DE4040116A1 - Stator fuer eine elektrische linearmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Linearmaschine, bestehend aus einem, aus einer Vielzahl von gegeneinander isolierten Jochblechen zusammengesetzten, mit Nuten versehenen Jochblechpaket und aus von dem Joch­ blechpaket getrennten, mit diesem in Wirkverbindung stehen­ den Zahnblechen oder Zahnblechpaketen.

Der Stator derartiger elektrischer Linearmaschinen be­ steht üblicherweise aus einer Vielzahl von einzelnen, ge­ stanzten und einseitig isolierten Elektroblechen bestimm­ ter Dicke und einheitlicher Formgebung, die entsprechend der Statorbreite beschichtet und zu einem Jochblechpaket zusammengefaßt sind, wie dies beispielsweise aus der DE 22 23 906 A1 bekannt ist. Bei diesem bekannten Stator jedoch sind die Ständerzähne getrennt von dem Ständerjoch ausge­ bildet und über eine Lack- oder Gußmasse starr miteinander verbunden. Eine derartige Vorrichtung ist als rotierende Maschine ausgebildet, wobei die einzelnen Ständerzähne ra­ dial innen durch eine geschlossene, dünnwandige Hülse aus unmagnetischem Material miteinander verbunden sind; als Li­ nearmotor ist eine derartige Vorrichtung nicht einsetzbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Linear­ maschine der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der auch bei kleinen Baugrößen eine Verbesserung des Wir­ kungsgrades erzielt werden kann, die einfach und kosten­ günstig herstellbar ist und die mit einfachen Mitteln bei ausreichender Genauigkeit gefertigt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Zahnbleche um 90° versetzt zu den Jochblechen verlaufend in die Nuten des Jochblechpaketes eingesetzt sind. Durch diese Maßnahme wird ein Stator für eine elektrische Linearmaschine ge­ schaffen, der relativ klein im Verhältnis zu Linearmaschi­ nen herkömmlicher Bauart ausgeführt werden kann, der eine Verbesserung des Wirkungsgrades aufweist und der auch bei kleinen Stückzahlen mit ausreichender Genauigkeit aus Ble­ chen gefertigt werden kann, die mit einer Schlagschere schnell und kostengünstig geschnitten sind.

Die Nuten in dem Jochblechpaket sind einfach und zeitspa­ rend zu fräsen, da sie entsprechend der Zahnbreite der Zahnblechpakete nur einige wenige Millimeter tief sein müssen. Das gesamte Statorblechpaket läßt sich so mit ein­ fachen Werkzeugen in relativ kurzer Zeit kostengünstig fer­ tigen.

Zur kostengünstigen Fertigung ist es auch vorgesehen, daß die Zahnbleche zu Zahnblechpaketen zusammengefaßt und in die Nuten des Jochblechpaketes mit Preßsitz eingepreßt sind, sowie daß die Zahnblechpakete aus einer Vielzahl von gegeneinander isolierten, miteinander verklebten Zahnble­ chen bestehen, bzw, daß die Zahnblechpakete mit dem Joch­ blechpaket an ihrer Verbindungsstelle im Bereich der Nuten miteinander verklebt sind.

Zur Reduzierung des Gewichtes und zur Verbesserung des Wir­ kungsgrades ist es bei einer Ausführung vorgesehen, daß die Zahnbleche bzw. die Zahnblechpakete aus einem festen Stoff bestehen in den magnetisierbares Material in Partikelform eingelagert ist.

Zur Verbesserung der Kühlung der Linearmaschine ist es bei einer anderen Ausführung vorgesehen, daß zwei oder mehrere, durch Luftschlitze voneinander getrennte Jochblechpakete vorgesehen sind und die Jochblechpakete durch die Zahn­ blechpakete miteinander verbunden sind.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Unteran­ sprüchen beschrieben. Die Erfindung ist anhand eines Aus­ führungsbeispiels in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben; es zeigt:

Bild 1 die isometrische Darstellung eines aus einem Jochblechpaket und einer Vielzahl von um 90° versetzt zu diesem verlaufenden Zahnblechpake­ ten bestehenden Stator mit Reaktionsschiene, je­ doch ohne Wicklungen;

Bild 1a einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Bild 1, im Bereich einer Nut in dem Jochblechpaket;

Bild 2 die isometrische Darstellung eines Stators nach dem Bild 1, jedoch mit durch einen Luftschlitz getrennten Jochblechpaketen;

Bild 3 die isometrische Darstellung eines Stators nach Bild 1, jedoch mit durch eine Haltevorrichtung und seitliche Stützen gehaltenen Zahnblechpake­ ten;

Bild 4 die Detaildarstellung eines Haltekammes zum Ab­ schluß der Zwischenräume zwischen den einzelnen Zahnblechpaketen;

Bild 5 ein Anwendungsbeispiel für einen erfindungs­ gemäßen Linearmotor zum Antrieb eines Schwenk­ tores, wobei die Schiene für eine, das Tor tra­ genden Rolle zugleich als Reaktionsschiene aus­ gebildet ist;

Bild 6 eine elektrische Linearmaschine als Antrieb für ein Rad, mit im Bereich der Radperipherie ange­ ordneter Reaktionsschiene und Doppelstatoranord­ nung mit seitlichem Krümmungsmittelpunkt;

Bild 7 die schematische Darstellung einer gekrümmten elektrischen Linearmaschine, mit unterhalb lie­ gendem Krümmungsmittelpunkt;

Bild 8 die schematische Darstellung einer gekrümmten elektrischen Linearmaschine, mit oberhalb lie­ gendem Krümmungsmittelpunkt;

Bild 9 die schematische Darstellung einer gekrümmten elektrischen Linearmaschine, mit seitlich lie­ gendem Krümmungsmittelpunkt gemäß Bild 6, in Vorderansicht;

Bild 9a die elektrische Linearmaschine nach Bild 9, in Draufsicht.

Der in den Bildern 1, 2, und 3 dargestellte elektrische Linearmotor besteht im wesentlichen aus einem Jochblechpa­ ket 1, das aus einer Vielzahl von parallel zueinader ver­ laufenden und gegeneinander isolierten Jochblechen 13 be­ steht. Die Jochbleche 13 verlaufen dabei in X-Richtung. An der der Reaktionsschiene 9 zugewandten Unterseite ist das Jochblechpaket 11 mit einer Vielzahl von parallel zueinan­ der verlaufenden Nuten 14 versehen. Die Nuten 14 verlaufen dabei in Z-Richtung.

In die Nuten sind Zahnblechpakete 5 eingepreßt oder ein­ geklebt, die aus einer Vielzahl von einzelnen Zahnblechen 4 bestehen. Die Zahnbreite 6 entspricht dabei der Breite eines Zahnpaketes 5, während die Nutenbreite 7 der Breite eines Zwischenraumes 25 zwischen den einzelnen Zahnblechpa­ keten 5 entspricht. Die Nutteilung 8 entspricht dabei der Summe aus Zahnbreite 6 und Nutbreite 7. Die Zahnblechpakete 5 sind in Y-Richtung, d. h. um 90° versetzt zu dem Joch­ blechpaket 1 in die Nuten 14 mit Preßsitz eingepreßt. Dabei entsteht, wie das Bild 1a zeigt, im Bereich des Nutbodens 15 ein Luftspalt 17 und im Bereich der Nutseiten 16 Luftspalte 18 die bei sorgfältiger Fertigung klei­ ner 0,01 bzw. 0,05 mm betragen kann. Die Jochbleche 13 sind außen mit Endblechen 2 abgedeckt und über Schraubver­ bindungen 3 miteinander zu einem Jochblechpaket 1 ver­ schraubt.

Als Sekundärteil der elektrischen Linearmaschine ist eine Reaktionsschiene 9 aus elektrisch gut leitendem Material in Verbindung mit einem magnetischen Rückschluß 10 aus einem magnetisch leitenden Werkstoff vorgesehen, wobei die freien Enden des Jochblechpaketes 1 mit einem Luftspalt 11 in X-Richtung über die Endbleche 20 bzw. 20a der Zahnblechpa­ kete 5 überstehen. Der Sekundärteil und der Stator bilden eine symmetrische Anordnung bezüglich der X- und der Y-Achse.

Zwischen den unteren Enden der Zahnblechpakete 5 und der Oberfläche der Reaktionsschiene 9 bildet sich ein den Kraft­ schluß herstellender Luftspalt 11 aus. Der Sekundärteil ist breiter als der Stator. In Z-Richtung schließen die Zahn­ blechpakete 5 bündig mit den Endblechen 2 des Jochblech­ paketes 1 ab und stehen mit einem Überhang 12 auf der Re­ aktionsschiene 9 auf. Der Überhang 12 des Sekundärteils er­ gibt sich dabei aus der halben Differenz zwischen Sekundär­ teil und Stator.

Bei der Ausführung nach Bild 2 sind die Jochbleche 13 in ein erstes Jochblechpaket 1 und in ein zweites Jochblechpa­ ket 1a geteilt, wobei zwischen ihnen ein in X-Richtung ver­ laufender Luftschlitz 19 freigelassen ist. Eine derartige Anordnung kann auch mehrere Luftschlitze und mehrere Joch­ blechpakete 1 bzw. 1a aufweisen, die der besseren Kühlung der Blechpakete und der - nicht dargestellten - Wicklungen dienen.

Bei der in Bild 3 dargestellten Ausführung sind die beid­ seitigen Endbleche 21 bzw. 20a der jeweils außenliegenden Zahnblechpakete 5 mit einer, in Y-Richtung mittig verlau­ fenden Stütze 24 zusammengehalten, wobei die Stütze 24 mit einer, in X-Richtung über dem Jochblechpaket verlaufenden Haltevorrichtung 23 verbunden, beispielsweise verschweißt ist.

Wie das Bild 1a weiter zeigt, sind die Endbleche 21 bzw. 21a eines jeden Zahnblechpaketes 5 mit einer elektrisch isolie­ renden Schicht 22 versehen und in der Nut 14 festgelegt.

Nach Aufbringen von - nicht dargestellten - Wicklungen in die Nutbreiten 7, können die offenen Enden der Zwischen­ räume 25 zwischen den einzelnen Zahnblechpaketen 5 mit Hal­ tekämmen 26, wie einer in dem Bild 4 dargestellt ist, nach unten, d. h., zum Luftspalt 11 und der Reaktionsschiene 9 hin, verschlossen werden. Die Zähne 27 des Haltekammes 26 sind durch unterschiedliche Zahnbreiten 6 bzw. 6′ leicht konisch, so daß sie mit Preßsitz seitlich in die Zwischen­ raume 25 eingepreßt werden können. Zur besseren Sicherung ist von jeder Seite ein Haltekamm 26 in die Zwischenräume 25 eingesetzt und anschließend durch einen geeigneten Kunststoff-Metallkleber verbunden und verklebt.

Ein derartiger Linearmotor kann beispielsweise als Antrieb für ein Schwenktor 28 eingesetzt werden wie es in dem Bild 5 dargestellt ist. Ein derartiges Schwenktor 28 ist in Tür­ angeln 31 an einem Torpfosten 30 schwenkbar angelenkt und auf seinem, den Türangeln 31 entgegengesetzten freien Ende auf Rollen 29 abgestützt. Diese Rollen 29 laufen üblicher­ weise auf Schienen, die bei dem gezeigten Ausführungsbei­ spiel als Sekundärteil ausgebildet sind. Im Bereich der Rollen 29 ist ein Linearmotor 32 der oben beschriebenen Ausführung angebracht, mit dem das Schwenktor 29 geöffnet und geschlossen werden kann.

In dem Bild 6 ist als Anwendungsbeipiel ein Rad 33 darge­ stellt, das sich um eine Radnarbe 34 drehen kann. Im Be­ reich der radial äußeren Peripherie dieses Rades 33 und radial innen zu der Bereifung 35 ist eine rundum laufende Reaktionsschiene 36 vorgesehen zu der beidseitig ein Line­ armotor 37 in Doppelstatoranordnung angebracht ist. Ein derartiger Linearmotor 37 kann, wie die Bilder 7, 8 und 9 zeigen, je nach Länge und Krümmung der Reaktionsschiene 9a entweder mit einem geraden oder mit dem Kreisbogen mit ei­ nem Radius r angepaßten gekrümmten Jochblechpaket 1 bzw Zahnblechpaketen 5 versehen sein.

Bei der in Bild 7 dargestellten Ausführung liegt dabei der Krümmungsmittelpunkt 38 unterhalb der Linearmaschine, wäh­ rend er bei der Ausführung nach Bild 8 oberhalb liegt. Bei der Ausführung nach den Bilder 9 und 9a befindet sich der Krümmungsmittelpunkt 38 seitlich neben der Linearmaschine. Eine derartige Ausführung eignet sich besonders für eine Doppelstatorausführung, wie sie oben zu dem in Bild 6 dar­ gestellten Anwendungsbeispiel beschrieben ist.

Bezugszeichen

 1, 1a Jochblechpaket
 2 Endblech
 3 Schraubverbindung
 4 Zahnblech
 5 Zahnblechpaket
 6 Zahnbreite
 7 Nutbreite
 8 Nutteilung
 9, 9a Reaktionsschiene
10 magnetischer Rückschluß
11 Luftspalt
12 Überhang
13 Jochblech
14 Nut
15 Nutboden
16 Nutseite
17, 18 Luftspalt
19 Luftschlitz
20, 20a äußere Zahnblechpakete
21, 21a Endbleche
22 isolierende Schicht
23 Haltevorrichtung
24 Stütze
25 Zwischenraum
26 Haltekamm
27 Zähne
28 Schwenktor
29 Rolle
30 Torpfosten
31 Türangel
32 Linearmotor
33 Rad
34 Radnarbe
35 Bereifung
36 Reaktionsschiene
37 Doppelstator
38 Krümmungsmittelpunkt

Claims (20)

1. Stator für eine elektrische Linearmaschine, bestehend aus einem, aus einer Vielzahl von gegeneinander isolierten Jochblechen zusammengesetzten, mit Nuten versehenen Joch­ blechpaket und aus von dem Jochblechpaket getrennten, mit diesem in Wirkverbindung stehenden Zahnblechen oder Zahn­ blechpaketen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnbleche (4) um 90° versetzt zu den Jochblechen (13) verlaufend in die Nuten (14) des Jochblechpaketes (1) eingesetzt sind.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnbleche (4) zu Zahnblechpaketen (5) zusammengefaßt und in die Nuten (14) des Jochblechpaketes (1) mit Preßsitz eingepreßt sind.

3. Stator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zahnblechpakete (5) aus einer Vielzahl von gegeneinander isolierten, miteinander verklebten Zahnble­ chen (4) bestehen.

4. Stator nach den Anprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zahnblechpakete (5) mit dem Jochblechpaket (3) an ihrer Verbindungsstelle im Bereich der Nuten (14) miteinander verklebt sind.

5. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zahnblechpakete (5) aus hochlegierten Zahn­ blechen (4) mit einer Orientierung der maximalen Permeabi­ lität in der auf die Jochbleche (13) zu laufenden Y-Achse und das Jochblechpaket (1) aus Jochblechen (13) geringerer Permeabilität bestehen.

6. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Jochblechpaket (1) aus hochlegierten Jochble­ chen (13) mit einer Orientierung der maximalen Permeabi­ lität in der längs den Jochblechen (13) verlaufenden Rich­ tung der X-Achse besteht.

7. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zahnbleche (4) bzw. die Zahnblechpakete (5) aus einem festen Stoff bestehen, in den magnetisierbares Material in Partikelform eingelagert ist.

8. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei oder mehrere, durch Luftschlitze (19) von­ einander getrennte Jochblechpakete (1, 1a) vorgesehen sind und die Jochblechpakete (1, 1a) durch die Zahnblechpakete (5) miteinander verbunden sind.

9. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die einzelnen Zahnbleche (4) und die einzelnen Jochbleche (13) vor dem Zusammenbau wärmebehandelt sind.

10. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die außenliegenden Endbleche (21, 21a) eines jeden Zahnblechpaketes (5) im Bereich der Nuten (14) des Jochblechpaketes (1) mit einer elektrisch isolierenden Schicht (22) versehen sind.

11. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die außenliegenden Zahnblechpakete (20, 20a) mit einer das Jochblechpaket (1) umfassenden Halte­ vorrichtung (23) verbundenen Stütze (24) gehalten sind.

12. Stator nach den Ansprüchen 1 und 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stütze (24) mit der Haltevorrichtung (23) verbunden, vorzugsweise verschweißt ist.

13. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stütze (24) parallel zu der Y-Achse ver­ laufend angeordnet ist.

14. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenräume (25) zwischen den einzelnen Zahnblechpaketen (5) an ihren, dem Jochblechpaket (1) abge­ wandten freien Enden durch Haltekämme (26) verschließbar sind.

15. Stator nach den Ansprüchen 1 und 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei gegeneinandergerichtete, übereinander­ gelegte Haltekämme (26) zum Abschluß der Zwischenräume (25) zwischen den einzelnen Zahnblechpaketen (5) vorgesehen und mit Preßsitz eingefügt und/oder miteinander verklebt sind.

16. Stator nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Haltekämme (26) nach Einbringen von elek­ trischen Wicklungen in die Zwischenräume (25) der einzelnen Zahnblechpakete (5) eingelegt und zusammen mit dem Joch­ blechpaket (1) mit elektrisch und magnetisch isolierendem Stoff umgossen sind.

17. Stator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Jochblechpaket (1) ge­ krümmt ausgebildet ist, wobei der Krümmungsmittelpunkt (38) unterhalb oder oberhalb der Linearmaschine in der X-Y-Ebene liegt.

18. Stator einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß das Jochblechpaket (1) gekrümmt ausgebildet ist, wobei der Krümmungsmittelpunkt (38) seit­ lich der Linearmaschine in der X-Y-Ebene liegt.

19. Stator nach den Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nuten (14) zur Aufnahme der Zahnblechpa­ kete (5) parallel zueinander verlaufen.

20. Stator nach den Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nuten (14) zur Aufnahme der Zahnblechpa­ kete (5) in einem rechten Winkel zur Mitte des Jochblechpa­ ketes (1, 1a) verlaufen.