DE102004019710A1

DE102004019710A1 - Elektrische Maschine in Kunststofftechnologie

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Publication number: DE102004019710A1
Application number: DE200410019710
Authority: DE
Original assignee: RENAIRGY AG
Current assignee: RENAIRGY AG
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2006-07-06

Abstract

Stand der Technik DOLLAR A Eleketrische Maschinen sind aus schweren Metallen aufgebaut. Daraus ergeben sich große Massen und Trägheitsmomente, die Rotationsschwingungen hervorrufen können. Durch die Kumulation derselben kann es zur Zerstörung der gesamten Maschine kommen. Durch die Verwendung von Metallen im elektromagnetischen Kreis entstehen Streufelder, die Wirkungsgrad und die Maschinenumgebung negativ beeinflussen (Wärme und elektromagnetischer Felder). Die Herstellung benötigt großen Energie- und Zeitaufwand. DOLLAR A Ziel DOLLAR A Durch geringes Leistungsgewicht hohen Wirkungsgrad, Reduktion der Verlustleistungen, günstige Komponentenpreise und kurze Herstellungszyklen zu erreichen. DOLLAR A Aufbau DOLLAR A Der Aufbau ist modular und kann als Innenläufer oder aus Außenläufer ausgeführt werden. Die Maschine besteht aus DOLLAR A - scheiben- oder walzenförmigen Rotorenpaar(en) aus Kunststoff mit Kühlluftbohrungen, radial mit Magnetspulen und/oder Dauermagneten, die axial magnetisiert sind, DOLLAR A - einer Welle bzw. Achse, DOLLAR A - einem geteilten Gehäuse aus Kunststoff in brand- und UV-geschützter Ausführung mit Nuten zum Einbau von Dichtelementen. DOLLAR A In das Gehäuse können Kühlkörper eingespritzt werden und es besitzt integrierte Kabelkanäle. DOLLAR A Der/die Stator(en) aus Kunststoff in Brandschutzausführung zur Versteifung sind verrippt, die Kupferwicklungen sind voneinander getrennt ...

Description

Ziel der Entwicklung ist es, eine leichte und effiziente elektrische Maschine zu entwickeln, deren wesentliche Bauteile in Kunststofftechnologie ausgeführt sind um

– günstige Bauteilpreise
– geringes Gewicht
– große Effizienz
– niedrige Massenmomente,

Stand der Technik:
Herkömmliche elektrische Maschinen sind in ihrem Aufbau auf schwere Materialien wie z.B. Eisen für die Statoren und Rotoren angewiesen. In Verbindung mit der Kupferwicklung ergeben sich daraus große Massen, die wiederum durch entsprechende Massen gehalten, bzw. stabilisiert werden müssen.
Um die Trägheitsmomente dieser Massen zu überwinden sind große Anfahrmomente erforderlich. Auch wirken sich Schwingungen, die große rotierende Massen hervorrufen, auf das Ansprechverhalten der Maschine negativ aus. Durch Kumulation der Rotationsschwingungen der einzelnen Bauteile kann es zur Zerstörung der gesamten Maschine kommen.
Weiters entstehen durch die Verwendung von Metallen im elektromagnetischen Kreis zusätzliche Felder, die sowohl den Wirkungsgrad, als auch die Maschinenumgebung negativ beeinflussen, (durch die Emission von Wärme und elektrische/elektromagnetische Felder). deren negative Auswirkungen auf den lebenden Organismus bis heute noch nicht gänzlich erforscht sind.
Bei der Herstellung der Einzelkomponenten aus Eisen und insbesondere aus Aluminium ist großer Energie- und Zeiteinsatz aufzuwenden.
Aufbau der Maschine:
Die Maschine ist modular aufgebaut und kann sowohl als Innenläufer, als auch als Außenläufer ausgeführt sein.
Sie besteht aus einem, oder mehreren scheibenförmigen Rotorenpaar(en), einer Welle bzw. Achse aus austenitischem Stahl, einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse, mehreren Distanzhülsen aus Glasfaser verstärktem Kunststoff oder Metall, einem (oder mehrere) Stator(en), zwei (oder mehrere) dauergeschmierte Kugellager, Seegerringe, zwei oder mehrere Lagerschilder und optional mehrere Einspritzteile zur komfortableren Befestigung, bzw. Wartbarkeit der Maschine. Weiter Bauteile sind Kupferdraht für die Wicklungen und Dauermagnete, oder Magnetspulen.
In den Rotoren sind eine, oder mehrere Reihen Magnetspulen, und/oder Dauermagnete, die axial magnetisiert sind, am Rotorumfang eingeklebt. Der scheibenförmige Rotor ist so aufgebaut, daß die für die Erreichung der notwendigen Stabilität und Steifigkeit erforderlichen Streben wie die Flügel einer Flügelpumpe wirken. Diese Streben können gekrümmt, oder gerade, in radialer und/oder axialer Richtung verlaufen. Als Rotorwerkstoff wird verstärkter oder unverstärkter temperaturbeständiger thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff eingesetzt. Die Herstellung erfolgt in Formen. Der erforderliche Magnetrückschluss wird durch Generatorblech, das in die Form eingelegt wird, erreicht. Zur Verstärkung des Lagersitzes auf der Welle kann ein metallisches Drehteil in die Form eingelegt werden.
Zur Durchströmung des Rotors mit Kühlluft sind Bohrungen vorgesehen.
Jeweils zwischen einem Rotorpaar ist ein Stator angeordnet, in dem Wicklungspakete in räumlich voneinander getrennten Taschen gehalten werden. Diese Taschen sind so aufgebaut, daß eine größtmögliche Durchflutung mit Kühlluft möglich ist.
In Abhängigkeit der Maschinenleistung und -anforderung, kann die Wicklung in Richtung höheren Stromes, oder – Spannung ausgeführt werden.
Der Stator kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein und wird in Formen, aus verstärkten, oder unverstärkten thermoplastischen, oder duroplastischen Kunststoff in brandgeschützter Ausführung, hergestellt. Zur Erhöhung der Steifigkeit ist der Stator fein verrippt.
Die Positionierung des Stators wird bei Innenläufern am Gehäuse und bei Außenläufern auf der Läuferachse ausgeführt.
Das Gehäuse wird als nicht tragendes Element ausgeführt und dient vorwiegend als Spritzwasser- und Berührungsschutz, sowie zum Schutz gegen eindringen von Fremdteilen. Es kann ebenso ein –, oder mehrteilig ausgeführt sein. Als Werkstoff wird verstärkter oder unverstärkter thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff in brand- und UV-geschützer Ausführung verwendet. An den Berührebenen der Gehäuseteile sind Nuten zum Einbau von Dichtelementen vorgesehen. Für den Betrieb als stationäre Maschine können in das Gehäuse zusätzliche geeignete Kühlkörper integriert sein. Die dafür notwendigen Umbauten in den Formen werden durch Wechseleinsätze hergestellt.
Durch die Ausführung des Gehäuses als nicht tragendes Element kann die Wandstärke sehr dünn gehalten werden, was besonders für die Abgabe der Induktionswärme aus den Spulen an die Umgebungsluft dient. Die Gehäuseteile werden durch verschrauben oder verkleben untereinander verbunden.
Für die Zu- und Ableitung der elekrischen Leistung sind Kabelkanäle im Gehäuse integriert, die eine Berührung der Leitungen mit rotierenden Teilen verhindern. Diese Kanäle dienen auch gleichzeitig der Versteifung des Gehäuses.
Die tragenden Elemente der elektrischen Maschine sind die Lagerschilder. Sie werden aus verstärktem thermoplastischen, oder duroplastischen Kunststoff, in brandgeschützter und UV-beständiger Ausführung, in Formen hergestellt.
Für die Montage der Kugellager werden metallische Lagerbüchsen, bzw. für einfache Anwendungen die Kugellager direkt, eingespritzt.
Die erforderliche Steifheit wird durch mehrere radiale und/oder axiale Verstrebungen erreicht. Weiters wird ein Zentrierbund, bzw. ein geeignetes metallisches Einlageteil als Zentrierbund, ausgeführt. Die Befestigungsmöglichkeit der Maschine durch anschrauben wird durch Einspritzmuttern aus Metall ermöglicht. Die Befestigung der Einlageteile in der Form kann durch unterschiedliche Wechseleinsätze variiert werden. Die Abdichtung zum Gehäuse, bzw. zur Antriebswelle, wird durch Dichtelemente hergestellt.

Claims

Elektrische Maschine deren konstruktive Aufbauteile vorwiegend in Kunststofftechnologie ausgeführt sind.
Elektrische Maschine gemäß Punkt 1, deren tragende Elemente die Lagerflansche sind.
Elektrische Maschine gemäß Punkt 1 bis 2, deren Rotorelemente aus thermoplastischen oder duroplastischen, verstärkt oder unverstärkten, Kunststoff mit oder ohne metallische Einlegeteile gespritzt oder gepreßt ist.
Elektrische Maschine gemäß Punkt 1 bis 3, dessen Stator in Taschen getrennt voneinander gehaltenen Induktionswicklungen besitzt.
Elektrische Maschine gemäß Punkt 1 bis 4, dessen Stator aus brandgeschützen Thermo- oder Duroplastkunststoff gespritzt oder gepreßt ist
Elektrische Maschine gemäß Punkt 1 bis 5, dessen Stator ein- oder mehrteilig ausgeführt ist.
Elektrische Maschine gemäß Punkt 1 bis 6, dessen Stator mit dem Gehäuse oder einer fest stehenden Achse starr verbunden ist.
Elektrische Maschine gemäß Punkt 1 bis 7, dessen Stator aus Kunststoff so ausgeführt ist, daß Luftzirkulation zwischen den Induktionswicklungen möglich ist.
Elektrische Maschine gemäß Punkt 1 bis 8, dessen Gehäuse als nicht tragendes Element ausgeführt ist.
Elektrische Maschine gemäß Punkt 1 bis 9, dessen Gehäuse nur als Berühr- und Spritzwasserschutz, bzw. als Eindringschutz für Fremdteile dient.
Elektrische Maschine gemäß Punkt 1 bis 10, dessen Gehäuse ein oder mehrteilig ausgeführt ist und auf verstärkten oder unverstärkten Thermoplast- oder Duroplastkunststoff gespritzt oder gepreßt ist.
Elektrische Maschine gemäß Punkt 1 bis 11, in deren Kunststoffgehäuse zusätzliche Kühlelemente eingespritzt sind.