DE10133653A1

DE10133653A1 - Anordnung elektrischer Maschinen

Info

Publication number: DE10133653A1
Application number: DE10133653A
Authority: DE
Inventors: Jens Hamann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2003-01-30
Also published as: US20030011260A1

Abstract

Um eine Anordnung elektrischer Maschinen von ihrem Platzbedarf und ihrem thermischen Verhalten zu verbessern, wird eine Anordnung elektrischer Machinen vorgeschlagen mit Läufern (2) und Ständern (10), wobei die elektrischen Maschinen mit ihren Achsen parallel angeordnet sind und dass die Anordnung der elektrischen Maschinen einen gemeinsamen Ständer (10) aufweist, wobei die Anzahl der jeweils in die Ständer (10) einsetzbaren Läufer (2) der Anzahl der Achsen (8) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung elektrischer Maschinen mit Läufern und Ständern.
Elektrische Maschinen bestehen im allgemeinen aus einem Ständer, der in seinen Nuten Wicklungen aufweist. Das sich bewegende Teil der elektrischen Maschine, der Läufer stellt die Erregung bereit. Sowohl Ständer als auch Läufer sind bezüglich der Achse der elektrischen Maschine punktsymmetrisch angeordnet. Die mit dieser Achsen fluchtende Welle der elektrischen Maschine treibt im wesentlichen Arbeitsmaschinen, beispielweise Werkzeugmaschinen, Pumpen etc. an.
Es gibt Anwendungen, bei denen mehrere elektrischen Maschinen auf engstem Raum so angeordnet sind, dass ihre Achsen im wesentlichen parallel verlaufen. Dies tritt insbesondere bei Mehrspindlern von Werkzeugmaschinen auf. Dabei sind die einzelnen Spindeln durch jeweils eine elektrische Maschine angetrieben. Jede elektrische Maschine hat dabei ihr eigenes jeweils räumlich voneinander getrenntes Ständer- und Läuferblechpaket. Um nun beispielsweise einen Mehrspindler aufzubauen, bedarf es ausreichender geometrischer Abmessungen, um die dafür erforderlichen elektrischen Maschinen bei ausreichender Kühlwirkung unterzubringen.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde die erforderlichen Platzverhältnisse weiter zu verringern und für eine gegenüber herkömmlichen Anordnungen verbesserte thermische Ausnutzung der Gesamtanordnung zu sorgen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass die elektrischen Maschinen mit ihren Achsen parallel angeordnet sind und dass die Anordnung der elektrischen Maschinen einen gemeinsamen Ständer aufweist, der sämtliche Ständer beinhaltet, wobei die Anzahl der jeweils in die Ständer einsetzbaren Läufer der Anzahl der Achsen entspricht.
Damit weisen alle elektrischen Maschinen ein gemeinsames Ständerblechpaket auf. Es sind dabei die äußeren Abmessungen reduziert, so dass auch bei beengten Platzverhältnissen derartige Anordnung einsetzbar sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch einen derartigen Aufbau des Ständers zusätzliche Montageschritte zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung eingespart werden.
Der gemeinsame Ständer ist vorzugsweise geblecht aufgebaut, wobei das den Ständer bildende Blechpaket in axialer Richtung aus einstückigen Blechen aufgebaut ist.
Der gemeinsame Ständer kann ebenso aus Kompositwerkstoffen, oder einer Kombination von geblechten Teilen und Komositwerkstoff aufgebaut sein.
Die Anordnung derartiger elektrischer Maschinen, kann sowohl in einem Vieleck, einer runden Form oder in einer Aneinanderreihung von elektrischen Maschinen bestehen. Insbesondere erweist sich für Mehrspindler die Anordnung von sechs Motoren in einem Kreis als äußerst vorteilhaft, da jede elektrische Maschine ein Segment von ca. 60° einnimmt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind Mittel zur Kühlung dieser diese Anordnung vorhanden, die sowohl als äußerer Kühlmantel, als auch in einer eventuell mittig Kühlanordnung ausgebildet sein können. Bei kreisförmigen Anordnungen ist es vorteilhaft, wenn sich die Kühlanordnung mittig angeordnet ist, um die äußeren Einbaumaße weiter zu reduzieren. Bei einer aneinandergereihten Anordnung der elektrischen Maschinen mit im wesentlichen linearer Ausrichtung befindet sich die Kühlanordnung insbesondere jeweils zwischen zwei elektrischen Maschinen. Es sind durchaus auch Kombinationen dieser grundsätzlichen Kühlanordnungen möglich. D. h. es sind sowohl für einige Bereiche äußere Kühlmäntel als auch innere Kühlmäntel vorzusehen.
Als Kühlmedium sind die an sich bekannten Kühlmedien wie Luft oder Flüssigkeiten einsetzbar.
Um insbesondere in Bereichen unmittelbar benachbarter elektrischer Ständerblechpakete eine Optimierung des Magnetfeldes zu erhalten, sind insbesondere die in diesem Bereich des jeweiligen Ständers vorgesehenen Nuten geometrisch anzupassen. D. h. vorteilhafterweise sind diese Nuten in ihrer Breite und Tiefe so ausgebildet, dass sich eine Optimierung des Magnetfeldes in diesem Bereich einstellt.
Als besonders vorteilhaft haben sich in einer weiteren Ausgestaltung Flusssperren zwischen den einzelnen Ständersegmenten unmittelbar benachbarter elektrischer Ständerblechpakete erwiesen, die als Schlitze in dem jeweiligen Blech oder dort durch a-magnetischen Materialien realisiert sind.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind schematisch im nachfolgenden Ausführungsbeispiel dargestellt. Darin zeigen:
Fig. 1 einen Mehrspindler mit sechs elektrischen Maschinen,
Fig. 2 eine Anordnung von in Reihe liegender elektrischer Maschinen.
Fig. 1 zeigt einen Mehrspindler mit sechs elektrischen Maschinen einer nicht näher dargestellten Werkzeugmaschine. Die nicht näher dargestellten elektrischen Maschinen haben ein gemeinsames Ständerblechpaket 1, das durch einstückige Bleche 1 gebildet ist. In diesen Blechen 1 sind die dafür vorgesehenen Ausstanzungen unter anderem für den Läufer, den Luftspalt und eventuelle Kühlkanäle 4 und Flusssperren 6 vorhanden. Außerdem sind dort bereits die Nuten 9 des Ständers eingestanzt. Eine derartige Anordnung ist sehr raumoptimiert ausgeführt, so dass eine erfindungsgemäße Anordnung für bisher nicht vorgesehene Leistungsklassen auch in kleinere Gehäuse einsetzbar sind. Die Achsen 8 der einzelnen elektrischen Maschinen liegen parallel. Die Läufer 2 selbst sind vorteilhafterweise permanenterregte Läufer. Zwischen den unmittelbar benachbarten elektrischen Maschinen befinden sich vorteilhafterweise Flusssperren 6, um den magnetischen Fluss zwischen den einzelnen elektrischen Maschinen zu führen. Die Flusssperren 6 sind vorteilhafterweise als Schlitze im Blech 1 vorgesehen. Es können aber auch anstatt der Schlitze amagnetische Materialien eingesetzt werden, die als Flusssperren 6 fungieren. Radial innerhalb der elektrischen Maschinen der Anordnung befindet sich ein Kühlkanal 4, der in diesem Ausführungsbeispiel sternförmig ausgeführt ist. Es sind ebenso andere geometrische Querschnitt des Kühlkanals vorstellbar, wie z. B. Kreise. Die sternförmige Ausführung des Kühlkanals 4 hat den Vorteil das die einzelnen elektrischen Maschinen auf der der Mitte zugewandten Seite der jeweiligen elektrische Maschine eine verbesserte Kühlwirkung erzielt.
Um die Kühlwirkung auch in den äußeren Bereichen radial außerhalb der elektrischen Maschinen zu verbessern, ist es vorteilhaft, einen Kühlmantel 5 um die gesamte Anordnung zu positionieren. Der Kühlmantel 5 umschließt das Ständerblechpaket 10, das die einzelnen Bleche 1 des Ständers umfasst. Als Kühlmedien sind sowohl Luft als auch Flüssigkeiten einsetzbar. Dementsprechend sind der Kühlkanal 4 und der Kühlmantel 5 für Luft bzw. Flüssigkeiten auszulegen, so dass die Betriebssicherheit der elektrischen Maschinegewährleistet ist. Insbesondere ist bei flüssigkeitsgekühlter Anordnung darauf zu achten, dass die erforderlichen Abdichtungsmaßnahmen erfolgen.
Um in den Überlappungsbereich 7 den magnetischen Fluss zu gestalten, sind außer Flusssperren 6 auch dementsprechende Anpassungen der Nuten 9 Ständers in ihrer Breite und Tiefe möglich, um in diesen Überlappungsbereich 7 das Magnetfeld zu führen und zu gestalten. Die in die Nuten 9 der Ständer einzusetzenden Spulen und Wicklungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung bei der die elektrischen Maschinen nebeneinander angeordnet sind. Der Blechschnitt 1 zeigt drei Ausnehmungen, in die die Läufer 2 einzusetzen sind. Die Achsen 8 der jeweiligen elektrischen Maschinen liegen parallel. In die Nuten 9 dieser elektrischen Maschinen sind ebenso wie im vorigen Ausführungsbeispiel sämtlich bekannte Wicklungsarten einsetzbar. Die als Kühlkanal 4 dort ausgeführten Schlitzen zwischen den elektrischen Maschinen fungieren gleichzeitig als Flusssperren in dem Überlappungsbereich 7 der elektrischen Maschinen. Ebenso ist ein Kühlmantel 5 für diese Anordnung einsetzbar.
Fig. 3 zeigt in einer anderen Ausführungsform, die Gestaltung der Nuten 9 des Ständers 10 im Überlappungsbereich 7. Durch Verringerung der Nuttiefe und/oder Nutbreite lässt sich das Magnetfeld in diesem Überlappungsbereich 7 optimieren.

Claims

1. Anordnung elektrischer Maschinen mit Läufern (2) und Ständern (10), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Maschinen mit ihren Achsen parallel angeordnet sind und dass die Anordnung der elektrischen Maschinen einen gemeinsamen Ständer (10) aufweist, wobei die Anzahl der jeweils in die Ständer (10) einsetzbaren Läufer (2) der Anzahl der Achsen (8) entspricht.

2. Anordnung elektrischer Maschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Ständer (10) geblecht und/oder durch Kompositwerkstoffe aufgebaut ist.

3. Anordnung von elektrischen Maschinen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Kühlung zumindest von Teilen der Anordnung vorhanden sind.

4. Anordnung von elektrischen Maschinen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein mittig angeordneter Kühlkanal (4) vorhanden ist.

5. Anordnung von elektrischen Maschinen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zumindest teilweise von einem Kühlmantel (5) umgeben ist.

6. Anordnung von elektrischen Maschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Optimierung des Magnetfeldes an Überlappungsbereichen (7) der Magnetfelder insbesondere benachbarter elektrischer Maschinen vorhanden sind.

7. Anordnung von elektrischen Maschinen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (9) des Ständers (10) in diesem Bereich sich von den anderen in Umfangsrichtung verteilten Nuten (9) des Ständers (10) durch ihre Geometrie unterscheiden.

8. Anordnung von elektrischen Maschinen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (9) des Ständers (10) in diesem Bereich eine geringere Tiefe und Breite aufweisen.

9. Anordnung von elektrischen Maschinen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel insbesondere als Flusssperren (6) ausgebildet sind.

10. Anordnung von elektrischen Maschinen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Flusssperren (6) Schlitze oder amagnetische Materialien vorgesehen sind.

11. Anordnung von elektrischen Maschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Werkzeugmaschinen anwendbar sind.

12. Anordnung von elektrischen Maschinen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschinen Mehrspindler sind.