DE102006014341A1

DE102006014341A1 - Polzahn mit Stirnseitenblech zum Verbinden von Polzahnhälften und entsprechendes Verfahren zum Herstellen eines Polzahns

Info

Publication number: DE102006014341A1
Application number: DE102006014341A
Authority: DE
Inventors: Mark Freudenberg; Markus Jakobi; Josef Maidl; Michael Menhart
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: US8076815B2; US20100237717A1; DE102006014341B4; WO2007110282A1

Abstract

Elektrische Maschinen mit Polzähnen, die mit einem Dauermagneten bestückbar sind, sollen einfacher montiert werden können. Dazu ist vorgesehen, für jeden Polzahn zwei Polzahnhälften (1, 2) bereitzustellen, von denen jede zwei gegenüberliegende Stirnseiten besitzt. Mindestens ein Stirnseitenblech (3), das je eine Stirnseite der beiden Polzahnhälften (1, 2) miteinander verbindet, dient zur Bildung einer Tasche (5) zwischen den beiden Polzahnhälften (1, 2), in die ein Dauermagnet einschiebbar ist. Somit kann ein Raum für den Dauermagneten bei der Montage des Polzahns oder bei seiner Bewicklung freigehalten werden. Da der Dauermagnet erst relativ spät in die Tasche (5) eingefügt werden muss, lässt sich der gesamte Montageprozess vereinfachen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polzahn beziehungsweise eine elektrische Maschine mit einem ersten Aktivteil, das mindestens einen 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. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen eines Polzahns einer elektrischen Maschine. Unter dem Betriff „Aktivteil" wird hier beispielsweise ein Primärteil oder ein Sekundärteil eines 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 permanentmagnetlosem 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 magnetisierte 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 nachträgliches 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 eines Polzahns und ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen von Polzähnen zu finden, mit denen es möglich ist, die Dauermagnete so spät wie möglich in den Fertigungsprozess zu integrieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Polzahn für eine elektrische Maschine, der mit einem Dauermagneten bestückbar ist, mit zwei Polzahnhälften, von denen jede zwei gegenüberliegende Stirnseiten besitzt, mindestens einem Stirnseitenblech, das je eine Stirnseite der beiden Polzahnhälften miteinander verbindet, so dass zwischen den beiden Polzahnhälften eine Tasche gebildet ist, in die ein Dauermagnet einschiebbar ist.
In vorteilhafter Weise werden die Polzahnhälften durch das Stirnseitenblech bereits vor dem Einfügen eines Dauermagneten gegenseitig so fixiert, dass sie bewickelt und montiert werden können. Wenn der Dauermagnet dann am Ende der Montage in die Tasche eingefügt wird, lassen sich die vorhergehenden Montageschritte einfacher ausführen.
Vorzugsweise besteht jede Polzahnhälfte aus einem Blechpaket. Ein derartiges Paket lässt sich in gewünschter Höhe durch übliche Paketiertechnik herstellen. Gegebenenfalls kann auch das Stirnseitenblech mit den beiden Polzahnhälften mitpaktiert werden.
Der Polzahn bzw. die Polzahnhälften können bei einer speziellen Ausführungsform einen abtrennbaren Polschuh besitzen. Damit ist es möglich, vorgefertigte Spulen auf den Polzahn auf zuschieben und der Polzahn muss nicht im montierten Zustand bewickelt werden.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, ein Polzahnmodul mit mehreren Polzähnen, wie sie oben geschildert sind, herzustellen, wobei jeder Polzahn bzw. jede Polzahnhälfte aus einem Blechpaket besteht. Dabei besteht die Möglichkeit, mehrere Polzähne in Paketierrichtung aneinander anzuordnen und für zwei der Polzähne jeweils ein gemeinsames Stirnblech zu verwenden. In diesem Fall besteht das Polzahnmodul praktisch aus einem einzigen Gesamtpolzahn, der durch Aneinanderreihen mehrerer gleichartiger Polzähne entsteht. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise die Dimension des Gesamtpolzahns in Paketierrichtung an die entsprechende Dimension des Primärteils anpassen.
Das Polzahnmodul kann aber auch aus mehreren Polzähnen bestehen, die quer zur Paketierrichtung angeordnet sind, wobei die Stirnbleche der mehreren Polzähne einteilig miteinander Verbunden sind. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise die Polzähne über die gesamte Länge eines Primärteils eines Linearmotors über ein gemeinsames Stirnblech miteinander verbinden.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Polzahns einer elektrischen Maschine durch Bereitstellen von zwei Polzahnhälften, von denen jede zwei gegenüberliegende Stirnseiten besitzt, Verbinden je einer Stirnseite der beiden Polzahnhälften mit einem Stirnseitenblech, so dass zwischen den beiden Polzahnhälften eine Tasche gebildet wird, und Einfügen eines Dauermagneten in die Tasche.
Vorzugsweise wird dabei, wie oben bereits erwähnt, vor dem Einfügen des Dauermagneten der Polzahn mit einer Wicklung versehen. Damit kann auch dieser Fertigungsschritt des Aufbringens einer Wicklung auf den Polzahn noch ohne den Dauermagneten im Polzahn erfolgen.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Polzahn mit Stirnseitenblechen in Explosionsansicht;
2 den Polzahn von 1 im montierten Zustand;
3 ein Polzahnmodul in Paketierrichtung und
4 ein Polzahnmodul quer zur Paketierrichtung.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Der in 1 in Explosionsansicht wiedergegebene Polzahn besteht aus zwei paketierten Polzahnhälften 1 und 2. Darüber hinaus ist an beiden Stirnseiten jeweils ein Stirnblech 3 und 4 angeordnet.
Die Polzahnhälften 1, 2 besitzen im Wesentlichen eine C-förmige Struktur, wobei die einen Enden durch die Polzahnköpfe 10, 20 und die anderen Enden durch Polschuhe 11, 21 gebildet werden. Die Mittelbereiche 12, 22 der Polzahnhälften sind im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet. Die beiden Polzahnhälften 1 und 2 sind so angeordnet, dass sich zwischen ihnen bzw. ihren Mittelbereichen 12, 22 ein Spalt bzw. eine Tasche 5 ergibt, in die ein Dauermagnet eingeschoben werden kann.
Jedes der Stirnbleche 3, 4 besitzt die Kontur der Stirnseiten der beiden Polzahnhälften 1, 2 einschließlich des dazwischen befindlichen Spalts 5. Somit besitzt jedes Stirnseitenblech 3, 4 einen taillierten Mittelbereich 30, 40.
In 2 ist der Polzahn von 1 im montierten Zustand dargestellt. Die beiden Stirnseitenbleche 3, 4 halten die beiden Polzahnhälften 1, 2 in dem gewünschten Abstand, so dass sich die Tasche 5 ergibt. Die genannten Element 1 bis 4 werden durch Stanzpaketieren oder eine andere Paketiertechnik (Backlack, Kleben, Schweißen, Klemmen, Nieten, etc.) miteinander verbunden. In jedem Fall ergibt sich damit eine formstabile Tasche 5 und der Polzahn kann bewickelt werden, ohne vorher den Dauermagneten in die Tasche 5 einschieben zu müssen. Besonders vorteilhaft ist dies nicht nur bei der Montage eines Primärteils eines Synchronlinearmotors, sondern auch bei der Fertigung entsprechender rotatorischer Antriebe.
Eine weiterentwickelte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 3 wiedergegeben. Dort ist ein geblechter Polzahn dargestellt, dessen Polzahnhälften 100, 200 durch mehrere durchgehende Bleche 60, 61, 62, 63, 64 und 65 im gewünschten Abstand gehalten werden. Dadurch ergeben sich jeweils getrennt durch die Bleche 60 bis 65 in einer Reihe miteinander fluchtend fünf Taschen 51, 52, 53, 54, und 55. In diese Taschen 51 bis 55 lassen sich entsprechend dimensionierte Dauermagnete einschieben.
Der in 3 dargestellte Polzahn lässt sich auch als Polzahnmodul beschreiben, bei dem mehrere Einzelpolzähne gemäß 2 in Paketierrichtung hintereinander angeordnet sind. Dabei kann ein Stirnseitenblech jeweils für zwei in Paketierrichtung aneinander angereihte Blechpakte als Abstandshalter für die jeweiligen Polzahnhälften verwendet werden. So besitzen beispielsweise die Einzelblechpakte 201 und 202 bzw. 101 bis 102 das gemeinsame Stirnseitenblech bzw. Abstandsblech 61. Gleiches gilt für die übrigen Einzelblechpakte. Lediglich an den freien Stirnseiten des Polzahnmoduls sind echte Stirnseitenbleche 60, 65 angebracht, die die Stirnseiten des gesamten Polzahns bilden. Auf diese Weise kann für die gesamte Breite eines Primärteils ein einziges Polzahnmodul eingesetzt werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt. Es handelt sich hier um ein Längsmodul mit sechs Polzähnen. In diesem Beispiel sind also sechs Polzähne entsprechend 2 in einer Richtung quer zur Paketierrichtung angeordnet und miteinander verbunden. Die Verbindung der einzelnen Polzähne 71 bis 77 erfolgt durch zwei durchge hende Stirnseitenbleche 8 und 9. Diese beiden Stirnseitenbleche 8 und 9 sind Komplettschnitte und halten nicht nur die einzelnen Polzahnhälften der Polzähne 71 bis 76 im gewünschten Abstand, sondern halten auch die nebeneinander angeordneten Polzähne an ihren Polzahnköpfen zusammen. Darüber hinaus begrenzen die beiden Stirnseitenbleche 8 und 9 die jeweils zwischen den Polzahnhälften gebildeten Taschen in Paketierrichtung. Auf diese Weise lässt sich ein Polzahnmodul mit der gewünschten Länge des Primärteils herstellen. Ein derartiges Modul lässt sich auch mit dem in 3 dargestellten Modul kombinieren, indem beispielsweise ein weiteres einteiliges Blech parallel zu den Stirnseitenblechen 8 und 9 in die Blechpaketanordnung eingefügt wird.
In der Darstellung von 4 fällt zusätzlich auf, dass die einzelnen Polzähne 71 bis 76 nicht über ausgeprägte Polschuhe verfügen. Dies hat den Vorteil, dass vorgefertigte Spulen auf die Polzähne aufgeschoben werden können, gegebenenfalls lassen sich spezielle Polschuhe nach der Montage der Spulen an die Enden der Blechpakte anbringen.

Claims

Polzahn für eine elektrische Maschine, der mit einem Dauermagneten bestückbar ist, gekennzeichnet durch – zwei Polzahnhälften (1, 2), von denen jede zwei gegenüberliegende Stirnseiten besitzt, – mindestens ein Stirnseitenblech (3, 4), das je eine Stirnseite der beiden Polzahnhälften (1, 2) miteinander verbindet, so dass zwischen den beiden Polzahnhälften eine Tasche (5) gebildet ist, in die der Dauermagnet einschiebbar ist.
Polzahn nach Anspruch 1, wobei jede Polzahnhälfte (1, 2) aus einem Blechpaket besteht.
Polzahn nach Anspruch 1 oder 2, der einen abtrennbaren Polschuh besitzt.
Polzahnmodul mit mehreren Polzähnen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Polzahn aus einem Blechpaket besteht.
Polzahnmodul nach Anspruch 4, wobei mehrere Polzähne in Paketierrichung aneinander angeordnet sind und zwei der Polzähne jeweils durch ein einziges Stirnblech (61 bis 64) voneinander getrennt sind.
Polzahnmodul nach Anspruch 4 oder 5, wobei mehrere Polzähne (71 bis 76) quer zur Paketierrichtung angeordnet sind und die Stirnbleche (8, 9) der mehreren Polzähne einteilig miteinander verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen eines Polzahns einer elektrischen Maschine gekennzeichnet durch – Bereitstellen von zwei Polzahnhälften (1, 2), von denen jede zwei gegenüberliegende Stirnseiten besitzt, – Verbinden je einer Stirnseite der beiden Polzahnhälften (1, 2) mit einem Stirnseitenblech (3, 4), so dass zwischen den beiden Polzahnhälften eine Tasche (5) gebildet wird, und – Einfügen eines Dauermagneten in die Tasche.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei vor dem Einfügen des Dauermagneten der Polzahn mit einer Wicklung versehen wird.