DE29705501U1 - Stator für einen Linear-Motor oder Linear-Generator - Google Patents

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£.'f: avweickmänn

D]PL-CHEM. B.

dr,ma. H. LISKA

DIPL-PHYS DR. J. PRECHTEL

D,PL.CHEMDR B.BÖHM

DIPL-CHEM. DR. W. WEISS

DIPL..PHTS.DR. J. TIESMEYER

DIPLPHYS DR M. HERZOG

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^&igr;81&dgr;35 MÜNCHEN

KOPERNIKUSSTRASSE 9 81679 MÜNCHEN

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1997

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Stator für einen Linear-Motor oder Linear-Generator Stator für einen Linear-Motor oder Linear-Generator B e sehreibung

Die Erfindung betrifft einen Stator für einen Linear- oder Rotations-Motor oder Linear- oder Rotations-Generator, umfassend einen entlang einer Längslinie verlaufenden Kern, den Kern quer zu seiner Längslinie umgreifende Wickelspulen, auf &iacgr;&ogr; den Kern aufgeschobene, zwischen aufeinanderfolgenden Wickelspulen angeordnete Polzahnscheiben und wenigstens ein Verbindungselement zur Verbindung des Stators mit einem Stator-Träger.

is Ein Linear-Motor oder Linear-Generator mit einem derartigen Stator ist bekannt (DE 41 37 201 Al) . Dabei kann es sich um die zumeist übliche Lang-Statoranordnung mit ortsfestem und daher problemlos mit elektrischer Energie versorgbarem Stator und bewegtem Läufer handeln, aber auch um eine Kurz-Statoranordnung mit bewegtem Stator und ortsfestem Läufer. Darüber hinaus ist der jeweils die Antriebsspulen tragende Stator auch in einem asynchronen Linear-Motor einsetzbar, bei welchem der Läufer keine Gruppe von Magneten, sondern eine elektrisch gut leitfähige Reaktionsschiene (z. B. aus Kupfer) trägt.

Der bekannte Stator vermeidet die sogenannten "Wickelköpfe", die bei auf die Zähne einer Zahnleiste gewickelten Antriebswicklungen auftreten, indem die Wickelspulen auf einen zur Längsrichtung des Linearmotors parallel verlaufenden Kern der Reihe nach, unter Zwischenlage von Polzahnscheiben aufgeschoben werden. Die sich ergebende Anordnung wird in ein Stator-Gehäuse eingeschoben und im Gehäuse mit Kunstharz vergossen. Am vorgesehenen Stator-Träger wird das Gehäuse starr befestigt, insbesondere über an das Gehäuse angeschweißte Winkel.

Auch wurde bereits versucht, die Verbindung zum Stator-Träger dadurch herzustellen, daß eine entsprechende Befestigungs-

schraube in eine Innengewindebohrung einer Polzahnscheibe eingeschraubt wird. Da die Polzahnscheibe, um Wirbelstromverluste zu vermeiden, in aller Regel als Paket aus einer Vielzahl von Blechscheiben ausgebildet ist, ist sowohl die Innengewindeherstellung erschwert, als auch die Ausreißsicherheit nicht ausreichend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher mit einem &iacgr;&ogr; Stator-Träger verbunden, auch größere Reaktionskräfte problemlos an den Stator-Träger ableitet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Verbindungselement unmittelbar an den Kern angreift. Der Kern durchsetzt den

is Stator im wesentlichen über seine gesamte Länge. Da er zudem als Paket aus entsprechenden Blechscheiben mechanisch ziemlich stabil ist, ist er zur Weiterleitung der Reaktionskräfte besonders geeignet, wobei ein Teil der Reaktionskräfte von vornherein im Kern entsteht und der Rest von den den Kern umringenden und mit diesem vergossenen Wickelspulen und Polzahnscheiben auf den Kern übertragen wird. Dies gilt sowohl für Längskräfte, wie auch im besonderen Maße für Querkräfte. Da die Verbindungselemente unmittelbar an den Kern angreifen, ergibt sich eine unmittelbare Übertragung der Reaktionskräfte auf den Stator-Träger ohne die Gefahr, daß Zwischenstrukturen, wie das Stator-Gehäuse oder Polzahnscheiben, verformt werden.

Um dabei ohne Verlängerung der Bauform des Stators auszukommen, wird vorgeschlagen, daß das Verbindungselement eine Durchgangsöffnung im Bereich der Polzahnscheiben durchsetzt.

Im Falle einer im wesentlichen U-förmigen Polzahnscheibe wird die radiale Durchgangsöffnung im Bereich der Schenkelenden ausgebildet. Derartige Polzahnscheiben sind besonders leicht zu montieren, da sie von oben oder auch seitlich auf den Kern aufgeschoben werden können.

Es sind jedoch auch Polzahnscheiben denkbar, die den Kern an allen vier Seiten umgreifen und lediglich mit einem Schlitz zur Vermeidung von Kreisströmen ausgebildet sind. Die Durchgangsöffnung für das Verbindungselement wird dann von diesem Schlitz gebildet.

Das Verbindungselement kann in vielfältiger Weise am Kern befestigt werden, wie z. B. durch Punktverschweißung. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn das Verbindungselement mit

&iacgr;&ogr; dem Kern über ein den Kern durchsetzendes Befestigungselement verbunden ist, da dann nicht nur die Kern- Blechscheiben im unmittelbaren Befestigungsbereich mit dem Befestigungselement starr verbunden sind, sondern der gesamte Kernquerschnitt. Besonders einfach und damit kostengünstig ist der Einsatz

is einer Kopfschraube als Befestigungselement.

Um ohne Änderung der Form des Kerns den Kopf der Kopfschraube ohne weiteres unterbringen zu können, wird vorgeschlagen, daß der Kopf in einer Ausnehmung der Polzahnscheibe angeordnet ist.

Es sind viele Formen des Verbindungselements denkbar, so &zgr;. B. in Form von entsprechend massiven Querwänden. Besonders bevorzugt ist jedoch vorgesehen, daß das Verbindungselement in radialer Richtung länglich ausgebildet ist und an seinem vom Kern entfernteren Ende mit einem Befestigungsfuß zur Befestigung am Stator-Träger ausgebildet ist. Der Materialaufwand ist vergleichsweise gering. Sofern das Verbindungselement aus Metall, insbesondere Stahl, hergestellt ist, werden zudem die magnetischen Eigenschaften des Stators allenfalls geringfügig beeinträchtigt.

Die Übertragung von Längskräften ist im allgemeinen problemlos, wenn mehrere in Stator-Längsrichtung hintereinander angeordnete Verbindungselemente bzw. Befestigungsfüße eingesetzt werden. Um auch Querkräfte ohne weiteres übertragen zu können, wird vorgeschlagen, daß der Befestigungsfuß quer zur Längs-

achse des Kerns länglich ausgebildet ist. Hierdurch können auch größere querkraftbedingte Drehmomente einwandfrei übertragen werden. Ist besonders kompakter Aufbau gewünscht, so kann die Länge der Befestigungsfüße der Breite des Stator-Gehäuses entsprechen, so daß die Verbindungselemente mit der entsprechenden Seite des Stator-Gehäuses abschließen. Vor allem dann, wenn größere Querkräfte zu übertragen sind, können Befestigungsfüße eingesetzt werden, die beidseitig über das Stator-Gehäuse vorstehen. Befestigungsausnehmungen im Über-Standsbereich erleichtern die Montage.

Die erfindungsgemäßen Verbindungselemente können als Einzelelemente ausgebildet sein mit dem Vorteil einfacher Herstellung und leichter Anpassung an unterschiedliche Stator-Ausbildungen. Sie können jedoch alternativ in Form eines Verbindungsteils ausgebildet sein, welches von mehreren untereinander fest verbundenen Verbindungselementen gebildet ist. Dadurch kann die mechanische Festigkeit des Stators gesteigert werden.

Das erfindungsgemäße Verbindungselement bzw. Verbindungsteil eignet sich auch als Erdungsanschluß.

Schließlich kann das Verbindungselement bzw. der Befestigungsfuß, bevorzugt ein Paar von Verbindungselementen bzw. Befestigungsfüßen, als Träger für ein Anschlußleitungs-Zugentlastungselement eingesetzt werden.

Um von vornherein zu verhindern, daß die metallischen Verbindungselemente die Gleichmäßigkeit des mehrphasigen Magnetfelds beeinträchtigen, wird vorgeschlagen, daß die Verbindungselemente am Kern mit einem Mittenabstand voneinander angeordnet sind, der sich vom Mittenabstand phasengleich angesteuerter Wickelspulen unterscheidet.

Als Schutz vor äußeren Einflüssen kann, wie an sich bereits bekannt, ein Stator-Gehäuse vorgesehen sein, wobei dieses

jedoch, im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik, keine Reaktionskräfte aufzunehmen hat. Um keine Durchgangsöffnungen für die Verbindungselemente in das Gehäuse einarbeiten zu müssen, wird vorgeschlagen, daß die Verbindungselemente bzw. Befestigungsfüße im Bereich einer offenen Gehäuseseite des Stator-Gehäuses ausmünden.

Der Stator kann verschiedenste geometrische Bauformen aufweisen. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Längslinie &iacgr;&ogr; des Kerns im wesentlichen linear verläuft. In diesem Fall kann der Stator für einen Linear-Motor oder einen Linear-Generator verwendet werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Bauform des Stators hat die

is Längslinie des Kerns einen gekrümmten, vorzugsweise kreisförmigen oder kreisbogenförmigen, Verlauf. Eine derartige Bauform ist vorgesehen, wenn der Stator in einer rotationssymmetrischen Anordnung eingesetzt wird, wie z.B. in einem Rotations-Motor oder einem Rotations-Generator. In diesem Fall wird vorgeschlagen, daß das Verbindungselement in Bezug auf die Längslinie in radialer Richtung zum Kern angeordnet ist. In einer Weiterbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß jeweils zwischen einer Wickelspule und einer Polzahnscheibe Keilelemente eingeschoben sind. Diese Keilelemente können als einfache Keile oder als U-Profilkeile mit abnehmender Dicke in Richtung zu den U-Schenkelenden hin ausgebildet sein. Durch das Einschieben der Keilelemente werden die Wickelspulen ortsfest auf dem Kern fixiert und damit die Gesamtanordnung stabilisiert. Ferner wird ein Verkippen der Wickelspulen relativ zur Längslinie verhindert, wodurch wiederum die Qualität und Homogenität des Magnetfeldes gesteigert wird.

Der Kern des Stators kann aus verschiedenen magnetischen Materialien massiv oder aus Einzelbauteilen zusammengesetzt ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist jedoch vorgesehen, daß der Kern aus gegeneinander isolierten und aneinander anliegen-

tO. Juni 1997

den, vorzugsweise miteinander verklebten, Lamellen, vorzugsweise aus Elektroblech, gebildet ist, deren Ausdehnungsebene parallel zur Längslinie und parallel zu einer Querrichtung des Kerns verläuft. Dadurch wird verhindert, daß sich im Betrieb des Stators die Längslinie des Kerns umringende Wirbelströme ausbilden, die zu Energieverlusten und einer unerwünschten Erwärmung des Kerns führen.

Der Kern kann mit dem Vorteil eines relativ geringen Herstellungsaufwands ebene Oberflächen aufweisen, mit welchen die aufgeschobenen Polzahnscheiben zur Anlage kommen können. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, daß der Kern an einer seiner beiden, sich in Querrichtung erstreckenden Seiten und/oder an den beiden übrigen Seiten mit Ausnehmungen zur Aufnahme jeweils eines Randabschnitts einer Polzahnscheibe versehen ist. Derartige Ausnehmungen können nachträglich an den bereits miteinander verklebten Lamellen angebracht werden oder durch Aufkleben von kurzen Lamellenstücken auf durchgehende Lamellen beim Verkleben ausgebildet werden. Der erste Fall kommt bevorzugt bei einem gekrümmten Kern zur Anwendung, wobei der zweite Fall bei einem geraden Kern Anwendung findet. Durch die Aufnahme jeweils eines Randabschnitts einer Polzahnscheibe in den Ausnehmungen sind die Randabschnitte einer Polzahnscheibe gegen eine Verschiebung entlang der Längslinie des Kerns gesichert und es ist eine Kraftübertragung zwischen den Randabschnitten der Polzahnscheiben und dem Kern möglich.

Die Erfindung betrifft auch einen Linear- oder Rotations-Motor oder Linear-oder Rotations-Generator mit einem Lang- oder '30 Kurzstator der vorstehend beschriebenen Art, in welchem ein Kurz- bzw. Langläufer beweglich gelagert ist.

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welchem im ersten Schritt an den Seiten der einzelnen
Ausnehmungen sowie vorzugsweise auch in den einzelnen Lamellen Löcher zur Aufnahme von Bef estigungselejn€nten ausgebildet werden, und in einem zweiten Schritt—die einzelnen Lamellen derart zu einem LamellenbündeJL^verklebt werden, daß die Ausnehmungen und die Löche^-^aer einzelnen Lamellen miteinander fluchten. Dieses^c^erfahren wird, bevorzugt, zur Herstellung eines geradjsifKerns eingesetzt und bietet den Vorteil, daß &iacgr;&ogr; nach>ä€rn Verkleben der Lamellen keine materialabhebenden l

Die Erfindung wird im folgenden an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des erfindungsgemäßen Stators mit linearem Kern vor dem Ausgießen des Stator-Gehäuses (Fig. 1 linke. Hälfte) und nach dem Ausgießen und am Stator-Träger befestigt (Fig. 1 rechte Hälfte) im Schnitt nach Schnittlinie

I-I in der Fig.. 3;

Fig. 2 einen Querschnitt der Anordnung in Fig. 1 im Schnitt nach Linie II-II;

Fig. 3 einen weiteren Querschnitt im Schnitt nach Linie III-III;

Fig. 4 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Befestigungsfußes (Blickrichtung entsprechend Fig. 3);

Fig. 5 einen Schnitt des Befestigungsfußes gemäß Fig. .4 nach Linie V-V;

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Anschlußleitungs-Zugentlastungselement;

Fig. 7 einen Schnitt des Zugentlastungselements gemäß Fig. 6 nach Linie VII-VII;

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Verbindungsteils, das aus mehreren über eine Verbindungsplatte fest miteinan

der verbundenen Verbindungselementen besteht;

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Fig. 9 eine teilweise geschnittene Vorderansicht des Stators mit einem beidseitig über das Statorgehäuse hinausstehe'nden Befestigungsfuß;

Fig. 10 eine geschnittene Seitenansicht eines mit-Ausnehmungen versehenen, aus einem Lamellenbündel gebildeten Kerns mit linearer Längslinie, sowie eine aufgeschobene Polzahnscheibe, nach Schnittlinie X-X in der Fig. 12;

Fig. 11 einen Querschnitt der Anordnung in der Fig. 10 im &iacgr;&ogr; Schnitt nach Linie XI-XI;

Fig. 12 eine geschnittene Seitenansicht des Kerns gemäß Fig. 10, jedoch mit kreisbogenformiger Längslinie;

Fig. 13 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des erfindungsgemäßen Stators mit kreisbogenförmigem Kern vor is dem Ausgießen des Statorgehäuses (Fig. 13 linke

Hälfte) und nach dem Ausgießen und am Stator-Träger befestigt (Fig. 13 rechte Hälfte) im Schnitt nach Schnittlinie XIII-XIII in der Fig. 14; und

Fig. 14 einen Querschnitt der Anordnung in Fig. 13 im Schnitt nach Linie XIV-XIV.

In den Figuren 1-11 ist der erfindungsgemäße Stator 10 anhand eines ersten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei es sich hier um einen sogenannten Lang-Stator handelt. Mehrere der in Fig. 1 verkürzt dargestellten Statoren 10 werden entlang des Fahrwegs hintereinander (im allgemeinen über die gesamte Fahrweglänge) angeordnet. Diese Statoren sind somit ortsfest. Sie tragen einen in den Fig. 1 und 3 lediglich grobschematisch strichliert angedeuteten Läufer 12. Insgesamt

so ergibt sich somit ein mit 14 bezeichneter Linear-Motor, der auch als Linear-Generator eingesetzt werden kann.

Der Stator kann jedoch in nicht dargestellter Weise auch als Kurzstator eingesetzt werden, wobei er dann Teil des jeweiligen Fahrzeugs bildet, welches entlang des ortsfesten Läufers bewegbar ist.

Der Stator 10 wird von einem über seine Längsrichtung durchgehenden, eine gerade Längslinie 17 und ebene Oberflächen aufweisenden Kern 16 gebildet, auf den abwechselnd Wickelspulen 18 und Polzahnscheiben 2 0 aufgeschoben sind (erstere als geschlossene Ringe in Längsrichtung des Kerns 16 und letztere wahlweise in Längsrichtung oder in radialer Richtung). Bei einem dreiphasigen Stator sind jeweils entsprechende Wickelspulen 18a bzw. 18b bzw. 18c miteinander elektrisch verbunden, wobei gemäß Fig. 1, linke Hälfte zwischen den gleichphasig geschalteten Spulen 18a und ISa₁ die beiden andersphasig geschalteten Spulen 18b und 18c liegen. Entsprechende Verbindungsleitungen 22 sind in Fig. 1 ebenfalls angedeutet. Die Zuführung der Leitungen erfolgt über eine übliche Zugentlastungskomponente (z. B. Quetschhülse) 24, die in Fig. 1, Mitte

is angedeutet ist. Diese ist kraftschlüssig in ein Anschlußleitungs-Zugentlastungselement 26 eingesetzt, welches nachfolgend noch anhand der Fig. 6 und 7 beschrieben wird.

Zur Ableitung von Reaktionskräften vom Stator 10 auf einen jeweiligen Stator-Träger 28 sind eine Reihe von Verbindungselementen 30 vorgesehen, die jeweils eine radiale Durchgangsöffnung 32 im Bereich der Polzahnscheiben 20 durchsetzen und unmittelbar an den Kern 16 angreifen und die nachfolgend noch anhand der Fig. 4 und 5 erläutert werden.

Die Verbindungselemente 3 0 sind mit dem Kern 16 über den Kern 16 durchsetzende Befestigungselemente in Form jeweils einer Kopfschraube 52 starr verbunden. Zu erwähnen ist zum generellen Aufbau noch ein Stator-Gehäuse 36, in welches die vormontierte Anordnung 38 aus Kern 16, Wickelspulen 18, Polzahnscheiben 20 und Verbindungselementen 30 samt Zugentlastungselement 26 und Zugentlastungskomponente 24 eingesetzt und anschließend mit Kunstharz 40 vergossen wird.

Um auch Querkräfte zuverlässig auf den Stator-Träger 28 übertragen zu können, sind die Verbindungselemente 3 0 in Querrichtung länglich ausgebildet und zwar nicht nur ein Befesti-

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gungsfuß 42 am vom Kern 16 entfernteren Ende des länglich ausgebildeten Verbindungselements 30, sondern auch ein vom Befestigungsfuß 42 bis zum Kern 16 reichender Schaft 44. Der Schaft 44 ist im wesentlichen quaderförmig. Die Länge a der Querschnittsfläche des Schafts 44 entspricht der entsprechenden Breite A des Kerns 16; die Breite b der Querschnittsfläche wiederum entspricht im wesentlichen der Polzahnscheibendicke B. Somit liegt der Schaft 44 mit seiner in.Fig. 4 gezeigten oberen Stirnfläche 46 an der Unterseite 48 des Kerns 16 über &iacgr;&ogr; dessen gesamte Querschnittsdimension A flächig an unter Ausfüllung des Zwischenraums zwischen aufeinanderfolgenden Wickelspulen 18 (siehe Fig. 1 und 3) entsprechend der Polzahnscheibendicke B.

is Eine in die Stirnfläche 46 ausmündende Innengewindebohrung 50 des Schafts 44 nimmt das entsprechende Einschraubende einer Kopfschraube 52 auf. Diese durchsetzt eine Durchgangsbohrung 54 des Kerns 16; ein Kopf 56 der eingeschraubten Kopfschraube 52 liegt somit an einer Oberseite 58 des Kerns 16 auf.

·

Der Befestigungsfuß 42 hat größere Querschnittsdimensionen als der Schaft 44, nämlich eine Länge c (parallel zur Dimension a), die der Öffnungsweite C des gemäß Fig. 1 und 2 nach unten hin offenen Gehäuses 36 entspricht, sowie eine Breite d von etwa dem Doppelten der Breite b. Dies ergibt eine relativ große Anlagefläche am jeweiligen Statorträger 28, so daß Längs- und Querkräfte gleichermaßen sicher übertragen werden können. Der Verbindung mit dem Stator-Träger 28 dienen zwei Gewindebohrungen 60 im Befestigungsfuß 42 beidseitig des Schafts 44. In Fig. 1 und 3 sind Kopfschrauben 62 angedeutet, die zugeordnete Durchgangslöcher 64 des Stator-Trägers 28 durchsetzen und in die Gewindebohrung 60 eingeschraubt sind.

Ferner kann, wie in Fig. 9 gezeigt, der Befestigungsfuß 43 auch eine Länge c' aufweisen, die größer als die Öffnungsweite C des nach unten hin offenen Gehäuses 36 ist. Durch diese Vergrößerung der Länge c' des Befestigungsfußes 43 kann die me-

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chanische Festigkeit des Stators gesteigert werden, da höhere Querkräfte vom Befestigungsfuß 43 aufgenommen werden können. Ferner wird durch diese Vergrößerung der Länge c' die Montage des Befestigungsfußes 43 am Stator-Träger 28 erleichtert, da die Befestigungsfuß-Ausnehmungen 61, ggf. Gewindebohrungen, nicht mehr von oben durch das Gehäuse 36 abgedeckt sind und damit von der Oberseite und von der Unterseite des Befestigungsfußes 43 zugänglich sind.

&iacgr;&ogr; Man erkennt in Fig. 5 oben rechts eine weitere, jedoch horizontal (d. h. parallel zur Oberseite 66 des Trägers 28) verlaufende Gewindebohrung 6 8 zur Aufnahme eines ansonsten nicht dargestellten Erdungsanschlusses.

is Schließlich sind zumindest zwei der Verbindungselemente 30 mit einander gegenüberliegenden Paaren von ebenfalls horizontal verlaufenden Gewindebohrungen 70 versehen, in die lediglich in Fig. 1 angedeutete Befestigungsschrauben 72 zur Fixierung des Anschlußleistungs-Zugentlastungselements 26 gemäß Fig. 6 und 7 einschraubbar sind.

Das Zugentlastungselement 2 6 ist im wesentlichen brückenförmig mit einem Zentralabschnitt 74 mit zentralem Durchgangsloch 76 zur Aufnahme der Zugentlastungskomponente 24 und mit jeweils einem vom horizontalen Zentralabschnitt 74 nach oben abgewinkelten Randabschnitt 78 ausgebildet. Beide Randabschnitte 78 weisen jeweils zwei Durchgangslöcher 80 zur Aufnahme der bereits angesprochenen Befestigungsschrauben 72 auf.

Der Abstand zwischen den beiden Randabschnitten 78 entspricht gerade dem Abstand zwischen unmittelbar aufeinanderfolgenden Befestigungsfüßen 42, so daß das Zugentlastungselement gemäß Fig. 1 zwischen zwei Verbindungselementen 3 0 eingesetzt werden kann.

Die Verbindungselemente 3 0 können auch, wie in Fig. 8 schematisch gezeigt, mittels einer durchgehenden Verbindungsplatte

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92 direkt miteinander verbunden werden. Diese Verbindung kann entweder durch Anfügen der Verbindungsplatte 92 an die Verbindungselemente 3 0 erfolgen oder dadurch, daß die Verbindungsplatte 92 direkt an die Verbindungselemente 3 0 angeformt wird, &zgr;. B. in Form eines Gußteils. Durch eine feste Verbindung mehrerer Verbindungselemente 3 0 zu einem Verbindungsteil 90 wird die mechanische Festigkeit des Stators erheblich gesteigert.

&iacgr;&ogr; Der Zusammenbau des Stators 10 geht in folgender Weise vonstatten:

Auf den Kern 16 werden alternierend die Wickelspulen 18 sowie die Polzahnscheiben 20 aufgeschoben, wobei die Polzahnscheiben

is 2 0 auch wahlweise in radialer Richtung ggf. in die Ausnehmungen 103, aufgeschoben werden können, da sie gemäß Fig. 3 im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Dann werden die Verbindungselemente 30 im gewünschten Raster am Kern 16 befestigt, wobei dieses Raster im Ausführungsbeispiel dem Vierfachen des Polabstands e entspricht. Damit unterscheidet sich diese Teilung vom Abstand 3e phasengleicher Wickelspulen 18a, 18a' bzw. 18b, 18b' usw. Die von den Wickelspulen 18 erzeugten, entlang des Stators 10 wandernden Magnetfelder werden deshalb in Phase und Intensität durch die Anordnung der Verbindungselemente 3 0 im wesentlichen nicht gestört.

Die Verbindungselemente 3 0 sind dabei den Leitungen 22 nicht im Wege, wozu auch die Form der Schenkelenden 82 der im wesentlichen U-förmigen Polzahnscheiben 20 beiträgt. Nach unten anschließend an den Kern 16 weisen die Schenkelenden 82 nämlich jeweils einen Rücksprung 84 auf, so daß sich ein entsprechender Leitungsraum 86 ergibt, der nach oben hin von den Schenkelenden 82, nach unten hin von den entsprechenden Enden des Befestigungsfußes 42, nach außen hin vom Gehäuse 36 und nach innen hin vom Schaft 44 begrenzt wird.

Nach Herstellung der gewünschten Erdungsanschlüsse (Gewindebohrungen 68) und Anbringung des Zugentlastungselements 26, insbesondere im Bereich der Längenraitte des Stators, zwischen den entsprechenden Verbindungselementen 30, kann diese Anordnung 38, wie bereits vorstehend erwähnt, in das Gehäuse 3 6 eingesetzt und dort mit Kunstharz 4 0 vergossen werden.

Dabei erstreckt sich das Kunstharz 40 auch, in die Bereiche zwischen der jeweiligen Wickelspule 18 und der Unterseite 4 8

&iacgr;&ogr; bzw. der Oberseite 58 des Kerns 16, was guten Zusammenhalt von Wickelspule 18 und Kern 16 gewährleistet. Zu erwähnen ist noch, daß der Kopf 56 der Kopfschraube 52 eine zugeordnete Ausnehmung 88 der Polzahnscheibe 20 durchsetzt. Zur Vereinfachung der Herstellung können sämtliche Polzahnscheiben 20

is gemäß Fig. 3 geformt (insbesondere gestanzt) sein, was auch zur Homogenität des jeweils erzeugten Magnetfelds beiträgt.

Der so hergestellte Stator kann an gewünschter Stelle an einem Stator-Träger 28 befestigt werden, wobei aufgrund der beschriebenen Verbindung des Stators zu dem Stator-Träger über die unmittelbar an den Kern 16 angreifenden Verbindungselemente 30 auch hohe Längs- und Querkräfte zuverlässig vom Stator 10 auf den Stator-Träger 28 übertragen werden.

Der Kern 16 ist massiv ausgebildet, z.B. aus Weicheisen. Alternativ dazu zeigt Fig. 10 eine weitere mögliche Ausführungsform eines Kerns 16', wobei dieser aus einzelnen Lamellen 100 besteht, die. zu einem Lamellenbündel verklebt sind. Die Ausdehnungsebenen der einzelnen Lamellen 100 verlaufen parallel zu einer geraden Längslinie 17', wie in Fig. 10 gezeigt, und parallel zu einer Querrichtung des Kerns 16', wie in Fig. 11 gezeigt. Die einzelnen Lamellen 100 bestehen aus Weicheisenmaterialien, vorzugsweise aus Elektroblech, und sind gegeneinander isoliert. Dadurch wird verhindert, daß sich bei Betrieb des Stators die Lamellen 100 durchsetzende, die Längslinie 17' umringende Wirbelströme ausbilden, die Energieverluste und

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eine unerwünschte Erwärmung des Kerns und damit des Stators zur Folge haben.

An einer Unterseite 102 des Kerns 16' sind Ausnehmungen 104 zur Aufnahme von Polzahnscheiben 20' ausgebildet, die zur Vermeidung von Wirbelströmen ebenfalls als Lamellenbündel ausgebildet sein können. Diese Lamellenbündel setzen sich aus Einzellamellen 106 zusammen, mit einer Ausdehnungsebene parallel zur Zeichenebene der Fig. 11 und senkrecht zu der Längslinie 17' des Kerns 16'. Die Ausnehmungen 104 werden von zwei Seitenflächen 106 und 108 begrenzt und weisen eine Bodenfläche 110 auf. Wird eine Polzahnscheibe 20' auf den Kern 16' in eine der Ausnehmungen 104 aufgeschoben, so befindet sich eine Querschenkel-Innenfläche 112 der Polzanscheibe 20' in Anlage mit

is der Bodenfläche 109, und Teilabschnitte 114, 118 jeweils in gegenseitiger Anlage mit den Seitenflächen 106, 108. Dadurch ist die Polzahnscheibe 20' gegen eine Bewegung entlang der Längslinie 17' verschiebegesichert, und es kann eine Kraftübertragung zwischen der Polzahnscheibe 20' und dem Kern 16' über die gegenseitigen Anlageflächen 107, 114 bzw. 109, 112 bzw. 108, 118, erfolgen. Im dargestellten Beispiel sind die Ausnehmungen 104 lediglich an der Unterseite 102 des Kerns 16' ausgebildet, wie es in der Fig. 11 durch die mit strichlierter Linie angedeuteten verdeckten Kanten des Kerns 16' gezeigt ist. Es ist jedoch auch denkbar, daß der Kern 16' an seiner Unterseite 102 und an seinen beiden Flankenseiten mit Ausnehmungen versehen ist, wie es in der Fig. 11 durch die mit punktierter Linie angedeuteten verdeckten Kanten des Kerns 16' gezeigt ist. Dadurch wird den Polzahnscheiben 20' ein noch besserer Halt auf dem Kern 16' gegeben.

In Fig. 10 ist ferner eine Durchgangsbohrung 120 durch den Kern 16' strichliert angedeutet. Diese dient der Aufnahme eines nicht dargestellten Befestigungselements, vorzugsweise einer Kopfschraube, zur Fixierung eines Verbindungselements am Kern.

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In den Fig. 12 bis 14 ist eine zweite Ausführungsform eines

"" erfindungsgemäßen Stators 10" dargestellt. In diesem Fall handelt es sich um einen kreisbogenförmigen Langstator für eine rotationssymmetrische Anordnung, also für einen Rotations-Motor oder für einen Rotations-Generator. Für diesen Zweck werden mehrere der in Fig. 13 dargestellten Statoren 10" entlang einer Kreisbahn ortsfest angeordnet und von einem in Fig. 13 grobschematisch strichliert angedeuteten Läufer 12" teilweise umringt. Am Läufer 12" kann eine nicht dargestellte,

&iacgr;&ogr; gelagerte Welle festgelegt sein zur Übertragung einer Drehbewegung. Der Stator 10" unterscheidet sich vom Stator 10 der ersten Ausführungsform lediglich dadurch, daß er kreisbogenförmig ausgebildet ist. Ansonsten sind die Statoren 10 und 10" im wesentlichen gleich aufgebaut. Der Stator 10" weist einen

is Kern 16" auf, der sich entlang einer kreisbogenförmigen Längslinie 17" erstreckt. Dieser Kern 16" kann massiv und mit ebenen Oberflächen ausgebildet sein, oder wie in Fig. 12 dargestellt, aus einem Lamellenbündel mit Ausnehmungen 104" bestehen. In diesem Fall weist der Kern 16" dieselben Eigenschaften bezüglich der Polzahnscheiben-Fixierung auf, wie unter den Fig. 10 und 12 erläutert wurde.

Die auf den Kern 16" aufgesteckten Polzahnscheiben 20' sind

■ identisch mit denen in den Fig. 10 und 11 beschriebenen. Sie haben in Bezug auf die Längslinie 17" des kreisbogenförmig gekrümmten Kerns 16" radialen Verlauf und sind aufgrund ihrer Positionierung in den Ausnehmungen 104" gegen eine bezüglich der Längslinie 17" tangentiale Verschiebung gesichert.

Wie in Fig. 13 gezeigt, befinden sich zwischen den Polzahnscheiben 20' eingeklemmte Wickelspulen 18a", 18b", 18c", die, wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, phasenverschoben angesteuert werden. Die Wickelspulen 18" liegen mit ihrer Innenseite auf den Oberflächen des Kerns 16" auf und sind zwisehen den Polzahnscheiben 20' eingeklemmt.

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Zusätzlich sind zwischen den Wickelspulen 18" und den Polzahnscheiben 20' auf den Kern 16" aufgeschobene U-förmige Keilelemente &Iacgr;22 eingeklemmt. Diese dienen dazu, die Wickelspulen ortsfest am Kern 16" zu fixieren und die gesamte Anordnung zu stabilisieren. Zur Ableitung von Reaktionskräften vom Stator 10" auf einen jeweiligen Stator-Träger 28" sind eine Reihe von Verbindungselementen 3 0" vorgesehen, die jeweils radial in Bezug auf die kreisbogenförmige Längslinie 17" angeordnet sind. Diese Verbindungselemente 30" durchsetzen eine radiale

&iacgr;&ogr; Durchgangsöffnung 32" der Polzahnscheiben 20', wie in Fig. 14 gezeigt und auch in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Gestalt der Verbindungselemente 30" entspricht im wesentlichen der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Gestalt der Verbindungselemente 30 und wird daher nicht noch

is einmal im Detail erläutert. Der jeweilige Stator-Träger 28" ist bei der kreisbogenförmigen Ausführungsform des Stators 10" nicht als durchgehende Platte ausgebildet, wie im ersten Ausführungsbeispiel, sondern als einzelnes Stator-Trägerelement.

Der Zusammenbau des Stators 10" erfolgt in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel und wird deshalb nicht erneut näher beschrieben. Lediglich das Einführen der Keilelemente 122 zwischen den Wickelspulen 18" und den Polzahnscheiben 20' zur Stabilisierung des kreisbogenförmigen Stators 10" muß als zusätzlicher Montageschritt vorgenommen werden.

Claims (22)

- 17 - Ansprüche

1. Stator (10, 10") für einen Linear- oder Rotations-Motor (14, 14") oder Linear- oder Rotations-Generator, umfassend

- einen entlang einer Längslinie verlaufenden Kern (16, 16', 16"),

- den Kern (16, 16', 16") quer zu seiner Längslinie (17, &iacgr;&ogr; 17', 17") umgreifende Wickelspulen (18, 18"),

- auf den Kern (16, 16', 16") aufgeschobene, zwischen aufeinanderfolgenden Wickelspulen (18, 18") angeordnete Polzahnscheiben (20, 20'), und

- wenigstens ein Verbindungselement (30, 30") zur Verbindung des Stators (10, 10") mit einem Stator-Träger (28, 28") ,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Verbindungselement (30, 30") unmittelbar an den Kern (16, 16', 16") angreift.

2. Stator (10, 10") nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (30, 30") eine Durchgangsöffnung (32, 32") einer der Polzahnscheiben (20, 20') durchsetzt.

3. Stator (10, 10") nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (32, 32") im Bereich der Schenkelenden (82) der im wesentlichen U-förmigen Polzahnscheibe (20, 20') ausgebildet ist.

4. Stator (10, 10") nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (32, 32") vom Schlitz einer geschlitzten Polscheibe (20, 20') gebildet ist.

5. Stator (10, 10") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (30, 30") mit dem Kern (16, 16', 16") über ein den Kern (16)

- 18 -

durchsetzendes Befestigungselement, vorzugsweise in Form einer Kopfschraube (52), verbunden ist.

6. Stator (10, 10") nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (56) der Kopfschraube (52) in einer Ausnehmung (88) der Polzahnscheibe (20, 20') angeordnet ist.

7. Stator (10, 10") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (3 0,

&iacgr;&ogr; 30") in radialer Richtung länglich ausgebildet ist und an seinem vom Kern (16, 16', 16") entfernteren Ende mit einem Befestigungsfuß (42) zur Befestigung am Stator-Träger (28, 28") ausgebildet ist.

is

8. Stator (10, 10") nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsfuß (42) quer zur Längslinie des Kerns (16, 16', 16") länglich ausgebildet ist.

9. Stator (10, 10") nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsfuß (42) beidseitig über das Stator-Gehäuse (36) vorsteht, vorzugsweise mit Befestigungsausnehmungen (61) im .Überstandsbereich.

10. Stator (10, 10") nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn-2s zeichnet, daß wenigstens eines der Verbindungsele-mente (30, 30") mit einem Erdungsanschluß (68) versehen ist, vorzugsweise im Bereich des Befestigungsfußes (42).

11. Stator (10, 10") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit wenigstens einem der Verbindungselemente (30, 30") und vorzugsweise mit zwei unmittelbar aufeinander folgenden Verbindungselementen (30, 30") verbundenes Anschlußleitungs-Zugentlastungselement (26) vorgesehen ist.

12. Stator (10, 10") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (30,

30") am Kern (16, 16', 16") mit einem Mittenabstand (4e) voneinander angeordnet sind, der sich vom Mittenabstand (3e) phasengleich angesteuerter Wickelspulen (18, IS₁) unterscheidet.

13. Stator (10, 10") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein einseitig offenes, vorzugsweise mit Kunstharz (40) ausgegossenes Stator-Gehäuse (36) vorgesehen ist, wobei die Verbindungselemente (3 0,

&iacgr;&ogr; 30") im Bereich der offenen Gehäuseseite ausmünden.

14. Stator (10, 10") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Verbindungsteil (90), welches von mehreren untereinander fest verbundenen Verbindungselementen (3 0, 30") gebildet ist.

15. Stator (10, 10") nach Anspruch 13, dadurch .gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (3 0, 30") im Bereich ihrer Befestigungsfüße (42, 43) fest miteinander verbunden sind, vorzugsweise mittels einer durchgehenden gesonderten oder angeformten Verbindungsplatte (92).

16. Stator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längslinie (17, 17') des Kerns (16, 16') im wesentlichen linear verläuft.

17. Stator (10") nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Längslinie (17") des Kerns (16") im wesentlichen kreisförmig oder kreisbogenförmig verläuft.

18. Stator (10") nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (30") in Bezug auf die Längslinie (17") in radialer Richtung zum Kern (16") angeordnet ist.

1 O. Juni 1997

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19. Stator (10") nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen einer Wickelspule (18") und einer Polzahnscheibe (20') Keilelemente (122) eingeschoben sind.

20. Stator (10, 10") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (16', 16") aus gegeneinander isolierten und aneinander anliegenden, vorzugsweise miteinander verklebten, Lamellen (100), vorzugsweise aus Elektroblech, gebildet ist, deren Ausdehnungsebenen parallel zur Längslinie (17', 17") und parallel zu einer Querrichtung des Kerns verlaufen.

21. Stator (10, 10") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, is dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (16', 16") an einer seiner beiden sich in Querrichtung erstreckenden Seiten (12 0) und/oder an den beiden übrigen Seiten mit Ausnehmungen (104, 104") zur Aufnahme jeweils eines Randabschnitts einer Polzahnscheibe (20') versehen ist.

22. Linear- oder Rotations-Motor (14, 14") oder Linear- oder Rotations-Generator mit einem Lang- (10, 10") oder Kurzstator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, an dem ein Kurzläufer (12, 12") bzw. Lang-Läufer beweglich gelagert ist.