DE102021209070A1

DE102021209070A1 - Verfahren zur Montage von Magneten an einem Innenumfang eines Stators

Info

Publication number: DE102021209070A1
Application number: DE102021209070.2A
Authority: DE
Inventors: Kai von Garnier; Uwe Vollmer; Dietrich Klauk; Florian Bessler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-08-18
Filing date: 2021-08-18
Publication date: 2023-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage von Magneten (2, 3) an einem Innenumfang (14) eines Stators (1), insbesondere einer Magnetgetriebe-Vorrichtung (10), umfassend die Schritte: Bereitstellen eines ersten Montagewerkzeugs (6), welches eine zylindrische Mantelfläche (61) aufweist, Anordnen einer Vielzahl an Magneten (2, 3) auf einer Außenseite der Mantelfläche (61) des ersten Montagewerkzeugs (6), axiales Einschieben der Anordnung (60) aus erstem Montagewerkzeug (6) und Magneten (2, 3) in den Stator (1), und Verbinden der Magnete (2, 3) mit dem Stator (1) mittels einer Klebeverbindung.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage von Magneten an einem Innenumfang eines Stators, einen Stator, und eine Magnetgetriebe-Vorrichtung.
Bekannt sind Magnetgetriebe-Vorrichtungen, welche beispielsweise als Getriebe oder auch als Motor und/oder Generator ausgebildet sein können. Eine derartige Magnetgetriebe-Vorrichtung weist üblicherweise zwei koaxial angeordnete Ringe an Magneten auf, wobei der innere Ring eine kleine Anzahl an Magneten aufweist und einen Rotor bildet. Der äußere Ring weist dabei eine große Anzahl an Magneten auf und bildet einen Stator. Zwischen den Magnet-Ringen befindet sich üblicherweise ein Modulator, mittels welchem ein Magnetfeld zwischen den beiden Magnetringen moduliert wird, um eine gezielte Kopplung zwischen den Magnet-Ringen zu erreichen. Eine Montage der Magnete am Stator ist dabei üblicherweise komplex und aufwendig.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich demgegenüber durch eine besonders einfache und effiziente Durchführbarkeit aus, sodass Statoren besonders kostengünstig hergestellt werden können. Insbesondere ist dabei auch eine effiziente Herstellung von Statoren in Großserien möglich. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Verfahren zur Montage von Magneten an einem Innenumfang eines Stators, insbesondere eines Stators einer Magnetgetriebe-Vorrichtung, welches die Schritte umfasst:

- Bereitstellen eines ersten Montagewerkzeugs, welches eine zylindrische Mantelfläche aufweist,
- Anordnen einer Vielzahl an Magneten auf einer Außenseite der zylindrischen Mantelfläche des ersten Montagewerkzeugs,
- axiales Einschieben der Anordnung aus erstem Montagewerkzeug und Magneten in den Stator, und
- Verbinden der Magnete mit dem Stator mittels einer Klebeverbindung.

Vorzugsweise handelt es sich bei den Magneten um Permanentmagnete. Insbesondere werden Magnete mit zwei unterschiedlichen Polaritäten verwendet.
Das Verfahren bietet dabei den Vorteil einer besonders einfach und effizient durchführbaren Montage von Magneten an einem Stator. Dadurch, dass sämtliche Magnete zunächst an dem ersten Montagewerkzeug angeordnet werden, und anschließend gemeinsam in den Stator eingeschoben werden, sind besonders wenige Schritte zur Durchführung notwendig. Da die Magnete zudem am Außenumfang des Montagewerkzeugs leicht zugänglich platziert werden können, insbesondere relativ zueinander, ist eine präzise Ausrichtung der Magnete besonders einfach möglich. Zudem eignet sich das Verfahren dadurch zur automatischen Durchführung mittels entsprechender Montage-Maschinen, also zur automatisierten Serienfertigung. Dadurch können Statoren, und insbesondere somit auch Magnetgetriebe-Vorrichtungen, in hoher Stückzahl präzise und kostengünstig hergestellt werden.
Das Verfahren eignet sich dabei besonders zur Montage von Statoren einer Magnetgetriebe-Vorrichtung, wie einem Magnetgetriebe oder einem Magnetgetriebe-Motor. Im Falle eines Magnetgetriebes kann als Stator ein einfacher Ring, beispielsweise aus Metall, angesehen werden. Bei einem Magnetgetriebe-Motor weist der Stator zusätzlich Wicklungen auf, welche mit elektrischer Energie versorgt werden können, um gezielt ein Magnetfeld zu erzeugen und zu verändern. Alternativ kann das Verfahren geeignet sein zur Montage von Magnet-Kupplungen. Bei allen diesen Vorrichtungen bietet das Verfahren den Vorteil einer einfachen und effizienten Durchführbarkeit.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Bevorzugt wird zum Herstellen der Klebeverbindung ein Klebstoff auf einen Außenumfang der Magneten aufgebracht. Das Aufbringen des Klebstoffs erfolgt dabei vor dem axialen Einschieben der Anordnung aus erstem Montagewerkzeug und Magneten in den Stator, das heißt im Zustand, wenn die Magneten auf der Außenseite der Mantelfläche des ersten Montagewerkzeugs angeordnet sind. Dadurch kann der Klebstoff besonders einfach und gezielt aufgebracht werden, und das Montieren der Magnete kann mit wenigen Schritten erfolgen.
Besonders bevorzugt umfasst der Stator mehrere Kapillarkanäle an dessen Innenumfang. Die Magnete werden dabei so angeordnet, dass jeweils ein Kapillarkanal des Stators in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Magneten liegt im Zustand, wenn die Magnete am Stator angeordnet sind. Die Kapillarkanäle erstrecken sich dabei vorzugsweise parallel zur Axialrichtung des Stators. Vorzugsweise sind die Kapillarkanäle als Nuten am Innenumfang des Stators ausgebildet. Zum Herstellen der Klebeverbindung wird ein Klebstoff dabei in die Kapillarkanäle eingebracht, nachdem die Anordnung aus erstem Montagewerkzeug und Magneten axial in den Stator eingeschoben wurde. Dies kann beispielsweise alternativ oder zusätzlich zum Aufbringen eines Klebstoffs auf dem Außenumfang der Magnete vor dem Einschieben erfolgen. Durch das nachträgliche Einbringen des Klebstoffs in die Kapillarkanäle kann die Klebeverbindung besonders gezielt an den jeweiligen sich berührenden Flächen von Magneten und Stator erzeugt werden. Der Klebstoff kann sich dabei durch eine Kapillarkraft zwischen Magneten und Stator verteilen.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte, welche nach dem Anordnen der Magnete auf dem ersten Montagewerkzeug und vor dem axialen Einschieben der Anordnung in den Stator durchgeführt werden:

- Bereitstellen eines zweiten Montagewerkzeugs, welches als zylindrische Hülse ausgebildet ist, und
- Anordnen des zweiten Montagewerkzeugs auf einem Außenumfang der Magnete.

Weiter bevorzugt ist ein Außendurchmesser des zweiten Montagewerkzeugs größer als ein Innendurchmesser des Stators, sodass das zweite Montagewerkzeug beim axialen Einschieben der Anordnung aus erstem Montagewerkzeug, Magneten und zweitem Montagewerkzeug in den Stator durch den Stator relativ zu den Magneten zurückgeschoben wird. Dadurch kann bei weiterhin besonders einfacher Montage ermöglicht werden, dass die Magnete unmittelbar auf dem Innenumfang des Stators, das heißt, ohne dass sich ein Bauteil dazwischen befindet, montiert werden können.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt: zumindest teilweises Entfernen des ersten Montagewerkzeugs nach dem Herstellen der Klebeverbindung. Bevorzugt erfolgt das Entfernen des ersten Montagewerkzeugs mittels Ausdrehen oder Ausschleifen. Beispielsweise kann das erste Montagewerkzeug vollständig entfernt werden. Alternativ kann beispielsweise ein kleiner Teilbereich des ersten Montagewerkzeugs an den Magneten verbleiben, beispielsweise in Form einer dünnen Schicht, welche vorzugsweise einen Korrosionsschutz der Magnete bereitstellen kann.
Besonders bevorzugt weist das erste Montagewerkzeug zwei um dessen Umfang umlaufende Kragen auf, welche nach radial außen von der Außenseite der zylindrischen Mantelfläche vorstehen. Die beiden umlaufenden Kragen sind dabei derart angeordnet, dass zwischen diesen beiden Kragen axiale Aufnahmen für die Magneten angeordnet sind. Dadurch können die Magnete in axialer Richtung besonders einfach und genau platziert werden.
Bevorzugt weist das erste Montagewerkzeug mehrere Positionierelemente auf, welche an der Außenseite der zylindrischen Mantelfläche nach radial außen vorstehen. Die Positionierelemente erstrecken sich dabei parallel zu einer Werkzeugachse des ersten Montagewerkzeugs. Mittels der Positionierelemente werden die Magnete in Umfangsrichtung des ersten Montagewerkzeugs, insbesondere relativ zueinander, positioniert.
Weiter bevorzugt weist das erste Montagewerkzeug einen Innenzylinder auf, welcher ein ferromagnetisches Material aufweist, insbesondere aus diesem gebildet ist. Der ferromagnetische Innenzylinder ist dabei innerhalb der zylindrischen Mantelfläche des ersten Montagewerkzeugs angeordnet. Der Innenzylinder bewirkt durch das ferromagnetische Material eine Magnetkraft auf die Magnete, welche die Magnete nach radial innen in Richtung der Werkzeugachse zieht. Dadurch kann besonders einfach ermöglicht werden, dass die Magnete während der Montage gezielt auf dem ersten Montagewerkzeug halten und ein unbeabsichtigtes Abfliegen der Magnete verhindert werden kann.
Besonders bevorzugt weist das erste Montagewerkzeug mehrere elektrische Leitungsabschnitte auf, welche in den ferromagnetischen Innenzylinder integriert sind. Das Verfahren umfasst dabei ferner den Schritt eines Versorgens der elektrischen Leitungsabschnitte mit einem elektrischen Strom, insbesondere vor und während des axialen Einschiebens der Anordnung in den Stator. Die elektrischen Leitungsabschnitte sind dabei derart im Innenzylinder angeordnet, dass ein durch den elektrischen Strom erzeugtes Magnetfeld eine nach radial innen in Richtung der Werkzeugachse gerichtete Magnetkraft auf die Magnete bewirkt. Beispielsweise kann dadurch während des Anordnens der Magnete am ersten Montagewerkzeug und während des axialen Einschieben in den Stator die Magnetkraft durch den elektrischen Strom erzeugt werden, um die Magnete besonders zuverlässig und in vordefinierten Positionen am ersten Montagewerkzeug zu halten. Vorzugsweise kann nach dem Herstellen der Klebeverbindung der elektrische Strom deaktiviert werden, sodass das erste Montagewerkzeug auf einfache Weise, und ohne auf unbeabsichtigte Weise eine Kraft auf die Magnete auszuüben, aus dem Stator entfernt werden kann. Darüber hinaus kann durch Umkehrung der Stromrichtung eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Magnete ausgeübt werden, um die Magnete an den Stator zu pressen. Dies geschieht bevorzugt bei Verwendung von Kontaktklebern, die entweder einseitig auf den Magneten, einseitig am Stator oder als Zweikomponentenklebstoff am Stator sowie an den Magneten aufgetragen ist. Nach Herstellen der kraftschlüssigen Verbindung durch den Klebstoff, kann der Strom so eingestellt werden, dass das Montagewerkzeug ohne radial wirkende Kraft entfernt werden kann.
Vorzugsweise wird das Anordnen der Magnete mittels der folgenden Schritte durchgeführt:

- Rotieren des ersten Montagewerkzeugs um eine Werkzeugachse des Montagewerkzeugs, und
- Zuführen der Magnete mittels einer Zuführeinrichtung, wobei die Magnete mittels der Zuführeinrichtung in tangentialer Richtung auf die Mantelfläche des ersten Montagewerkzeugs und während des Rotierens aufgebracht werden. Dadurch kann das Anordnen der Magnete auf dem ersten Montagewerkzeug besonders einfach und zeiteffizient durchgeführt werden.

Bevorzugt werden mittels der Zuführeinrichtung abwechselnd Magnete mit unterschiedlicher Polarität zugeführt.
Besonders bevorzugt weist die Zuführeinrichtung zwei Zuführkassetten auf. Mittels jeder der beiden Zuführkassetten werden dabei jeweils Magnete mit gleicher Polarität durchgeführt. Mittels der beiden Zuführkassetten werden dabei abwechselnd Magnete mit unterschiedlicher Polarität auf die Mantelfläche des ersten Montagewerkzeugs zugeführt. Dadurch kann das Anordnen der Magnete auf dem ersten Montagewerkzeug besonders einfach zeiteffizient durchgeführt werden, wobei durch die beiden, beispielsweise räumlich getrennten Zuführkassetten, zudem eine besonders einfache Handhabung der Magnete möglich ist.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Aufbringen eines Klebstoffs auf eine Außenseite der Magnete während des Rotierens des ersten Montagewerkzeugs. Dadurch kann die Durchführung des Verfahrens weiter vereinfacht und hinsichtlich Zeiteffizienz optimiert werden.
Weiterhin führt die Erfindung zu einem Stator, vorzugsweise einer Magnetgetriebe-Vorrichtung. Der Stator umfasst mehrere Statorzähne, welche kreisringförmig angeordnet sind, und eine Vielzahl an Magneten, welche an einem Innenumfang einer durch die Statorzähne gebildeten Innenmantelfläche des Stators mittels einer Klebeverbindung befestigt sind. Bevorzugt werden die Magnete dabei mittels des beschriebenen Verfahrens am Stator montiert. Dabei sind jeweils zwei Magnete, vorzugsweise mit unterschiedlicher Polarität, an jeweils einem Statorzahn befestigt.
Bevorzugt sind die Statorzähne und/oder die Magnete so ausgebildet, dass pro Statorzahn zwischen dem jeweiligen Statorzahn und den beiden Magneten in Umfangsrichtung des Stators ein Formschluss vorliegt. Das heißt, Statorzahn und die beiden an diesem befestigten Magnete sind in Umfangsrichtung des Stators formschlüssig relativ zueinander festgelegt. Dadurch kann einerseits eine besonders feste Verbindung von Magneten und Stator miteinander erreicht werden. Andererseits wird eine vereinfachte Montage der Magnete am Stator erreicht, da diese in Umfangsrichtung durch den Formschluss eindeutig am Statorzahn positionierbar sind.
Besonders bevorzugt weist jeder Magnet einen Vorsprung auf, der in einen Spalt zwischen zwei benachbarten Statorzähnen hineinragt. Beispielsweise können die Magnete dabei L-förmig ausgebildet sein.
Weiter bevorzugt weist jeder Magnet einen Vorsprung auf, wobei jeder Statorzahn eine Nut aufweist, und wobei der Vorsprung jedes Magnets in die entsprechende Nut des jeweiligen Statorzahns eingreift. Beispielsweise kann dabei jeder Statorzahn eine einzige Nut aufweisen, in welche die beiden Vorsprünge der beiden entsprechenden Magnete gemeinsam eingreifen. Alternativ kann beispielsweise pro Magnet jeweils eine separate Nut vorgesehen sein. Vorsprünge und Nuten erstrecken sich dabei vorzugsweise jeweils parallel zur Axialrichtung des Stators.
Vorzugsweise weist jeder Statorzahn eine Magnettasche auf, in der die beiden Magnete angeordnet sind. Jede Magnettasche ist dabei beidseitig bezüglich der Umfangsrichtung des Stators durch jeweils einen radial nach innen vorstehenden Statorvorsprung begrenzt. Jeder Statorvorsprung erstreckt sich dabei vorzugsweise parallel zur Axialrichtung des Stators.
Bevorzugt umfasst der Stator ferner mehrere Abstandselemente, welche vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen, und insbesondere aus einem elektrisch nichtleitenden, Material gebildet sind. Jedes Abstandselement ist dabei in einem Spalt, welcher in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Statorzähnen angeordnet ist, angeordnet, und überbrückt diesen vorzugsweise. Jedes Abstandselement weist dabei einen Abstandsvorsprung auf, welcher vom Innenumfang des Stators nach radial innen vorsteht. Insbesondere bilden die Abstandsvorsprünge der Abstandselemente dabei Taschen, in welchen die Magnete in Umfangsrichtung optimal positioniert angeordnet werden können. Beispielsweise können die Abstandselemente nach der Montage des Stators entfernt werden, oder alternativ im Stator verbleiben.
Vorzugsweise weist jeder Magnet einen trapezförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt wird dabei vorzugsweise in einer tangentialen Ebene betrachtet. Dadurch können die Magnete besonders kostengünstig hergestellt werden, da diese beispielsweise aus einem größeren Ausgangsmaterial auf einfache Weise herausgesägt werden können. Zudem erlaubt die Trapezform ebenfalls eine einfache und präzise Positionierung der Magnete am Statorzahn, beispielsweise durch Zentrierung der Magnete an einer Kante an der kürzeren Längsseite des Trapezes.
Weiter bevorzugt sind sämtliche Statorzähne als ein gemeinsames einstückiges Bauteil ausgebildet. Alternativ bevorzugt ist jeder Statorzahn als ein separates Bauteil ausgebildet. Der Stator ist dabei aus den Zahnbauteilen, welche ringförmig aneinandergefügt sind, zusammengesetzt.
Weiterhin führt die Erfindung zu einer Magnetgetriebe-Vorrichtung, welche insbesondere als Magnetgetriebe-Motor ausgebildet ist, umfassend den beschriebenen Stator, einen Rotor, und einen Modulator. Der Rotor weist eine Vielzahl an kreisringförmig angeordneten Permanentmagneten auf. Der Modulator weist eine Vielzahl an kreisringförmig angeordneten Modulatorstäben, welche aus einem weichmagnetischen Material gebildet sind, auf, wobei zwischen den Modulatorstäben jeweils Luftspalte und/oder ein unmagnetisches Material angeordnet ist. Stator, Rotor, und Modulator sind dabei koaxial zueinander angeordnet. Der Modulator ist dabei in radialer Richtung zwischen Rotor und Stator angeordnet. Insbesondere ist der Rotor radial innerhalb des Modulators angeordnet. Vorzugsweise kann dabei, beispielsweise wenn der Stator mit elektrischer Energie versorgt wird, ein Drehmoment für einen Abtrieb am Rotor und/oder am Modulator erzeugt werden.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:

1 eine Schnittansicht eines Magnetgetriebe-Motors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Schnittansicht eines Stators des Magnetgetriebe-Motors der 1,
3 eine vereinfachte Ansicht eines ersten Montagewerkzeugs und eines zweiten Montagewerkzeugs, welche zur Montage des Stators der 2 verwendet werden,
4 eine weitere vereinfachte schematische Ansicht des ersten Montagewerkzeugs und des zweiten Montagewerkzeugs der 3,
5 eine vereinfachte Ansicht eines alternativen ersten Montagewerkzeugs,
6 eine vereinfachte Ansicht einer Bestückung des alternativen ersten Montagewerkzeugs der 5 mit Magneten,
7 eine Detailansicht des Stators der 2 mit einem weiteren alternativen ersten Montagewerkzeug,
8 eine Detailansicht des Stators der 2 mit einer alternativen Ausgestaltung der Magnete,
9 eine Detailansicht eines Stators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Magnete,
10 eine Detailansicht eines Magneten gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung,
11 eine Detailansicht eines Stators gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
12 eine Detailansicht eines Stators gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der 11 mit einer alternativen Ausgestaltung der Magnete, und
13 eine Detailansicht eines Stators gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Schnittansicht eines Magnetgetriebe-Motors 10 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Magnetgetriebe-Motor 10 umfasst einen Rotor 5, einen Modulator 4, und einen Stator 1. Rotor 5, Modulator 4 und Stator 1 sind jeweils koaxial zueinander und konzentrisch zu einer Längsachse 15 ausgebildet und angeordnet. Rotor 5, Modulator 4 und Stator 1 können jeweils relativ zueinander um die Längsachse 15 rotieren. Vorzugsweise ist der Stator 1 dabei als feststehendes Bauteil ausgebildet, beispielsweise verbunden oder verbindbar mit einem (nicht dargestellten) Gehäuse.
Der Rotor 5 weist einen Rotorkern 57 auf, auf dessen äußerem Umfang insgesamt vier Magnete 51, 52 befestigt sind. In Umfangsrichtung sind dabei abwechselnd Magnete 51, 52 mit unterschiedlicher Polarität angeordnet.
Der Stator 1 weist um den Umfang verteilt mehrere Statorzähne 11 auf, um welche jeweils Wicklungen 12 von elektrischen Leitern gewickelt sind. Am radial inneren Ende jedes Statorzahns 11 sind jeweils zwei Magnete 2, 3 unterschiedlicher Polarität befestigt. Ähnlich dem Rotor 5 sind dabei entlang des Umfangs abwechselnd Magnete 2, 3 unterschiedlicher Polarität angeordnet. Der Stator 1 umfasst insgesamt 24 Magnete 2, 3.
Die Magnete 2, 3 des Stators 1 bilden dabei einen ersten Magnetring 23 und die Magnete 51, 52 des Rotors 5 bilden einen zweiten Magnetring 24.
Der Modulator 4 ist in radialer Richtung zwischen dem ersten Magnetring 23 und dem zweiten Magnetring 24 angeordnet, und insbesondere nur durch jeweils einen Luftspalt in radialer Richtung von den Magnetringen 23, 24 getrennt. Dadurch kann eine verschleißfreie Rotation der Teile des Magnetgetriebe-Motors 10 erfolgen.
Der Modulator 4 umfasst dabei insgesamt 14 Modulatorstäbe 41, welche aus einem weichmagnetischen Material gebildet sind und sich parallel zur Längsachse 15 erstrecken. Zwischen den Modulatorstäben 41 befindet sich in Umfangsrichtung jeweils einen Luftspalt 42.
Der Stator 1 ist im Detail in 2 dargestellt. Die Magnete 2, 3 sind an einem Innenumfang 14 des Stators 1 montiert, wobei der Innenumfang 14 durch ein radial inneres Ende der Vielzahl an Statorzähnen 11 gebildet wird. Zwischen zwei in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Statorzähnen 11 befindet sich jeweils ein Luftspalt, insbesondere um die Wicklungen 12 herstellen zu können.
Ein Verfahren zur vereinfachten Montage der Magnete 2, 3 am Innenumfang 14 des Stators 1 wird nachfolgend beschrieben.
Bei dem Verfahren wird ein erstes Montagewerkzeug 6 verwendet, welches in der 3 sowie in der 4 dargestellt ist. Das erste Montagewerkzeug 6 ist als Hohlzylinder ausgebildet. Für die Montage der Magnete 2, 3 im Stator 1 werden die Magnete 2, 3 auf einer Außenseite einen zylindrischen Mantelfläche 61 des ersten Montagewerkzeugs 6 angeordnet. In 3 sind dabei beispielhaft nur zwei einzelne Magnete 2, 3 unterschiedlicher Polarität dargestellt.
Das erste Montagewerkzeug 6 weist dabei zwei umlaufende Kragen 62 (vergleiche 4) auf, welche nach radial außen von der zylindrischen Mantelfläche 61 vorstehen. Zwischen den beiden umlaufenden Kragen 62, welche an den jeweiligen axialen Stirnseiten des ersten Montagewerkzeugs 6 angeordnet sind, werden somit axiale Aufnahmen für die Magneten 2, 3 gebildet, sodass die Magnete 2, 3 definiert am ersten Montagewerkzeug 6 in axialer Richtung ausgerichtet angeordnet werden können.
Zusätzlich ist ein zweites Montagewerkzeug 7 vorgesehen, welches in der 4 rechts dargestellt ist. Das zweite Montagewerkzeug 7 ist als zylindrische Hülse ausgebildet, welche passgenau auf den Außenumfang der Magnete 2, 3 im auf dem ersten Montagewerkzeug 6 angeordneten Zustand aufgeschoben werden kann, wie durch den Pfeil in 4 angedeutet.
In diesem koaxialen Zustand von erstem Montagewerkzeug 6, Magneten 2, 3, und zweitem Montagewerkzeug 7 (vergleiche 3) kann diese Anordnung 60 in axialer Richtung in den Stator 1 eingeschoben werden.
Die beiden Montagewerkzeuge 6, 7 bewirken dabei, dass sämtliche zu montierenden Magnete 2, 3 auf einfache Weise zueinander positioniert werden können und im Gesamten in den Stator 1 eingeführt werden können. Das zweite Montagewerkzeug 7 verhindert dabei insbesondere, dass ein Abfliegen der Magnete 2, 3 auftreten kann, bevor diese sich innerhalb des Stators 1 befinden.
Ein Außendurchmesser 71 des zweiten Montagewerkzeugs 7 ist dabei größer als ein Innendurchmesser 1a (vergleiche 2) des Stators 1. Dadurch wird das zweite Montagewerkzeug 7 beim axialen Einschieben der Anordnung 60 in den Stator 1 durch den Stator 1 relativ zu den Magneten 2, 3 zurückgeschoben. Dadurch können die Magnete 2, 3 unmittelbar auf den Statorzähnen 11 aufliegend angeordnet werden.
Eine Befestigung der Magnete 2, 3 an den Statorzähnen 11 wird außerdem mittels einer Klebeverbindung umgesetzt. Die Klebeverbindung kann dabei durch Aufbringen eines Klebstoffs vor oder nach dem Einschieben der Anordnung 60 in den Stator 1 hergestellt werden. Die beiden Varianten werden weiter unten in Bezug auf die 6 und 7 beschrieben.
5 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines ersten Montagewerkzeugs 6 gemäß einer alternativen Ausgestaltung. Das Montagewerkzeug 6 der 5 weist einen ferromagnetischen Innenzylinder 67 auf, der innerhalb der zylindrischen Mantelfläche 61 angeordnet ist. In den Innenzylinder 67 sind mehrere elektrische Leitungsabschnitte 68 nahe dessen Außenumfang angeordnet. Die elektrischen Leitungsabschnitte 68 erstrecken sich dabei jeweils parallel zu einer Werkzeugachse 65 des ersten Montagewerkzeugs 6.
Die elektrischen Leitungsabschnitte 68 können dabei mit einem elektrischen Strom versorgt werden, welcher zusammen mit dem ferromagnetischen Material dazu führt, dass eine nach radial innen gerichtete Magnetkraft F auf die Magnete 2, 3 wirkt, um diese während der Montage besonders zuverlässig am ersten Montagewerkzeug 6 zu halten. Dadurch kann eine besonders einfach und präzise durchführbare Montage der Magnete 2, 3 am Stator 1 ermöglicht werden.
In 6 ist ein weiteres Detail des Verfahrens zur Montage der Magnete 2, 3 dargestellt. Im Detail ist in der 6 die Anordnung der Magnete 2, 3 am ersten Montagewerkzeug 6 dargestellt. Dabei werden die Magnete 2, 3 dadurch auf der Mantelfläche 61 des ersten Montagewerkzeugs 6 angeordnet, indem diese während eines Rotierens des ersten Montagewerkzeugs 6 um dessen Werkzeugachse 65 in tangentialer Richtung B auf die Mantelfläche 61 mittels einer Zuführeinrichtung 70 zugeführt werden.
Das Zuführen der Magnete 2, 3 kann dabei auf zwei unterschiedliche Varianten erfolgen. In einer ersten Variante können mittels einer gemeinsamen Zuführkassette (wie in 6 dargestellt) Magnete 2, 3 unterschiedlicher Polarität nacheinander, das heißt in abwechselnder Reihenfolge, zugeführt werden. In einer zweiten (nicht dargestellten Variante) können zwei separate Zuführkassetten vorgesehen sein, wobei mittels jeweils einer der beiden Zuführkassetten Magnete 2, 3 gleicher Polarität zugeführt werden. Die beiden Zuführkassetten werden dabei jeweils abwechselnd betätigt, um in Umfangsrichtung des ersten Montagewerkzeugs 6 alternierende Magneten 2, 3 zu erhalten.
Wie in der 6 zudem dargestellt, kann gleichzeitig zu dem Anordnen der Magnete 2, 3 auf dem ersten Montagewerkzeug 6 ein Auftragen eines Klebstoffs mittels einer ersten Klebstoff-Auftrageeinrichtung 80 an einem Ende der Zuführeinrichtung 70 erfolgen. Dabei wird ein Klebstoff an einer radial äußeren Seite der Magnete 2, 3 aufgetragen.
Zusätzlich kann vor der Zuführung der Magnete 2, 3 mittels einer zweiten Klebstoff-Auftrageeinrichtung 90 Klebstoff auf die Mantelfläche 61 des ersten Montagewerkzeugs 6 aufgetragen werden, um zu ermöglichen, dass die Magnete 2, 3 besonders zuverlässig auf dem ersten Montagewerkzeug 6 während der Montage im Stator 1 halten.
In 7 ist ein Detail des Stators 1 der 2 dargestellt, mit einer alternativen Ausgestaltung des ersten Montagewerkzeugs 6. Der Stator 1 weist dabei am Innenumfang 14 des Statorzahns 11 mittig einen Kapillarkanal 13 auf, der sich parallel zur Längsachse 15 des Stators 1 erstreckt. Der Kapillarkanal 13 ist dabei als Nut am Innenumfang 14 des Statorzahns 11 ausgebildet. Durch den Kapillarkanal 13 kann zusätzlich in dem Zustand, wenn die Magnete 2, 3 bereits am Statorzahn 11, also innerhalb des Stators 1, angeordnet sind, ein Klebstoff eingebracht werden, um die Klebeverbindung herzustellen oder zu verstärken. Durch eine Kapillarkraft verteilt sich der Klebstoff dabei innerhalb des in der 7 erkennbaren Spalts zwischen den beiden Magneten 2, 3 und zwischen den Magneten 2, 3 und dem Statorzahn 11.
Zusätzlich ist in der 7 eine Abwandlung des Montagewerkzeugs 6 der 3 dargestellt. Dabei weist das Montagewerkzeug 6 um den Umfang verteilt mehrere Positionierelemente 64 auf, welche nach radial außen von der zylindrischen Mantelfläche 61 vorstehen und parallel zur Werkzeugachse 65 des ersten Montagewerkzeugs 6 angeordnet sind. Die Positionierelemente 64 sind dabei vorgesehen, um die Magnete 2, 3 relativ zueinander sowie relativ zum Statorkern 11 genau zu positionieren. Wie in der 7 zu erkennen, sind die Positionierelemente 64 mit einem Querschnitt in Form eines Dreiecks ausgebildet.
8 zeigt eine Detailansicht des Stators 1 der 2 mit einer alternativen Ausgestaltung der Magnete 2, 3. In der Ausführungsform der 8 sind die Magnete 2, 3 L-förmig, und insbesondere gebogen, ausgebildet, wobei jeder Magnet 2, 3 einen Vorsprung 27 aufweist, der in einen Spalt 37, der sich in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Statorzähnen 11 befindet, hineinragt. Dadurch wird zwischen den Statorzähnen 11 und den Magneten 2, 3 in Umfangsrichtung des Stators 1 ein Formschluss gebildet, wodurch die Positionierung und Montage der Magnete 2, 3 besonders einfach und fest ermöglicht wird.
9 zeigt eine Detailansicht eines Stators 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Magnete 2, 3. Die Magnete 2, 3 sind dabei ähnlich der 8 L-förmig ausgebildet. Vorzugsweise können die Magnete 2, 3 auch identisch zu denen der 8 ausgebildet sein, und lediglich in Umfangsrichtung vertauscht angeordnet sein, wodurch eine besonders flexible Ausgestaltung des Stators 1 möglich ist. Im zweiten Ausführungsbeispiel der 9 weist jeder Statorzahn 11 mittig eine Nut 11a auf, die sich parallel zur Längsachse 15 erstreckt. Die beiden Vorsprünge 27 der beiden am Statorzahn 11 angeordneten Magneten 2, 3 greifen dabei in die Nut 11a des Statorzahns 11 ein, um ebenfalls einen Formschluss entlang der Umfangsrichtung zu erzeugen.
10 zeigt eine Detailansicht eines Magneten 2 gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung. Der Magnet 2 der 10 ist ähnlich der Magnete 2, 3 der 8 und 9 ausgebildet, mit dem Unterschied, dass der Vorsprung 27 mittig an Magneten 2 angeordnet ist. Ein derartiger Magnet 2 eignet sich für einen Statorzahn 11, der Pro Magnet 2, 3 jeweils eine separate Nut 11a, ähnlich der 9, aufweist (nicht dargestellt).
11 zeigt eine Detailansicht eines Stators 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im dritten Ausführungsbeispiel der 11 weist der Stator 1 pro Statorzahn 11 jeweils eine Magnettasche 11b auf, in der die beiden Magnete 2, 3 angeordnet sind. Die Magnettasche 11b ist dabei Nutähnlich ausgebildet und in Umfangsrichtung des Stators 1 beidseitig durch jeweils einen radial nach innen vorstehenden Statorvorsprung 11c begrenzt. Die Magnete 2, 3 können dabei in Umfangsrichtung an den Statorvorsprüngen 11c anliegen und werden somit formschlüssig in Umfangsrichtung am Statorzahn 11 gesichert.
Weiterhin ist der Stator 1 des dritten Ausführungsbeispiels in der 11 mehrteilig ausgebildet. Dabei weist der Stator 1 pro Statorzahn 11 jeweils ein separates Zahnbauteil 11d auf. Der Stator 1 wird dabei durch die in Umfangsrichtung aneinandergesetzten Zahnbauteile 11d gebildet. Zur optimalen Verbindung der Zahnbauteile 11d miteinander werden diese an Trennflächen 11e, welche gestuft ausgebildet sind, aneinandergefügt. Dadurch werden die aneinandergefügten Zahnbauteile 11 e in radialer Richtung und in Umfangsrichtung formschlüssig aneinander befestigt.
12 zeigt eine Detailansicht eines Stators 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der 11 mit einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Magnete 2, 3. Bei dem Stator 1 der 12 werden Magnete 2, 3 mit trapezförmigen Querschnitt verwendet. Dadurch kann eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Magnete 2, 3 ermöglicht werden, da diese beispielsweise besonders effizient aus einem größeren Stück herausgesägt werden können. Eine axiale Ausrichtung der Magnete 2, 3 am Statorzahn 11 kann dabei mittels der bezüglich des Statorzahns 11 innen liegenden Kanten 32 der Magnete 2, 3 erfolgen.
13 zeigt eine Detailansicht eines Stators 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Im vierten Ausführungsbeispiel der 13 wird der Formschluss zwischen Magneten 2, 3 und Statorzähnen 11 mittels Abstandselementen 81, welche als zusätzliche Bauteile vorgesehen sind, umgesetzt. Die Abstandselemente 81 sind dabei aus einem nichtmagnetischen und elektrisch nichtleitenden Material gebildet und jeweils in einem Spalt 37, welcher bezüglich der Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Statorzähnen 11 angeordnet ist, angeordnet. Jedes Abstandselement 81 weist dabei einen Abstandsvorsprung 82 auf, der bezüglich des Innenumfangs 14 des Stators 1 radial nach innen vorsteht. Die Magnete 2, 3 sind dabei zwischen den Abstandsvorsprüngen 82 zweier benachbarter Abstandselemente 81 angeordnet. Vorzugsweise können die Abstandselemente 81 nach der Montage der Magnete 2, 3, also nach dem Herstellen der Klebeverbindung, im Stator 1 verbleiben, oder alternativ entfernt werden.

Claims

Verfahren zur Montage von Magneten (2, 3) an einem Innenumfang (14) eines Stators (1), insbesondere einer Magnetgetriebe-Vorrichtung (10), umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines ersten Montagewerkzeugs (6), welches eine zylindrische Mantelfläche (61) aufweist, - Anordnen einer Vielzahl an Magneten (2, 3) auf einer Außenseite der Mantelfläche (61) des ersten Montagewerkzeugs (6), - axiales Einschieben der Anordnung (60) aus erstem Montagewerkzeug (6) und Magneten (2, 3) in den Stator (1), und - Verbinden der Magnete (2, 3) mit dem Stator (1) mittels einer Klebeverbindung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Herstellen der Klebeverbindung vor dem axialen Einschieben der Anordnung (60) ein Klebstoff auf einen Außenumfang der Magneten (2, 3) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei der Stator (1) mehrere Kapillarkanäle (13) am Innenumfang (14) aufweist, - wobei die Magneten (2, 3) so angeordnet werden, dass jeweils ein Kapillarkanal (13) in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Magneten (2, 3) liegt, und - wobei zum Herstellen der Klebeverbindung nach dem axialen Einschieben der Anordnung (60) ein Klebstoff in die Kapillarkanäle (13) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend die Schritte nach dem Anordnen der Magnete (2, 3) auf dem ersten Montagewerkzeug (6) und vor dem axialen Einschieben der Anordnung (60) in den Stator (1): - Bereitstellen eines zweiten Montagewerkzeugs (7), welches als zylindrische Hülse ausgebildet ist, und - Anordnen des zweiten Montagewerkzeugs (7) auf einem Außenumfang der Magnete (2, 3).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Außendurchmesser (71) des zweiten Montagewerkzeugs (7) größer ist als ein Innendurchmesser (1a) des Stators (1), sodass das zweite Montagewerkzeug (7) beim axialen Einschieben der Anordnung (60) in den Stator (1) durch den Stator (1) relativ zu den Magneten (2, 3) zurückgeschoben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt: - zumindest teilweises Entfernen des ersten Montagewerkzeugs (6) nach dem Herstellen der Klebeverbindung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Montagewerkzeug (6) zwei umlaufende Kragen (62) aufweist, welche nach radial außen von der zylindrischen Mantelfläche (61) vorstehen, sodass zwischen den umlaufenden Kragen (62) axiale Aufnahmen für die Magneten (2, 3) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Montagewerkzeug (6) mehrere Positionierelemente (64) aufweist, welche nach radial außen von der zylindrischen Mantelfläche (61) vorstehen und sich parallel zu einer Werkzeugachse (65) des ersten Montagewerkzeugs (6) erstrecken, um die Magneten (2, 3) in Umfangsrichtung zu positionieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Montagewerkzeug (6) einen Innenzylinder (67) aufweist, welcher ein ferromagnetisches Material aufweist, und welcher innerhalb der zylindrischen Mantelfläche (61) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das erste Montagewerkzeug (6) mehrere elektrische Leitungsabschnitte (68) aufweist, welche in den Innenzylinder (67) integriert sind, und wobei das Verfahren ferner den Schritt umfasst: - Versorgen der elektrischen Leitungsabschnitte (68) mit einem elektrischen Strom, wobei die elektrischen Leitungsabschnitte (68) derart im Innenzylinder (67) angeordnet sind, dass ein durch den elektrischen Strom erzeugtes Magnetfeld eine nach radial innen gerichtete Magnetkraft (F) auf die Magnete (2, 3) bewirkt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anordnen der Magnete (2, 3) mittels der folgenden Schritte durchgeführt wird: - Rotieren des ersten Montagewerkzeugs (6) um eine Werkzeugachse (65), und - Zuführen der Magneten (2, 3) mittels einer Zuführeinrichtung (70) in tangentialer Richtung auf die Mantelfläche (61) des ersten Montagewerkzeugs (6) während des Rotierens.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei mittels der Zuführeinrichtung (70) abwechselnd Magneten (2, 3) mit unterschiedlicher Polarität zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, - wobei die Zuführeinrichtung (70) zwei Zuführkassetten aufweist, - wobei mittels jeder Zuführkassette jeweils Magnete (2, 3) mit gleicher Polarität zugeführt werden, und - wobei die beiden Zuführkassetten abwechselnd Magnete (2, 3) mit unterschiedlicher Polarität auf die Mantelfläche (61) des ersten Montagewerkzeugs (6) zuführen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner umfassend den Schritt: - Aufbringen eines Klebstoffs auf eine Außenseite der Magnete (2, 3) während des Rotierens des ersten Montagewerkzeugs (6).
Stator, insbesondere einer Magnetgetriebe-Vorrichtung (10), umfassend: - mehrere Statorzähne (11), welche kreisringförmig angeordnet sind, und - eine Vielzahl an Magneten (2, 3), welche an einem Innenumfang (14) einer durch die Statorzähne (11) gebildeten Innenmantelfläche des Stators (1) mittels einer Klebeverbindung befestigt sind, wobei jeweils mindestens zwei Magnete (2, 3) an jeweils einem Statorzahn (11) befestigt sind.
Stator nach Anspruch 15, wobei die Statorzähne (11) und/oder die Magnete (2, 3) so ausgebildet sind, dass zwischen Statorzähnen (11) und Magneten (2, 3) in Umfangsrichtung ein Formschluss vorliegt.
Stator nach Anspruch 16, wobei jeder Magnet (2, 3) einen Vorsprung (27) aufweist, der in einen Spalt (37) zwischen benachbarten Statorzähnen (11) hineinragt.
Stator nach Anspruch 16 oder 17, wobei jeder Magnet (2, 3) einen Vorsprung (27) aufweist, der in eine Nut (11a) des jeweiligen Statorzahns (11) eingreift.
Stator nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei jeder Statorzahn (11) eine Magnettasche (11b) aufweist, in der die beiden Magnete (2, 3) angeordnet sind, wobei die Magnettasche (11b) beidseitig bezüglich der Umfangsrichtung durch jeweils einen radial nach innen vorstehenden Statorvorsprung (11 c) begrenzt ist.
Stator nach einem der Ansprüche 16 bis 19, ferner umfassend mehrere Abstandselemente (81), insbesondere welche aus einem nichtmagnetischen und elektrisch nichtleitenden Material gebildet sind, wobei jedes Abstandselement (81) in einem Spalt (37) zwischen benachbarten Statorzähnen (11) angeordnet ist, und wobei jedes Abstandselement (81) einen Abstandsvorsprung (82) aufweist, welcher vom Innenumfang (14) des Stators (1) nach radial innen vorsteht.
Stator nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei jeder Magnet (2, 3) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
Stator nach einem der Ansprüche 15 bis 21, - wobei sämtliche Statorzähne (11) als ein gemeinsames einstückiges Bauteil ausgebildet sind, oder - wobei jeder Statorzahn (11) als ein separates Zahnbauteil (11d) ausgebildet ist, und wobei der Stator (1) aus den Zahnbauteilen (11d) zusammengesetzt ist.
Magnetgetriebe-Vorrichtung, insbesondere Magnetgetriebe-Motor, umfassend: - einen Stator (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 22, - einen Modulator (4), welcher eine Vielzahl an kreisringförmig angeordneten Modulatorstäben (41) aus einem weichmagnetischen Material aufweist, und - einen Rotor (5), der eine Vielzahl an kreisringförmig angeordneten Magneten (51, 52) aufweist, - wobei der Stator (1), der Rotor (5) und der Modulator (4) koaxial zueinander angeordnet sind, und - wobei der Modulator (4) in radialer Richtung zwischen dem Rotor (5) und dem Stator (1) angeordnet ist.