 zwischen den an der Verbindung 1 beteiligten Kontaktflächen 3 ausgebildet.
4 zeigt ein Grundbauteil 8, das an einer Kontaktfläche 3 eine Vielzahl von Nanodrähten 4 aufweist. Die Nanodrähte 4 sind in einer Folie 6 eingeschlossen, die einen Schutz 7 darstellt. Das Grundbauteil 8 gemäß dieser Ausführungsform ist zur Ausbildung einer Verbindung, wie sie beispielsweise in 3 gezeigt ist, geeignet und bestimmt.
5 zeigt einen Elektromotor 9 aufweisend ein Grundbauteil 8 mit einer Mehrzahl von Magneten 2 (hier beispielhaft sechs Magnete 2). Die Magnete 2 sind jeweils mit dem Grundbauteil 8 verbunden, wobei eine Verbindung 1 zwischen jeweiligen Kontaktflächen 3 der Magnete 2 und des Grundbauteils 8 über eine Vielzahl von Nanodrähten 4 ausgebildet ist.
Bezugszeichenliste

1: Verbindung
2: Magnet
3: Kontaktfläche
4: Nanodraht
5: adhäsive Verbindung
6: Folie
7: Schutz
8: Grundbauteil
9: Elektromotor

Claims

Elektromotor (9) aufweisend zumindest ein Grundbauteil (8) mit einer Mehrzahl von Magneten (2), wobei die Magnete (2) jeweils mit dem Grundbauteil (8) verbunden sind, wobei eine Verbindung (1) zwischen jeweiligen Kontaktflächen (3) der Magnete (2) und des Grundbauteils (8) über eine Vielzahl von Nanodrähten (4) ausgebildet ist.
Elektromotor (9) nach Anspruch 1, wobei die Nanodrähte (4) senkrecht zu mindestens einer der an der Verbindung (1) beteiligten Kontaktflächen (3) orientiert sind.
Elektromotor (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen den an der Verbindung (1) beteiligten Kontaktflächen (3) zusätzlich eine adhäsive Verbindung (5) ausgebildet ist.
Elektromotor (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jede an der Verbindung (1) beteiligte Kontaktfläche (3) eine Vielzahl von Nanodrähten (4) aufweist.
Verwendung einer Folie (6) zur Ausbildung einer Verbindung (1) eines Magneten (2) mit einem Grundbauteil (8) eines Elektromotors (9), wobei die Verbindung (1) zwischen jeweiligen Kontaktflächen (3) des Magneten (2) und des Grundbauteils (8) über eine Vielzahl von Nanodrähten (4) ausgebildet wird, wobei innerhalb der Folie (6) eine Vielzahl von Nanodrähten (4) eingeschlossen ist, und wobei die Folie (6) zwischen jeweiligen Kontaktflächen (3) des Magneten (2) und des Grundbauteils (8) eingeschlossen wird.
Verwendung einer Folie (6) nach Anspruch 7, wobei der Elektromotor (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgeführt ist.
Verwendung einer Folie (6) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Folie (6) durch Erwärmen zumindest teilweise aufgelöst wird.
Verwendung einer Folie (6) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Folie (6) aus einem solchen Material gebildet ist, dass durch Erwärmen der Folie (6) zwischen den an der Verbindung (1) beteiligten Kontaktflächen (3) zusätzlich eine adhäsive Verbindung (5) ausgebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors (9) aufweisend zumindest ein Grundbauteil (8) mit einer Mehrzahl von Magneten (2), wobei die Magnete (2) jeweils mit dem Grundbauteil (8) verbunden sind, wobei eine Verbindung (1) zwischen jeweiligen Kontaktflächen (3) der Magnete (2) und des Grundbauteils (8) über eine Vielzahl von Nanodrähten (4) ausgebildet ist, und wobei das Verfahren zumindest die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a) Bereitstellen der Magnete (2) und des Grundbauteils (8), b) Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten (4) auf mindestens einer der an der jeweiligen Verbindung (1) beteiligten Kontaktflächen (3) der Magneten (2) und/oder des Grundbauteils (8), und c) mechanisches Verbinden von zumindest zwei jeweiligen der an der jeweiligen Verbindung (1) beteiligten Kontaktflächen (3) mittels der Vielzahl der Nanodrähte (4).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Elektromotor (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei Schritt b) mindestens für eine der Kontaktflächen (3) durch Wachsen der Nanodrähte (4) auf der jeweiligen Kontaktfläche (3) realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei in Schritt b) ein Schutz (7) auf mindestens eine der Kontaktflächen (3) aufgebracht wird, und wobei in Schritt c) der Schutz (7) vor dem Verbinden der Kontaktflächen (3) zumindest teilweise entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei Schritt b) für mindestens eine der Kontaktflächen (3) dadurch realisiert wird, dass eine Folie (6) auf die jeweilige Kontaktfläche (3) aufgebracht wird, wobei die Vielzahl der Nanodrähte (4) innerhalb der Folie (6) eingeschlossen ist, und wobei die Folie (6) den Schutz (7) darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei der Schutz (7) zumindest teilweise mit einem solchen Material gebildet ist, dass in Schritt c) zwischen den an der Verbindung (1) beteiligten Kontaktflächen (3) zusätzlich eine adhäsive Verbindung (5) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die adhäsive Verbindung (5) durch Erwärmen des Schutzes (7) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei in Schritt c) vor dem Verbinden der Kontaktflächen (3) bei mindestens einer der Kontaktflächen (3) eine Oxidschicht auf den Nanodrähten (4) zumindest teilweise entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei Schritt b) für jede an der Verbindung (1) beteiligte Kontaktfläche (3) durchgeführt wird.