WO2007099010A1 - Elektrische maschine mit kunststoffummantelten polzähnen und entsprechendes verfahren - Google Patents

Elektrische maschine mit kunststoffummantelten polzähnen und entsprechendes verfahren Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine comprising a first active part, which has at least one pole tooth on ⁇ , which is equipped with a permanent magnet, and ei ⁇ nem second active part, the supply with the first active part for movement is relative to one another in magnetic operative connection. Moreover, the present invention relates to a ent ⁇ speaking method for producing a pole tooth of an electrical machine.
  • active part is understood here as meaning, for example, a primary part or a secondary part of a linear motor or else also a stator or rotor of a torque motor However, the problem and the solution of the present invention are primarily represented here on a linear motor.
  • Synchronous linear motors with magnets arranged in the air gap are known.
  • synchronous linear motors have been developed in which the magnets are embedded in the pole teeth of the primary part. In this case, a quoes after ⁇ magnetizing the magnet blanks is not possible. So you have to use finished magnetized permanent magnets. To use these permanent magnets as late as possible in the manufacturing process a modified cut of the engine plates is required.
  • a disadvantage of such synchronous linear motors with embedded permanent magnets however, that the production must be done with great care and effort.
  • the object of the present invention is therefore to find a structure of an electric machine and a corresponding method for producing pole teeth, with which it is possible to integrate the permanent magnets as late as possible in the manufacturing process.
  • an electrical ⁇ specific machine comprising a first active part, which has at least egg NEN pole tooth, which is equipped with a permanent magnet, and a second active portion, which communicates with the first active part for movement relative to one another in magnetic operative connection, wherein the pole tooth has two halves, between which the permanent magnet is inserted, and the two halves are positively connected to each other by a plastic sheath.
  • an Ver ⁇ is drive for producing a pole tooth of an electrical ma- machine by providing two pole tooth halves, inserting the pole tooth halves in an injection mold, ejecting of the injection mold with plastic such that a SEN according au ⁇ open gap between the two pole tooth halves remains and after the plastic has cooled, the pole tooth halves are positively connected to one another by a plastic casing, and insertion of a permanent magnet into the gap.
  • the production of a dimensionally stable bag by connecting the two halves of the teeth is possible by the injection-molded plastic ⁇ material casing.
  • This dimensionally stable pocket in the laminated core allows the subsequent insertion of a permanent magnet.
  • the electric machine is designed as a linear motor, wherein the first active part is a primary part.
  • the plastic coating may have rounded edges, are passed over the winding wires directly.
  • the plastic casing has the additional function of being a carrier for a winding.
  • At least one molding element is molded onto the plastic rubber coating for coupling to another plastic coating.
  • a form element can be a pin, a clip or a snap element or an undercut.
  • plastic sheaths of a plurality of pole teeth are integrally connected to each other, so that a tooth module is formed.
  • a plurality of pole teeth can be coupled together longitudinally and / or transversely to the direction of movement or packaging direction. In this way, whole pole tooth fields or modules can be produced.
  • FIG. 2 shows a Polniermodul with a plurality of pole teeth according to FIG. 1
  • the embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.
  • the edges 6 of the plastic sleeve 4 are rounded.
  • the plastic sheath serves not only for connecting the Polierehiern, but also as a winding support.
  • the plastic sheath 4 thus also has the function of the slot insulation.
  • Another function of the plastic sheath 4 is the edge protection of the pole teeth. Not only the edges of the pole teeth before loading ⁇ be protected damage but also protection offered against it, not to be hurt at the touch of the very sheep-edged itself Poliereblechwovene.
  • the plastic sheath 4 absorbs the forces that arise during winding of the pole tooth coil.
  • the webs may be injected between the tooth halves, which enhance the stability of the pole tooth and th the desired pocket or the desired gap 3 maintained ⁇ preserver.
  • the two pole tooth halves 1 and 2 are inserted into an injection mold. When spraying the injection mold, the gap 3 is kept free. After cooling of the plastic sheath 4, the two pole tooth halves 1 and 2 are positively connected to each other by the plastic sheath 4. Subsequently, a permanent magnet can be inserted into the gap 3. Before inserting the permanent magnet, the pole tooth can still be effortlessly mounted in / on the primary part or on a machine part.
  • the plastic casing has on a side surface of the pole tooth pin 7 and holes 8. These serve for joining a plurality of pole teeth in series, as indicated in FIG.
  • three pole teeth 10, 11 and 12 are connected in series transversely to the direction of travel of the primary part, ie in the direction of packetization of the pole teeth.
  • they are still separated healthge ⁇ give.
  • they can be plugged into each other by joining the pins 7 in corresponding holes 8.
  • pole teeth 10, 11 and 12 and other plastic molding elements For joining the pole teeth 10, 11 and 12 and other plastic molding elements than the pin 7 and holes 8 can be used.
  • snap elements, clips or other interlocking elements, and sections rear ⁇ can be formed on the plastic sheathing, which then cooperate with corresponding pole tooth counterpart at the other.
  • a further embodiment of an electrical machine according to the invention is that a plurality of pole teeth and pole tooth ⁇ packets, as shown in FIG 2, common with a ge ⁇ one-piece plastic casing are surrounded.
  • the intermediate walls between the individual laminated cores can be placed as required.
  • In preparing the tooth modules many tooth halves are inserted into the injection molding tool ⁇ accordingly. This creates a compact Tooth or a compact tooth module with pockets for the subsequent assembly of the permanent magnets.
  • the plastic casing with the aid of an injection mold has a further advantage.
  • the laminated cores of a pole tooth or of a pole tooth part can have length deviations in the direction of packaging, which are within the usual manufacturing tolerances. These deviations can be compensated in part by the plastic coating.
  • the plastic sheathing can then have smaller dimensional tolerances.
  • the possibility to form a dimensionally stable bag in a laminated core is able to perform the majority of the manufacturing steps of an electric machine or of a primary part of the electric machine, without having the magnets or the magnet already integrated in the laminated core of the Pri ⁇ märteils. Consequently, the total manufacturing cost can be reduced.

Abstract

Der Herstellungsaufwand von elektrischen Maschinen mit Polzähnen, die mit Dauermagneten bestückt sind, soll vermindert werden. Hierzu ist vorgesehen, dass ein Dauermagnet zwischen zwei Polzahnhälften (1, 2) eingefügt wird. Die beiden Hälften (1, 2) werden durch eine Kunststof fummantelung (4) formschlüssig miteinander verbunden. Durch die Kunststoffummantelung (4) ergibt sich eine formstabile Tasche (3), in die der Dauermagnet nachträglich eingefügt werden kann. Somit besteht die Möglichkeit, den Dauermagneten so spät wie möglich im Fertigungsprozess einzufügen, wodurch der gesamte Herstellungsaufwand reduziert wird.

Description

Beschreibung
Elektrische Maschine mit kunststoffummantelten Polzähnen und entsprechendes Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem ersten Aktivteil, das mindestens einen Polzahn auf¬ weist, welcher mit einem Dauermagneten bestückt ist, und ei¬ nem zweiten Aktivteil, das mit dem ersten Aktivteil zur Bewe- gung relativ zueinander in magnetischer Wirkverbindung steht. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein ent¬ sprechendes Verfahren zum Herstellen eines Polzahns einer elektrischen Maschine. Unter dem Betriff „Aktivteil" wird hier beispielsweise ein Primärteil oder ein Sekundärteil ei- nes Linearmotors oder aber auch ein Stator oder Rotor eines Torquemotors verstanden. Die Problematik und die Lösung der vorliegenden Erfindung werden hier jedoch vornehmlich an einem Linearmotor dargestellt.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 045 992.4 ist beispielsweise ein Synchronlinearmotor mit permanentmagnetlo¬ sem Sekundärteil bekannt. Die Permanentmagnete sind dort an dem Primärteil des Synchronlinearmotors angebracht, so dass das Sekundärteil nicht selbst zur Erzeugung eines Magnetfelds beisteuert. Der Aufbau von Linearmotoren dieser Bauform erfordert die Integration starker Dauermagnete in das Primärteil. Die Handhabung von starken Dauermagneten während der einzelnen Fertigungsstufen ist jedoch fertigungstechnisch äußerst schwierig. Zudem besteht durch schwere, stark magneti- sierte Teile ein hohes Verletzungsrisiko.
Es sind Synchronlinearmotoren mit im Luftspalt angeordneten Magneten bekannt. Darüber hinaus wurden auch Synchronlinearmotoren entwickelt, bei denen die Magnete in die Polzähne des Primärteils eingebettet werden. In diesem Fall ist ein nach¬ trägliches Magnetisieren der Magnetrohlinge nicht möglich. Es sind also fertigmagnetisierte Dauermagnete zu verwenden. Um diese Dauermagnete möglichst spät in den Fertigungsprozess zu integrieren, ist ein geänderter Schnitt der Motorbleche erforderlich. Nachteilig an derartigen Synchronlinearmotoren mit eingebetteten Dauermagneten ist jedoch, dass die Fertigung mit sehr großer Sorgfalt und hohem Aufwand erfolgen muss.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Aufbau einer elektrischen Maschine und ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen von Polzähnen zu finden, mit de- nen es möglich ist, die Dauermagnete so spät wie möglich in den Fertigungsprozess zu integrieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektri¬ sche Maschine mit einem ersten Aktivteil, das mindestens ei- nen Polzahn aufweist, welcher mit einem Dauermagneten bestückt ist, und einem zweiten Aktivteil, das mit dem ersten Aktivteil zur Bewegung relativ zueinander in magnetischer Wirkverbindung steht, wobei der Polzahn zwei Hälften aufweist, zwischen denen der Dauermagnet eingefügt ist, und die beiden Hälften durch eine Kunststoffummantelung formschlüssig miteinander verbunden sind.
Dementsprechend ist erfindungsgemäß auch vorgesehen ein Ver¬ fahren zum Herstellen eines Polzahns einer elektrischen Ma- schine durch Bereitstellen von zwei Polzahnhälften, Einlegen der Polzahnhälften in ein Spritzgusswerkzeug, Ausspritzen des Spritzgusswerkzeugs mit Kunststoff derart, dass ein nach au¬ ßen offener Spalt zwischen beiden Polzahnhälften bleibt und die Polzahnhälften nach Abkühlen des Kunststoffs formschlüs- sig durch eine Kunststoffummantelung miteinander verbunden sind, und Einfügen eines Dauermagneten in den Spalt.
In vorteilhafter Weise wird durch die spritzgegossene Kunst¬ stoffummantelung die Herstellung einer formstabilen Tasche durch Verbinden der beiden Zahnhälften möglich. Diese formstabile Tasche im Blechpaket ermöglicht das nachträgliche Einfügen eines Dauermagneten. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine als Linearmotor ausgestaltet, wobei das erste Aktivteil ein Primärteil ist. Somit können die Vorteile der Erfindung insbesondere für die Primärteilfertigung eines Synchronlinearmotors genutzt wer- den .
Die Kunststoffummantelung kann abgerundete Kanten besitzen, über die direkt Wicklungsdrähte geführt sind. Damit kommt der Kunststoffummantelung die zusätzliche Funktion zu, Träger für eine Wicklung zu sein.
Darüber hinaus ist es günstig, wenn an die Kunststoffummante¬ lung mindestens ein Formelement zum Koppeln an eine andere Kunststoffummantelung angegossen ist. Ein derartiges Formele- ment kann ein Zapfen, ein Klips bzw. ein Schnappelement oder ein Hinterschnitt sein. Durch die Aneinanderkopplung kann ein stabiler Verbund mehrerer Polzähne in Reihe oder eines Pol¬ zahnfelds realisiert werden.
Darüber hinaus kann es von besonderem Vorteil sein, wenn die Kunststoffummantelungen mehrerer Polzähne einteilig miteinander verbunden sind, so dass ein Zahnmodul entsteht. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise mehrere Polzähne längs und/oder quer zur Verfahrrichtung bzw. Paketierrichtung mit- einander fest koppeln. Auf diese Weise können ganze Polzahnfelder bzw. -module hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
FIG 1 einen Polzahn mit erfindungsgemäßer Kunststoffummantelung und
FIG 2 ein Polzahnmodul mit mehreren Polzähnen entsprechend FIG 1. Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Der in FIG 1 wiedergegebene Polzahn eines Synchronlinearmo¬ tors besteht im Wesentlichen aus zwei Hälften 1 und 2, die jeweils geblecht bzw. paketiert ausgeführt sind. Beide Zahn¬ hälften sind zumindest an der Polzahnstirnfläche durch einen Spalt 3 voneinander getrennt. Eine Kunststoffummantelung 4, die vorzugsweise durch Spritzguss hergestellt ist, verbindet die beiden Zahnhälften 1 und 2 formschlüssig. Gleichzeitig können die beiden Zahnhälften durch die Kunststoffummantelung auch im gewünschten Abstand gehalten werden, so dass der Spalt 3 gewährleistet ist. In diesem Spalt 3, der auch als Tasche bezeichnet werden kann, lässt sich dann ein Dauermag¬ net einfügen.
In dem taillierten Bereich 5 des Polzahns kann eine elektrische Spule aufgewickelt werden. Um Beschädigungen des Wickel- drahts zu vermeiden, sind die Kanten 6 der Kunststoffummante¬ lung 4 abgerundet. Somit dient die Kunststoffummantelung nicht nur zum Verbinden der Polzahnhälften, sondern auch als Wicklungsträger. Die Kunststoffummantelung 4 besitzt also auch die Funktion der Nutisolation. Eine weitere Funktion der Kunststoffummantelung 4 besteht in dem Kantenschutz der Polzähne. Dabei werden nicht nur die Kanten der Polzähne vor Be¬ schädigungen geschützt, sondern auch ein Schutz dagegen geboten, bei der Berührung der an sich sehr schafkantigen Polzahnblechpakete nicht verletzt zu werden.
Die Kunststoffummantelung 4 nimmt unter anderem die Kräfte auf, die beim Wickeln der Polzahnspule entstehen. Gegebenenfalls können Stege zwischen den Zahnhälften eingespritzt werden, die die Stabilität des Polzahns erhöhen und die ge- wünschte Tasche bzw. den gewünschten Spalt 3 aufrechterhal¬ ten . Für die Herstellung werden die beiden Polzahnhälften 1 und 2 in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt. Beim Ausspritzen der Spritzform wird der Spalt 3 freigehalten. Nach dem Abkühlen des Kunststoffmantels 4 sind die beiden Polzahnhälften 1 und 2 durch die Kunststoffummantelung 4 formschlüssig miteinander verbunden. Anschließend kann ein Dauermagnet in den Spalt 3 eingefügt werden. Vor dem Einfügen des Dauermagneten lässt sich der Polzahn noch mühelos im/am Primärteil bzw. an einem Maschinenteil montieren.
Die Kunststoffummantelung weist an einer Seitenfläche des Polzahns Zapfen 7 und Bohrungen 8 auf. Diese dienen zum Zusammenfügen mehrerer Polzähne in Reihe, wie dies in FIG 2 angedeutet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind drei PoI- zähne 10, 11 und 12 quer zur Verfahrrichtung des Primärteils, d. h. in Paketierrichtung der Polzähne, in Reihe geschaltet. In der Darstellung von FIG 2 sind sie noch getrennt wiederge¬ geben. Sie lassen sich jedoch durch Ineinanderfügen der Zapfen 7 in entsprechende Bohrungen 8 aneinander stecken. Durch das Aneinanderfügen entsteht ein Polzahnmodul, das als ganzes Stück weiterverarbeitet bzw. montiert werden kann.
Zum Aneinanderfügen der Polzähne 10, 11 und 12 können auch andere Kunststoffformelemente als die Zapfen 7 und Bohrungen 8 verwendet werden. Beispielsweise können Schnappelemente, Klipse oder andere formschlüssige Elemente sowie Hinter¬ schnitte an den Kunststoffummantelungen angeformt werden, die dann mit entsprechenden Gegenstücken an dem anderen Polzahn zusammenwirken .
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine besteht darin, dass mehrere Polzähne bzw. Pol¬ zahnpakete, wie sie in FIG 2 dargestellt sind, mit einer ge¬ meinsamen, einteiligen Kunststoffummantelung umgeben werden. Die Zwischenwände zwischen den einzelnen Blechpaketen können nach Bedarf platziert werden. Bei der Herstellung der Zahnmodule werden entsprechend viele Zahnhälften in das Spritzguss¬ werkzeug eingesetzt. Auf diese Weise entsteht ein kompakter Zahn bzw. ein kompaktes Zahnmodul mit Taschen für die nachträgliche Montage der Dauermagnete.
Die Kunststoffummantelung mit Hilfe einer Spritzgussform hat einen weiteren Vorteil. Die Blechpakete eines Polzahns bzw. eines Polzahnteils können nämlich Längenabweichungen in Paketierrichtung aufweisen, die im Rahmen der üblichen Fertigungstoleranzen liegen. Diese Abweichungen lassen sich zum Teil durch die Kunststoffummantelung ausgleichen. Die Kunst- stoffummantelungen können dann geringere Maßtoleranzen aufweisen .
In vorteilhafter Weise ist durch die Erfindung die Möglichkeit gegeben, in einem Blechpaket eine formstabile Tasche auszubilden. Hierdurch ist man in der Lage, die Mehrzahl der Fertigungsschritte einer elektrischen Maschine bzw. eines Primärteils der elektrischen Maschine auszuführen, ohne die Magnete bzw. den Magneten bereits in das Blechpaket des Pri¬ märteils integriert zu haben. Folglich lässt sich der gesamte Herstellungsaufwand reduzieren.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine mit
- einem ersten Aktivteil, das mindestens einen Polzahn auf- weist, welcher mit einem Dauermagneten bestückt ist, und
- einem zweiten Aktivteil, das mit dem ersten Aktivteil zur Bewegung relativ zueinander in magnetischer Wirkverbindung steht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - der Polzahn zwei Hälften (1, 2) aufweist, zwischen denen der Dauermagnet eingefügt ist und
- die beiden Hälften (1, 2) durch eine Kunststoffummantelung
(4) formschlüssig miteinander verbunden sind.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, die als Linearmotor ausgestaltet ist, wobei das erste Aktivteil ein Primärteil ist .
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kunststoffummantelung (4) abgerundete Kanten (6) besitzt, über die direkt Wicklungsdrähte geführt sind.
4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an die Kunststoffummantelung (4) mindestens ein Formelement (7, 8) zum Koppeln an eine andere Kunststoffummantelung angegossen ist.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei das Formele¬ ment (7, 8) ein Zapfen, ein Schnappelement oder ein Hinter- schnitt ist.
6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, wobei Kunststoffummantelungen mehrerer Polzähne (10, 11, 12) einteilig miteinander verbunden sind, so dass ein Zahnmo- dul entsteht.
7. Verfahren zum Herstellen eines Polzahns einer elektrischen Maschine g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ,
- Bereitstellen von zwei Polzahnhälften (1, 2),
- Einlegen der Polzahnhälften (1, 2) in ein Spritzgusswerkzeug, - Ausspritzen des Spritzgusswerkzeugs mit Kunststoff derart, dass ein nach außen offener Spalt (3) zwischen beiden Polzahnhälften (1, 2) bleibt und die Polzahnhälften (1, 2) nach Abkühlen des Kunststoffs formschlüssig durch eine Kunststoffummantelung (4) miteinander verbunden sind, und - Einfügen eines Dauermagneten in den Spalt (3) .
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Kunststoffummantelung (4) mit abgerundeten Kanten (6) ausgeführt wird und Wicklungsdrähte direkt über diese Kanten geführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei an die Kunststoff- ummantelung (4) mindestens ein Formelement (7, 8) angegossen wird und zwei derartige Kunststoffummantelungen durch das Formelement aneinander gekoppelt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei Kunst¬ stoffummantelungen mehrerer Polzähne (10, 11, 12) einteilig gegossen werden, so dass ein Zahnmodul entsteht.
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