WO2008015153A1 - Linearmotor mit kraftwelligkeitsausgleich - Google Patents

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WO2008015153A1
WO2008015153A1 PCT/EP2007/057708 EP2007057708W WO2008015153A1 WO 2008015153 A1 WO2008015153 A1 WO 2008015153A1 EP 2007057708 W EP2007057708 W EP 2007057708W WO 2008015153 A1 WO2008015153 A1 WO 2008015153A1
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WO
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teeth
primary part
primary
tooth
linear motor
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PCT/EP2007/057708
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Thomas Hoppe
Zeljko Jajtic
Christian Volmert
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
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    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Definitions

  • the invention relates to a primary part for an electrical
  • the primary part is formed at least from a laminated core and the laminated core has a plurality of inner and at least two outer teeth with tooth lengths, wherein the outer teeth are respectively arranged on end sides of the primary part. Furthermore, the invention relates to a linear motor with such a primary part.
  • Linear motors have a primary part and a secondary part.
  • the primary part is in particular the secondary part opposite.
  • the primary part is intended to be supplied with electric current.
  • the secondary part has, for example Permanentmag ⁇ designated or energizable windings. Both the primary part and the secondary part have active magnetic means for generating magnetic fields.
  • Permanent-magnet linear motors have design-related power fluctuations due to motor ends, which have an adverse effect on synchronism and dynamics.
  • the force fluctuations can be partly attributed to a smaller induced stress in the edge coils.
  • the toothed plates are usually used in the active winding-carrying part of the motor (primary part). Between the excitation poles and the toothed structure of the main field, a magnetic interaction takes place, which leads to parasitic detent forces, also called passive force ripple. The result is Vibra ⁇ tions, uneven running and drag error in machining processes. Furthermore, the induced voltages, ie the electromotive forces (EMF), in the start and end coil at the end faces of the primary part are usually lower due to a lack of magnetic inference more pronounced than in the middle coils. As a result, the induced voltages of the motor do not form a symmetrical system and, in addition to losses of force, an additional current-dependent force ripple, also called active force ripple, results.
  • EMF electromotive forces
  • a linear motor is known, whose primary part at the end faces of the laminated core of the main ⁇ teeth having additional auxiliary teeth, said auxiliary teeth are spaced from the air gap between the primary and secondary parts by ei ⁇ NEN additional air gap. This reduces the passive force ripple of the linear motor, ie the latching force.
  • the disadvantage here is that although the latching force of the Linearmo ⁇ sector is reduced, the primary part, however, has no symmetrically induced voltages in the individual windings or coils, ie there is no reduction of the active power ripple.
  • Object of the present invention is therefore to develop a generic linear motor such that in addition to the reduction of the detent forces and a balancing of the electromotive forces takes place.
  • linear motors In contrast to rotating machines, linear motors naturally have end regions in which the electromagnetic part of the motor ends. Is a linear motor constructed, for example in short stator, will be apparent to the primary part two end portions which are beyond the control of the secondary part. The ends of the primary interact with the secondary part in such a way that this has a significant influence on the active force ripple and the passive latching force.
  • the linear motor to a primary part and a secondary part, the primary part and secondary part are spaced apart by ei ⁇ NEN first air gap.
  • the secondary part has a series of ge Kunststoffe- by permanent magnets th Tru.
  • the primary part is formed from one or more laminated cores, wherein the core packet of a multi ⁇ number is constructed from individual sheets.
  • the primary part has a plurality of grooves and teeth, wherein the grooves serve to receive the primary part windings or coils.
  • the windings are designed, for example, as a three-phase winding of a three-phase network or of a three-phase alternating current.
  • the linear motors are formed in particular with Bruchlochwicklitch and tooth coils in the primary part, wherein the Nuttei ⁇ ment of the primary part is not equal to the pole pitch of the secondary part.
  • the ratio of Nuttei ⁇ ment to pole pitch (slot pitch / pole pitch) 8/12, 10/12, 11/12, 13/12, 14/12, 16/12.
  • the laminated core has a plurality of inner and outer teeth with ent ⁇ speaking tooth lengths, wherein at least two teeth under ⁇ have different tooth lengths.
  • a reduction of the active force ripple is also possible.
  • By varying the tooth lengths it is possible to influence the induced voltages in the individual coils. The longer a tooth is formed, the greater the voltage induced in the tooth or in the tooth surrounding the tooth, and vice versa.
  • the resulting induced voltage of a motor string is given as a vectorial sum of the induced voltages of individual coils which are connected in series with a motor string.
  • This can be influenced in an advantageous manner with the induced voltage of the individual coils and the resulting induced voltage and thus the active force ripple, with the aim here is a symmetrization of the induced voltages of the example three motor strings.
  • the inner teeth are formed shorter with respect to the outer teeth, which also form different air gaps, or even a stu ⁇ fenartig extending air gap between the primary part and Se ⁇ kundärteil. Due to the longer outer and / or end teeth, the induced stresses in the winding-carrying end teeth of the primary part are raised, in which case the
  • the aim is a uniform as possible EMF, ie equal in ⁇ cuted voltage, in all coils or at least in all motor strands, usually three strands u, v, w, the Pri ⁇ märteils is.
  • the inner teeth are formed so that they themselves have different lengths with each other.
  • the tooth length decreases from the outer teeth to the inner teeth, so that the teeth arranged at the center are the shortest.
  • the inner teeth are formed longer with respect to the outer teeth, whereby also different air gaps, or even a step-like extending air gap, form between the primary part and Se ⁇ secondary part.
  • the outermost tooth carries no spool and is adjacent to the last spool-carrying tooth.
  • the inner teeth have a first distance to the magnetic surface of the secondary part, wherein the first distance of the regular air gap between the primary and secondary ⁇ part is.
  • the last coil-supporting tooth has a second distance, and the outermost coil loose tooth from a third ⁇ stood on to the magnetic surface of the secondary part.
  • First, second and third distance are formed differently large, wherein the first distance is smaller than the second, and the second distance is smaller than the third distance or equal to the third distance is formed.
  • the air gap profile between the primary and secondary parts can be optimized even better. This can be achieved with a bottom edge of the tooth running at an angle to the air gap.
  • the primary part of the linear motor may consist of several successively arranged in BEWE ⁇ supply direction laminated cores. Accordingly, the central or inwardly arranged plate stacks have only teeth having the same tooth length, and only the two outer sheet packs have teeth with different ⁇ final tooth lengths. In particular, the teeth of the inner laminated cores have the same length as the outer teeth of the outer laminated cores. As in internal laminated cores, also called modules or sheet metal modules, with respect to no end effects.
  • the present invention not only the induced voltage in the edge coils, but all coils is influenced. This is achieved by different Zahnlän ⁇ conditions of the individual teeth.
  • the teeth may be formed in groups or individually, shorter or longer than the respective other teeth. The optimal combination of shorter and longer teeth depends on the distribution of the teeth or tooth coils of the motor strands. Furthermore, the Training of different teeth on the ratio of slot pitch to pole pitch depends.
  • the primary part according to the invention is preferably provided for a linear motor.
  • the primary part can also be used in rotary machines, wherein the stator has end regions, such as segmented rotato ⁇ hui motors.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a linear motor
  • 3 shows a primary part with a plurality of laminated cores
  • 4 shows a third embodiment of a linear motor
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of a linear motor.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of invention shown SEN linear motor 1 with a first embodiment 10, various ner teeth 1 shows a side view of a Prinzi ⁇ Piell synchronous linear motor 1 shown, which has a Blechpa ⁇ ket 3, the respective plates parallel to the drawing ⁇ layer are layered and form the primary part 2.
  • the direction of movement of the linear motor 1 is indicated by the arrow R.
  • the primary part 2 also has the coils 4.
  • the coils 4 enclose the teeth 10 of the primary part 2 of the ⁇ art that find themselves in a groove 6 different coils 4 ⁇ be. Furthermore, the linear motor 1, the secondary part 7 with the permanent magnet 8. The secondary part 7 is positioned on a machine bed, not shown. The permanent magnets 8 are arranged with the pole pitch ⁇ M. The pole pitch ⁇ M but can also be by electrical Erre ⁇ a supply arranged in the secondary part 7 excitation winding form. Primary part 2 and secondary part 7 are spaced apart by the air gap ⁇ l.
  • the laminated core 3 has a plurality of inner and outer teeth 10a, 10i with corresponding tooth lengths Li 0 , wherein the inner teeth 10i are formed shorter with respect to the outer teeth 10a.
  • the inner teeth 10i have the tooth length Li 01 and the outer teeth 10a the tooth length Li Oa , which also forms different air gaps ⁇ l, ⁇ 2 between the primary part and secondary därteil. Due to the longer outer teeth 10a, the induced stresses in the winding supporting end teeth 10a of the primary are raised.
  • the inner teeth 10i are designed so that they themselves have different tooth lengths Lioii, L1012. As shown in FIG. 2, the tooth length decreases from the outer teeth to the inner teeth, so that the center teeth are the shortest. By several different tooth lengths an optimization of the compensation effects is possible.
  • the primary part 2 shows a primary part 2 with a plurality of laminated cores 3.
  • the primary part 2 consists of several in the direction of movement R successively arranged laminated cores 3, 3a, 3b. Accordingly, the center or inner laminated cores 3a, 3b only teeth 10 with the same tooth length Li 0 , and only the two outer laminated cores 3 have teeth 10a, 10i with different tooth lengths Li Oa , Li 01 on. It can be clearly seen in FIG. 3 that the teeth 10 of the inner laminated cores 3 a, 3 b have the same length Li Oa as the outer teeth 10 a of the outer laminated cores 3. Since with respect to the inner laminated core modules 3a, 3b no end effects.
  • FIG. 4 shows a third embodiment of a linear motor 1.
  • the inner teeth 10i are made longer with respect to the outer teeth 10a, as a result of which different air gaps ⁇ i, ⁇ 2 and ⁇ 3 are formed between the primary part 2 and the secondary part 2.
  • two, in the direction of movement R of the primary part 2 adjacent, outer teeth 10a at an end face Sl or S2 of the primary part 2 are shorter than the inner teeth 10i.
  • the outermost tooth carries no spool and is adjacent to the last spool-carrying tooth.
  • the internal teeth 10i have a first distance .DELTA.I to the magnetic surface of the abutment 7, wherein the first distance .DELTA.I of the regular air gap between the primary and secondary part 2,. 7
  • the last coil-supporting tooth 10a has a second distance ⁇ 2 and the outermost tooth 10a bobbinless a third distance ⁇ 3 on to the magnetic surface of the secondary part ⁇ . 7
  • First, second and third distances are formed differently large, wherein the first distance ⁇ i bran ⁇ ner than the second ⁇ 2 , and the second distance ⁇ 2 is smaller than the third distance ⁇ 3 or equal to the third distance ⁇ 3 is formed ( ⁇ i ⁇ 2 ⁇ ⁇ 3 ).
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of a linear motor 1, which essentially corresponds to the embodiment according to FIG.
  • FIG. 5 shows that a non-constant air gap ⁇ is formed under a single tooth 10a.
  • a non-constant air gap ⁇ under a single inner or outer tooth 10i, 10a, the air gap profile between the primary and secondary parts 2, 7 can be optimized even better.
  • the non-constant air gap profile can be achieved with a lower edge of a tooth 10i, 10a running at an angle to the air gap ⁇ .
  • the last coil-less tooth 10a to the adjacent coil-carrying tooth 10a of the laminated core 3 has a distance ⁇ F.
  • the distance ⁇ F is chosen such that it corresponds to the pole pitch ⁇ M of the secondary part 7, so that the highest possible flux linkage with the last coil 4 and thus a desired increase in the induced voltage of the last coil 4 takes place.
  • a ge possible ⁇ ringer distance is ⁇ F sought. This results in an optimum distance ⁇ F from the adjacent coil-carrying tooth, which is smaller than the pole pitch ⁇ M of the secondary part 7.
  • the optimal distance is ⁇ F of the adjacent tooth is greater than the pole pitch ⁇ M of the secondary part formed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Primärteil (2) für eine elektrische Maschine (1), wobei das Primärteil (2) zumindest aus einem Blechpaket (3) gebildet ist und das Blechpaket (3) mehrere inneren und zumindest zwei äußere Zähne (10i,10a) mit Zahnlängen (L10i,L10a) aufweist, wobei die äußeren Zähne (10a) 10 jeweils an Stirnseiten (S1,S2) des Primärteils (2) angeordnet sind, wobei zumindest zwei Zähne (10i,10a) unterschiedliche Zahnlängen (L10i,L10a) aufweisen.

Description

Beschreibung
Linearmotor mit Kraftwelligkeitsausgleich
Die Erfindung betrifft ein Primärteil für eine elektrische
Maschine, wobei das Primärteil zumindest aus einem Blechpaket gebildet ist und das Blechpaket mehrere inneren und zumindest zwei äußere Zähne mit Zahnlängen aufweist, wobei die äußeren Zähne jeweils an Stirnseiten des Primärteils angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung einen Linearmotor mit einem derartigen Primärteil.
Linearmotoren weisen ein Primärteil und ein Sekundärteil auf. Dem Primärteil steht insbesondere das Sekundärteil gegenüber. Das Primärteil ist zur Bestromung mit elektrischem Strom vorgesehen. Das Sekundärteil weist beispielsweise Permanentmag¬ nete oder bestrombare Wicklungen auf. Sowohl das Primärteil als auch das Sekundärteil weisen aktive magnetische Mittel zur Generierung magnetischer Felder auf.
Permanenterregte Linearmotoren weisen konstruktionsbedingt durch Motorenden Kraftschwankungen auf, welche sich nachteilig auf Gleichlauf und Dynamik auswirken. Die Kraftschwankungen lassen sich zum Teil auf eine kleinere induzierte Span- nungen in den Randspulen zurückführen.
Um den magnetischen Fluss von Erregerfeld des Sekundärteils und Hauptfeld des Primärteils zu führen, werden beim aktiven wicklungstragenden Teil des Motors (Primärteil) üblicherweise gezahnte Bleche verwendet. Zwischen den Erregerpolen und der gezahnten Struktur des Hauptfeldes findet eine magnetische Wechselwirkung statt, die zu parasitären Rastkräften, auch passive Kraftwelligkeit genannt, führt. Die Folge sind Vibra¬ tionen, unruhiger Lauf sowie Schleppfehler bei Bearbeitungs- prozessen. Des Weiteren sind die induzierten Spannungen, d. h. die elektromotorischen Kräfte (EMK), in der Anfangs- und Endspule an den Stirnseiten des Primärteils aufgrund eines fehlenden magnetischen Rückschlusses in der Regel geringer ausgeprägt als in den mittleren Spulen. Dies hat zur Folge, dass die induzierten Spannungen des Motors kein symmetrisches System bilden und sich neben Krafteinbußen eine zusätzliche stromabhängige Kraftwelligkeit, auch aktive Kraftwelligkeit genannt, ergibt.
Aus der US 6 831 379 B2 ist ein Linearmotor bekannt, dessen Primärteil an den Stirnseiten des Blechpakets zu den Haupt¬ zähnen zusätzliche Hilfszähne aufweist, wobei die Hilfszähne von dem Luftspalt zwischen Primär- und Sekundärteil durch ei¬ nen zusätzlichen Luftspalt beabstandet sind. Dadurch wird die passive Kraftwelligkeit des Linearmotors, d.h. die Rastkraft, reduziert .
Nachteilig dabei ist, dass zwar die Rastkraft des Linearmo¬ tors reduziert ist, das Primärteil jedoch keine symmetrisch induzierten Spannungen in den einzelnen Wicklungen bzw. Spulen aufweist, d.h. es findet keine Reduzierung der aktiven Kraftwelligkeit statt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen gattungsgemäßen Linearmotor derart weiterzubilden, dass neben der Reduzierung der Rastkräfte auch eine Symmetrierung der elektromotorischen Kräfte stattfindet.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprü¬ chen zu entnehmen.
Im Unterschied zu rotierenden Maschinen besitzen Linearmotoren naturgemäß Endbereiche, in welchem der elektromagnetische Teil des Motors endet. Wird ein Linearmotor beispielsweise in Kurzstatorbauweise ausgeführt, ergeben sich für das Primär¬ teil zwei Endbereiche, die im Einflussbereich des Sekundär- teils liegen. Die Enden des Primärteils wechselwirken mit dem Sekundärteil derart, dass dies einen maßgeblichen Einfluss auf die aktive Kraftwelligkeit und die passive Rastkraft hat. Erfindungsgemäß weist der Linearmotor ein Primärteil und ein Sekundärteil auf, wobei Primärteil und Sekundärteil durch ei¬ nen ersten Luftspalt voneinander beabstandet sind. Das Sekun¬ därteil weist eine Folge von durch Permanentmagneten gebilde- ten Polen auf. Das Primärteil ist aus einem oder mehreren Blechpaketen gebildet, wobei das Blechpaket aus einer Viel¬ zahl von Einzelblechen aufgebaut ist . Das Primärteil weist eine Vielzahl von Nuten und Zähnen auf, wobei die Nuten zur Aufnahme der Primärteil-Wicklungen oder Spulen dienen. Die Wicklungen sind beispielsweise als eine Drei-Phasen-Wicklung eines Drehstromnetzes bzw. eines dreiphasigen Wechselstromes ausgebildet .
Die Linearmotoren sind insbesondere mit Bruchlochwicklungen und Zahnspulen im Primärteil ausgebildet, wobei die Nuttei¬ lung des Primärteils ungleich der Polteilung des Sekundärteils ist. Beispielsweise beträgt das Verhältnis von Nuttei¬ lung zu Polteilung (Nutteilung/Polteilung) = 8/12, 10/12, 11/12, 13/12, 14/12, 16/12.
Das Blechpaket weist mehrere innere und äußere Zähne mit ent¬ sprechenden Zahnlängen auf, wobei zumindest zwei Zähne unter¬ schiedliche Zahnlängen aufweisen. Durch die Ausbildung verschiedener Zahnlängen ist, neben der Reduktion der passiven Kraftwelligkeit, auch eine Reduktion der aktiven Kraftwellig- keit möglich. Durch Variation der Zahnlängen kann auf die induzierten Spannungen in den einzelnen Spulen Einfluss genommen werden. Je länger ein Zahn ausgebildet ist, desto größer ist die im Zahn bzw. in der den Zahn umgebenden Spule indu- zierte Spannung und umgekehrt.
Die resultierende induzierte Spannung eines Motorstranges er¬ gibt sich als vektorielle Summe der induzierten Spannungen von einzelnen Spulen, die zu einem Motorstrang in Reihe ge- schaltet sind. Damit kann mit der induzierten Spannung der einzelnen Spulen auch die resultierende induzierte Spannung und damit die aktive Kraftwelligkeit in vorteilhafter Weise beeinflusst werden, wobei Ziel hierbei eine Symmetrierung der induzierten Spannungen der beispielsweisen drei Motorstränge ist.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung sind die inneren Zähne gegenüber den äußeren Zähnen kürzer ausgebildet, wodurch sich auch verschiedene Luftspalte, oder auch ein stu¬ fenartig verlaufender Luftspalt, zwischen Primärteil und Se¬ kundärteil ausbilden. Aufgrund der längeren Außen- bzw. Endzähne, werden die induzierten Spannungen in den wicklungstra- genden Endzähnen des Primärteils angehoben, wobei hier das
Ziel eine möglichst gleichförmige EMK, d.h. gleich große in¬ duzierte Spannung, in allen Spulen oder zumindest in allen Motorsträngen, üblicherweise drei Stränge u, v, w, des Pri¬ märteils ist .
In einer weiteren Ausgestaltung sind die inneren Zähne so ausgebildet, dass sie selbst untereinander unterschiedliche Längen aufweisen. Insbesondere nimmt die Zahnlänge von den äußeren Zähnen hin zu den inneren Zähnen ab, so dass die mit- tig angeordneten Zähne die kürzesten sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die inneren Zähne gegenüber den äußeren Zähnen länger ausgebildet, wodurch sich auch verschiedene Luftspalte, oder auch ein stu- fenartig verlaufender Luftspalt, zwischen Primärteil und Se¬ kundärteil ausbilden. Mit besonderem Vorteil sind zumindest zwei, in Bewegungsrichtung des Primärteils benachbarte, äuße¬ re Zähne an einer Stirnseite des Primärteils kürzer als die inneren Zähne. Bei dieser Ausführungsform trägt der äußerste Zahn keine Spule und befindet sich neben dem letzten spulentragenden Zahn. Die inneren Zähne weisen einen ersten Abstand zur Magnetoberfläche des Sekundärteils auf, wobei der erste Abstand der reguläre Luftspalt zwischen Primär- und Sekundär¬ teil ist. Der letzte spulentragende Zahn weist einen zweiten Abstand und der äußerste spulenlose Zahn einen dritten Ab¬ stand zur Magnetoberfläche des Sekundärteils auf. Erster, zweiter und dritter Abstand sind unterschiedlich groß ausgebildet, wobei der erste Abstand kleiner als der zweite, und der zweite Abstand kleiner als der dritte Abstand oder gleich dem dritten Abstand ausgebildet ist. Dadurch erhält der Motor einen Luftspalt zwischen Primär- und Sekundärteil, der an beiden Motorenden, d. h. Stirnseiten, im Wesentlichen konti- nuierlich größer wird und dadurch einen „sanften" Übergang vom inneren Bereich zu den Randbereichen des Primärteils aufweist. Es kann eine optimale Symmetrierung der induzierten Spannungen im Motor bzw. optimale Reduzierung der Kraftwel- ligkeit erreicht werden.
Durch einen nicht konstanten Luftspalt unter einem einzelnen inneren oder äußeren Zahn kann der Luftspaltverlauf zwischen Primär- und Sekundärteil noch besser optimiert werden. Das kann mit einer schräg zum Luftspalt verlaufenden Unterkante des Zahns erreicht werden.
Das Primärteil des Linearmotors kann aus mehreren in Bewe¬ gungsrichtung hintereinander angeordneten Blechpaketen bestehen. Demnach weisen die mittig bzw. innen angeordneten Blech- pakete nur Zähne mit gleicher Zahnlänge auf, und lediglich die beiden äußeren Blechpakete weisen Zähne mit unterschied¬ lichen Zahnlängen auf. Insbesondere weisen die Zähne der inneren Blechpakete die gleiche Länge wie die äußeren Zähne der äußeren Blechpakete auf. Da bei inneren Blechpaketen, auch Module bzw. Blechmodule genannt, keine Endeffekte bzgl.
Kraftwelligkeit auftreten, ist es ausreichend, lediglich die Endmodule mit verschiedenen Zähnen auszubilden. Ferner werden so unnötige Kraftverluste in den inneren Modulen vermieden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird nicht nur auf die induzierte Spannung in den Randspulen, sondern auf alle Spulen Einfluss genommen. Dies wird durch unterschiedliche Zahnlän¬ gen der einzelnen Zähne erreicht . Die Zähne können dabei in Gruppen oder einzeln, kürzer oder länger als die jeweils an- deren Zähne ausgebildet sein. Die optimale Kombination von kürzeren und längeren Zähnen ist von der Verteilung der Zähne bzw. Zahnspulen der Motorstränge abhängig. Weiterhin ist die Ausbildung von unterschiedlichen Zähnen von dem Verhältnis von Nutteilung zu Polteilung abhängig.
Das erfindungsgemäße Primärteil ist vorzugsweise für einen Linearmotor vorgesehen. Das Primärteil kann aber auch in rotatorischen Maschinen eingesetzt werden, wobei der Stator Endbereiche aufweist, wie beispielsweise segmentierte rotato¬ rische Motoren.
In der nachfolgenden Beschreibung werden weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. In den Zeichnungen zeigen:
FIG 1 eine erste Ausführungsform eines Linearmotors;
FIG 2 eine zweite Ausführungsform eines Linearmotors;
FIG 3 ein Primärteil mit mehreren Blechpaketen; FIG 4 eine dritte Ausführungsform eines Linearmotors; und
FIG 5 eine vierte Ausführungsform eines Linearmotors.
FIG 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemä¬ ßen Linearmotors 1 mit einer ersten Ausgestaltung verschiede- ner Zähne 10. FIG 1 zeigt eine Seitenansicht eines prinzi¬ piell dargestellten Synchronlinearmotors 1, der ein Blechpa¬ ket 3 aufweist, dessen jeweilige Bleche parallel zur Zeichen¬ ebene geschichtet sind und die das Primärteil 2 bilden. Die Bewegungsrichtung des Linearmotors 1 ist durch den Pfeil R angegeben. Das Primärteil 2 weist ferner die Spulen 4 auf.
Die Spulen 4 umschließen die Zähne 10 des Primärteils 2 der¬ art, dass sich in einer Nut 6 unterschiedliche Spulen 4 be¬ finden. Weiterhin weist der Linearmotor 1 das Sekundärteil 7 mit den Permanentmagneten 8 auf. Das Sekundärteil 7 ist auf einem nicht näher dargestellten Maschinenbett positioniert. Die Permanentmagnete 8 sind mit der Polteilung τM angeordnet. Die Polteilung τM kann sich aber auch durch elektrische Erre¬ gung einer im Sekundärteil 7 angeordneten Erregerwicklung ausbilden. Primärteil 2 und Sekundärteil 7 sind durch den Luftspalt δl voneinander beabstandet.
Das Blechpaket 3 weist mehrere innere und äußere Zähne 10a, 10i mit entsprechenden Zahnlängen Li0 auf, wobei die inneren Zähne 10i gegenüber den äußeren Zähnen 10a kürzer ausgebildet sind. Die inneren Zähne 10i weisen die Zahnlänge Li01 und die äußeren Zähne 10a die Zahnlänge LiOa auf, wodurch sich auch verschiedene Luftspalte δl, δ2 zwischen Primärteil und Sekun- därteil ausbilden. Aufgrund der längeren Außen- bzw. Endzähne 10a, werden die induzierten Spannungen in den wicklungstragenden Endzähnen 10a des Primärteils angehoben.
FIG 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemä- ßen Linearmotors 1. Insbesondere sind die inneren Zähne 10i so ausgebildet, dass sie selbst untereinander verschiedene Zahnlängen Lioii, L1012 aufweisen. Wie FIG 2 zeigt, nimmt die Zahnlänge von den äußeren Zähnen hin zu den inneren Zähnen ab, so dass die mittig angeordneten Zähne die kürzesten sind. Durch mehrere verschiedene Zahnlängen ist eine Optimierung der Ausgleichseffekte möglich.
FIG 3 zeigt ein Primärteil 2 mit mehreren Blechpaketen 3. Das Primärteil 2 besteht aus mehreren in Bewegungsrichtung R hintereinander angeordneten Blechpaketen 3, 3a, 3b. Demnach weisen die mittig bzw. innen angeordneten Blechpakete 3a, 3b nur Zähne 10 mit gleicher Zahnlänge Li0 auf, und lediglich die beiden äußeren Blechpakete 3 weisen Zähne 10a, 10i mit unterschiedlichen Zahnlängen LiOa, Li01 auf. Gut ist in FIG 3 zu erkennen, dass die Zähne 10 der inneren Blechpakete 3a, 3b die gleiche Länge LiOa wie die äußeren Zähne 10a der äußeren Blechpakete 3 aufweisen. Da bei den inneren Blechpaketmodulen 3a, 3b keine Endeffekte bzgl . der Kraftwelligkeit auftreten, ist es ausreichend, lediglich die Endmodule 3 mit verschiede- nen Zähnen 10a, 10i auszubilden. Ferner werden so unnötige Kraftverluste in den inneren Modulen 3a, 3b vermieden. FIG 4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Linearmotors 1. Die inneren Zähne 10i sind gegenüber den äußeren Zähnen 10a länger ausgebildet, wodurch sich auch verschiedene Luftspalte δi, δ2 und δ3 zwischen Primärteil 2 und Sekundärteil 2 ausbil- den. Insbesondere sind zwei, in Bewegungsrichtung R des Primärteils 2 benachbarte, äußere Zähne 10a an einer Stirnseite Sl oder S2 des Primärteils 2 kürzer als die inneren Zähne 10i. Bei dieser Ausführungsform trägt der äußerste Zahn keine Spule und befindet sich neben dem letzten spulentragenden Zahn. Die inneren Zähne 10i weisen einen ersten Abstand δi zur Magnetoberfläche des Sekundärteils 7 auf, wobei der erste Abstand δi der reguläre Luftspalt zwischen Primär- und Sekun¬ därteil 2, 7 ist. Der letzte spulentragende Zahn 10a weist einen zweiten Abstand δ2 und der äußerste spulenlose Zahn 10a einen dritten Abstand δ3 zur Magnetoberfläche des Sekundär¬ teils 7 auf. Erster, zweiter und dritter Abstand sind unterschiedlich groß ausgebildet, wobei der erste Abstand δi klei¬ ner als der zweite δ2, und der zweite Abstand δ2 kleiner als der dritte Abstand δ3 oder gleich dem dritten Abstand δ3 aus- gebildet ist (δi < δ2 ≤ δ3) . Dadurch erhält der Motor 1 einen Luftspalt δ zwischen Primär- und Sekundärteil 2, 7, der an beiden Motorenden, d.h. Stirnseiten Sl und S2, im Wesentlichen kontinuierlich größer wird und dadurch einen „sanften" Übergang vom inneren Bereich zu den Randbereichen des Primär- teils 2 aufweist. Es kann eine optimale Symmetrierung der in¬ duzierten Spannungen im Motor bzw. optimale Reduzierung der Kraftwelligkeit erreicht werden.
FIG 5 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Linearmotors 1, welche im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß FIG 4 entspricht. FIG 5 zeigt, dass unter einem einzelnen Zahn 10a ein nicht konstanter Luftspalt δ ausgebildet ist. Durch einen nicht konstanten Luftspalt δ unter einem einzelnen inneren oder äußeren Zahn 10i, 10a kann der Luftspaltverlauf zwischen Primär- und Sekundärteil 2, 7 noch besser optimiert werden. Der nicht konstante Luftspaltverlauf kann mit einer schräg zum Luftspalt δ verlaufenden Unterkante eines Zahns 10i, 10a erreicht werden. Weiterhin weist der letzte spulenlose Zahn 10a zum benachbarten spulentragenden Zahn 10a des Blechpakets 3 einen Abstand τF auf. Vorteilhafterweise wird der Abstand τF so gewählt, dass dieser der Polteilung τM des Sekundärteils 7 entspricht, damit eine möglichst hohe Flussverkettung mit der letzten Spule 4 und somit eine gewollte Anhebung der induzierten Spannung der letzten Spule 4 erfolgt. Für eine bauraumopti- mierte Ausführung des Linearmotors 1 wird ein möglichst ge¬ ringer Abstand τF angestrebt. Dadurch ergibt sich ein optima- ler Abstand τF vom benachbarten spulentragenden Zahn, der kleiner als die Polteilung τM des Sekundärteils 7 ist. Wird aber beispielsweise ein hohe Anziehungskraft zwischen Primär- und Sekundärteil 2, 7 angestrebt, beispielsweise zwecks Vor¬ spannkraft bei einer Luftlagerung, ist der optimale Abstand τF vom benachbarten Zahn größer als die Polteilung τM des Sekundärteils ausgebildet .

Claims

Patentansprüche
1. Primärteil (2) für eine elektrische Maschine (1), wobei das Primärteil (2) zumindest aus einem Blechpaket (3) gebil- det ist und das Blechpaket (3) mehrere inneren und zumindest zwei äußere Zähne (10i, 10a) mit Zahnlängen (Li0I, LiOa) auf¬ weist, wobei die äußeren Zähne (10a) jeweils an Stirnseiten (Sl, S2) des Primärteils (2) angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest zwei Zähne (10i, 10a) unterschiedliche Zahnlängen (Lioi, LiOa) aufweisen.
2. Primärteil (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 zumindest ein innerer Zahn
(1Oi) kürzer als die äußeren Zähne (10a) ausgebildet ist.
3. Primärteil (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 Primärteil (2) meh¬ rere Blechpakete (3, 3a, 3b) aufweist, wobei die Zähne (10) der inneren Blechpakete (3a, 3b) die gleiche Länge wie die äußeren Zähne (10a) der äußeren Blechpakete (3) aufweisen.
4. Primärteil (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 zumindest ein innerer Zahn
(1Oi) länger als die äußeren Zähne (10a) ausgebildet ist.
5. Primärteil (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 die inneren Zähne (1Oi) untereinander unterschiedliche Zahnlängen (LiOli, L1012) aufweisen.
6. Primärteil (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 das Primär¬ teil (2) zur Anordnung mit einem Sekundärteil (7) vorgesehen ist und Primärteil (2) und Sekundärteil (7) durch einen Luft- spalt (δ) voneinander beabstandet sind, wobei sich durch ver¬ schiedene Zahnlängen (Li01, LiOa) ein stufenartig verlaufender Luftspalt (δ) ausbildet.
7. Linearmotor (1) mit mindestens einem Primärteil (2) und mindestens einem Sekundärteil (7), wobei Primärteil (2) und Sekundärteil (7) durch einen Luftspalt (δ) voneinander beab¬ standet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Linearmotor (1) ein Primärteil (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
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