-
Die
Erfindung betrifft ein Außenstator-Rückschlusselement
für den
Einsatz in Statoreinheiten elektrischer Maschinen, insbesondere
von Synchronmaschinen mit transversaler Flussführung, im Einzelnen mit den
Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ferner eine Statorbaueinheit.
-
Rückschlusselemente
sind in einer Vielzahl von Ausführungen
aus dem Stand der Technik vorbekannt. Diese sind je nach Ausführung der
elektrischen Maschinen in entsprechender Weise ausgebildet. Ein
Bespiel für
eine Synchronmaschine mit transversaler Flussführung ist aus der Druckschrift
EP 1 005 136 A1 vorbekannt.
Diese elektrische Maschine umfasst einen Rotor und einen Stator.
Im Rotor sind in Umfangsrichtung im Wechsel Permanentmagnete und
Flussleitstücke
montiert. Die Magnete sind dabei in Umfangsrichtung und mit alternierender Polarität magnetisiert.
Die dem Rotor zugeordnete Statorbaueinheit umfasst eine Vielzahl
einzelner weichmagnetischer Statorelemente, welche transversal zur
Rotationsrichtung angeordnet sind. Diese Statorelemente sind in
Form von U-Jochen
ausgeführt.
Die U-Joche sind dabei gegenüber
einer zur Drehachse der Maschine parallelen Richtung versetzt orientiert,
so dass aufgrund der magnetischen Potentialdifferenz ein drehmomentbildender
magnetischer Fluss erzeugt wird. Die Versetzung der Schenkel der
U-förmigen
Statorelemente gegenüber einer
zur Drehachse der Maschine parallelen Richtung erfolgt um eine Polteilung.
Gleiche Eigenschaften können
erreicht werden, wenn anstelle der Statorelemente die Flussleitstücke schräg ausgebildet werden.
Zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten sind diese vorzugsweise
aus verpresstem weichmagnetischem Pulver mit isotropen Eigenschaften
hergestellt. Für
die magnetisch leitfähigen
Statorelemente werden in dieser Druckschrift mehrere Bauformen vorgeschlagen.
Bezüglich
der Verluste durch Wirbelströme
bieten die Pressteile aus weichmagnetischem Pulverwerkstoff jedoch
die besten Eigenschaften. Bei Verwendung dieses Werkstoffes können die
Statorelemente sowohl verschwenkt als auch nicht verschwenkt ausgeführt werden.
Nachteilig erweist sich jedoch die gegenüber ferromagnetischem Material
wesentlich schlechtere magnetische Leitfähigkeit. Gerade im Zahnbereich
ist jedoch die magnetische Belastung der Statorelemente sehr hoch,
da dort erhöhte
Ummagnetisierungsverluste zu erwarten sind. Aufgrund dieser sehr
hohen mechanischen Belastung im Zahnbereich ist es des weiteren
fraglich, ob diesen mit den aus Pulver verpressten Zähnen über einen
längeren
Zeitraum Stand gehalten werden kann. Des weiteren gestaltet sich
eine kraftschlüssige
Verbindung der Statorelemente mit dem Gehäuse aufgrund der Ausbildung
der Statorbaueinheit aus einer Vielzahl von einzelnen Statorelementen
sehr aufwendig. Dabei wird gemäß dieser
Druckschrift unter anderem vorgeschlagen, die Statorelemente als
schnittbandkernähnliche
Elemente auszuführen.
Dafür wird
kornorientiertes Blech verwendet, wobei die Blechung entlang dem
Verlauf des magnetischen Flusses verläuft. Bezüglich der magnetischen Leitfähigkeit
und der Verlustbildung weisen derartige Statorelemente zwar gute
Eigenschaften auf. Diese sind jedoch in der Herstellung vergleichsweise
aufwendig und damit sehr kostspielig. Mit einer derartigen Ausführung ist
außerdem
die Herstellung von in Umfangsrichtung verschwenkten Statorelementen, insbesondere
den zahnbildenden Schenkeln, nicht ohne weiteres möglich. Gemäß einem
in dieser Druckschrift beschriebenen weiteren dritten Lösungsansatz
werden die Statorelemente aus gestanzten Blechsegmenten zusammengefügt. Die Blechung
erfolgt dabei in Umfangsrichtung. Bei dem die Spule umschließenden Statorfluss
verhindert die Blechung weitgehend die Wirbelstrombildung. Da der luftspaltnahe
kraftbildende Fluss an den Polkanten jedoch senkrecht zur Blechung
eintritt, ist in diesem Bereich mit nicht unerheblichen Wirbelstromverlusten
zu rechnen. Auch diese Lösung
gestaltet sich bezüglich
der Anbindung der einzelnen Statorelemente an das Gehäuse relativ
aufwendig.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Statorrückschlusselement
einer Statoreinheit der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln,
dass die Vorteile der aus dem Stand der Technik für unterschiedliche
Ausführungen
verwendeten unterschiedlichen Materialien in optimaler Weise weiter
genutzt werden können
und ohne zusätzlichen
Raumbedarf eine höhere
Flussdichte, das heißt die
Bereitstellung höherer
Momente durch die elektrische Maschine realisiert werden kann. Gleichzeitig sind
die an der Statoreinheit auftretenden Verluste zu senken.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung ist
durch die Merkmale der Ansprüche
1 und 15 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den
Unteransprüchen
beschrieben.
-
Erfindungsgemäß besteht
ein Außenstator-Rückschlusselement
wenigstens teilweise aus einem Pulververbundwerkstoff und ist wenigstens
dreiteilig ausgeführt
Das Außenstator-Rückschlusselement
umfasst zwei in axialer Richtung einander benachbart angeordnete
Einzelelemente aus einem Pulververbundwerkstoff, zwischen denen
ein Zwischenelement aus quergestapeltem kornorientierten Elektroblech
angeordnet ist. Dabei sind die Mehrzahl der die magnetische Hauptrichtung
beschreibenden Richtungsvektoren wenigstens mit einer Richtungskomponente
in axialer Richtung ausgerichtet, das heißt weisen von einem Einzelelement
zum anderen. Damit wird eine Führung
des magnetischen Flusses von einem Einzelelement über das
Zwischenelement zum zweiten Einzelelement realisiert. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es,
zum einen ein Material mit idealen Eigenschaften, wie beste magnetische
Leitfähigkeit,
hohe Sättigungsinduktion
bei geringsten Ummagnetisierungsverlusten einzusetzen. Zum anderen
werden durch die Ausbildung lediglich des Zwischenelementes aus
kornorientiertem Elektroblech die Nachteile aus dem Stand der Technik, insbesondere
die durch das Herstellungsverfahren bei aus Pulver verpressten Teilen
bedingte vergrößerte radiale
Abmessung des Mitteldurchmessers und damit auch für den gesamten
Maschinendurchmesser vermieden. Unter „quergestapelt" wird eine Anordnung
verstanden, die in Einbaulage in einer elektrischen Maschine betrachtet
quer zur Flussrichtung bzw. quer zur Achsrichtung, d.h. parallel
zur Rotationsachse erfolgt.
-
Die
Verwendung der Einzelelemente aus Pulververbundwerkstoff ermöglicht eine
einfache Fixierung und eine Führung
des magnetischen Flusses in allen gewünschten Richtungen. Die schlechte
magnetische Leitfähigkeit
wird jedoch durch das Zwischenelement aufgehoben. Die durch diese
Bauweise im Materialmix „Pulver – kornorientiertes
Elektroblech – Pulver" erzielten Vorteile
ermöglichen
dabei die Zusammenfassung der Vorteile beider aus dem Stand der
Technik bekannten Ausführungen
für sich allein
und ermöglichen
eine Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile. Über die Einzelelemente
aus pulvermetallurgisch verpresstem Material wird der magnetische
Fluss vom Rotor übernommen
und von der radialen in die transversale Richtung geleitet und an
das Zwischenstück
aus kornorientiertem quer zur Flussrichtung gestapeltem Elektroblech
weitergeleitet. Von dort geht es dann am anderen Ende wieder in
das zweite Einzelelement aus pulvermetallurgisch verpresstem Material
und der Fluss von der transversalen in die radiale Richtung zum
Rotor. Das Elektroblechpaket im Zwischenelement liegt mit geringstem
Spalt in transversaler Richtung auf einer schmalen Auflageleiste
am Pulverteil auf. Erfindungsgemäß sind ferner
Mittel zur Fixierung der Einzelelemente und des Zwischenelementes
in axialer, vertikaler und in Umfangsrichtung zueinander vorgesehen.
Bezüglich
der Ausgestaltung der Mittel bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten.
Dies ist im Einzelnen davon abhängig,
ob das einzelne Rückschlusselement
bereits als vormontierte Baueinheit vorgefertigt wird oder aber
die Montage erst im Zusammenhang mit der Komplettmontage der Statorbaueinheit,
insbesondere eines Außenstators,
erfolgt. Im letzt genannten Fall umfassen die Mittel zur Fixierung
der Einzelelemente in axialer und/oder radialer Richtung ein diesem
zugeordnetes vorzugsweise ringförmig
ausgebildetes leistensförmiges
und als Tragelement fungierendes Element, welches sich in axialer
Richtung über
wenigstens einen Teil der axialen Erstreckung der Einzelelemente
unter Einfluss des Zwischenelementes erstreckt. Dabei kann die Anbindung
der Einzelelemente an das leistenförmige Element in Form eines
Tragelementes form- oder kraftschlüssig erfolgen. Vorzugsweise
erfolgt die Verbindung jedoch immer lösbar. Bei Ausführung mit
lediglich teilweiser Erstreckung des leistenförmigen Elementes über die
axiale Erstreckung der Einzelelemente wird vorzugsweise eine Befestigung über Befestigungselemente
realisiert. Im anderen Fall umschließt das Tragelement in Form
des leistenförmigen
Elementes die Einzelelemente wenigstens auch teilweise in radialer
beziehungsweise vertikaler Richtung, so dass an den zu den Einzelelementen
weisenden Stirnseiten vorzugsweise Mittel zur Realisierung eines
Kraftschlusses mit diesem vorgesehen werden. Dies erfolgt im einfachsten
Fall durch entsprechende Vorsprünge,
die an den voneinander wegweisenden Stirnseiten der Einzelelemente zum
Anliegen kommen. Diese Lösung
bietet den Vorteil, dass vollständig
auf zusätzliche
Verbindungselemente verzichtet wird, die wiederum einen Einfluss auf
den magnetischen Fluss und die magnetischen Eigenschaften haben
können.
Dadurch wird gewährleistet,
dass die Eigenschaften des Pulververbundwerkstoffes vollständig ohne
Störstellen
ausgenutzt werden können.
-
Bei
den vormontierten Außenstator-Rückschlusselementen
aus jeweils zwei Einzel- und einem Zwischenelement wird der Verbund
zwischen diesen form- oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig erzielt.
Die komplette Vormontage der Außenstator-Rückschlusselemente
als einzelne Baueinheit bietet den Vorteil, dass diese als vormontierte Einheiten
gelagert und gehandelt werden können. Diese
können
wiederum bei Montage zu einer Statoreinheit jeweils kraft- oder
formschlüssig
mit dem Gehäuse
oder einem anderen Element, beispielsweise einem ringförmigen Tragelement
verbunden werden. Die Montage und ein möglicher erforderlicher Austausch
gestalten sich einfacher.
-
Dem
gegenüber
unterscheidet sich die zweite Lösung
dadurch, dass die Einzelelemente und das Zwischenelement erst bei
der Montage der Statorbaueinheit, insbesondere des Außenstators,
gebildet werden. In diesem Fall wird die Funktion des leistenförmigen Elementes
vorzugsweise vom Gehäuse übernommen.
Allerdings besteht auch die Möglichkeit
aus weiteren technischen Erwägungen
leistenförmige
Elemente zu verwenden, wobei diese vorzugsweise ringförmig ausgebildet
sind und am Gehäuse
der elektrischen Maschine befestigt sind. Bezüglich der Ausbildung des leistenförmigen Elementes
in axialer Richtung bestehen die gleichen Möglichkeiten wie für die Ausbildung
der leistenförmigen Elemente
in der Einzelbauweise der Außenstator-Rückschlusselemente.
Das heißt,
auch diese umschließen
vorzugsweise die Kombination aus Einzelelementen und Zwischenelement
in axialer Richtung vollständig
und wenigstens teilweise in radialer Richtung, so dass die Stirnseiten
zur Realisierung einer form- oder kraftschlüssigen Verbindung genutzt werden
können.
Vorzugsweise wird dies durch eine entsprechende Presspassung gewährleistet.
Die einzelnen Einzelelemente und das Zwischenelement werden dann
beim Einbau lediglich noch in den durch das leistenförmige Element
in axialer Richtung beschriebenen Zwischenraum quasi eingeklickt
und gehalten.
-
Ferner
sind Mittel zur Fixierung des Außenstator-Rückschlusselementes, insbesondere
der einzelnen Einzelelemente und des Zwischenelementes in vertikaler
beziehungsweise radialer Richtung in Einbaulage betrachtet vorgesehen.
Die Fixierung erfolgt dabei auf besonders einfache Art und Weise über die
axiale Fixierung von Einzelelementen und Zwischenelement am Tragelement
in Kombination mit zusätzlichen
Maßnahmen
an den Einzelelementen. Dabei bilden die beiden in axialer Richtung
einander benachbart angeordneten Einzelelemente an den zueinander
weisenden Stirnseiten jeweils eine Anschlagfläche. Diese wird von einem Vorsprung
gebildet. Die Anschlagfläche
ist dabei derart ausgerichtet, dass diese zumindest durch einen
Richtungsvektor entgegen der Schwerkraftrichtung beschreibbar ist.
Die Anschlagfläche
selbst ist vorzugsweise horizontal, das heißt in Einbaulage betrachtet
parallel zur Rotationsachse ausgeführt. Gemäß einer Weiterentwicklung ist
diese vorzugsweise schräg
ausgebildet, so dass die beiden Anschlagflächen an den Einzelelementen
einen keilförmigen
Zwischenraum für
das Zwischenelement bilden, wobei der Keil in Schwerkraftrichtung
ausgeführt
ist. Vorzugsweise wird jedoch eine Ausführung gewählt, bei der die Anschlagfläche aus
einer Mehrzahl, vorzugsweise wenigstens zwei in einem Winkel zueinander
angeordneten Teilflächen
besteht. Diese Teilflächen
bewirken eine Fixierung entgegen der Schwerkraftrichtung und ferner eine
Vergrößerung der
Auflagefläche
für das
Zwischenelement an den Einzelelementen.
-
Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführung
ist es ferner denkbar, die Einzelelemente an ihren zueinander weisenden
Stirnseiten derart auszugestalten, dass diese vorzugsweise das Zwischenelement
wenigstens teilweise umschließen.
Dadurch werden zwei Anschlagflächen
in vertikaler beziehungsweise radialer Richtung gewährleistet,
die unabhängig
von der Einbaulage immer eine Abstützung entgegen der Schwerkraftrichtung
ermöglichen. Dazu
weisen die Einzelelemente im einfachsten Fall an ihren zueinander
weisenden Stirnseiten jeweils zwei Vorsprünge auf, die beabstandet in
vertikaler Richtung angeordnet sind und die das Zwischenelement
aufnehmen. Diese Lösung
ist dabei ebenfalls unabhängig
von der Ausführung
des Außenstator-Rückschlusselementes
als vormontiertes Bauteil oder aber in der Statoreinheit montierbares
Bauteil denkbar.
-
Vorzugsweise
werden jedoch die Mittel zur Fixierung in axialer und radialer beziehungsweise vertikaler
Richtung aufeinander abgestimmt eingesetzt, so dass hier aufgrund
des Zusammenwirkens beider Mittel eine Bewegung in axialer als auch
radialer Richtung sicher ausgeschlossen werden kann. Das gleiche
gilt für
die Fixierung in Umfangsrichtung. Diese kann beispielsweise je nach
Anwendung der Einzelelemente schon durch die Befestigung der Einzelelemente
am Gehäuse
oder einem dazwischen angeordneten Tragelement erfolgen. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, in der Statorbaueinheit, insbesondere dem Außenstator,
zwischen den einzelnen in Umfangsrichtung benachbart beabstandet angeordneten
Rückschlusselementen
entsprechende Abstandshalter in Form von leistenförmigen Elementen
oder Klötzen
vorzusehen, die die Einzelelemente und vorzugsweise das Zwischenelement
in Umfangsrichtung in ihrer Lage zueinander fixieren, wobei die
Fixierung nicht nur der Einzelelemente und des Zwischenelementes
eines Abschlusselementes zueinander erfolgt, sondern auch eine Fixierung
der einzelnen Rückschlusselemente
untereinander.
-
Vorzugsweise
wird das Tragelement zur Vermeidung einer negativen Auswirkung auf
magnetischen Fluss immer dem Außenumfang
in Einbaulage betrachtet zugeordnet, das heißt, das Tragelement ist in
der Regel zwischen dem Rückschlusselement und
dem Gehäuse
angeordnet oder wird von diesem sogar gebildet.
-
Die
erfindungsgemäße Ausführung eines Außenstator-Rückschlusselementes
findet in Statorbaueinheiten mit mindestens einem Außenstator
Verwendung. Dieser umfasst dabei eine Vielzahl von in Umfangsrichtung
zueinander beabstandet hintereinander angeordneten Außenstator-Rückschlusselementen
der beschriebenen Art. Entsprechend der Ausgestaltung von Synchronmaschinen
mit transversaler Flussführung
als zwei oder mehrpolige Maschinen können die entsprechenden Tragelemente
dabei auch derart ausgebildet werden, dass diese nicht nur für einen
Pol sondern für
mehrere Pole verwendbar sind. Dies wird dadurch realisiert, dass
sich beispielsweise das Tragelement über die axiale Erstreckung der
beiden Pole erstreckt, wobei das Tragelement dann derart ausgeführt ist,
dass entweder ein Versatz in Umfangsrichtung zwischen den Rückschlusselementen
der beiden Pole erzielt werden kann oder aber vorzugsweise das Tragelement
als ringförmiges Element
beide Außenstator-Rückschlusselemente der beiden
Pole umschließt.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung wird
nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen
Folgendes dargestellt:
-
1 verdeutlicht
in schematisch vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und das Grundprinzip
eines erfindungsgemäß gestalteten Rückschlusselementes
in Materialmixbauweise;
-
2a und 2b verdeutlichen
in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Ausschnittes
aus einer Statoreinheit einer Synchronmaschine mit transversaler
Flussführung
eine Ausführung
und Anordnung der erfindungsgemäß gestalteten
Außenstator-Rückschlusselemente
in zwei Ansichten
-
3 verdeutlicht
im Axialschnitt ein Haupteinsatzgebiet der erfindungsgemäß gestalteten
Außenstator-Rückschlusselemente.
-
Die 1 verdeutlicht
in schematisch vereinfachter Darstellung anhand einer Perspektivansicht
den Grundaufbau eines erfindungsgemäß gestalteten Außenstator-Rückschlusselementes 1 für den Einsatz
in Statoreinheiten von elektrischen Maschinen, insbesondere Transversalflussmaschinen. Dieses
einzelne Außenstator-Rückschlusselement 1 ist
mindestens dreiteilig in axialer Richtung betrachtet aufgebaut.
Dieses umfasst zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordnete
Einzelelemente 2 und 3 aus einem Pulververbundwerkstoff,
das heißt
aus pulvermetallurgisch hergestelltem und verpresstem Material.
Zwischen den beiden Einzelelementen 2 und 3 ist
ein Zwischenelement 4 aus kornorientiertem, quer zur Flussrichtung
gestapeltem Elektroblech angeordnet. Bei diesen Elektroblechen besteht das
Gefüge
aus kubisch raumzentrierten Kristallgittern, aus denen sich die
magnetischen Hauptrichtungen ergeben, nämlich in Richtung der Würfelkanten und
der Flächen- und der Raumdiagonalen,
wobei in Richtung der Würfelkanten
die Magnetisierbarkeit am leichtesten ist. Die Ausrichtung der Würfelkanten
erfolgt dabei durch entsprechende bekannte Maßnahmen beim Walzen und Glühen der
Werkstoffe. Die magnetische Flussrichtung ist derart festgelegt,
dass zumindest eine die magnetische Hauptrichtung bestimmende Richtungskomponente
in axialer Richtung, das heißt
in einem Winkel zu einer Senkrechten durch die beim Einsatz in elektrischen
Maschinen zur Rotationsachse des Rotors verlaufenden Achse gebildet
wird, ausgerichtet ist. Vorzugsweise erfolgt die Ausrichtung einer
Vielzahl der magnetischen Hauptrichtungen parallel zur Rotationsachse.
Bei den Elektroblechen handelt es sich um siliziumlegierte, kaltgewalzte
Feinbleche, deren Dicke vorzugsweise in der Regel in einem Bereich
zwischen einschließlich 0,05
Millimeter und 0,2 Millimeter liegt. Diese weisen besondere magnetische
Eigenschaften nach DIN 46400 auf. Das Zwischenelement 4 ist
erfindungsgemäß dabei
durch die beiden benachbarten Einzelelemente 2 und 3 in
seiner Lage in axialer Richtung fixiert. Die Fixierung in radialer
Richtung in Einbaulage betrachtet, im dargestellten Fall in vertikaler
Richtung erfolgt über
entsprechende Mittel 43 in Form von Auflageflächen an
den Einzelelementen 2 und 3. Je nach Anbindung
des Außenstator-Rückschlusselementes 1 in
Statoreinheiten ist wenigstens eine Fixierung in einer radialen
beziehungsweise vertikalen Richtung vorgesehen.
-
Diese
sind hier im dargestellten Fall mit 5 und 6 bezeichnet.
Die Auflageflächen 5, 6 werden
dabei an die einander benachbart angeordneten Einzelelementen 2 und 3 an
deren zueinander weisenden Stirnseiten 7 und 8 angeordneten
in axialer Richtung ausgerichteten Vorsprüngen 9 und 10 gebildet.
Die Vorsprünge 9 und 10 sind
dabei in einem Bereich in Einbaulage betrachtet in radialer Richtung
angeordnet, der an den durch die in vertikaler Richtung voneinander
wegweisenden Außenflächen 112 , 113 , 122 , 123 an
den Einzelelementen 2 und 3 charakterisiert ist.
Dabei erfolgt die Anordnung in Einbaulage betrachtet auf jeden Fall
auf einem Durchmesser kleiner dem Durchmesser, der durch die radial äußere Außenfläche 11 charakterisiert
ist. Das heißt,
die Anordnung der Vorsprünge 9 und 10 an
den Stirnseiten 7 und 8 erfolgt derart, dass die
Auflageflächen 5 und 6 in
Schwerkraftrichtung liegen beziehungsweise wenigstens teilweise
entgegen diese weisen. Die Auflageflächen 5 und 6 sind
je nach Größe der Außenstator-Rückschlusselemente 1 vollständig eben
ausgeführt
oder bestehen aus einer Mehrzahl, wenigstens jedoch zwei zueinander
in einem Winkel angeordneter Teilflächen 39, 40 beziehungsweise 41 und 42 für die Auflagefläche 6.
Die einzelnen die Auflageflächen 5 und 6 bildenden
Teilflächen 39, 40 beziehungsweise 41 und 42 sind
dazu vorzugsweise derart ausgerichtet, dass zumindest in einer Richtung
in vertikaler beziehungsweise in Einbaulage in radialer Richtung eine
Keilwirkung erzielt wird. Im dargestellten Fall sind die Teilflächen 40 und 42 parallel
zur Rotationsachse in Einbaulage beim Einsatz in Statoreinheiten beziehungsweise
in horizontaler Richtung ausgebildet. Die Teilflächen 39 und 41 verlaufen
in einem Winkel von ungleich 90 beziehungsweise 180 Grad dazu.
Diese Flächenbereiche
an den Einzelelementen 2, 3 wirken wenigstens
mittelbar, d.h. direkt oder über
Verbundwerkstoffe mit komplementär
dazu ausgeführten
Flächenbereichen 17, 18 und 19, 20 am Zwischenelement 4 zusammen.
So wirkt der Flächenbereich 17 mit
der Teilfläche 40 der
Auflagefläche 5,
der Flächenbereich 19 mit
der Teilfläche 39 der Auflagefläche 5 am
Einzelelement 2 zusammen. Für das Einzelelement 3 treten
die Teilflächen 41 und 42 der
Auflagefläche 6 mit
den Flächenbereichen 18 und 20 wenigstens
mittelbar, d.h. direkt oder bei Herstellung des Verbundes durch
Stoffschluss über
den Verbundwerkstoff in Wirkverbindung.
-
Zur
Fixierung der Einzelelemente 2 und 3 und des Zwischenelementes 4 zueinander
in axialer Richtung sind Mittel 13 zur Fixierung in axialer
Richtung vorgesehen. Diese können
unterschiedlich ausgeführt
sein, je nachdem ob das Außenstator-Rückschlusselement
als bauliche Einheit komplett vormontiert oder aber die Einzelelemente
erst bei der Montage des Außenstators
zu diesem zusammengefügt
werden.
-
Bei
der in der 1 dargestellten Ausführung sind
die Vorsprünge 9 und 10 an
den Stirnseiten 7 und 8 im Bereich der in Einbaulage
inneren Außenfläche 14 des
Rückschlusselementes 1 angeordnet beziehungsweise
erstrecken sich von dieser in vertikaler beziehungsweise in Einbaulage
betrachtet in radialer Richtung. Der Aufbau der beiden Einzelelemente 2, 3 entspricht
somit im Axialschnitt betrachtet im Querschnitt einem L-Profil,
während
das Zwischenelement 4 im Querschnitt betrachtet durch eine T-förmige Ausführung beschreibbar
ist. Die Schenkel verlaufen jedoch vorzugsweise nicht senkrecht
sondern in einem Winkel zueinander. Dies stellt die hinsichtlich
der konstruktiven und funktionalen Ausführung am einfachsten zu realisierende
Variante dar. Denkbar wäre
auch eine entsprechende hier nicht dargestellte Verschiebung der
Vorsprünge 9 und 10 in
Einbaulage betrachtet in radialer Richtung in einem Bereich zwischen
innerer Außenfläche 14 und äußerer Außenfläche in der
gespiegelten T-Profilform.
-
Verdeutlicht
die Figur den Grundaufbau eines einzelnen Außenstator-Rückschlusselementes 1,
welches als vormontierte Einheit vorliegt, zeigt die 2a den
Aufbau anhand eines Ausschnittes aus einem Axialschnitt einer elektrischen
Maschine aus dem Außenstator.
Je nach Ausgestaltung können
die Außenstator-Rückschlusselemente
als Einzelelemente komplett vormontiert werden oder aber erst beim
Einbau in einer Statoreinheit 21 gemäß einer besonders vorteilhaften
Ausgestaltung gemäß 2a hinsichtlich
ihrer Lage zueinander fixiert werden. Die Statoreinheit 21 umfasst
dabei einen Außenstator 22,
welcher aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung hintereinander
beabstandet angeordneten Außenstator-Rückschlusselementen 1 besteht.
Jedes der einzelnen Außenstator-Rückschlusselemente 1 weist
dabei zwei Einzelelemente 2 und 3 auf, zwischen
denen ein Zwischenelement 4 aus kornorientiertem gestapeltem
Elektroblech angeordnet ist. Die Fixierung der Außenstator-Rückschlusselemente 1,
insbesondere der Einzelelemente 2, 3 sowie des
Zwischenelementes 4 in ihrer axialen Lage zueinander erfolgt
gemäß 2a durch
in axialer Richtung ausgebildete Anschläge an einem Tragelement 15,
welches in besonders vorteilhafter Ausführung direkt vom Gehäuse gebildet
wird und den Außenstator 22 in
Umfangsrichtung umschließt
oder aber sich an diesem abstützt.
Die Anschläge
sind hier mit 24 und 25 bezeichnet und fixieren
die Einzelelemente 2, 3 mit dem dazwischen angeordneten
Zwischenelement 4 in axialer Richtung. Dazu weisen die Einzelelemente 2 und 3 an
ihren voneinander wegweisenden Stirnseiten 26 und 27 Flächenbereiche auf,
die als Anschlagflächen 28, 29 fungieren.
-
Das
Tragelement 15 erstreckt sich vorzugsweise über einen
wesentlichen Teil der axialen Erstreckung des Außenstator-Rückschlusselementes 1,
jedoch wenigstens über
das Zwischenelement 4 und einen Teilbereich der Einzelelemente 2 und 3 und
diese in ihrer Lage zueinander fixiert. Die Fixierung kann auf unterschiedlichste
Art erfolgen. Im einfachsten Fall über Befestigungselemente, die
jeweils das einzelne Einzelelement 2, 3 fixieren.
Die Befestigung kann dabei auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen
Für die
Ausgestaltung des Tragelements 15 bestehen ebenfalls eine
Vielzahl von Möglichkeiten. Im
einfachsten Fall ist das Tragelement 15 als leistenförmiges Element 16 in
Form einer Halteleiste ausgeführt,
die aus Kunststoff besteht. In diesem Fall kann im Zusammenwirken
mit den Mitteln 43 zur Fixierung der Einzelelemente 2, 3 und
des Zwischenelementes 4 in vertikaler beziehungsweise in
Einbaulage in radialer Richtung zueinander und der Mittel 13 zur
Fixierung der Einzelelemente 2, 3 und des Zwischenelementes 4 in
axialer Richtung das Außenstator-Rückschlusselementes 1 als
separate vormontierte Einheit gehandhabt werden. Ausführungen,
bei denen die Funktion des Tragelementes 15 beispielsweise
von einem Statorgehäuse übernommen
wird, sind ebenfalls denkbar.
-
Die
Fixierung der Außenstator-Rückschlusselemente 1,
insbesondere der Einzelelemente 2 und 3 und des
Zwischenelementes 4 in vertikaler beziehungsweise in Einbaulage
in radialer Richtung erfolgt entsprechend 1 auch bei
der Ausführung
gemäß 2a über die
geometrische Ausgestaltung der Einzelelemente 2, 3 im
Zusammenwirken mit dem Tragelement 15 beziehungsweise dem
Gehäuse, insbesondere
den Anschlägen 24 und 25.
-
Bei
der in 2a dargestellten Ausführung anhand
eines Ausschnittes aus dem Axialschnitt einer Synchronmaschine mit
transversaler Flussführung
erstreckt sich das Tragelement 15 vorzugsweise über die
Rückschlusselemente 1 und 1' zweier Pole. Denkbar
wäre auch
die Zuordnung eines Tragelementes 15 jeweils nur zu den
Rückschlusselementen 1, 1' eines Pols.
Allerdings wäre
in diesem Fall für eine
zusätzliche
Fixierung der Einzeltragelemente am Gehäuse zu sorgen. Das Tragelement 15 kann dabei
als ringförmiges
Element ausgebildet sein, welches vorzugsweise dem Außenumfang
beziehungsweise der radial äußeren Außenfläche des
Rückschlusselementes 1 zugeordnet
ist. Ferner ist zwischen dem Innenumfang 31 des Tragelementes 15 und
der in Einbaulage in radialer Richtung nach außen, d.h. von der Rotationsachse
des Rotors wegweisenden weisenden Außenfläche 30 des Zwischenelementes 4 eine
Dichteinrichtung 33 vorgesehen. Diese umfasst vorzugsweise
wenigstens einen O-Ring. Die Fixierung der Rückschlusselemente 1 in Umfangsrichtung
innerhalb einer Statoreinheit erfolgt entweder über Befestigungselemente, die
die einzelnen Außenstator-Rückschlusselemente 1 in
radialer Richtung am Tragelement 15 oder dem Gehäuse befestigen
und/oder aber über
entsprechende Anschläge
in Umfangsrichtung, die beidseits des Rückschlusselementes 1 angeordnet
sind beziehungsweise beidseitig den Einzelelementen beziehungsweise den
Außenstator-Rückschlusselementen 1 zugeordnet
werden. Die 2b verdeutlicht eine Ansicht
A gemäß 2a.
Daraus ist ersichtlich, dass die Fixierung in Umfangsrichtung und
zusätzlich
in vertikaler bzw. radialer Richtung über zwischen den einzelnen Außenstator-Rückschlusselementen 1, 1.1, 1.2 etc. angeordnete
Anschläge
in Form von in axialer Richtung verlaufenden leistenförmigen Elementen,
insbesondere Leisten 44 erfolgt. Diese können am Gehäuse oder
bei Zwischenschaltung eines ringförmigen leistenförmigen Elementes 15 in
Form des Tragelementes 16 an diesem befestigt sein oder
aber mit diesem eine integrale Baueinheit bilden. Vorzugsweise ist
die Geometrie dieser Leisten im Querschnitt betrachtet derart gewählt, dass
dieses in Einbaulage jeweils zum Außenstator-Rückschlusselement 1 gerichtete
Vorsprünge
aufweist, die an beliebiger Stelle in vertikaler bzw. radialer Richtung
vorgesehen werden können,
jedoch eine entgegen der Schwerkraft gerichtete Auflage – bzw. Abstützfläche für das Außenstator-Rückschlusselement 1 bilden.
Dazu weist auch das Außenstator-Rückschlusselement 1 im Querschnitt
eine entsprechende Geometrie auf. Vorzugsweise sind nur an den Einzelelementen 2, 3 in Umfangsrichtung
ausgebildete Vorsprünge
vorgesehen, die wiederum Flächen
bilden, die mit den Auflage- und Abstützflächen an den Leisten 44 zusammenwirken.
Die Leisten 44 sind über
Befestigungselemente mit dem leistenförmigen Element 16 verbunden.
Eine Ausführung
gemäß der 2a und 2b bietet
in besonders vorteilhafter Weise die Möglichkeit, auf unnötige zusätzlich Gewichtserhöhende und den
Fluß beeinträchtigende
Befestigungselemente zu verzichten und trotz dem Zusammenfügen der Einzelelemente
erst bei der Montage des Außenstators
einen sicheren Verbund sowohl in axialer, radialer und in Umfangsrichtung
zu gewährleisten.
-
Die
in den 1 und 2 dargestellten
Außenstator-Rückschlusselemente 1 sind
derart ausgeführt,
dass diese im wesentlichen durch gleiche Durchmesser in Einbaulage
für die
Einzelelemente 2 und 3 und das Zwischenelement 4 charakterisiert sind.
Denkbar ist es jedoch auch, die beiden Einzelelemente 2, 3 in
radialer Richtung mit in axialer Richtung ausgerichteten Vorsprüngen auszugestalten, um
hier Zahnelemente auszubilden.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung ist
in besonders vorteilhafter Weise für den Einsatz in Transversalflussmaschinen 34 geeignet.
Bei diesen handelt es sich um Synchronmaschinen mit transversaler Flussführung. Diese
können
mit Statorbaueinheiten 21 ausgeführt sein, die wenigstens einen
Außenstator 22 umfassen,
wobei dieser entsprechend 3 ausgebildet
ist. Vorzugsweise ist jedoch noch ein weiterer Innenstator 35 vorgesehen,
der beliebig ausgeführt
sein kann. Vorzugsweise wird hier jedoch eine Ausbildung gewählt, bei
welcher der Innenstator vorzugsweise aus einem ringförmig ausgestalteten Rückschlusselement 36 besteht,
welches aus einem Pulververbundwerkstoff besteht und mit diesem
eine bauliche Einheit bildende Zahnelemente 37 aufweist. Die
Zahnelemente 37 bestehen aus einem weichmagnetischen Material
beziehungsweise Werkstoff und sind derart mit dem ringförmigen Rückschlusselement
koppelbar, dass diese in einem Axialschnitt der elektrischen Maschine,
insbesondere der Transversalflussmaschine 34 betrachtet,
zusammen mit dem ringförmigen
Rückschlusselement 36 eine
im wesentlichen U-förmig
gestaltete Querschnittsfläche
beschreiben, wobei die beiden Schenkel des U-förmigen
Querschnitts jeweils von den Zahnelementen 37 gebildet
werden. Unter Zahnelement wird dabei ein sich in Einbaulage zum
Rotor hin erstreckender Vorsprung verstanden, der in Umfangsrichtung
Flanken beziehungsweise Flankenflächen bildet, wobei die beiden
in Umfangsrichtung zueinander weisenden Flanken zweier in Umfangsrichtung
zueinander benachbarter Zahnelemente Statorzahnlücken beschreiben. Ferner weist
die Synchronmaschine mit transversaler Flussführung eine Ankerwicklung 38 auf,
wobei diese vorzugsweise vom Innenstator getragen wird.
-
- 1
- Außenstator-Rückschlusselement
- 2
- Einzelelement
- 3
- Einzelelement
- 4
- Zwischenelement
- 5
- Auflagefläche
- 6
- Auflagefläche
- 7
- Stirnseite
- 8
- Stirnseite
- 9
- Vorsprung
- 10
- Vorsprung
- 112, 113
- Außenfläche
- 122, 123
- Außenfläche
- 13
- Mittel
zur Fixierung in axialer Richtung
- 14
- innere
Außenfläche des
Außenstator-Rückschlusselementes
- 15
- Tragelement
- 16
- Halteleiste
- 17
- Flächenbereich
- 18
- Flächenbereich
- 19
- Flächenbereich
- 20
- Flächenbereich
- 21
- Statoreinheit
- 22
- Außenstator
- 23
- Gehäuse
- 24
- Anschlag
- 25
- Anschlag
- 26
- Stirnseite
- 27
- Stirnseite
- 28
- Anschlagfläche
- 29
- Anschlagfläche
- 30
- äußere Außenfläche des
Zwischenelementes
- 31
- Innenumfang
- 33
- Dichteinrichtung
- 34
- Transversalflussmaschine
- 35
- Innenstator
- 36
- Rückschlusselement
- 37
- Zahnelement
- 38
- Ankerwicklung
- 39
- Teilfläche
- 40
- Teilfläche
- 41
- Teilfläche
- 42
- Teilfläche
- 43
- Mittel
zur Fixierung der Lage der Einzelelemente und des
-
- Zwischenelementes
in radialer beziehungsweise vertikaler Richtung
-
- zueinander
- 44
- Leisten
- 45
- äußere Außenfläche des
Außenstator-Rückschlusselementes