DE4040116C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Linearmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Stator derartiger elektrischer Linearmaschinen besteht üblicherweise aus einer Vielzahl von einzelnen, gestanzten und einseitig isolierten Elektroblechen bestimmter Dicke und einheitlicher Formgebung, die entsprechend der Statorbreite beschichtet und zu einem Jochblechpaket zusammengefaßt sind, wie dies beispielsweise aus der DE-OS 22 23 906 bekannt ist. Bei diesem bekannten Stator jedoch sind die Ständerzähne getrennt von dem Ständerjoch ausgebildet und über eine Lack- oder Gußmasse starr miteinander verbunden.

Aus der DE-OS 34 36 510 ist ferner eine rotierende elektrische Maschine für den Antrieb einer Umwälzpumpe bekannt, bei der ein kugelabschnittförmiger Rotor mit einem entsprechend formangepaßten Stator verwendet wird, um eine besonders kompakt bauende Maschine zu erhalten. Dabei werden ein relativ hoher Fertigungsaufwand und ungünstigere elektrische Eigenschaften in Kauf genommen, um mit geblechten Zähnen diese besondere Formgebung zu erreichen. Die Zahnblechlamellen werden dabei mit besonderen, miteinander vernieteten oder verschraubten Deckblechen verbunden. Die so hergestellten Zahnbleche bzw. Zahnblechpakete sitzen stumpf auf geblechten Jochringen. Diese Vorrichtungen sind als rotierende Maschinen ausgebildet, wobei die einzelnen Ständerzähne radial innen durch eine geschlossene, dünnwandige Hülse aus unmagnetischem Material miteinander verbunden sind; als Linearmotoren sind sie 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 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Durch diese Maßnahme wird ein Stator für eine elektrische Linearmaschine geschaffen, der relativ klein im Verhältnis zu Linearmaschinen herkömmlicher Bauart ausgeführt werden kann, der eine Verbesserung des Wirkungsgrades aufweist und der auch bei kleinen Stückzahlen mit ausreichender Genauigkeit aus Blechen gefertigt werden kann, die mit einer Schlagschere schnell und kostengünstig geschnitten sind. Die Nuten lassen sich für ein Jochblechpaket bei Verwendung mehrerer Scheibenfräser auf einer Welle in einem Arbeitsgang einfach und kostengünstig herstellen. Wird das Jochblechpaket mit den Nuten nach oben zeigend gehalten, so können die Zahnblechpakete mit relativ einfachen Vorrichtungen automatisch eingepreßt und fixiert werden, wobei es nach einer Ausführung vorgesehen ist, daß die gegeneinander isolierten Zahnbleche miteinander zu Zahnblechpaketen und diese Zahnblechpakete und das Jochblechpaket im Bereich der Nuten miteinander verklebt sind.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung ist es vorgesehen, daß zwei oder mehrere, durch Luftschlitze voneinander getrennte Jochblechpakete vorgesehen sind und die einzelnen Jochblechpakete durch die Zahnblechpakete miteinander verbunden sind. Dadurch kann im Bedarfsfalle ein Kühlmedium näher an die Wicklungen heran gebracht und die gekühlte Fläche wesentlich vergrößert werden. Die Zahnblechpakete sind dabei mit einem genuteten Jochblechpaket verpreßt und verklebt.

Zur Verbesserung der Stabilität ist es vorgesehen, daß die Zwischenräume zwischen den Zahnblechpaketen an ihren, dem Jochblechpaket abgewandten freien Enden mit Haltekämmen verschließbar sind, wobei es vorteilhaft ist, wenn zwei gegeneinandergerichtete, ggf. übereinandergelegte Haltekämme zum Abschluß der Zwischenräume zwischen den Zahnblechpaketen vorgesehen und mit Preßsitz eingeführt und/oder eingeklebt sind, sowie daß die Haltekämme nach Einbringen von elektrischen Wicklungen in die Zwischenräume der Zahnblechpakete eingelegt und zusammen mit dem Jochblechpaket mit elektrisch und magnetisch isolierendem Stoff umgossen sind. Damit wird eine zusätzliche Stabilität des gesamten Stators erreicht, und ein tragendes Gehäuse, wie es bei rotierenden Maschinen erforderlich und üblich ist, ist überflüssig.

Durch die Verwendung von Zahnblechen höherer Permeabilität kann ferner der Querschnitt senkrecht zur Flußrichtung kleiner gewählt werden und der Linearmotor wird damit insgesamt kürzer. Die Nuten in dem Jochblechpaket sind einfach und zeitsparend zu fräsen, da sie entsprechend der Zahnbreite der Zahnblechpakete nur einige wenige Millimeter tief sein müssen. Das gesamte Statorblechpaket läßt sich so mit einfachen Werkzeugen in relativ kurzer Zeit kostengünstig fertigen.

Zur Reduzierung des Gewichtes und zur Verbesserung des Wirkungsgrades 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.

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 zueinander 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 können. 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 20 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 Radnabe 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 Bildern 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.

Claims (15)

1. Stator für eine elektrische Linearmaschine, bestehend aus einem Jochblechpaket aus einer Vielzahl von gegeneinander isolierten Jochblechen, mit von dem Jochblechpaket getrennten, mit diesem in Wirkverbindung stehenden, gegeneinander isolierten Zahnblechen, die um 90° versetzt zu dem Jochblechpaket verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Jochbleche (13) mit einer Vielzahl von parallel verlaufenden Nuten (14) versehen und die zu Zahnblechpaketen (5) zusammengefaßten Zahnbleche (4) mit Preßsitz in die Nuten (14) des Jochblechpaketes (1) eingepreßt sind.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinander isolierten Zahnbleche (4) miteinander zu Zahnblechpaketen (5) und diese Zahnblechpakete (5) und das Jochblechpaket (1) im Bereich der Nuten (14) miteinander verklebt sind.

3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere, durch Luftschlitze (19) voneinander getrennte Jochblechpakete (1, 1a) vorgesehen sind und die einzelnen Jochblechpakete (1, 1a) durch die Zahnblechpakete (5) miteinander verbunden sind.

4. Stator nach den Anprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnblechpakete (5) aus hochlegierten Zahnblechen (4) mit einer Orientierung der maximalen Permeabilität in der auf die Jochbleche (13) zu laufenden Y-Achse und das Jochblechpaket (1) aus Jochblechen (13) geringerer Permeabilität bestehen.

5. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Jochblechpaket (1) aus hochlegierten Jochblechen (13) mit einer Orientierung der maximalen Permeabilität in der längs den Jochblechen (13) verlaufenden Richtung der X-Achse besteht.

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

7. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zahnbleche (4) und die einzelnen Jochbleche (13) vor dem Zusammenbau wärmebehandelt sind.

8. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 7, 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.

9. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die außenliegenden Zahnblechpakete (20, 20a) mit einer das Jochblechpaket (1) umfassenden Haltevorrichtung (23) verbundenen Stütze (24) gehalten sind.

10. Stator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütze (24) im wesentlichen parallel zu der Y-Achse verläuft und mit der Haltevorrichtung (23) verbunden ist.

11. Stator nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume (25) zwischen den Zahnblechpaketen (5) an ihren, dem Jochblechpaket (1) abgewandten freien Enden durch Haltekämme (26) verschließbar sind.

12. Stator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegeneinandergerichtete, ggf. übereinandergelegte Haltekämme (26) zum Abschluß der Zwischenräume (25) zwischen den Zahnblechpaketen (5) vorgesehen und mit Preßsitz eingefügt und/oder eingeklebt sind.

13. Stator nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Haltekämme (26) nach Einbringen von elek­ trischen Wicklungen in die Zwischenräume (25) der Zahnblechpakete (5) eingelegt und zusammen mit dem Jochblechpaket (1) mit elektrisch und magnetisch isolierendem Stoff umgossen sind.

14. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Jochblechpaket (1) gekrümmt ausgebildet ist, wobei der Krümmungsmittelpunkt (38) unterhalb, seitlich oder oberhalb der Linearmaschine in der X-Y-Ebene liegt.

15. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, 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.