DE102005029895A1

DE102005029895A1 - Direktantrieb für Großantriebe

Info

Publication number: DE102005029895A1
Application number: DE102005029895A
Authority: DE
Inventors: Maria Bade; Axel Dr. Möhle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-01-04
Also published as: US20090091210A1; RU2008103013A; AU2006263851A1; MX2008000320A; US7816832B2; AR053933A1; CA2613394A1; ZA200711115B; CA2613394C; BRPI0614041B1; AU2006263851B2; EP1897203A1; BRPI0614041A2; WO2007000403A1; PE20070300A1; RU2395887C2; JP2008544741A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Direktantrieb für Großantriebe mit einem aus, in Umfangsrichtung betrachtet, mehreren Segmenten (3, 4, 5, 6) aufgebauten Stator (1), die jeweils eine abgeschlossene Wicklungsanordnung aufweisen, und einem aus Segmenten aufgebauten Rotor, dessen Segmente sich an mitrotierenden Arbeitsmitteln befinden, und dort mit einem Wicklungssystem des Stators (1) elektromagnetisch wechselwirken. Dieser Antrieb ist insbesondere für Ringmotoren und Baggerantriebe geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Direktantrieb für Großantriebe mit einem aus Segmenten aufgebauten Stator und einem aus Segmenten aufgebauten Rotor.

Direktantriebe werden direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung eines Getriebes mit Arbeitsmaschinen gekoppelt. Insbesondere bei Großmaschinen sind derartige Motoren als Ringmotoren, z.B. bei Mühlen im Einsatz. Derartige Ringmotoren sind aus der US 1 224 933 und US 3 272 444 bekannt. Ringmotoren sind hochpolige Synchronschenkelpolmotoren, die für langsamlaufende Rohrmühlen verwendet werden. Dabei dient der Mühlenkörper dem Rotor als Nabe, der Motor ist also ringförmig um den Mühlenkörper angeordnet. Die axiale Länge des Blechpakets des Stators des Ringmotors ergibt sich beispielsweise bei vorgegebener Ausnutzung aus dem für die Mühle erforderlichen Drehmoment.

Bei im Durchmesser sehr großen Ringmotoren wird der Stator, in Umfangsrichtung betrachtet, in mehrere Segmente unterteilt, um den Transport auf die Anlage bewerkstelligen zu können. Der dort notwendige Zusammenbau des Stators birgt dabei mehrere Schwierigkeiten in sich, da bei den herkömmlichen Fassspulenwicklungen die Wicklung des Stators nicht bereits komplett im Werk eingelegt und geprüft werden kann. Eine gewisse Anzahl von Fassspulen erstreckt sich über die jeweiligen Trennfugen der aneinanderstossenden Segmente und kann somit erst nach dem Zusammenbau auf der Anlage eingelegt werden.

Um dieses Problem zu lösen sind bisher sogenannte Klappspulen vorgesehen worden, die nachträglich auf der Anlage in die Nuten des Stators eingelegt worden sind. Dies stellt aber einen erheblichen Arbeitsaufwand dar und diese Klappspulen bilden durch die nachträglich vorgenommene und notwendige Isolierung im Wickelkopfbereich das schwächste Glied der Wicklung des Stators.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Direktantrieb für Großantriebe zu schaffen, der in einfacher Art und Weise auf der Anlage aufgebaut werden kann ohne Isolierungen an der Wicklung vornehmen zu müssen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch einen Direktantrieb mit einem aus in Umfangsrichtung betrachtet mehreren Segmenten aufgebauten Stator, die jeweils ein abgeschlossenes Wicklungssystem aufweisen, und einem aus Segmenten aufgebauten Rotor, dessen Segmente sich an mitrotierenden Arbeitsmitteln befinden, und dort mit dem Wicklungssystems des Stators elektromagnetisch wechselwirken.

Vorteilhafterweise beträgt die Spulenweite der Wicklungen des Stators eine Nutteilung. Das Wicklungssystem des Stators ist somit aus Zahnspulen aufgebaut. Die Trennfuge zwischen jeweils zwei Segmenten des Direktantriebs verläuft genau in einem Zahn, so dass keine Spulen aufgetrennt werden müssen. Vorteilhafterweise ist dies ein unbewickelter Zahn, so dass auf der Anlage am Bestimmungsort des Direktantriebs keine Spulen montiert werden müssen. Damit können die einzelnen Segmente im Werk bereits komplett fertig gestellt und geprüft werden. Damit ergibt sich eine verbesserte Isolierung und damit eine erhöhte Zuverlässigkeit dieser Direktantriebe.

Vorteilhafterweise werden derartige Direktantriebe für Ringmotoren bei Rohrmühlen oder auch bei Baggerantrieben wie z.B. Schaufelradbaggern eingesetzt.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
1 prinzipiell dargestelltes konventionelles Wicklungssystem,
2 prinzipiell dargestellter Ringmotor,
3 prinzipiell dargestelltes erfindungsgemäßes Wicklungssystem.
1 zeigt ein konventionelles Wicklungssystem eines Stators 1 eines nicht näher dargestellten Ringmotors 9, der aus Transportgründen einen aus Segmenten 3, 4, 5, 6 aufgebauten Stator 1 aufweist. Die mit * gekennzeichneten Wicklungen sind während des Transports nicht in ihren Nuten 7 eingelegt, da sie sich über die Trennfugen erstrecken. Sie werden also erst am Bestimmungsort in ihre jeweiligen Nuten 7 eingesetzt, isoliert und gegebenenfalls geprüft.
2 zeigt eine Ansicht eines Ringmotors 9, der auf Fundamenten 13 abgestützt ist. Der Ringmotor 9 weist einen Stator 1 auf, der durch geeignete Abdeckungen vor Umwelteinflüssen, wie Schmutz etc. abgeschirmt ist und gleichzeitig zur Luftkühlung und Luftführung der von den einzelnen Lüfter 20, 30, 31 erzeugten Luftstroms dient. Der Stator 1 ist beispielsweise in vier Segmente 3, 4, 5 und 6 in Umfangsrichtung aufgeteilt.
An den Trennfugen 2 zwischen zwei aneinanderstoßenden Segmenten, ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein Zahn 14 des Blechpakets 12 des Stators 1 mittig geteilt. In nicht maßstabsgetreu dargestellten Nuten 7 eines Segments 3, 4, 5, 6 des Stators 1 befinden sich um jeden zweiten Zahn Spulen, vorteilhafterweise Zahnspulen 8, so dass es in Umfangsrichtung betrachtet eine Abfolge von bewickelten Zähnen 10 als auch unbewickelten Zähnen 11 gibt. Der mittig geteilte Zahn 14 ist dabei unbewickelt. Die bewickelten Zähne 10 sind vorteilhafterweise breiter als die unbewickelten Zähne 11 ausgebildet und weisen im Wesentlichen parallelflankige Nutenwände aus, so dass eine Montage der Zahnspulen 8 von der Rotorseite einfach vorgenommen werden kann.
Vorteilhafterweise sind die Zahnspulen 8 auf Spulenträger aufgebracht, die Mittel aufweisen, um eine Fixierung am Zahn 10 zu schaffen. Des Weiteren sind Mittel vorhanden, die eine Kontaktierung mit anderen Zahnspulen 8 des gleichen Segments insbesondere im Werk oder Zahnspulen 8 anderer Segmente an ihrem Bestimmungsort ermöglichen. Dies sind beispielsweise insbesondere dafür ausgebildete Schaltungsenden der Zahnspulen 8.
Die Fixierung am Zahn 10 geschieht beispielsweise durch eine Verrastung des Spulenträgers am Zahn 10. Durch Vergußmasse sind sowohl die Zahnspulen 8 selbst, als auch die Spulenträger mit den Zahnspulen 8, mit ihrem jeweils zugeordneten Zahn 10 und mit dem jeweiligen Segment stoffschlüssig verbunden, gegebenenfalls zusätzlich zu der Verrastung.
Eine Fixierung der Zahnspulen 8 lässt sich auch durch gegenüber dem Zahnschaft verbreiterte Zahnköpfe erreichen. Dabei wird nach Montage der Zahnspulen 8 auf dem Zahnschaft, z.B. durch schwalbenschwanzähnliche Verbindungen des Zahnkopfs mit dem Zahnschaft eine formschlüssige Verbindung hergestellt, die ebenfalls der Fixierung der Zahnspule 8 dient.
Damit ergibt sich bei Montage des Ringmotors 9 auf der Anlage an ihrem Bestimmungsort im Bereich der Trennfugen 2 keinerlei Probleme, da jedes Segment 3, 4, 5, 6 eine für sich abgeschlossene Wicklungsanordnung aufweist und keinerlei Spulen auf der Anlage über die Trennfugen zu verlegen sind. Jede Nut 7 eines Segments 3, 4, 5, 6 ist somit durch zumindest eine Spulenseite einer Zahnspule 8 belegt.
Die abgeschlossene Wicklungsanordnung kann dabei einer oder mehrere Teile einer Phase aufweisen. D.h. die jeweiligen Zahnspulen 8 eines Segments 3, 4, 5, 6 sind bereits ab Werk so verschaltet, dass vorteilhafterweise lediglich eine Kontaktierung zwischen den einzelnen Segmente 3, 4, 5, 6 und mit einem oder mehreren Umrichtern an dem endgültigen Aufstellungsort erfolgen muss.
Nachträglich vorzunehmende Isolierungen der Spulen auf der Anlage entfallen, damit reduziert sich die Wahrscheinlichkeit der Wicklungsausfälle des Direktantriebs erheblich.
Bei Wicklungen, die aus Zahnspulen 8 aufgebaut sind, liegt die Lochzahl q bei ungefähr eins. Die Lochzahl q ist dabei, wie an sich bekannt als die Nutenzahl je Pol und Phase definiert.
Ein Zusammenschalten der einzelnen Spulen, insbesondere der Zahnspulen 8 oder Spulengruppen eines Segments 3, 4, 5, 6 erfolgt entweder bereits im Werk oder, falls es um Spulen bzw. Spulengruppen unterschiedlicher Segmente handelt auf der Anlage. Das Zusammenschalten erfolgt dabei entweder direkt am Direktantrieb oder an zumindest einem dem Direktantrieb zugeordneten Umrichter. Dabei werden die an sich bekannten Verbindungsarten für derartige Direktantriebe verwendet.
In der Bohrung des Stators 1 befindet sich ein Rotor 35, der ebenfalls aus nicht näher dargestellten Segmenten aufgebaut ist, wobei in der Regel das Segment des Rotors vier Pole aufweist. Diese Segmente sind z.B. über Flansche an einem Arbeitsmittel z.B. einer Mühlentrommel befestigt. Durch elektromagnetische Wechselwirkung zwischen Stator 1 und Rotor 35 setzt sich nunmehr dieses Arbeitsmittel im Betrieb in rotatorische Bewegung.
Diese Direktantriebe werden mit derzeit fünfzig bis hundert Polen ausgeführt.
Auch bei elektrisch erregten Synchronmaschinen mit hoher Polzahl und geringer Lochzahl q des Wicklungssystems lässt sich die erfindungsgemäße Idee einsetzen.
Diese erfindungsgemäßen Direktantriebe mit permanentmagneterregten Synchronmotoren eignen sich insbesondere für Rohrmühlen, wie Zement- und Erzmühlen und Baggerantriebe. Dabei können sämtliche Mahl- und Trocknungsprozesse verschiedenster Materialien durchgeführt werden, wie z.B. Mineralien, Zementklinker, Erze und Kohle.
Die Außenblechdurchmesser dieser, in der Praxis zurzeit eingesetzten Statoren 1 derartiger Erzmühlen betragen neun bis ca. achtzehn Meter. Die dabei abgegebenen Leistungen liegen bei Drehzahlen zwischen 15 min^–1 und 9 min^–1 zwischen 10 MW und 30 MW. Auch größere Durchmesser mit dementsprechend höheren Leistungen sind in der Zukunft ohne weiteres realisierbar. Weniger technische Beschränkungen, als vielmehr die bekannten Transportmittel und die vorhandenen Transportwege setzen dabei Grenzen. Deshalb wird bei größeren Direktantrieben die Anzahl der Segmente in Zukunft anwachsen, so dass sich die Problematik an den Trennfugen der Segmente 3, 4, 5, 6 ohne den erfindungsgemäßen Aufbau verschärfen wird.
Statoren 1 sehr großer Direktantriebe sind dabei in Zukunft aus einzelnen Zähnen mit jeweils zugeordneten Zahnspulen 8 aufgebaut, die an ihrem Bestimmungsort mechanisch zusammengebaut und deren Zahnspulen 8 nur noch elektrisch zu verschalten sind.

Claims

Direktantrieb für Großantriebe mit einem aus in Umfangsrichtung betrachtet mehreren Segmenten (3, 4, 5, 6) aufgebauten Stator (1), die jeweils eine abgeschlossene Wicklungsanordnung aufweisen, und einem aus Segmenten aufgebauten Rotor (35), dessen Segmente sich an mitrotierenden Arbeitsmitteln befinden, und dort mit einem Wicklungssystem des Stators (1) elektromagnetisch wechselwirken.
Direktantrieb nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass der Direktantrieb elektrisch oder über Permanentmagnete erregt wird.
Direktantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsanordnung Spulen (8) aufweist deren Spulenweite einer Nutteilung des Stators (1) entspricht.
Direktantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfugen (2) zwischen den Segmenten (3, 4, 5, 6) in der Symmetrieachse eines Zahnes (11) verlaufen, so dass sich durch Zusammensetzen der Segmente (3, 4, 5, 6) der Stator (1) mit einem vollständigen Wicklungssystem ergibt.