WO2006034974A1 - Polygonartig aufgebaute transversalfluss-linearmotor - Google Patents

Polygonartig aufgebaute transversalfluss-linearmotor Download PDF

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WO2006034974A1
WO2006034974A1 PCT/EP2005/054666 EP2005054666W WO2006034974A1 WO 2006034974 A1 WO2006034974 A1 WO 2006034974A1 EP 2005054666 W EP2005054666 W EP 2005054666W WO 2006034974 A1 WO2006034974 A1 WO 2006034974A1
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primary
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electrical machine
electric machine
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PCT/EP2005/054666
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Thomas Hoppe
Zeljko Jajtic
Christian Volmert
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings

Definitions

  • the present invention relates to an electric machine with a polygonal cross-section.
  • the electric machine is provided for exercising a linear movement.
  • a linear motor is thus an example of a machine such electrical ⁇ Ma. Since a linear motor can also be used as a generator concerns the electric machine including a line Argene ⁇ rator.
  • the electric machine has a primary part and a secondary part. An electric machine is understood below to mean an electric machine whose primary part is linearly movable relative to the secondary part or vice versa.
  • the invention further relates to a primary part po ⁇ lygonartigen cross section of an electrical machine.
  • the primary part of the electric machine has windings, wherein by means of current-carrying windings a variab ⁇ les magnetic field can be generated, which by interaction with an excitation field a movement of the primary part to the secondary part, or vice-versa.
  • the excitation field is generated for example, by permanent magnets which are attached to the secondary part and / or on the primary part.
  • One method for increasing the thrust is to extend a Einzelkammlinearmotor by the use of a second primary part to a Doppelkamm- linear motor, which achieves the double thrust er ⁇ .
  • An advantage of using two primary parts lies in that the thrust doubles without increasing the overall length.
  • a linear motor which has a polygonal cross-section.
  • the primary part of the linear motor comprises a plurality of poly ⁇ gonartig arranged plate stacks and rotating Wicklungsspu- len on.
  • the in this construction on the laminated core we are collecting the laminated core surrounding support structure from a ⁇ kenden normal forces.
  • the construction of the support structure is complicated and increases the installation space of the electrical machine.
  • the laminated cores can be assembled in modular fashion to primary parts of un- differently many laminated cores so that different easily motors differing ⁇ cher performance can be produced.
  • This linear motor ⁇ ren are characterized by high thrust at short construction.
  • the invention has for its object to provide an electric machine, which is compact in structure and minimizes the above genann ⁇ th disadvantages specify.
  • an electrical machine which is in particular a linear motor, with high power and a short overall length, wherein a motor range with a wide power range can be realized in a simple and cost-effective manner.
  • Stack height of the laminated core can be achieved with a Blechroughgeomet ⁇ rie example different motor lengths and thus ver ⁇ different services.
  • an electrical machine which is in particular a linear motor, which has a primary part and a secondary part, wherein the primary part windings for generating a magnetic field and the Se ⁇ kundärteil has a means for guiding a magnetic flux and wherein between the primary part and the Secondary part ⁇ an air gap surface is formed, the Wicklun ⁇ conditions of the primary part and / or the air gap surfaces are arranged polygonal.
  • the electric machine advantageously has at least two magnetically active air gap surfaces, wherein each magnetically active air gap surface can or can be associated with one or more windings.
  • a magnetic ⁇ schematically active air gap surface is provided for guiding a Nutzflus- ses and is also provided to form a thrust force.
  • the assignment concerns the guidance of the coupled with the winding of the primary magnetic flux.
  • the considered air gap surfaces are thus in particular magnetically active and serve to form a force.
  • the air gap surface is advantageously a plane, ie a surface which has no curvature.
  • the air gap advantageously at least ei ⁇ ner polygon side and in a longitudinal direction - corresponds to the direction of movement - at least substantially the same width resulting from this air gap surface.
  • the air gap surface concerns both the side of the primary ⁇ part in the air gap and the side of the secondary part in the air gap.
  • the different air gap surfaces are arranged polygonally.
  • An example of a means for guiding the magnetic field is a laminated core.
  • the electric machine also has another means for generating a magnetic field, which further serves to generate a field of excitation.
  • the further agent is arranged either on the primary part or on the secondary part.
  • the exciter field and thus the excitation flux elekt ⁇ step machine is generated for example by means of permanent magnets.
  • the permanent magnets are mounted därteil of the electrical machine, for example, the seconding ⁇ .
  • the perma- are nentmagnete on the primary part of the electrical machine is placed ⁇ .
  • Both the primary part and the secondary part Kgs so ⁇ NEN permanent magnets and the further means for the generation ⁇ supply having an exciter field.
  • the polygonal arrangement of the windings and / or the air gap surfaces of the primary part is advantageously realized by a suitable sheet metal section of a laminated core of the primary part.
  • the polygonal shape has the advantage that magnetic attraction forces in the air gap can be absorbed by the laminated core. Is a one-piece structure provided on a sheet in the sheet metal section, it has further advantages with respect to a high mechanical Steifig ⁇ ness of a closed structure of the shape of the Blechschnit ⁇ tes.
  • the polygon is open, resulting in an open laminated core of the primary part, so that the open side of the polygon or the laminated core can be used, for example, for a guide or an elevation of the secondary part.
  • the polygonal arrangement of the windings of the primary part and / or the air gap surfaces of the primary part advantageously results in an advantage in that attractive forces compensate at least partially.
  • the electric machine according to the invention is Execute such ⁇ bar that either a) is arranged, the primary part in an outer region of the electric machine and the secondary part is arranged in a Neren in ⁇ area of the electrical machine o- of that b) the primary part inner in a Area of the electric machine is arranged and the secondary part is arranged in an outer area of the electrical machine.
  • the primary part at least partially surrounds the secondary part.
  • the secondary part at least partially surrounds the primary part. Since the electric machine is vorge see for performing a linear movement, surrounding the primary part or the secondary part Se ⁇ relates to only a portion of a L Lucassausdeh ⁇ voltage of the electrical machine. In both embodiments a) and b), it is possible that either the primary part is provided for exercising a linear movement or that the secondary part is provided for exercising a linear movement.
  • the excitation field can also be generated by means of current-carrying coils or windings.
  • these windings are advantageously positioned in particular in such a way that a magnetic useful flux is guided entirely or at least predominantly in a plane oriented transversely to a direction of movement of a part of the electric machine. This results in a cross-flow arrangement.
  • the direction of movement of a part of the electric machine is either the movement direction tion direction of the primary part relative to the secondary part or the direction of movement of the secondary part relative to the Primär ⁇ part, so it is at least a relative movement.
  • the longitudinal flow arrangement is characterized by the fact that the magnetic fields are not transverse to the direction of movement of the primary part or the secondary part but along the direction of movement of the primary part or along the direction of movement of the secondary part.
  • the like ⁇ genetic flow, which is guided in a plane pa rallel ⁇ is oriented to the moving direction, wherein the longitudinal flow arrangement of the useful magnetic flux.
  • the magneti ⁇ specific useful flux is the magnetic flux which is coupled to the windings of the primary part. This so directed from ⁇ useful magnetic flux forms a magnetic circuit L josshne-.
  • the stacking direction of the sheets of Blechpake ⁇ tes the primary part of an electric machine in the longitudinal flow arrangement is parallel to the direction of movement. The occurring normal forces can not be absorbed by the engine plates alone. Therefore, the polygonal an ⁇ ordered laminated cores must be held by a surrounding support structure.
  • the cross-flow arrangement is characterized in that the magnetic fields do not close longitudinally to the direction of movement of the primary part or of the secondary part but transversely to the direction of movement of the primary part or transversely to the direction of movement of the secondary part.
  • the magnetic flux which is guided in a plane which is oriented transversely to the direction of movement, is the magnetic flux in the case of the cross-flow arrangement.
  • the magne- useful flow is the magnetic flux which is coupled to the windings of the primary part. This so directed from ⁇ useful magnetic flux forms a transverse flux magnetic circuit.
  • a linear motor in addition to a classic structure of a linear motor as the ⁇ ser example disclosed in DE 100 03 851, there is a polygonal structure of the invention. With this construction, a linear motor can be realized, in which a guide of the primary part with respect to the secondary part and / or vice versa, is integrated with these parts. The guide is thus inventively integrated into the primary part and / or with in the secondary part.
  • Direct drives such as linear motors or torque motors, require guidance, for example, for a linear guide or a bearing designed for rotational movements.
  • a guide and, for example, a measuring system are often combined.
  • Direct drives are therefore usually built-in motors.
  • the components of the primary part and secondary part are kept apart for example by means of guides 2, wherein the primary part and the secondary part is between the two Füh ⁇ requirements.
  • An electrical machine having a primary part, a secondary part and a guide can be designed such that the guide is at least partially integrated in the primary part and / or in the secondary part.
  • This makes it possible to realize a very compact design.
  • This concerns in particular linear motors.
  • a profile rail is used as a guide rail as a guide, with this also the secondary part of the electric machine is formed at the same time.
  • An improved construction can also be achieved in an electrical machine which has a primary part and a secondary part, wherein: a) the primary part only partially encloses at least part of the secondary part or b) the secondary part only partially encloses at least a part of the primary part, wherein in particular, a guide, such as a guide ⁇ rail, at least partially integrated into the primary part and / or in the secondary part.
  • a guide such as a guide ⁇ rail
  • the secondary part contributes at least to an uplifting of the primary part.
  • the primary part for example, on a machine (eg, a machine tool or a production machine) attach, without a pre ⁇ dismantling of guides on the machine for the linear motor would be necessary.
  • a complete electrical machine By combining or integrating individual components, such as a guide and a secondary part, a complete electrical machine can be created, which in particular ⁇ special, both the primary part, the secondary part and the leadership of the two parts (primary part to the secondary part or vice versa).
  • a measuring system for measurement of movement is integrated advantageously with electric in this machine in ⁇ .
  • a complete motor can be produced.
  • the Measuring system is integrated in a further advantageous Ausges ⁇ tion with in the leadership.
  • the described construction of the linear motor has the advantage that the guide is integrated in the primary part or in the secondary part.
  • the guide can be tet verzich ⁇ through this in ⁇ tegration on a magnetic track for the measurement system as permanent magnets, for example, can be used on the secondary part as a magnetic track.
  • a primary part of an electric machine which has the primary part and a secondary part, the primary part windings for generating a magnetic field and the secondary part, a means for guiding a magnetic see having flux is, in one embodiment Erfin dung according to be designed such in that a groove-like receptacle is formed by means of the primary part, wherein the groove-like receptacle is provided for receiving at least part of the secondary part.
  • the shape of the primary part and the shape of the secondary part is thus matched to one another such that one part has a positive shape and the other part ei ⁇ ne corresponding negative shape and these For ⁇ men in the electric machine facing each other angeord ⁇ net are.
  • the groove-like receptacle serving as Introductio ⁇ agents for guidance of the primary part with respect to the secondary part.
  • the guide can be designed such that the primary part is integrated in a roller circulation unit and / or in a ball circulation unit of a linear guide.
  • the guide can also be realized by means of a sliding bearing.
  • the primary part has a contact area to the secondary part where ⁇ is at the contact area, in particular in the field of nut ⁇ like receptacle and for example, the range has the primary part in contact ⁇ a slide-surface.
  • the secondary part may also have the sliding surface.
  • both the primary part and the secondary part slide-Oberflä ⁇ on surfaces.
  • the primary part in a further Ausges ⁇ and the secondary part of an electrical machine taltung a- nalogue to the primary part formable.
  • Analogous to the primary part and the secondary part of the nutarti ⁇ ge recording is advantageously used as a guide means for guiding the primary part with respect to the secondary part.
  • roller circulation unit or also the ball circulation unit is not integrated in the primary part or the secondary part, then the primary part or else the secondary part can also be positioned, for example, between two roller circulation units or between two ball circulation units. Although this increases the space, but has the advantage of a simpler structure.
  • a simple structure results, as already described in the primary part, by the use of a sliding bearing.
  • the slide bearing has at least one slide-promoting surface. This slide-surface located example ⁇ as the primary and / or secondary part and affects the contact area.
  • the secondary part has a contact area to the primary part, wherein the contact area in the region of groove-like recording is so located is the gleitför ⁇ end surface, for example, the secondary part in the contact area between the primary part and secondary part.
  • the slide-conveying surface which is formed for example by a sliding layer or by a sliding film, advantageously fulfills not only the functionality as a bearing but also a further function. This additional function is the function as an air gap.
  • Electric machines have a primary part and a secondary part.
  • Primary part and secondary are according to the prior art to each other positioned so that forms an air gap between the primary part and the secondary part.
  • a guide of the primary part and / or the secondary part is necessary. With the aid of such a guide, which serves as a spacer, the primary part is spaced from the secondary part.
  • This is tatorischen at ro ⁇ electrical machines, for example, by a bearing of the rotor which constitutes the secondary part, mög ⁇ Lich.
  • an electrical machine which has a primary part and a secondary part, the primary part has a surface facing the abutment side on ⁇ and the secondary part has a surface facing the primary part side, said sides being provided for the outlet and / or a ⁇ occurs fields, characterized in that the primary part at least partially rests against the secondary part in a contact area.
  • the contact region concerns at least one of the mutually facing sides of the primary part and of the secondary part of the electrical machine, wherein at least one of these sides is provided for the exit and / or entry of magnetic fields.
  • the sides of the primary part or the secondary part which are provided for the exit and / or entry of magnetic fields are magnetically active sides.
  • An electrical machine is thus executable such that the primary part at least partially ⁇ touches the magnetically active side of the secondary part, wherein the secondary part, for example, permanent magnets has up, which are always magnetically active.
  • the electric machine can be designed such that the primary part has windings and the secondary part permanent having magnets. Magnetic fields can be generated or generated both by the windings and by the permanent magnets. These magnetic fields emerge and / or enter from the primary part and / or the secondary part and in each case close over the opposite part. With respect to the Pri ⁇ märteils the touch occurs to the secondary part, for example at ⁇ least partially in an area having gene which energizable Wicklun ⁇ .
  • a sliding layer or a sliding film is used to form the sliding-conveying surface, wherein the air-gap is completely or partially replaced by a sliding layer or the sliding film.
  • the air gap is the area between the secondary part and the primary part of the electrical machine, which contributes to the formation of an electromagnetic force EMF.
  • EMF electromagnetic force
  • magnetic Fel ⁇ which extend from the secondary part or the primary part austre ⁇ th and enter the opposite other part or exit.
  • the sliding layer has the function of an air gap advantageously ⁇ ⁇ a similar value R as the air-filled air gap.
  • the sliding layer is designed as a film (sliding film). This has the advantage that films can be replaced with BeCdi ⁇ tion in a simple manner by a new film.
  • the sliding layer is a coating of one side.
  • One possible coating material is, for example, Teflon.
  • the sliding layer should have such a material, which has a good gliding Shaft and in particular also pressure-stable and ver ⁇ schl composearm is.
  • the sliding layer such as e.g. a sliding film, interchangeable, so that the sliding layer can be easily replaced by a new sliding layer in case of contamination or a defect.
  • the sliding behavior of the primary part to the secondary part can be suitably achieved by means of a targeted utilization of a finely adjustable one-sided magnetic attraction force of the primary part to the secondary part be adjusted.
  • the adjustment is made for example by selecting different thicknesses of the sliding layer. If a sliding layer on a first surface between the primary part and the secondary part is thinner than a sliding layer between a further surface between the primary part and the secondary part, then the magnetic attraction force in the region of the first surface is greater than in the region of the further surface.
  • the groove-like receptacle has a polygonal cross-section has ⁇ .
  • the primary part of the linear motor or the secondary part of the linear motor on the groove-like recording is designed such that it fits into the slot-like receptacle such that Zvi ⁇ rule the primary part and the secondary part an air gap from ⁇ is formed.
  • the shape of the primary part is designed such that it fits into the groove-like receptacle such that between the primary part and the secondary part, an air gap is formed.
  • the air gap has either air and / or it has a material which corresponds approximately to the electromagnetic properties of air, so that the functionality of the air gap is maintained.
  • the groove-like receptacle has an opening, wherein this opening extends in a linear motor linearly to the possible Be ⁇ movement direction of the linear motor.
  • This opening can also be referred to as slot opening.
  • the width of the groove ⁇ opening in this case relates to the width of the opening of the cross-section of the groove-like receptacle, ie the width of the opening transverse to the longitudinal extent of the groove-like receptacle.
  • the outer length of the cross section relates to the cross section of the groove-like receptacle transversely to its longitudinal extent. The length of the outer contour of this cross section is determined.
  • the electric machine according to the invention is such a construction ⁇ bar that either the secondary part and / or the primary part is provided for a stationary installation.
  • the electrical machine which has a groove-like receptacle integrated in the primary part and / or in the secondary part, can be designed differently with respect to its electromagnetic structure.
  • the secondary part is designed, for example, such that it has permanent magnets.
  • the secondary part has, instead of the permanent magnets from latch which are laminated, for example.
  • the electric Machine has a polygonal arrangement of four air ⁇ gap surfaces or two windings, an electric machine for a polygonal An ⁇ order with four windings, wherein a laminated core of a primary part of the electric machine in the sheet ⁇ section has cut sheets, an electric machine for a polygonal An ⁇ arrangement with four windings, wherein the laminated core of the primary part of the electric machine in the sheet metal section is made in one piece, a sheet metal section for the primary part of the electric machine, an electric machine for a polygonal An ⁇ order of three air gap surfaces or three windings, an electric machine for a polygonal An ⁇ order of three windings, wherein the laminated core of the primary part of the electric machine in the sheet metal section is made in one piece, a secondary part with permanent magnets and a zugehö ⁇ riges primary part with toothed laminated core a section through Primmaschinet 7 and 7, a
  • the secondary part is free of magnetic sources for forming a field exciter, a section through the primary part and secondary part of FIG 11, an electric machine having three polygonal air gap surfaces and three strand windings, an electric machine having three polygonal arranged strand windings, said Laminated core of the primary part in the sheet metal section having partial sheets,
  • Figure 15 is an electrical machine which includes strand modules ⁇
  • Figure 16 is an electrical machine which has an open polygonal-shaped arrangement
  • Figure 17 is an electrical machine in an embodiment as Au ⁇ , combinr.
  • Figure 18 is an electrical machine in accordance with FIG 16, wherein the primary märteil and the secondary part separated from each other represent ⁇ are provided,
  • Figure 19 is an electrical machine which has a one-piece secondary part
  • Figure 21 is a machine performed by means of air gap between the primary part and the secondary part of the electric Ma ⁇
  • FIG. 23 shows an electrical machine which has a secondary part with a groove-like receptacle
  • FIG. 23 shows an electrical machine which has a secondary part which has a groove-like receptacle for a primary part
  • FIG 24 integrated in a roller circulation means primary part, wherein in a profile rail secondary part is integrated and
  • FIG. 25 shows the cross section of the profile rail according to FIG. 24.
  • FIGS. 7 to 12 also indicate principal electromagnetic forms of construction of a linear motor, which are used for different structural designs, as shown for example in FIGS. 16 to 23.
  • FIGS. 16 to 23 Generally according to the invention of electric machines are shown in FIGS under ⁇ zziliche features disclosed which are interconnected also be combined, wherein the various different combinations are not darge.
  • FIG 1 shows an electric machine 1, which has a primary part and a secondary part 4 to 8 ⁇ . Between the primary part 4 and the secondary part 8 be ⁇ is an air gap 27, the air gap surfaces 50,51 are arranged polygonal. The air gap surfaces 50 and 51 correspond to sides 50 and 51 of a polygon. The polygon sides of the primary part 4 are designated by the reference numeral 50 be ⁇ and the polygon sides of the secondary part 8 are denoted by 51.
  • the electric machine 1 is provided for carrying out a linear movement and consequently either a linear motor and / or a linear generator. Depending on whether the primary part or the secondary part is stationary, either the secondary part or the primary part performs a linear movement. According to FIG.
  • a linear movement of the secondary part 8 is provided, with a double arrow indicating possible linear directions of movement 25 of the secondary part 8.
  • the primary part 4 is formed such that it is taking to on ⁇ provided by windings sixteenth
  • a winding head 17 is indicated symbolically by a dash, wherein the stroke is arranged between two circles, which have a cross and a point for indicating a current direction.
  • FIG. 1 only one winding 16 is shown for better illustration of the structure of the electric machine 1.
  • the primary part 4 has a lamination stack on 12th
  • the sheet metal section of the laminated core 12 is designed in accordance with the front view of the electric machine 1 of FIG. 1 and has plates lying one behind the other in the direction of movement 25. These plates lying one behind the other are made in one piece.
  • the primary part 4 grooves 20 and 21.
  • the grooves 21 are exemplary already with a winding 16 be ⁇ sets.
  • the grooves 20 are to be assigned to a winding, which is not shown in FIG.
  • the 16 in the grooves 21 is a strand winding.
  • the grooves 21 are occupied by another winding (strand winding).
  • the winding in the grooves 21 and not shown in FIG 1 Winding in the grooves 20 form coils. Due to the single positive grooves on the 20 and 21 results in a polygonal Anord ⁇ voltage of the windings of the primary section 4.
  • the formed poly ⁇ gon has 4 sides 50.
  • a first side of the polygon is formed by the winding 16 in the grooves 21.
  • a two ⁇ te side of the polygon is formed by the Wick ⁇ ment, not shown in the grooves 20. Since the two dargestell ⁇ th grooves 20 are spaced from the two grooves 21 shown, a polygon is formed.
  • the secondary part 8 in FIG. 1 has 4 sides 51, which face the sides 50 of the primary part 4.
  • the four sides 51 of the secondary part 8 form the polygonal cross section of the secondary part 8.
  • the secondary part 8 is shown schematically in FIG. 1, so that its structure is not shown in detail .
  • FIGS. 7 to 12 show various types of secondary parts as well as associated primary parts.
  • magnetic fields are guided in a plane aligned transversely to the direction of movement 25. This results in a cross-flux magnetic circuit.
  • These magnetic fields guided transversely to the direction of movement 25 relate to useful magnetic fields, that is to say in particular the magnetic fields which originate from an excitation and are coupled to the winding of the primary part 4.
  • the excitation field is generated, for example, by permanent magnets. bar.
  • the permanent magnets are situated in the FIG 1 not Darge ⁇ , but a possible Po ⁇ sitioning the permanent magnets is shown in Figures 7 through 12.
  • the secondary part 8 is thus for example carried out such that this has nentmagnete perma- or it serves as a kind of iron-reac tion ⁇ rod.
  • individual sheets of the laminated core 12 are in the movement direction Be ⁇ 25 of the electric machine 1 stacked.
  • FIG. 2 shows an electrical machine 1 which, as in FIG. 1, has a polygonal shape with four sides 51, wherein the polygonal shape relates both to the secondary part 8 and to the primary part 4.
  • the polygonal shape results from the polygonal arrangement of four windings 16.
  • the windings 16 are received in grooves 20, the grooves 20 being formed by partial plates 30, 31, 32 and 33.
  • Each partial plate 30, 31, 32 and 33 has egg ⁇ ne winding 16.
  • the partial plates 30, 31, 32 and 33 have the shape of the letter E.
  • one side of the four-sided polygon is formed.
  • the partial plates 30, 31, 32 and 33 connect to intermediate pieces 35.
  • the laminated core 13 is constructed in cross-section (transverse to the direction of movement 25) such that it has a plurality of parts. These parts are the Generalble ⁇ che 30, 31, 32 and 33 and the intermediate pieces 35, with which the part plates are structurally connected.
  • FIG. 3 shows an electrical machine 1 which has a structure similar to that of the electrical machine 1 according to FIG.
  • the elec ⁇ tric machine 1 in FIG 3 a laminated core 12, which is constructed of one-piece single sheets.
  • This has the advantage of a simpler structure.
  • ⁇ only one winding 16 is shown friendliness.
  • ⁇ only one winding 16 is shown friendliness.
  • linear guides can be integ ⁇ ration.
  • Sheet metal section 39 In FIG. 4, the polygon sides 50 of the polygonal opening of the primary part 4, which is provided for the secondary part, are also provided with reference symbols.
  • the sheet-metal section according to FIG. 4 shows, for better clarity of the preceding FIGS. 1 to 3, teeth 22 provided here only with reference symbols. The teeth 22 are provided for guiding a magnetic useful flow.
  • FIG 5 shows an electrical machine 2 which has a primary part and a secondary part 5 9 has, where ⁇ have a polygonal structure with the two parts having wel ⁇ che three polygon sides 50th Flattenings 53 of the regions in which the polygon sides 50 coincide do not influence the basic polygons of the three-sided form.
  • the electric machine 2 of Figure 5 differs from the electric machine 1, which is known for example from the FIG 1 ⁇ be substantially by the three-sided polygonal shape.
  • the air gap surfaces 50, 51 and the associated windings 16 are thus positioned in the primary part 5 such that they form a polygon with three polygon sides 50 and 51, respectively.
  • the polygon sides 50 and 51 also relate to the polygonal arrangement of the associated surfaces with respect to the extension of the electrical machine in its potential direction of movement.
  • FIG. 6 shows the sheet-metal section 40 of the laminated core 12 from FIG. 5.
  • the illustrations shown in Figures 7 to 12 show Primär ⁇ parts 3, 6 and 7 and secondary sections 10 and 11 positions in these Dar ⁇ is only one polygon side of an electric machine 1, 2, by way of example, in Figures 1, 2 3, 5, 13, 14, 15 and 16 is shown.
  • FIGS. 7 to 12 serve to illustrate the operating principle of the electrical machine.
  • the illustration according to FIG. 7 shows a primary part 6 and a secondary part 10 which is spaced therefrom by an air gap 27.
  • the secondary part 10 has a carrier 46 on which permanent magnets 44 are mounted.
  • the permanent magnets have alternately different magnetization directions 48 and serve to form an exciter field.
  • the support 46 advantageously has a soft magnetic material and can be laminated or solid.
  • the primary part 6 has a winding 16 and a laminated core 12.
  • the laminated core 12 has teeth 23 over the direction of movement 25.
  • the primary part 6 thus has an air-gap-sided toothed laminated core structure.
  • a yoke 14 has a continuous laminated core.
  • the teeth 23 of each other have the same spacing as the permanent magnets 44 cher with modulating ⁇ magnetization direction 48th
  • FIG 7 also the position of the permanent magnets 43 and 45 in the region of a second and third polygon side of the secondary part, for example, for a three-phase electrical machine as shown in FIG Ma ⁇ 5, 13 or 14 shown sixteenth
  • the Perma ⁇ nentmagnete 43 of the second side of the polygon are electrically displaced by 120 °.
  • the permanent magnets 45 of the third polygon side are offset.
  • FIG. 8 shows a cross section through the arrangement according to FIG. 7.
  • the cross section is guided by a tooth 23.
  • the seconding ⁇ having därteil 10 transversely to the movement direction 25 of permanent magnets 44 with alternately different magnetization directions 48th
  • the permanent magnets 44 are opposite further teeth 22 of the primary part 6.
  • the FIG 8 also serves to illustrate the cross-flow arrangement.
  • Perma ⁇ nentmagnete 44 an excitation flux is built up, the running Ver ⁇ is shown by magnetic field lines 70 in the figure. This course of the magnetic field lines 70 runs transversely to the potential direction of movement 25.
  • a magnetic useful flow is guided in a plane oriented transversely to a direction of movement 25.
  • the useful magnetic flux is the magnetic flux, which is coupled or linked to the winding 16. This so aligned magneti ⁇ specific useful flux forms a cross-flux magnetic circuit. Here ⁇ out results the term cross-flow arrangement.
  • a section is also shown in FIG. 8, wherein the latter extends through the central tooth 22. This section is shown in FIG.
  • FIG. 9 shows an arrangement of primary part 7 and secondary part 10 similar to FIG. 7.
  • primary part 7 from FIG. 9 has individual teeth 24, which have the function of teeth 23 from FIG ,
  • the individual teeth 24 are for example provided via a non-magnetic frame Darge ⁇ not interconnected.
  • FIG 9 therefore, an embodiment without a yoke of soft magnetic material (laminated core) is shown.
  • the individual teeth 24 are ⁇ for example by means of E-shaped Blechpa- ketene formed.
  • the cross section of FIG 10 shows the
  • the individual teeth 24 have the same distance from one another as the permanent magnets 44 with the same magnetization direction 48.
  • phase offset required for a three-stranded electrical machine that is to say an electrical machine which is intended for operation with three phases U, V and W
  • a corresponding offset of the permanent magnets 44 as indicated in FIG
  • Another possibility of realizing the Versat ⁇ zes is to put the tooth structure of different strands, al ⁇ so phases on the primary part. Is the tooth structure of strands (windings) of different phases offset, is it is not necessary to offset the permanent magnets of one polygon side of the secondary with respect to another polygon side of the secondary.
  • FIG. 10 shows a cross section through the arrangement according to FIG. 9.
  • the cross section is guided by a single tooth 24.
  • the secondary part 10 has perma ⁇ nent magnets 44 with alternately different magnetization directions 48 transversely to the direction of movement 25.
  • a section is performed, this extends through the central tooth 22. This section is shown in FIG.
  • FIG 11 shows a primary part 3 and a secondary part 11.
  • the abutment 11 is free of magneti ⁇ rule sources such as permanent magnets.
  • the secondary part has a carrier 46.
  • Rie ⁇ gel 19 are on the support, so that there is an air-gap side toothed structure.
  • the latches 19 are made of sheet metal transversely to the direction of movement 25.
  • the primary part 3 has both a Wick ⁇ ment 16 and permanent magnets 44 for generating an Er ⁇ active field on.
  • the magnetization directions 48 of the permanent magnets 44 alternate alternately.
  • FIG. 12 shows a cross section through the arrangement according to FIG. 11. Also in FIG. 12, a cut is made, whereby this runs through the middle tooth 22. This section is shown in FIG 11.
  • FIG. 13 shows an electrical machine 2.
  • This electrical machine 2 corresponds to its structure of the electric machine 2 from FIG. 5.
  • FIG. 13 additionally shows how the windings 16 can be supplied with current.
  • the windings 16 of each polygon side 50 are supplied with different phases U, V and W of a three-phase current system.
  • FIG. 14 shows an electrical machine 2 which has a primary part, this primary part 5 a laminated core 13, which is composed of different part ⁇ plates 30, 31 and 32.
  • the intermediate plates are not necessarily made of a sheet or a soft magnetic material.
  • the spacer plates may consist, for example, also of a plastic material or a ⁇ have such.
  • the windings 16 are provided for energization with a phase U, V and W. Of the windings of the phases U, V and W or the corresponding air gap surfaces so the polygon is spanned.
  • FIG 15 shows a further possible construction ⁇ form the electrical machine according to the invention.
  • the electric machine 2 according to FIG. 15 has a modular structure.
  • the electrical machine 2 Ma three modules 61, 62 and 63.
  • the modules 60, 61 and 62 correspond in their structural design of the electric machine 2 in FIG 14.
  • the windings 16 of a module with only one phase U or V or W are energized in FIG.
  • the modules 60, 61 and 62 are in motion ⁇ direction positioned one behind the other.
  • the positioning er ⁇ follows such that the modules behind the other Staggered ⁇ are arranged.
  • FIG 13 or FIG 14 nen kön ⁇ several embodiments in accordance are arranged as modules in succession by virtue of the thrust ⁇ increase.
  • an offset of electrical 120 ° is not necessary, since each module is provided for connection to all three phases U, V and W of a three-phase current.
  • the ⁇ ses example of a modular structure is not shown in the figures.
  • the offset between the phases U, V and W required for the exercise of a movement is given in the embodiments according to FIGS. 13 and 14 by the design of the secondary part, as also described in FIG.
  • FIGS. 13, 14 and 15 show that the windings 16 of the electrical machines are advantageous have three strands.
  • Each strand has a winding 16, which is provided for Betrömung with a phase. In a three-phase rotary current system, these are the phases U, V and W.
  • the strands of the electric machine can at the periphery of the polygon and / or in a longitudinal direction (Bewegungsrich ⁇ processing) of the electric machine, which is particularly a Li ⁇ near motor, be distributed.
  • Each winding of a strand has at least one coil.
  • FIG. 16 shows an electrical machine 2 which has a primary part 4 and a secondary part 8.
  • the secondary part 8 is connected via a shoe 57 with a guide bar 55.
  • an open polygon is formed with the windings 16 relative to the primary part 4.
  • the electric machine 2 is thus builds ⁇ bezüg Lich their electrical configuration corresponding to the electric machines in Figures 5, 13, 14 or 15 to ⁇ , however, has a polygonal structure with four polygon ⁇ sides 50.
  • the polygon side 50 of the shoe 57 results in a type of elevation of the electric machine 2. This polygon side has no magnetically active air gap and therefore does not form a thrust force.
  • the primary part of a linear motor according to the invention can be modularly constructed from a plurality of laminated cores, so that different motors of different thrust can be manufactured in a simple manner from a manageable number of components.
  • FIGS. 1 to 3, 5 and 13 to 16 show electrical machines 1, 2 in which the secondary part 8, 9 is arranged in an inner region of the electric machine 1, 2, wherein the primary part 4, 5 is arranged in one äuße ⁇ ren range of the electric machine 1, 2 is arranged. With such an arrangement, the secondary part 8, 9 is at least partially surrounded by the primary part 4, 5.
  • the ⁇ depicting lung according to FIG 17 shows an electrical machine with a 2 to inverse arrangement. In this inverse arrangement in FIG 17, the secondary part 9 is positioned in the outer region of the electric machine, wherein the primary part 5 is arranged in the inner Be ⁇ rich electrical machine. The Sekundmaschine ⁇ part 9 thus surrounds the primary part 5, which has the windings 16, at least partially.
  • FIG 5 shows an electrical machine 2 which has a primary part and a secondary part 5 9, WO in both parts a polygonal structure comprise, comprises wel ⁇ che three polygon sides 50th Flattenings 53 of the regions in which the polygon sides 50 coincide do not influence the basic polygons of the three-sided form.
  • the electric machine 2 of Figure 5 differs from the electric machine 1, which is known for example from the FIG 1 ⁇ be substantially by the three-sided polygonal shape.
  • the air gap surfaces 50,51 and the associated windings 16 are thus positioned in the primary part 5 so that they form a polygon with three polygon sides 50 and 51, respectively.
  • the polygon sides 50 and 51 also relate to the polygonal arrangement of the associated surfaces with respect to the extension of the electrical machine in its potential direction of movement.
  • FIG 18 shows the electric machine 1 according to FIG 16, wherein the primary part 4 and the seconding ⁇ are därteil 8 shown separated in Fig. 18
  • the polygonal shape relates in each case to the cross section to a longitudinal direction, which is represented by dashed continuations of the contour in FIG.
  • ⁇ o ⁇ o
  • the polygon spanned by the polygon lines 50 does not concern only objective sides of the primary part 4 and the secondary part 8, but also the imaginary polygon side 50 shown by a dotted line.
  • the illustration in FIG. 18 shows a polygon with FIG polygon sides. Not shown are transformersfor ⁇ men, which have a polygon with less than 4 polygon sides or with more than 4 polygon sides. If the number of polygon sides is increased to infinity, it is also possible to form a circular shape, which, however, is not shown.
  • FIG. 18 also shows a groove-like receptacle 68 and an opening 69.
  • the primary part has three windings 16, 17 and 18. Each winding 16, 17 and 18 is a Po ⁇ lygonseite of the primary part 4 is associated.
  • a primary part can also be built up in such a way that it has, for example, only one winding 16 on a polygonal side 50. However, this variant is not shown in FIG.
  • FIG 19 As shown in Figure 16 opposite a electrical see machine 1 in cross section, that is transverse to a movement direction ⁇ 56. Different movement Rich ⁇ obligations 56 are connected by a point or by a cross in ei ⁇ nem circle indicated. A movement is provided along the guide strip 55.
  • the secondary part 8 In the electrical machine 1 in FIG. 19, in contrast to FIG. 16, the secondary part 8, which
  • Shoe 57 and the guide rail 55 made in one piece.
  • the guide rail 55 has mounting holes 59.
  • fastening holes 59 for example, screws are einclass ⁇ bar, which serve the attachment of the entire electrical machine 1, for example, on a machine tool.
  • the shoe 57 is used to elevate the secondary part 8 and thus the elevation of the electric machine 1.
  • Figures 20 and 21 relate to the representation of distances between the primary part 4 and the secondary part. 8 which are not shown in detail in FIGS. 16 and 19, for example.
  • the distances between the primary part 4 and the secondary part 8 form an air gap.
  • the air gap is either with Air filled or even with a material which has similar electrical and / or magnetic properties as air.
  • FIG 20 shows a first type of an air ⁇ gap 70 between the primary part 4 and the secondary part 8, which has a sliding layer 72nd Over the sliding layer 72 forms a contact area between the primary part 4 and the secondary part 8.
  • the sliding layer 72 has a sliding-conveying surface, wherein the sliding layer 72 ent ⁇ either on the primary part 4 and / or on the secondary part 8 adheres.
  • FIG 21 shows a second type of an air gap 70 between the primary part and the secondary part 4 8 which air 74 has to form the air gap 70 on ⁇ .
  • An electric machine can have as air gap only one type of air gap according to FIGS. 20 and 21, or also both types of air gaps.
  • FIG. 22 shows, in cross-section, a ball roller bearing 61 integrated in the electric machine 1.
  • Fer ⁇ ner shows this illustration a laminated core 12, which is divided into three partial laminated cores 63, 65 and 67.
  • the part ⁇ sheet packages close to each other and thus form a ge common laminated core.
  • Each partial laminated core has its own winding 16, 17 and 18. This serves in particular a simpler manufacturing, since the windings 16, 17 and 18 overall separated from each other in the laminated-core assemblies 63, 65 and 67, a ⁇ can be made and only then the polygonal shape by the arrangement of the laminated-core assemblies 63, 65 and 67 out ⁇ is formed.
  • FIG 23 shows an electric machine 1, in which through the secondary part 8, the groove-like Recordin ⁇ me 68 is formed, wherein the primary part is 4 received in the slot-like receptacle. Since the primary part 4 according to FIG has a compact design, this has for the magnetic Abgren ⁇ tion of the windings 16, 17 and 18 recesses 76. These recesses 76 are, for example, punched out of the laminated core, which has the primary part 4. The recesses 76 are advantageously filled with air.
  • FIG. 24 shows an electrical machine 1, which shows a primary part 4 integrated in a roller circulating device 82.
  • the roller circulating device 82 is set on a profiled rail 84.
  • the rail 84 has
  • the rail 84 is formed as a secondary part 8 of the electric machine 1.
  • FIG. 25 shows a cross section of the profile rail 84, wherein in addition to the illustration of FIG

Abstract

Polygonartig aufgebauter elektrischer Linearmotor. Ein mit Transversalf luss Wicklungen (16) versehener Primärteil umschließt (4) einen Sekundärteil (8) welcher Permanentmagnete (44) aufweist. Die Luftspaltf lachen (50,51) bzw. Wicklungen (16) sind dabei polygonförmig angeordnet.

Description

Beschreibung
Polygonartig aufgebaute elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit polygonartigem Querschnitt. Die elektrische Maschine ist zur Ausübung einer Linearbewegung vorgesehen. Ein Linearmotor ist folglich ein Beispiel für eine derartige elektrische Ma¬ schine. Da ein Linearmotor auch als Generator einsetzbar ist betrifft die elektrische Maschine also auch einen Lineargene¬ rator. Die elektrische Maschine weist einen Primärteil und einen Sekundärteil auf. Unter einer elektrischen Maschine wird im folgenden eine elektrische Maschine verstanden deren Primärteil zum Sekundärteil bzw. umgekehrt linear bewegbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein Primärteil po¬ lygonartigen Querschnitts einer elektrischen Maschine.
Im Maschinen- und Anlagenbau haben Linearmotoren als elektri¬ sche Direktantriebe eine große Bedeutung gewonnen. Ihre Vor- teile, wie die erreichbare Regeldynamik, die hohe Positio¬ niergenauigkeit, die möglichen Beschleunigungen und Geschwin¬ digkeiten sowie die großen Verfahrwege, machen sie anderen Antrieben überlegen.
Das Primärteil der elektrischen Maschine weist Wicklungen auf, wobei mittels stromdurchflossener Wicklungen ein variab¬ les Magnetfeld erzeugbar ist, das durch Wechselwirkung mit einem Erregerfeld eine Bewegung des Primärteils gegen das Se¬ kundärteil oder umgekehrt ermöglicht . Das Erregerfeld wird beispielsweise durch Permanentmagnete erzeugt, welche am Se¬ kundärteil und/oder am Primärteil angebracht sind.
Für manche Anwendungen von Linearmotoren wird zum Teil eine erhöhte Schubkraft verlangt. Eine Methode zur Erhöhung der Schubkraft besteht darin, einen Einzelkammlinearmotor durch die Verwendung eines zweiten Primärteils zu einem Doppelkamm- linearmotor zu erweitern, der die doppelte Schubkraft er¬ reicht. Ein Vorteil der Verwendung zweier Primärteile liegt darin, dass sich die Schubkraft verdoppelt, ohne dass sich die Baulänge vergrößert .
Aus der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzei- chen 103 29 651.4 ist beispielsweise ein Linearmotor bekannt, welcher einen polygonförmigen Querschnitt aufweist. Mit die¬ ser Bauform ist eine hohe Schubkraft bei kompakter Bauweise möglich. Das Primärteil des Linearmotors weist mehrere poly¬ gonartig angeordnete Blechpakete und umlaufende Wicklungsspu- len auf. Die bei dieser Konstruktion auf das Blechpaket wir¬ kenden Normalkräfte sind von einer das Blechpaket umgebenden Trägerstruktur aufzufangen. Der Aufbau der Trägerstruktur ist aufwendig und vergrößert den Bauraum der elektrischen Maschi¬ ne. Die Blechpakete können modulartig zu Primärteilen aus un- terschiedlich vielen Blechpaketen zusammengefügt werden, so dass auf einfache Weise verschiedene Motoren unterschiedli¬ cher Leistungen hergestellt werden können. Diese Linearmoto¬ ren zeichnen sich durch hohe Schubkraft bei kurzer Bauform aus .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine, welche kompakt aufbaubar ist bzw. die obig genann¬ ten Nachteile minimiert, anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen nach Anspruch 1 bzw. 8 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 7 und 9 bis 11 geben vorteilhafte Aus¬ gestaltungen der Erfindung an. Eine Lösung der Aufgabe ge¬ lingt ferner mittels der Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 12, 16, 20 und 21. Die Unteransprüche 13 bis 15, 17 bis 19 und 22 und 23 geben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, eine elektrische Ma- schine, welche insbesondere ein Linearmotor ist, mit einer hohen Leistung bei geringer Baulänge bereitzustellen, wobei auf einfache und kostengünstige Weise eine Motorpalette mit einem breiten Leistungsbereich realisierbar ist. Durch die Stapelhöhe des Blechpakets sind mit einer Blechschnittgeomet¬ rie beispielsweise verschiedene Motorlängen und damit ver¬ schiedene Leistungen erreichbar.
Bei einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, welche insbesondere ein Linearmotor ist, welche ein Primärteil und ein Sekundärteil aufweist, wobei das Primärteil Wicklungen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes aufweist und das Se¬ kundärteil ein Mittel zur Führung eines magnetischen Flusses aufweist und wobei zwischen dem Primärteil und dem Sekundär¬ teil eine Luftspaltfläche ausgebildet ist, sind die Wicklun¬ gen des Primärteils und/oder die Luftspaltflächen polygonför- mig angeordnet .
Die elektrische Maschine weist vorteilhafter Weise zumindest zwei magnetisch aktive Luftspaltflächen auf, wobei jeder mag¬ netisch aktiven Luftspaltfläche eine oder mehrere Wicklungen zugeordnet werden können bzw. zugeordnet sind. Eine magne¬ tisch aktive Luftspaltfläche ist zur Führung eines Nutzflus- ses vorgesehen und ist auch zur Ausbildung eine Schubkraft vorgesehen. Die Zuordnung betrifft die Führung des mit der Wicklung des Primärteils gekoppelten magnetischen Flusses. Die betrachteten Luftspaltflächen sind also insbesondere mag¬ netisch aktiv und dienen mit zur Ausbildung einer Kraft. Die Luftspaltfläche ist vorteilhafterweise eine Ebene, also eine Fläche, welche keine Krümmung aufweist. Da das Primärteil vom Sekundärteil über einen Luftspalt voneinander getrennt sind und der Luftspalt vorteilhafter Weise zumindest bezüglich ei¬ ner Polygonseite und in einer Längsrichtung - entspricht der Bewegungsrichtung - eine zumindest im Wesentlichen gleiche Weite aufweist ergeben sich hieraus Luftspaltfläche. Die Luftspaltfläche betrifft dabei sowohl die Seite des Primär¬ teils im Luftspalt als auch die Seite des Sekundärteils im Luftspalt. Die verschiedenen Luftspaltflächen sind polygonar- tig angeordnet. Ein Beispiel für ein Mittel zur Führung des magnetischen Feldes ist ein Blechpaket. Die elektrische Maschine weist auch ein weiteres Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes auf, wobei dieses weitere Mittel zur Erzeugung eines Erregerfeldes dient. Das weitere Mittel ist entweder am Primärteil oder am Sekundärteil ange- ordnet. Das Erregerfeld und somit ein Erregerfluss der elekt¬ rischen Maschine wird beispielsweise mittels Permanentmagnete erzeugt. Die Permanentmagnete sind beispielsweise am Sekun¬ därteil der elektrischen Maschine angebracht. In einer weite¬ ren Ausgestaltung der elektrischen Maschine sind die Perma- nentmagnete am Primärteil der elektrischen Maschine ange¬ bracht. Sowohl das Primärteil als auch das Sekundärteil kön¬ nen also Permanentmagnete bzw. das weitere Mittel zur Erzeu¬ gung eines Erregerfeldes aufweisen.
Die polygonförmige Anordnung der Wicklungen und/oder der Luftspaltflächen des Primärteils ist vorteilhafter Weise durch einen dafür geeigneten Blechschnitt eines Blechpaketes des Primärteils realisiert. Die Polygonförmigkeit hat den Vorteil, dass magnetische Anziehungskräfte im Luftspalt vom Blechpaket aufgenommen werden können. Ist für ein Blech im Blechschnitt ein einteiliger Aufbau vorgesehen, so hat dies weitere Vorteile bezüglich eine hohen mechanischen Steifig¬ keit einer geschlossenen Struktur der Form des Blechschnit¬ tes .
Neben Blechpaketen, welche als Bleche im Querschnitt eintei¬ lig ausgeführte Bleche aufweisen sind auch Querschnitte aus¬ führbar welche im Querschnitt mehrere Bleche aufweisen. Ein sich hieraus ergebender Vorteil ist beispielsweise, dass das Primärteil einfacher bewickelbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Polygon offen, wobei sich hieraus ein offenes Blechpaket des Primärteils ergibt, so dass die offene Seite des Polygons bzw. des Blechpakets beispielsweise für eine Führung oder eine Aufständerung des Sekundärteils nutzbar ist. Bei diesen beschriebenen Ausgestaltungen des polygonförmigen Anordnung der Wicklungen des Primärteils und/oder der Luft¬ spaltflächen des Primärteils ergibt sich vorteilhafter Weise ein Vorteil dahingehend, dass sich Anziehungskräfte zumindest teilweise kompensieren.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist derart ausführ¬ bar, dass entweder a) das Primärteil in einem äußeren Bereich der elektrischen Maschine angeordnet ist und das Sekundärteil in einem in¬ neren Bereich der elektrischen Maschine angeordnet ist o- der dass b) das Primärteil in einem inneren Bereich der elektrischen Maschine angeordnet ist und das Sekundärteil in einem äu- ßeren Bereich der elektrischen Maschine angeordnet ist.
Bei der Ausführungsform a) umgibt das Primärteil zumindest teilweise das Sekundärteil. Bei der Ausführungsform b) umgibt das Sekundärteil zumindest teilweise das Primärteil. Da die elektrische Maschine zur Ausübung einer Linearbewegung vorge¬ sehen ist, betrifft das Umgeben des Primärteils bzw. des Se¬ kundärteils jeweils nur einen Teilbereich einer Längsausdeh¬ nung der elektrischen Maschine. Bei beiden Ausführungsformen a) und b) ist es möglich, dass entweder das Primärteil zur Ausübung einer Linearbewegung vorgesehen ist oder dass das Sekundärteil zur Ausübung einer Linearbewegung vorgesehen ist .
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Erregerfeld auch mit- tels stromdurchflossener Spulen bzw. Wicklungen erzeugbar.
Bei der polygonartigen Anordnung der Wicklungen sind diese Wicklungen vorteilhaft insbesondere derart positioniert, dass ein magnetischer Nutzfluss ganz oder zumindest überwiegend in einer quer zu einer Bewegungsrichtung eines Teils der elekt¬ rischen Maschine ausgerichteten Ebene geführt ist. Hieraus ergibt sich eine Querfluss-Anordnung. Die Bewegungsrichtung eines Teils der elektrischen Maschine ist entweder die Bewe- gungsrichtung des Primärteils gegenüber dem Sekundärteil oder die Bewegungsrichtung des Sekundärteils gegenüber dem Primär¬ teil, es ist also zumindest eine Relativbewegung.
Im Gegensatz zu einer elektrischen Maschine welche eine poly- gonförmige Längsfluss-Anordnung aufweist können sich bei ei¬ ner polygonförmigen Querfluss-Anordnung Kräfte, welche auf das Blechpaket des Primärteils wirken und durch die bestrom- ten Wicklungen des Primärteils und/oder Erregerfeldes der Permanentmagnete hervorgerufen werden, innerhalb des Blech¬ schnitts aufheben. Die Längsfluss-Anordnung zeichnet sich da¬ durch aus, dass die magnetischen Felder sich nicht quer zur Bewegungsrichtung des Primärteils bzw. des Sekundärteils schließen sondern längs der Bewegungsrichtung des Primärteils bzw. längs der Bewegungsrichtung des Sekundärteils. Der mag¬ netische Fluss, welcher in einer Ebene geführt ist, die pa¬ rallel zur Bewegungsrichtung orientiert ist, ist bei der Längsfluss-Anordnung der magnetische Nutzfluss. Der magneti¬ sche Nutzfluss ist der magnetische Fluss, welcher mit den Wicklungen des Primärteils gekoppelt ist. Dieser derart aus¬ gerichtete magnetische Nutzfluss bildet einen Längsfluss- Magnetkreis aus. Die Stapelrichtung der Bleche des Blechpake¬ tes des Primärteils einer elektrischen Maschine in Längs- fluss-Anordnung ist parallel zur Bewegungsrichtung. Die auf- tretenden Normalkräfte können nicht allein durch die Motor¬ bleche aufgefangen werden. Daher müssen die polygonförmig an¬ geordneten Blechpakete durch eine umgebende Trägerstruktur gehalten werden.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine wird eine
Querfluss-Anordnung gewählt. Die Querfluss-Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die magnetischen Felder sich nicht längs zur Bewegungsrichtung des Primärteils bzw. des Sekun¬ därteils schließen sondern quer zur Bewegungsrichtung des Primärteils bzw. quer zur Bewegungsrichtung des Sekundär¬ teils. Der magnetische Fluss, welcher in einer Ebene geführt ist, die quer zur Bewegungsrichtung orientiert ist, ist bei der Querfluss-Anordnung der magnetische Nutzfluss. Der magne- tische Nutzfluss ist der magnetische Fluss, welcher mit den Wicklungen des Primärteils gekoppelt ist. Dieser derart aus¬ gerichtete magnetische Nutzfluss bildet einen Querfluss- Magnetkreis aus.
Neben eines klassischen Aufbaus eines Linearmotors, wie die¬ ser beispielhaft in der DE 100 03 851 offenbart ist, gibt es den erfindungsgemäßen polygonförmigen Aufbau. Mit diesem Auf¬ bau lässt sich ein Linearmotor realisieren, bei welchem eine Führung des Primärteils in Bezug auf das Sekundärteil und/oder umgekehrt, mit in diese Teile integriert ist. Die Führung ist erfindungsgemäß also mit in das Primärteil und/oder mit in das Sekundärteil integriert.
Direktantriebe wie Linearmotoren oder Torquemotoren benöti¬ gen zur Führung beispielsweise eine Linearführung oder ein für Rotationsbewegungen ausgelegtes Lager. Bei der Montage des Direktantriebes an einer Maschine sind dann oftmals meh¬ rere Komponenten, wie der Linearmotor selbst mit seinem Pri- märteil und seinem Sekundärteil, eine Führung und z.B. auch ein Messsystem miteinander zu kombinieren. Direktantriebe sind demzufolge meist Einbaumotoren. Bei einem Linearmotor werden beispielsweise mittels 2 Führungen die Komponenten Primärteil und Sekundärteil auf Abstand gehalten, wobei sich das Primärteil und das Sekundärteil zwischen den beiden Füh¬ rungen befindet.
Dieser Aufbau ist sehr komplex und benötigt auch einen großen Einbauraum. Nachfolgend wird ein verbesserter Aufbau einer elektrischen Maschine beschrieben, welche insbesondere ein Linearmotor ist.
Eine elektrische Maschine, welche ein Primärteil, ein Sekun¬ därteil und eine Führung aufweist, ist derart ausbildbar, dass die Führung zumindest teilweise in das Primärteil und/oder in das Sekundärteil integriert ist. Hierdurch lässt sich eine sehr kompakte Bauweise realisieren. Dies betrifft insbesondere Linearmotoren. Vorteilhafter Weise wird als Führung eine Profilschiene als eine Führungsschiene verwendet, wobei mit dieser zugleich auch das Sekundärteil der elektrischen Maschine ausgebildet ist .
Ein verbesserter Aufbau ist auch bei einer elektrischen Ma¬ schine erzielbar, welche ein Primärteil und ein Sekundärteil aufweist, wobei: a) das Primärteil zumindest einen Teil des Sekundärteils nur teilweise umschließt oder b) das Sekundärteil zumindest einen Teil des Primärteils nur teilweise umschließt, wobei insbesondere eine Führung, wie z.B. eine Führungs¬ schiene, zumindest teilweise in das Primärteil und/oder in das Sekundärteil integriert ist. Durch das teilweise Um¬ schließen ist ein kompakter Aufbau realisierbar. Der Aufbau ist allerdings auch dahingehend vorteilhaft nutzbar, dass durch dieses teilweise Umschließen eine Führungsfunktion rea¬ lisierbar ist. Die Führung betrifft eine Relativbewegung des Primärteils in Bezug auf das Sekundärteil der elektrischen Maschine.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Maschi¬ ne trägt das Sekundärteil zumindest mit zu einer Aufstände- rung des Primärteils bei. Somit lässt sich das Primärteil beispielsweise an einer Maschine (z.B. eine Werkzeugmaschine oder eine Produktionsmaschine) anbringen, ohne daß eine Vor¬ abmontage von Führungen an der Maschine für den Linearmotor notwendig wäre.
Durch die Kombination bzw. Integration von Einzelkomponenten, wie z.B. einer Führung und einem Sekundärteil, kann eine kom¬ plette elektrische Maschine geschaffen werden, welche insbe¬ sondere sowohl das Primärteil, das Sekundärteil und auch die Führung der beiden Teile (Primärteil zum Sekundärteil bzw. umgekehrt) aufweist. Auch ein Meßsystem zur Bewegungsmessung ist vorteilhafter Weise mit in diese elektrische Maschine in¬ tegriert. Somit lässt sich ein Komplettmotor herstellen. Das Meßsystem ist dabei in einer weiteren vorteilhaften Ausges¬ taltung mit in die Führung integriert.
Der beschriebene Aufbau des Linearmotors hat den Vorteil, dass die Führung in das Primärteil bzw. in das Sekundärteil mit integriert ist. Vorteilhafter Weise kann durch diese In¬ tegration auch auf eine Magnetspur für das Meßsystem verzich¬ tet werden, da Permanentmagnete z.B. auf dem Sekundärteil als Magnetspur verwendet werden können.
Ein Primärteil einer elektrische Maschine, welche das Primär¬ teil und ein Sekundärteil aufweist, wobei das Primärteil Wicklungen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes aufweist und das Sekundärteil ein Mittel zur Führung eines magneti- sehen Flusses aufweist, ist in einer Ausführungsform erfin¬ dungsgemäß derart ausbildbar, dass mittels des Primärteils eine nutartige Aufnahme ausgebildet ist, wobei die nutartige Aufnahme zur Aufnahme zumindest eines Teils des Sekundärteils vorgesehen ist. Die Gestalt des Primärteils und die Gestalt des Sekundärteils ist also derart aufeinander abgestimmt, dass das eine Teil eine positive Form und das andere Teil ei¬ ne hierzu entsprechende negative Form aufweist und diese For¬ men in der elektrischen Maschine zueinander weisend angeord¬ net sind.
Vorteilhafter Weise dient die nutartige Aufnahme als ein Füh¬ rungsmittel zur Führung des Primärteils in Bezug auf das Se¬ kundärteil. Die Führung kann dabei derart ausgebildet sein, dass das Primärteil in eine Rollenumlaufeinheit und/oder in eine Kugelumlaufeinheit einer Linearführung integriert ist.
Basiert die Führung nicht auf einem Lager mit beweglichen Teilen wie Rollen oder Kugeln, kann die Führung auch mittels eines Gleitlagers realisiert sein. Bei dieser Variante weist das Primärteil einen Kontaktbereich zum Sekundärteil auf, wo¬ bei sich der Kontaktbereich insbesondere im Bereich der nut¬ artigen Aufnahme befindet und z.B. das Primärteil im Kontakt¬ bereich eine gleitfördernde Oberfläche aufweist. Alternativ dazu kann auch das Sekundärteil die gleitfördernde Oberfläche aufweisen. In einer weiteren Ausgestaltung weisen sowohl das Primärteil wie auch das Sekundärteil gleitfördernde Oberflä¬ chen auf.
Anstelle des Primärteils ist jedoch in einer weiteren Ausges¬ taltung auch das Sekundärteil einer elektrischen Maschine a- nalog zum Primärteil ausformbar. Hierbei weist das Sekundär¬ teil eine nutartige Aufnahme auf, wobei die nutartige Aufnah- me zur Aufnahme zumindest eines Teils des Primärteils vorge¬ sehen ist.
Analog zum Primärteil ist auch beim Sekundärteil die nutarti¬ ge Aufnahme als ein Führungsmittel zur Führung des Primär- teils in Bezug auf das Sekundärteil vorteilhaft verwendet.
In weiteren Ausgestaltungen ist in das Sekundärteil eine Rol¬ lenumlaufeinheit und/oder eine Kugelumlaufeinheit einer Line¬ arführung integriert. Dies ist einer kompakten Bauweise dien- lieh.
Ist die Rollenumlaufeinheit oder auch die Kugelumlaufeinheit nicht in das Primärteil oder das Sekundärteil integriert, dann ist das Primärteil bzw. auch das Sekundärteil beispiels- weise auch zwischen zwei Rollenumlaufeinheiten oder zwischen zwei Kugelumlaufeinheiten positionierbar. Dies erhöht zwar den Bauraum, hat allerdings den Vorteil eines einfacheren Aufbaus .
Ein einfacher Aufbau ergibt sich, wie bereits beim Primärteil beschrieben, durch die Verwendung eines Gleitlagers. Das Gleitlager weist zumindest eine gleitfördernde Oberfläche auf. Diese gleitfördernde Oberfläche befindet sich beispiels¬ weise am Primärteil und/oder am Sekundärteil und betrifft den Kontaktbereich.
Weist also das Sekundärteil einen Kontaktbereich zum Primär¬ teil aufweist, wobei sich der Kontaktbereich im Bereich der nutartigen Aufnahme befindet so befindet sich die gleitför¬ dernde Oberfläche z.B. des Sekundärteils im Kontaktbereich zwischen Primärteil und Sekundärteil.
Die gleitfördernden Oberfläche, welche beispielsweise durch eine Gleitschicht oder auch durch einen Gleitfilm ausgebildet ist, erfüllt in vorteilhafter Weise neben der Funktionalität als Lager auch noch eine weitere Funktion. Diese weitere Funktion ist die Funktion als Luftspalt.
Elektrische Maschinen weisen ein Primärteil und ein Sekundär¬ teil auf. Primärteil und Sekundärteil sind nach dem Stand der Technik zueinander derart positioniert, dass sich zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil ein Luftspalt ausbildet. Zur Ausbildung des Luftspaltes ist eine Führung des Primär¬ teils und/oder des Sekundärteils notwendig. Mit Hilfe einer derartigen Führung, welche als Abstandshalterung dient, ist das Primärteil vom Sekundärteil beabstandet. Dies ist bei ro¬ tatorischen elektrischen Maschinen beispielsweise durch eine Lagerung des Rotors, welcher das Sekundärteil darstellt, mög¬ lich. An die Führung sind dabei sowohl bei rotatorischen elektrischen Maschine wie auch bei Linearmotoren, welche na¬ türlich auch elektrische Maschinen darstellen, hohe Anforde¬ rungen bezüglich der Fertigungstoleranzen gestellt, da der Luftspalt über den gesamten Bereich der Bewegung des Sekun¬ därteils zum Primärteil konstant zu halten ist. Dies ist not¬ wendig, damit die elektrische Maschine unabhängig von der Po¬ sition des Sekundärteils zum Primärteil stets die gleichen Eigenschaften, insbesondere bezüglich der Entwicklung einer elektromagnetischen Kraft EMK, aufweist. Die Gewährleistung eines konstant großen Luftspaltes ist aufwendig. Dies trifft insbesondere auf Linearmotoren zu, welche auch lange Verfahr¬ wege aufweisen können.
Da der Luftspalt sehr klein ist, ist es z.B. auch nötig, dass Maßnahmen getroffen werden, dass zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil, also in den Luftspalt, keine störenden Fremdkörper gelangen. Ein Fremdkörper ist insbesondere dann störend, wenn dieser eine Größe aufweist, welche in etwa der Größe des Luftspaltes entspricht bzw. dessen Größe über¬ trifft. Durch konstruktive Maßnahmen wie z.B. durch Abdeckun¬ gen bzw. auch durch Kehreinrichtungen kann erreicht werden, dass kein Fremdkörper in den Luftspalt gelangt. Die Problema¬ tik von Fremdkörpern im Luftspalt tritt insbesondere bei Li¬ nearmotoren auf, da bei diesen im Vergleich zu einer rotato¬ rischen elektrischen Maschine, welche einen Ständer und einen Rotor aufweist, der Luftspalt in einer exponierteren Position ist.
Will man nun entweder in einfacher Weise einen konstanten Ab¬ stand zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil sicherzu¬ stellen und/oder auch eine Verschmutzung des Raumes zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil, also des Luftspaltes, reduzieren so gelingt dies bei einer elektrischen Maschine, welche ein Primärteil und ein Sekundärteil aufweist, wobei das Primärteil eine dem Sekundärteil zugewandte Seite auf¬ weist und das Sekundärteil eine dem Primärteil zugewandte Seite aufweist, wobei diese Seiten zum Austritt und/oder Ein¬ tritt magnetischer Felder vorgesehen sind, dadurch, dass das Primärteil zumindest teilweise an dem Sekundärteils in einem Kontaktbereich anliegt. Der Kontaktbereich betrifft zumindest eine der einander zugewandten Seiten des Primärteils und des Sekundärteils der elektrischen Maschine, wobei zumindest eine dieser Seiten zum Austritt und/oder Eintritt magnetischer Felder vorgesehen ist.
Die zum Austritt und/oder Eintritt von magnetischen Feldern vorgesehenen Seiten des Primärteils bzw. des Sekundärteils sind magnetisch aktive Seiten. Eine elektrische Maschine ist also derart ausführbar, dass das Primärteil zumindest teil¬ weise die magnetisch aktive Seite des Sekundärteils berührt, wobei das Sekundärteil beispielsweise Permanentmagnete auf- weist, welche immer magnetisch aktiv sind.
Die elektrische Maschine ist derart ausbildbar, dass das Pri¬ märteil Wicklungen aufweist und das Sekundärteil Permanent- magnete aufweist. Sowohl durch die Wicklungen als auch durch die Permanentmagnete sind magnetische Felder erzeugbar bzw. erzeugt. Diese magnetischen Felder treten aus dem Primärteil und/oder dem Sekundärteil aus und/oder ein und schließen sich jeweils über das gegenüberliegende Teil. Bezüglich des Pri¬ märteils erfolgt die Berührung zum Sekundärteil z.B. zumin¬ dest teilweise in einem Bereich, welcher bestrombare Wicklun¬ gen aufweist.
Durch die Berührung des Primärteils und des Sekundärteils in einem Kontaktbereich, welcher zum Eintritt bzw. Austritt mag¬ netischer Felder zur Gewinnung einer elektromagnetischen Kraft EMK vorgesehen ist, ergibt sich eine einfache Möglich¬ keit eine konstante Beanstandung zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil auszuführen. Entweder weist die dem Sekun¬ därteil zugewandte Seite des Primärteils eine gleitfördernde Oberfläche auf und/oder es weist die dem Primärteil zuge¬ wandte Seite des Sekundärteils eine gleitfördernde Oberfläche auf. Zur Ausbildung der gleitfördernden Oberfläche dient bei- spielsweise eine Gleitschicht oder ein Gleitfilm, wobei der Luftspalt ganz oder teilweise durch eine Gleitschicht bzw. den Gleitfilm ersetzt ist. Der Luftspalt ist der Bereich zwi¬ schen dem Sekundärteil und dem Primärteil der elektrischen Maschine, welcher zur Ausbildung einer elektromagnetischen Kraft EMK beiträgt. Im Luftspalt verlaufen magnetische Fel¬ der, welche aus dem Sekundärteil bzw. dem Primärteil austre¬ ten und in das gegenüberliegende andere Teil eintreten bzw. austreten. Die Gleitschicht hat in der Funktion eines Luft¬ spaltes vorteilhafter Weise einen ähnlichen Wert μR wie der mit Luft gefüllte Luftspalt. In einer Ausgestaltung der
Gleitschicht ist die Gleitschicht als eine Folie (Gleitfolie) ausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass Folien bei Beschädi¬ gung in einfacher Weise durch eine neue Folie ersetzt werden können. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Gleitschicht eine Beschichtung einer Seite. Ein mögliches Beschichtungsma- terial ist beispielsweise Teflon. Die Gleitschicht sollte ein derartiges Material aufweisen, welches eine gute Gleiteigen- schaft aufweist und insbesondere auch druckstabil und ver¬ schleißarm ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Gleit- schicht, wie z.B. eine Gleitfolie, austauschbar, so dass die Gleitschicht bei Verschmutzung oder bei einem Defekt leicht durch eine neue Gleitschicht ausgewechselt werden kann.
Weist das Primärteil Wicklungen auf, welche zur Ausbildung von Kräften in Vorzugsrichtungen vorgesehen sind, kann vor¬ teilhafter Weise mittels einer gezielten Ausnutzung einer de¬ finiert einstellbaren einseitigen magnetischen Anziehungs¬ kraft des Primärteils an das Sekundärteil, das Gleitverhalten des Primärteils zum Sekundärteil in geeigneter Weise einge- stellt werden. Die Einstellung erfolgt beispielsweise durch die Auswahl unterschiedlicher Dicken der Gleitschicht. Ist eine Gleitschicht auf einer ersten Fläche zwischen dem Pri¬ märteil und dem Sekundärteil dünner als eine Gleitschicht zwischen einer weiteren Fläche zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil, so ist die magnetische Anziehungskraft im Bereich der ersten Fläche größer als im Bereich der weiteren Fläche. Somit ergibt sich hieraus eine vorgegebene Positio¬ nierung des Primärteils zum Sekundärteil, da es unterschied¬ liche Anziehungskräfte gibt.
In einer weiteren Ausführungsform des Linearmotors weist die die nutartige Aufnahme einen polygonartigen Querschnitt auf¬ weist. Dabei weist entweder das Primärteil des Linearmotors oder das Sekundärteil des Linearmotors die nutartige Aufnahme auf. Für den Fall, dass das Primärteil die nutartige Aufnahme aufweist ist die Form des Sekundärteils derart gestaltet, dass dieses in die nutartige Aufnahme derart passt, dass zwi¬ schen dem Primärteil und dem Sekundärteil ein Luftspalt aus¬ gebildet ist. Für den Fall dass das Sekundärteil die nutarti- ge Aufnahme aufweist, ist die Form des Primärteils derart gestaltet, dass dieses in die nutartige Aufnahme derart passt, dass zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil ein Luftspalt ausgebildet ist. Der Luftspalt weist entweder tat- sächlich Luft auf und/oder er weist ein Material auf, welches den elektromagnetischen Eigenschaften von Luft in etwa ent¬ spricht, damit die Funktionalität des Luftspaltes erhalten bleibt.
Die nutartige Aufnahme weist eine Öffnung auf, wobei sich diese Öffnung bei einem Linearmotor linear zur möglichen Be¬ wegungsrichtung des Linearmotors erstreckt. Diese Öffnung kann auch als Nutöffnung bezeichnet werden. Eine weitere Aus- gestaltung der elektrischen Maschine, insbesondere des Line¬ armotors, ergibt sich dadurch, dass die Öffnung eine Breite aufweist, welche kleiner ist als die Hälfte der äußeren Länge des Querschnitts der nutartigen Aufnahme. Die Breite der Nut¬ öffnung betrifft dabei die Breite der Öffnung des Quer- Schnitts der nutartigen Aufnahme, also der Breite der Öffnung quer zu der Längsausdehnung der nutartigen Aufnahme. Die äu¬ ßere Länge des Querschnitts, betrifft den Querschnitt der nutartigen Aufnahme quer zu deren Längsausdehnung. Dabei ist die Länge von der Außenkontur dieses Querschnitts bestimmt.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist derart aufbau¬ bar, dass entweder das Sekundärteil und/oder das Primärteil zu einer ortsunveränderlichen Anbringung vorgesehen ist.
Die elektrische Maschine, welche eine in das Primärteil und/oder in das Sekundärteil integrierte nutartige Aufnahme aufweist, ist bezüglich ihres elektromagnetischen Aufbaus verschiedenartig gestaltbar. Wie in dieser Schrift bereits obig beschrieben ist das Sekundärteil z.B. derart ausgeführt, dass dieses Permanentmagnete aufweist. In einer weiteren Va¬ riante weist das Sekundärteil anstelle der Permanentmagnete Riegel aus, welche z.B. geblecht ausgeführt sind.
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt:
FIG 1 eine elektrische Maschine, welche zur Ausübung einer Linearbewegung vorgesehen ist, wobei die elektrische Maschine eine polygonförmige Anordnung von vier Luft¬ spaltflächen bzw. zwei Wicklungen aufweist, eine elektrische Maschine für eine polygonförmige An¬ ordnung mit vier Wicklungen, wobei ein Blechpaket ei- nes Primärteils der elektrischen Maschine im Blech¬ schnitt Teilbleche aufweist, eine elektrische Maschine für eine polygonförmige An¬ ordnung mit vier Wicklungen, wobei das Blechpaket des Primärteils der elektrischen Maschine im Blechschnitt einteilig ausgeführt ist, einen Blechschnitt für das Primärteil der elektrischen Maschine, eine elektrische Maschine für eine polygonförmige An¬ ordnung von drei Luftspaltflächen bzw. drei Wicklun- gen, eine elektrische Maschine für eine polygonförmige An¬ ordnung von drei Wicklungen, wobei das Blechpaket des Primärteils der elektrischen Maschine im Blechschnitt einteilig ausgeführt ist, ein Sekundärteil mit Permanentmagneten und ein zugehö¬ riges Primärteil mit gezahntem Blechpaket einen Schnitt durch Primärteil und Sekundärteil gemäß FIG 7, ein Sekundärteil mit Permanentmagneten und ein zugehö- riges Primärteil mit geblechten Einzelzähnen einen Schnitt durch Primärteil und Sekundärteil gemäß FIG 9, ein Primärteil und ein Sekundärteil der elektrischen
Maschine, wobei das Sekundärteil frei von magnetischen Quellen zur Ausbildung eines Erregerfeldes ist, einen Schnitt durch Primärteil und Sekundärteil gemäß FIG 11, eine elektrische Maschine welche drei polygonförmig angeordnete Luftspaltflächen und drei Strangwicklungen aufweist, eine elektrische Maschine welche drei polygonförmig angeordnete Strangwicklungen aufweist, wobei das Blechpaket des Primärteils im Blechschnitt Teilbleche aufweist,
FIG 15 eine elektrische Maschine welche Strangmodule auf¬ weist, FIG 16 eine elektrische Maschine, welche eine offene polygon- förmige Anordnung aufweist und
FIG 17 eine elektrische Maschine in einer Ausführung als Au¬ ßenläufer.
FIG 18 eine elektrische Maschine gemäß FIG 16, wobei das Pri- märteil und das Sekundärteil voneinander getrennt dar¬ gestellt sind,
FIG 19 eine elektrische Maschine, welche ein einteiliges Se¬ kundärteil aufweist,
FIG 20 eine Gleitschicht zwischen dem Primärteil und dem Se- kundärteil der elektrischen Maschine
FIG 21 einen mittels Luft ausgeführten Luftspalt zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil der elektrischen Ma¬ schine
FIG 22 eine elektrische Maschine, welche eine Kugelumlaufein- richtung aufweist,
FIG 23 eine elektrische Maschine, welche ein Sekundärteil mit einer nutartigen Aufnahme aufweist, FIG 23 eine elektrische Maschine, welche ein Sekundärteil aufweist, welches eine nutartige Aufnahme für ein Pri- märteil aufweist,
FIG 24 ein in eine Rollenumlaufeinrichtung integriertes Pri¬ märteil, wobei in eine Profilschiene ein Sekundärteil integriert ist und
FIG 25 den Querschnitt der Profilschiene gemäß FIG 24.
Hierbei geben die Darstellungen gemäß den Figuren 7 bis 12 u.a. auch prinzipielle elektromagnetische Aufbauformen eines Linearmotors an, welche für unterschiedliche konstruktive Aufbauformen, wie diese beispielsweise in den Figuren 16 bis 23 dargestellt sind. Generell sind in den Figuren unter¬ schiedliche Merkmale erfindungsgemäßer elektrischer Maschinen offenbart, welche untereinander auch kombinierbar sind, wobei die vielfältigen unterschiedlichen Kombinationen nicht darge¬ stellt sind.
Die Darstellung gemäß FIG 1 zeigt eine elektrische Maschine 1, welche einen Primärteil 4 und einen Sekundärteil 8 auf¬ weist. Zwischen dem Primärteil 4 und dem Sekundärteil 8 be¬ findet sich ein Luftspalt 27, dessen Luftspaltflächen 50,51 polygonartig angeordnet sind. Die Luftspaltflächen 50 und 51 entsprechen den Seiten 50 und 51 eines Polygons. Die Polygon- Seiten des Primärteils 4 sind mit dem Bezugszeichen 50 be¬ zeichnet und die Polygonseiten des Sekundärteils 8 sind mit 51 bezeichnet. Die elektrische Maschine 1 ist zur Ausführung einer linearen Bewegung vorgesehen und folglich entweder ein Linearmotor und/oder ein Lineargenerator. Abhängig davon ob das Primärteil oder das Sekundärteil stationär positioniert ist führt entweder das Sekundärteil oder das Primärteil eine Linearbewegung aus. Nach FIG 1 ist eine Linearbewegung des Sekundärteils 8 vorgesehen, wobei ein Doppelpfeil mögliche lineare Bewegungsrichtungen 25 des Sekundärteils 8 angibt. Das Primärteil 4 ist derart ausgebildet, daß dieses zur Auf¬ nahme von Wicklungen 16 vorgesehen ist. Ein Wickelkopf 17 ist symbolisch durch einen Strich angezeigt, wobei der Strich zwischen zwei Kreisen angeordnet ist, welche ein Kreuz und einen Punkt zur Andeutung einer Stromrichtung aufweisen. In FIG 1 ist zur besseren Veranschaulichung des Aufbaus der e- lektrischen Maschine 1 nur eine Wicklung 16 gezeigt. Das Pri¬ märteil 4 weist ein Blechpaket 12 auf. Der Blechschnitt des Blechpaketes 12 ist gemäß der Frontansicht der elektrischen Maschine 1 aus FIG 1 ausgeführt und weist in Bewegungsrich- tung 25 hintereinander liegende Bleche auf. Diese hinterein¬ ander liegenden Bleche sind einteilig ausgeführt. Durch den Blechschnitt weist das Primärteil 4 Nuten 20 und 21 auf. Die Nuten 21 sind beispielhaft bereits mit einer Wicklung 16 be¬ legt. Auch die Nuten 20 sind mit einer Wicklung zu belegen, wobei dies in der FIG 1 nicht dargestellt ist. Die Wicklung
16 in den Nuten 21 ist eine Strangwicklung. Die Nuten 21 sind mit einer weiteren Wicklung (Strangwicklung) zu belegen. Die Wicklung in den Nuten 21 und die in FIG 1 nicht dargestellte Wicklung in den Nuten 20 bilden Spulen aus. Durch die Positi¬ on der Nuten 20 und 21 ergibt sich eine polygonförmige Anord¬ nung der Wicklungen beim Primärteil 4. Das ausgebildete Poly¬ gon weist 4 Seiten 50 auf. Eine erste Seite des Polygons wird durch die Wicklung 16 in den Nuten 21 ausgebildet. Eine zwei¬ te Seite des Polygons wird durch die nicht dargestellte Wick¬ lung in den Nuten 20 ausgebildet. Da nun die zwei dargestell¬ ten Nuten 20 von den zwei dargestellten Nuten 21 beabstandet sind bildet sich ein Polygon aus. Das Polygon weist n=4 Sei- ten auf, wobei im vorliegenden Beispiel die Seiten in etwa gleicher Länge sind. Vorteilhaft weist das Sekundärteil 8 im Querschnitt eine der Anordnung der Wicklungen entsprechende Form auf. Das Sekundärteil 8 in FIG 1 weist 4 Seiten 51 auf, welche den Seiten 50 des Primärteils 4 zugewandt sind. Die vier Seiten 51 des Sekundärteils 8 bilden den polygonförmigen Querschnitt des Sekundärteils 8. Das Sekundärteil 8 ist in FIG 1 schematisiert dargestellt, so dass dessen Aufbau im De¬ tail nicht dargestellt ist. Eine detailliertere Darstellung des Sekundärteils ist in den FIG 7 bis 12 gegeben. In den Fi- guren 7 bis 12 sind neben verschiedenen Typen von Sekundär¬ teilen auch dazugehörige Primärteile dargestellt. Sowohl die elektrische Maschine gemäß FIG 1 als auch die in den nachfol¬ gend beschriebenen Figuren 2, 3, 5, 13, 14, 15 und 16 elek¬ trischen Maschinen sind gemäß den Typen in den Figuren 7 bis 12 ausgestaltbar. Dabei ist die Verwendung dieser Typen nicht auf die in den Figuren beispielhaft herangezogenen Polygonar¬ ten mit vier Polygonseiten bzw. mit drei Polygonseiten be¬ schränkt, so dass auch Polygone mit mehr als vier Seiten mög¬ lich, jedoch nicht dargestellt sind.
In einer elektrischen Maschine 1 gemäß FIG 1 sind magnetische Felder in einer quer zur Bewegungsrichtung 25 ausgerichteten Ebene geführt. Hieraus ergibt sich ein Querfluss-Magnetkreis . Diese quer zur Bewegungsrichtung 25 geführten magnetischen Felder betreffen magnetische Nutzfelder, also insbesondere die magnetischen Felder, welche von einer Erregung herrühren und mit der Wicklung des Primärteils 4 gekoppelt sind. Das Erregerfeld ist beispielsweise durch Permanentmagnete erzeug- bar. Die Permanentmagnete sind in der FIG 1 nicht darge¬ stellt, jedoch ist in den Figuren 7 bis 12 eine mögliche Po¬ sitionierung der Permanentmagnete gezeigt. Das Sekundärteil 8 ist also beispielsweise derart ausgeführt, dass dieses Perma- nentmagnete aufweist oder das es als eine Art Eisen-Reak¬ tionsstange dient.
Gemäß FIG 1 sind Einzelbleche des Blechpaketes 12 in der Be¬ wegungsrichtung 25 der elektrischen Maschine 1 gestapelt. Ei- ne aktive (kraftbildende) Fläche der elektrischen Maschine 1 ist in der Form eines Polygons mit n=4 Seiten 50, 51 ausge¬ führt .
Die Darstellung gemäß FIG 2 zeigt eine elektrische Maschine 1, welche wie in FIG 1 eine Polygonform mit vier Seiten 51 aufweist, wobei die Polygonform sowohl das Sekundärteil 8 wie auch das Primärteil 4 betrifft. Beim Primärteil 4 ergibt sich die Polygonform durch die polygonförmige Anordnung von vier Wicklungen 16. Die Wicklungen 16 sind in Nuten 20 aufgenom- men, wobei die Nuten 20 durch Teilbleche 30, 31, 32 und 33 ausgebildet sind. Jedes Teilblech 30, 31, 32 und 33 weist ei¬ ne Wicklung 16 auf. Durch die Nuten 20 haben die Teilbleche 30, 31, 32 und 33 die Form des Buchstabens E. Mit Hilfe eines jeden Teilbleches 30, 31, 32 und 33 ist eine Seite des vier- seitigen Polygons ausgebildet. Durch die Verwendung der Teil¬ bleche 30, 31, 32 und 33 ist die Befüllung der Nuten 20 ver¬ einfacht durchführbar, da diese vor dem Zusammenbau des Blechpaketes erfolgen kann. Die Teilbleche 30, 31, 32 und 33 schließen an Zwischenstücken 35 an. Das Blechpaket 13 ist im Querschnitt (quer zur Bewegungsrichtung 25) derart aufgebaut, dass es mehrere Teile aufweist. Diese Teile sind die Teilble¬ che 30, 31, 32 und 33 sowie die Zwischenstücke 35, mit denen die Teilbleche konstruktiv verbunden sind.
Die Darstellung gemäß FIG 3 zeigt eine elektrische Maschine 1 welche einen ähnlichen Aufbau wie die elektrische Maschine 1 gemäß FIG 2 aufweist. Im Unterschied zu FIG 2 weist die elek¬ trische Maschine 1 in FIG 3 ein Blechpaket 12 auf, welches aus einteiligen Einzelblechen aufgebaut ist. Dies hat den Vorteil eines einfacheren Aufbaus. Aus Gründen der Übersicht¬ lichkeit ist nur eine Wicklung 16 gezeigt. Im Blechschnitt des Primärteils 4 ist auch eine bestimmte Eckkontur 42 zwi- sehen den Seiten der polygonförmigen Öffnung des Primärteils 4, welche für das Sekundärteil vorgesehen ist, gezeigt. In die Eckkontur 42 können beispielsweise Linearführungen integ¬ riert werden.
Die Darstellung gemäß FIG 4 zeigt einen zu FIG 3 ähnlichen
Blechschnitt 39. In FIG 4 sind auch die Polygonseiten 50 der polygonförmigen Öffnung des Primärteils 4, welche für das Se¬ kundärteil vorgesehen ist mit Bezugszeichen versehen. Der Blechschnitt nach FIG 4 zeigt zur besseren Übersichtlichkeit der vorangegangenen Figuren 1 bis 3 erst hier mit Bezugszei¬ chen versehene Zähne 22. Die Zähne 22 sind zur Führung eines magnetischen Nutzflusses vorgesehen.
Die Darstellung gemäß FIG 5 zeigt eine elektrische Maschine 2 welche ein Primärteil 5 und ein Sekundärteil 9 aufweist, wo¬ bei beide Teile eine polygonförmige Struktur aufweisen, wel¬ che drei Polygonseiten 50 aufweist. Abflachungen 53 der Be¬ reiche in welchen die Polygonseiten 50 zusammenfallen beein¬ flussen die grundsätzlichen Polygone dreiseitige Form nicht. Die elektrische Maschine 2 der FIG 5 unterscheidet sich von der elektrischen Maschine 1, welche z.B. aus der FIG 1 be¬ kannt ist im wesentlichen durch die dreiseitige Polygonform. Die Luftspaltflächen 50, 51 und die dazugehörigen Wicklungen 16 sind im Primärteil 5 also derart positioniert, dass diese ein Polygon mit drei Polygonseiten 50 bzw. 51 ausbilden. Die Polygonseiten 50 und 51 betreffen dabei neben den Kanten des Polygons in einer zweidimensionalen Betrachtung auch die po¬ lygonartige Anordnung der zugehörigen Flächen bezüglich der Erstreckung der elektrischen Maschine in deren potentiellen Bewegungsrichtung.
Die Darstellung gemäß FIG 6 zeigt den Blechschnitt 40 des Blechpaketes 12 aus der FIG 5. Die Darstellungen gemäß den Figuren 7 bis 12 zeigen Primär¬ teile 3, 6 und 7 und Sekundärteile 10 und 11. In diesen Dar¬ stellungen ist immer nur eine Polygonseite einer elektrischen Maschine 1, 2 gezeigt, welche beispielhaft in den Figuren 1, 2, 3, 5, 13, 14, 15 und 16 dargestellt ist. Die Figuren 7 bis 12 dienen der Veranschaulichung des Wirkprinzips der elektri¬ schen Maschine.
Die Darstellung gemäß FIG 7 zeigt ein Primärteil 6 und ein durch einen Luftspalt 27 davon beabstandetes Sekundärteil 10. Das Sekundärteil 10 weist einen Träger 46 auf, auf welchem Permanentmagnete 44 angebracht sind. Die Permanentmagnete weisen abwechselnd unterschiedlichen Magnetisierungsrichtun¬ gen 48 auf und dienen der Bildung eines Erregerfeldes. Der Träger 46 weist vorteilhafter Weise ein weichmagnetischen Ma¬ terial auf und kann geblecht oder massiv ausgeführt werden. Das Primärteil 6 weist eine Wicklung 16 und ein Blechpaket 12 auf. Das Blechpaket 12 weist über die Bewegungsrichtung 25 Zähne 23 auf. Das Primärteil 6 weist also eine luftspaltsei- tig gezahnte Blechpaketstruktur auf. Ein Joch 14 weist ein durchgehendes Blechpaket auf. Die Zähne 23 weisen voneinander den selben Abstand auf, wie die Permanentmagnete 44 mit glei¬ cher Magnetisierungsrichtung 48.
In der FIG 7 ist auch noch die Position der Permanentmagnete 43 und 45 im Bereich einer zweiten und dritten Polygonseite des Sekundärteils z.B. für eine dreisträngige elektrische Ma¬ schine gemäß FIG 5, 13, 14 oder 16 dargestellt. Die Perma¬ nentmagnete 43 der zweiten Polygonseite sind um 120° elek- trisch versetzt. Um weitere 120° sind die Permanentmagnete 45 der dritten Polygonseite versetzt.
Die Darstellung gemäß FIG 8 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß FIG 7. Dabei ist der Querschnitt durch einen Zahn 23 geführt. Aus FIG 8 ist ersichtlich, dass das Sekun¬ därteil 10 quer zur Bewegungsrichtung 25 Permanentmagnete 44 mit abwechselnd unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen 48 aufweist. Den Permanentmagneten 44 gegenüber befinden sich weitere Zähne 22 des Primärteils 6. Die FIG 8 dient auch der Veranschaulichung der Querfluss-Anordnung. Durch die Perma¬ nentmagnete 44 wird ein Erregerfluss aufgebaut, dessen Ver¬ lauf durch magnetische Feldlinien 70 in der Figur dargestellt ist. Dieser Verlauf der magnetischen Feldlinien 70 verläuft quer zu der potentiellen Bewegungsrichtung 25. Ein magneti¬ scher Nutzfluss ist in einer quer zu einer Bewegungsrichtung 25 ausgerichteten Ebene geführt. Der magnetische Nutzfluss ist der magnetische Fluss, welcher mit der Wicklung 16 gekop- pelt bzw. verkettet ist. Dieser derart ausgerichtete magneti¬ sche Nutzfluss bildet einen Querfluss-Magnetkreis aus. Hier¬ aus ergibt sich der Begriff Querfluss-Anordnung. Auch in FIG 8 ist ein Schnitt geführt, wobei dieser durch den mittleren Zahn 22 verläuft. Dieser Schnitt ist in FIG 7 dargestellt.
Die Darstellung gemäß FIG 9 zeigt eine Anordnung von Primär¬ teil 7 und Sekundärteil 10 ähnlich wie in FIG 7. Im Unter¬ schied zu FIG 7 weist das Primärteil 7 aus FIG 9 Einzelzähne 24 auf, welche die Aufgabe der Zähne 23 aus FIG 7 haben. Die Einzelzähne 24 sind beispielsweise über einen nicht darge¬ stellten nicht magnetischen Rahmen miteinander verbunden. In FIG 9 ist also eine Ausführungsform ohne einem Joch aus weichmagnetischem Material (Blechpaket) gezeigt. Die Einzel¬ zähne 24 sind beispielsweise mittels von E-förmigen Blechpa- keten ausgebildet. Der Querschnitt aus FIG 10 zeigt den
E-förmigen Aufbau. Die Einzelzähne 24 weisen voneinander den selben Abstand auf wie die Permanentmagnete 44 mit gleicher Magnetisierungsrichtung 48.
Der für eine dreisträngige elektrische Maschine, also eine elektrische Maschine, welche für den Betrieb mit drei Phasen U, V und W vorgesehen ist, erforderliche Phasenversatz kann beispielsweise durch einen entsprechenden Versatz der Perma¬ nentmagnete 44, wie dies in FIG 7 angedeutet ist realisiert werden. Eine andere Möglichkeit der Realisierung des Versat¬ zes besteht darin die Zahnstruktur verschiedener Stränge, al¬ so Phasen, am Primärteil zu versetzen. Ist die Zahnstruktur von Strängen (Wicklungen) verschiedener Phasen versetzt, ist es nicht notwendig die Permanentmagnete einer Polygonseite des Sekundärteils in Bezug auf eine andere Polygonseite des Sekundärteils zu versetzen.
Die Darstellung gemäß FIG 10 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß FIG 9. Dabei ist der Querschnitt durch einen Einzelzahn 24 geführt. Auch aus FIG 10 ist ersichtlich, dass das Sekundärteil 10 quer zur Bewegungsrichtung 25 Perma¬ nentmagnete 44 mit abwechselnd unterschiedlichen Magnetisie- rungsrichtungen 48 aufweist. Auch in FIG 10 ist ein Schnitt geführt, wobei dieser durch den mittleren Zahn 22 verläuft. Dieser Schnitt ist in FIG 9 dargestellt.
Die Darstellung gemäß FIG 11 zeigt ein Primärteil 3 und ein Sekundärteil 11. Das Sekundärteil 11 ist frei von magneti¬ schen Quellen wie z.B. Permanentmagneten. Das Sekundärteil weist einen Träger 46 auf. Auf dem Träger befinden sich Rie¬ gel 19, so dass sich eine luftspaltseitige gezahnte Struktur ergibt. Die Riegel 19 sind quer zur Bewegungsrichtung 25 ge- blecht ausgeführt. Das Primärteil 3 weist sowohl eine Wick¬ lung 16 als auch Permanentmagnete 44 zur Erzeugung eines Er¬ regerfeldes auf. Die Magnetisierungsrichtungen 48 der Perma¬ nentmagnete 44 wechseln alternierend.
Die Darstellung gemäß FIG 12 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß FIG 11. Auch in FIG 12 ist ein Schnitt geführt, wobei dieser durch den mittleren Zahn 22 verläuft. Dieser Schnitt ist in FIG 11 dargestellt.
Die Darstellung gemäß FIG 13 zeigt eine elektrische Maschine 2. Diese elektrische Maschine 2 entspricht von ihrem Aufbau der elektrischen Maschine 2 aus FIG 5. In FIG 13 ist zusätz¬ lich gezeigt wie die Wicklungen 16 bestrombar sind. Die Wick¬ lungen 16 jeweils einer Polygonseite 50 sind mit unterschied- liehen Phasen U, V und W eines Drehstromsystems bestromt.
Die Darstellung gemäß FIG 14 zeigt eine elektrische Maschine 2 welche ein Primärteil aufweist, wobei dieses Primärteil 5 ein Blechpaket 13 aufweist, welches aus verschiedenen Teil¬ blechen 30, 31 und 32 zusammengesetzt ist. Dies entspricht vom Grundsatz der in FIG 2 beschriebenen Konstruktionsweise. Die Zwischenbleche sind nicht notwendiger Weise aus einem Blech bzw. einem weichmagnetischen Material zu fertigen. Die Zwischenbleche können beispielsweise auch aus einem Kunst¬ stoff bestehen bzw. einen solchen aufweisen. Die Wicklungen 16 sind zur Bestromung mit einer Phase U, V und W vorgesehen. Von den Wicklungen der Phasen U, V und W bzw. den entspre- chenden Luftspaltflächen ist also das Polygon aufgespannt.
Die Darstellung gemäß FIG 15 zeigt eine weiter mögliche Bau¬ form der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine. Die elekt¬ rische Maschine 2 gemäß FIG 15 ist modular aufgebaut. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die elektrische Ma¬ schine 2 drei Module 61, 62 und 63 auf. Die Module 60, 61 und 62 entsprechen in ihrem konstruktiven Aufbau der elektrischen Maschine 2 in FIG 14. Im Gegensatz zur FIG 14 sind in FIG 15 die Wicklungen 16 eines Moduls mit nur einer Phase U oder V oder W bestromt. Die Module 60, 61 und 62 sind in Bewegungs¬ richtung hintereinander positioniert. Die Positionierung er¬ folgt derart, dass die Module hintereinander Versetzt ange¬ ordnet sind. Vorteilhaft ist dabei ein Versatz von elektri¬ schen 120°.
Auch mehrere Ausführungsformen gemäß FIG 13 oder FIG 14 kön¬ nen als Module hintereinander angeordnet werden um die Schub¬ kraft zu erhöhen. Dabei ist ein Versatz von elektrischen 120° nicht notwendig, da jedes Modul für den Anschluss an alle drei Phasen U, V und W eines Drehstromes vorgesehen ist. Die¬ ses Beispiel eines modularen Aufbaus ist in den Figuren nicht dargestellt. Der zur Ausübung einer Bewegung benötigte Ver¬ satz zwischen den Phasen U, V und W ist in den Ausführungs¬ formen gemäß FIG 13 und 14 durch die Ausgestaltung des Sekun- därteils gegeben, wie dies in FIG 7 auch beschrieben ist.
Die Darstellungen gemäß FIG 13, 14 und 15 zeigen, das die Wicklungen 16 der elektrischen Maschinen vorteilhafter Weise drei Stränge aufweisen. Jeder Strang weist eine Wicklung 16 auf, welche zur Betromung mit einer Phase vorgesehen ist. Bei einem dreiphasigen Drehstromsystem sind dies die Phasen U, V und W. Die Stränge der elektrischen Maschine können am Umfang des Polygons und/oder in einer Längsrichtung (Bewegungsrich¬ tung) der elektrischen Maschine, welche insbesondere ein Li¬ nearmotor ist, verteilt sein. Jede Wicklung eines Stranges weist zumindest eine Spule auf.
Die Darstellung gemäß FIG 16 zeigt eine elektrische Maschine 2 welche ein Primärteil 4 und ein Sekundärteil 8 aufweist. Das Sekundärteil 8 ist über einen Schuh 57 mit einer Füh¬ rungsleiste 55 verbunden. Durch den Schuh 57 bildet sich be¬ züglich des Primärteils 4 mit den Wicklungen 16 ein offenes Polygon aus. Die elektrische Maschine 2 ist folglich bezüg¬ lich ihres elektrischen Aufbaus korrespondierend zu den e- lektrischen Maschinen in den Figuren 5, 13, 14 oder 15 aufge¬ baut, weist allerdings eine Polygonstruktur mit vier Polygon¬ seiten 50 auf. Durch die Polygonseite 50 beim Schuh 57 ergibt sich eine Art Aufständerung der elektrischen Maschine 2. Die¬ se Polygonseite weist keinen magnetisch aktiven Luftspalt auf und bildet daher keine Schubkraft.
Der Primärteil eines erfindungsgemäßen Linearmotors lässt sich modular aus mehreren Blechpaketen aufbauen, sodass auf einfache Weise aus einer überschaubaren Zahl von Bauteilen verschiedene Motoren unterschiedlicher Schubkraft gefertigt werden können.
Die Darstellungen gemäß den Figuren 1 bis 3, 5 und 13 bis 16 zeigen elektrische Maschinen 1, 2 bei welchen das Sekundär¬ teil 8, 9 in einem inneren Bereich der elektrischen Maschine 1, 2 angeordnet ist, wobei das Primärteil 4,5 in einem äuße¬ ren Bereich der elektrischen Maschine 1, 2 angeordnet ist. Bei einer derartigen Anordnung ist das das Sekundärteil 8,9 zumindest teilweise vom Primärteil 4,5 umgeben. Die Darstel¬ lung gemäß FIG 17 zeigt eine elektrische Maschine 2 mit einer dazu inversen Anordnung. Bei dieser inversen Anordnung in FIG 17 ist das Sekundärteil 9 im äußeren Bereich der elektrischen Maschine positioniert, wobei das Primärteil 5 im inneren Be¬ reich der elektrischen Maschine angeordnet ist. Das Sekundär¬ teil 9 umgibt also das Primärteil 5, welches die Wicklungen 16 aufweist, zumindest teilweise. Es sind also zwei zueinan¬ der inverse Anordnungen von Primär- und Sekundärteil möglich. In FIG 17 sind auch mögliche Positionen von Permanentmagneten 44 dargestellt. Durch deren Position und der Position der Wicklungen 16 ist ersichtlich, dass diese elektrische Maschi- ne 2 in FIG 17 drei magnetisch aktive Polygonseiten und drei magnetisch nicht aktive Polygonseiten aufweist.
Die Darstellung gemäß FIG 5 zeigt eine elektrische Maschine 2 welche ein Primärteil 5 und ein Sekundärteil 9 aufweist, wo- bei beide Teile eine polygonförmige Struktur aufweisen, wel¬ che drei Polygonseiten 50 aufweist. Abflachungen 53 der Be¬ reiche in welchen die Polygonseiten 50 zusammenfallen beein¬ flussen die grundsätzlichen Polygone dreiseitige Form nicht. Die elektrische Maschine 2 der FIG 5 unterscheidet sich von der elektrischen Maschine 1, welche z.B. aus der FIG 1 be¬ kannt ist im wesentlichen durch die dreiseitige Polygonform. Die Luftspaltflächen 50,51 und die dazugehörigen Wicklungen 16 sind im Primärteil 5 also derart positioniert, dass diese ein Polygon mit drei Polygonseiten 50 bzw. 51 ausbilden. Die Polygonseiten 50 und 51 betreffen dabei neben den Kanten des Polygons in einer zweidimensionalen Betrachtung auch die po¬ lygonartige Anordnung der zugehörigen Flächen bezüglich der Erstreckung der elektrischen Maschine in deren potentiellen Bewegungsrichtung.
Die Darstellung gemäß FIG 18 zeigt die elektrische Maschine 1 gemäß FIG 16, wobei in FIG 18 das Primärteil 4 und das Sekun¬ därteil 8 getrennt voneinander dargestellt sind. Mittels der getrennten Darstellung wird die polygonartige Gestalt sowohl des Primärteils 4, wie auch des Sekundärteils 8 verdeutlicht. Die polygonartige Gestalt betrifft jeweils den Querschnitt zu einer Längsrichtung, welche durch strichlinierte Fortsetzun¬ gen der Kontur in FIG 18 dargestellt ist. Durch die Darstel- Δ o
lung wird ferner verdeutlicht, dass das durch die Polygonsei¬ ten 50 aufgespannte Polygon nicht nur gegenständliche Seiten des Primärteils 4 und des Sekundärteils 8 betreffen, sondern auch die durch eine gepunktete Linie dargestellte gedachte Polygonseite 50. Die Darstellung in FIG 18 zeigt ein Polygon mit 4 Polygonseiten. Nicht dargestellt sind Ausführungsfor¬ men, welche ein Polygon mit weniger als 4 Polygonseiten oder auch mit mehr als 4 Polygonseiten aufweisen. Wird die Anzahl der Polygonseiten bis ins Unendliche erhöht, ist es auch mög- lieh eine kreisartige Form auszubilden, welche jedoch nicht dargestellt ist. FIG 18 zeigt ferner eine nutartige Aufnahme 68 und eine Öffnung 69. Das Primärteil weist drei Wicklungen 16, 17 und 18 auf. Jede Wicklung 16, 17 und 18 ist einer Po¬ lygonseite des Primärteils 4 zugeordnet. Ein Primärteil ist auch derart aufbaubar, dass dieses z.B. nur eine Wicklung 16 auf einer Polygonseite 50 aufweist. Diese Variante ist in FIG 18 jedoch nicht dargestellt.
Die Darstellung gemäß FIG 19 zeigt wie FIG 16 eine elektri- sehe Maschine 1 im Querschnitt, also quer zu einer Bewegungs¬ richtung 56. Unterschiedliche entgegengesetzte Bewegungsrich¬ tungen 56 sind durch einen Punkt bzw. durch ein Kreuz in ei¬ nem Kreis angedeutet. Eine Bewegung ist längs der Führungs¬ leiste 55 vorgesehen. Bei der elektrischen Maschine 1 in FIG 19 ist im Unterschied zur FIG 16 das Sekundärteil 8, der
Schuh 57 und die Führungsleiste 55 einteilig ausgeführt. Die Führungsleiste 55 weist Befestigungslöcher 59 auf. In diese Befestigungslöcher 59 sind beispielsweise Schrauben einführ¬ bar, welche der Befestigung der gesamten elektrischen Maschi- ne 1 z.B. an einer Werkzeugmaschine dienen. Der Schuh 57 dient der Aufständerung des Sekundärteils 8 und somit der Aufständerung der elektrischen Maschine 1. In der Darstellung nach FIG 19 wird auch Bezug genommen auf die Figuren 20 und 21. Diese Figuren betreffen die Darstellung von Abständen zwischen dem Primärteil 4 und dem Sekundärteil 8, welche z.B. in der FIG 16 und 19 nicht im Detail dargestellt sind. Die Abstände zwischen dem Primärteil 4 und dem Sekundärteil 8 bilden einen Luftspalt aus. Der Luftspalt ist entweder mit Luft gefüllt oder auch mit einem Material, welches ähnliche elektrische und/oder magnetische Eigenschaften aufweist wie Luft.
Die Darstellung gemäß FIG 20 zeigt eine erste Art eines Luft¬ spaltes 70 zwischen dem Primärteil 4 und dem Sekundärteil 8, welcher eine Gleitschicht 72 aufweist. Über die Gleitschicht 72 bildet sich ein Kontaktbereich zwischen dem Primärteil 4 und dem Sekundärteil 8 aus. Die Gleitschicht 72 weist eine gleitfördernde Oberfläche auf, wobei die Gleitschicht 72 ent¬ weder am Primärteil 4 und/oder am Sekundärteil 8 anhaftet.
Die Darstellung gemäß FIG 21 zeigt eine zweite Art eines Luftspaltes 70 zwischen dem Primärteil 4 und dem Sekundärteil 8, welcher Luft 74 zur Ausbildung des Luftspaltes 70 auf¬ weist .
Eine elektrische Maschine kann als Luftspalt nur eine Art des Luftspaltes gemäß den Figuren 20 und 21 aufweisen, oder auch beide Arten von Luftspalten.
Die Darstellung gemäß FIG 22 zeigt im Querschnitt ein in die elektrische Maschine 1 integriertes Kugelrollenlager 61. Fer¬ ner zeigt diese Darstellung ein Blechpaket 12, welches in drei Teilblechpakete 63, 65 und 67 unterteilt ist. Die Teil¬ blechpakete schließen aneinander an und bilden somit ein ge¬ meinsames Blechpaket. Jedes Teilblechpaket weist eine eigene Wicklung 16, 17 und 18 auf. Dies dient insbesondere einer einfacheren Fertigung, da die Wicklungen 16, 17 und 18 ge- trennt voneinander in die Teilblechpakete 63, 65 und 67 ein¬ gebracht werden können und danach erst die polygonartige Form durch die Anordnung der Teilblechpakete 63, 65 und 67 ausge¬ bildet wird.
Die Darstellung gemäß FIG 23 zeigt eine elektrische Maschine 1, bei welcher durch das Sekundärteil 8 die nutartige Aufnah¬ me 68 ausgebildet ist, wobei das Primärteil 4 Aufnahme in der nutartigen Aufnahme findet. Da das Primärteil 4 gemäß FIG 23 kompakt aufgebaut ist, weist dieses zur magnetischen Abgren¬ zung der Wicklungen 16, 17 und 18 Aussparungen 76 auf. Diese Aussparungen 76 sind beispielsweise Ausstanzungen aus dem Blechpaket, welches das Primärteil 4 aufweist. Die Aussparun- gen 76 sind vorteilhafter Weise mit Luft gefüllt.
Die Darstellung gemäß FIG 24 zeigt eine elektrische Maschine 1, welche ein in eine Rollenumlaufeinrichtung 82 integriertes Primärteil 4 zeigt. Die Rollenumlaufeinrichtung 82 ist auf eine Profilschiene 84 gesetzt. Die Profilschiene 84 weist
Permanentmagnete 44 auf. Somit ist die Profilschiene 84 als Sekundärteil 8 der elektrischen Maschine 1 ausgebildet.
Die Darstellung gemäß FIG 25 zeigt einen Querschnitt der Pro- filschiene 84, wobei zusätzlich zur Veranschaulichung des
Aufbaus Rollen 80, welche in der aus FIG 24 bekannten Rollen¬ umlaufeinrichtung 84 laufen, dargestellt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine (1,2), welche zur Ausübung einer Li¬ nearbewegung vorgesehen ist, wobei die elektrische Maschine (1,2) insbesondere ein Linearmotor (1,2) ist, wobei die e- lektrische Maschine (1,2) ein Primärteil (3,4,5,6,7) und ein Sekundärteil (8,9,10) aufweist, wobei das Primärteil (3,4, 5,6,7) Wicklungen (16) zur Erzeugung eines magnetischen Fel¬ des aufweist und das Sekundärteil (8,9,10) ein Mittel (46,19) zur Führung eines magnetischen Flusses aufweist und wobei zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil eine Luftspalt¬ fläche (50,51) ausgebildet ist, d a d u r c h g e k e n n¬ z e i c h n e t , dass die Wicklungen (16) und/oder die Luftspaltflächen (50,51) polygonförmig angeordnet sind.
2. Elektrische Maschine (1,2) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Primärteil (3,4,5, 6,7) ein Blechpaket (12,13) aufweist, wobei das Blechpaket (12,13) quer zu einer Bewegungsrichtung (25) der elektrischen Maschine (1,2) geblecht ist, wobei ein magnetischer Nutzfluss (70) quer zu der Bewegungsrichtung (25) der elektrischen Ma¬ schine (1,2) erzeugbar ist.
3. Elektrische Maschine (1,2) nach Anspruch 1 oder 2, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sekundär¬ teil (8,9,10) einen polygonartigen Querschnitt aufweist, wo¬ bei der polygonartige Querschnitt des Sekundärteils (8,9,10) der polygonförmigen Anordnung der Wicklungen (16) des Primär¬ teils (3,4,5,6,7) entspricht.
4. Elektrische Maschine (1,2) nach einem der Ansprüche 1 bis
3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sekundärteil (8,9,10) vom Primärteil (3,4,5,6,7) zumindest teilweise umgeben ist.
5. Elektrische Maschine (1,2) nach einem der Ansprüche 1 bis
4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Primärteil (3,4,5,6,7) aus mehreren Blechpaketen (12) zusam- mengesetzt ist, die jeweils eine Seite eines Polygons ausbil¬ den.
6. Elektrische Maschine (1,2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Ausbildung eines Phasenversatzes zur gleichmäßigen Kraftbil¬ dung entweder die einer Phase (U,V,W) bzw. einem Phasenstrang zugeordneten Permanentmagnete (44) bezogen auf die Permanent¬ magnete (44) einer weiteren Phase (U,V,W) bzw. einem weiteren Phasenstrang längs der Bewegungsrichtung (25) versetzt sind oder dass die einer Phase (U,V,W) bzw. einem Phasenstrang zu¬ geordneten Zähne (23) längs einer Bewegungsrichtung (25) be¬ zogen auf die entsprechenden Zähne (23) einer weiteren Phase (U,V,W) bzw. einem weiteren Phasenstrang längs der Bewegungs- richtung (25) versetzt sind, wobei der Versatz insbesondere elektrischen 120° entspricht und die elektrische Maschine (1,2) insbesondere zum Betrieb mit einem dreiphasigen Dreh¬ strom vorgesehen ist.
7. Elektrische Maschine (1,2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass a) das Primärteil (3,4,5,6,7) in einem äußeren Bereich der elektrischen Maschine (1,2) angeordnet ist und das Sekun¬ därteil (8,9,10) in einem inneren Bereich der elektrischen Maschine (1,2) angeordnet ist oder b) das Primärteil (5) in einem inneren Bereich der elektri¬ schen Maschine (2) angeordnet ist und das Sekundärteil (9) in einem äußeren Bereich der elektrischen Maschine (2) an¬ geordnet ist.
8. Primärteil (3,4,5,6,7) einer elektrischen Maschine (1,2) wobei das Primärteil (3,4,5,6,7) Wicklungen (16) zur Erzeu¬ gung eines magnetischen Feldes aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wicklungen (16) poly- gonförmig angeordnet sind.
9. Primärteil (3,4,5,6,7) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Primärteil (3,4,5, 6,7) ein Blechpaket (12,13) aufweist, wobei das Blechpaket (12,13) quer zu einer Bewegungsrichtung (25) der elektrischen Maschine (1,2) geblecht ist, wobei ein magnetischer Nutzfluss (70) quer zu der Bewegungsrichtung (25) der elektrischen Ma- schine (1,2) erzeugbar ist.
10. Primärteil (3,4,5,6,7) nach Anspruch 8 oder 9, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Primär¬ teil (3,4,5,6,7) aus mehreren Blechpaketen (12,13) zusammen- gesetzt ist, die jeweils eine Seite eines Polygons ausbilden.
11. Primärteil (3,4,5,6,7) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dies das Primärteil (3,4,5,6,7) einer elektrischen Maschine (1,2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ist.
12. Primärteil (4) einer elektrische Maschine (1), welche das Primärteil (4) und ein Sekundärteil (8) aufweist, wobei das Primärteil (4) Wicklungen (16) zur Erzeugung eines magneti- sehen Feldes aufweist und das Sekundärteil (8) ein Mittel (46,19) zur Führung eines magnetischen Flusses aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels des Primärteils (4) eine nutartige Aufnahme (68) ausgebildet ist, wobei die nutartige Aufnahme (68) zur Aufnahme zumindest eines Teils des Sekundärteils (8) vorgesehen ist.
13. Primärteil (4) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die nutartige Aufnahme (68) als ein Führungsmittel zur Führung des Primärteils (4) in Bezug auf das Sekundärteil (8) dient.
14. Primärteil (4) nach Anspruch 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Primärteil (4) in eine Rollenumlaufeinheit und/oder in eine Kugelumlaufeinheit einer Linearführung (84) integriert ist.
15. Primärteil (4) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Primärteil (4) einen Kontaktbereich zum Sekundärteil (8) auf¬ weist, wobei sich der Kontaktbereich im Bereich der nutarti- gen Aufnahme (68) befindet und das Primärteil (4) am Kontakt¬ bereich eine gleitfördernde Oberfläche (72) aufweist.
16. Sekundärteil (8) einer elektrische Maschine (1), welche das Sekundärteil (8) und ein Primärteil (8) aufweist, wobei das Primärteil (4) Wicklungen (16) zur Erzeugung eines magne¬ tischen Feldes aufweist und das Sekundärteil (8) ein Mittel (46,19) zur Führung eines magnetischen Flusses aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels des Sekundärteils (8) eine nutartige Aufnahme (68) ausgebil- det ist, wobei die nutartige Aufnahme (68) zur Aufnahme zu¬ mindest eines Teils des Primärteils (4) vorgesehen ist.
17. Sekundärteil (8) nach Anspruch 16, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die nutartige Aufnahme (68) als ein Führungsmittel zur Führung des Primärteils (4) in Be¬ zug auf das Sekundärteil (8) dient.
18. Sekundärteil (8) nach Anspruch 16 oder 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sekundärteil (8) in eine Rollenumlaufeinrichtung (82) und/oder in eine Kugelum¬ laufeinrichtung (61) einer Linearführung (84) integriert ist.
19. Sekundärteil (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Se- kundärteil (8) einen Kontaktbereich zum Primärteil (4) auf¬ weist, wobei sich der Kontaktbereich im Bereich der nutarti¬ gen Aufnahme (68) befindet und das Sekundärteil (8) am Kon¬ taktbereich eine gleitfördernde Oberfläche (72) aufweist.
20. Elektrische Maschine (1) welche ein Primärteil (4), ein Sekundärteil (8) und eine Führung (84) aufweist, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Führung
(84) zumindest teilweise in das Primärteil (4) und/oder in das Sekundärteil (8) integriert ist.
21. Elektrische Maschine (1) welche ein Primärteil (4) und ein Sekundärteil (8) aufweist, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass das Primärteil (4) zumindest einen Teil des Sekundärteils (8) nur teilweise umschließt oder dass das Sekundärteil (8) zumindest einen Teil des Primärteils (4) nur teilweise umschließt wobei insbesondere eine Führung (84) zumindest teilweise in das Primärteil (4) und/oder in das Se¬ kundärteil (8) integriert ist.
22. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 20 oder 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Se¬ kundärteil (8) zumindest mit zu einer Aufständerung des Pri¬ märteils (4) dient.
23. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 20 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die elektrische Maschine ein Primärteil (4) nach einem der Ansprüche 8 bis 15 aufweist und/oder ein Sekundärteil (8) nach einem der Ansprüche 16 bis 19 aufweist.
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